基于灰色系統(tǒng)理論的室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法

1、基于灰色系統(tǒng)理論的室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法         05-12-25 14:28:00     作者：佚名    編輯：studa9ngns摘要 室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響因素很多，涉及多個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，而且室內(nèi)室內(nèi)空氣品質(zhì)的等級(jí)是一個(gè)模糊概念，因此如何根據(jù)所測(cè)的各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)值對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)做出綜合評(píng)價(jià)是急需解決的重要問(wèn)題。評(píng)價(jià)方法應(yīng)能夠反映多個(gè)因子共同作用于室內(nèi)空氣品質(zhì)的綜合效應(yīng)。本文利用灰色系統(tǒng)理論的灰色關(guān)聯(lián)分析方法，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)矩陣提供

2、的豐富信息對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)比較分析，灰色評(píng)價(jià)方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單方便，充分利用了獲得的信息。結(jié)果直觀可靠，是多因子綜合評(píng)價(jià)較好的方法。關(guān)鍵詞 室內(nèi)空氣品質(zhì) 灰色系統(tǒng)理論 灰色關(guān)聯(lián)分析 灰色關(guān)聯(lián)矩陣隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境提出了越來(lái)越高的要求，除了提供一個(gè)為大多數(shù)室內(nèi)人員認(rèn)可的舒適的熱環(huán)境外，還應(yīng)該提供清新宜人、激發(fā)活力并且對(duì)健康無(wú)負(fù)面影響的室內(nèi)空氣環(huán)境。因此室內(nèi)空氣品質(zhì)問(wèn)題引起了人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注，而建立一種能客觀地評(píng)價(jià)空氣品質(zhì)的數(shù)學(xué)模式，一直是室內(nèi)空氣品質(zhì)研究中的重要課題。因?yàn)槭覂?nèi)空氣品質(zhì)受到多種因素的影響，評(píng)價(jià)方法應(yīng)能夠反映多個(gè)因子共同作用于室內(nèi)空氣的綜

3、合效應(yīng)，目前已提出的方法有：評(píng)價(jià)指數(shù)法1、模糊綜合評(píng)判法2等。本文將運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論的灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)分析和比較，這種方法是多因子綜合評(píng)定理想的方法。1 評(píng)價(jià)因子的選擇室內(nèi)污染物種類繁多，可分為顆粒（固體、液體或生物顆粒）、氣體和蒸汽，它們當(dāng)中有的會(huì)引起某種不愉快的感覺(jué)，有的被認(rèn)為對(duì)健康有害，還有一些目前還不為人類所認(rèn)識(shí)。就其來(lái)源來(lái)講，有的來(lái)自室內(nèi)的材料、設(shè)備以及生物活動(dòng)，有的來(lái)自室外空氣的滲透，還有的來(lái)自暖通空調(diào)系統(tǒng)，這些物質(zhì)的存在是室內(nèi)空氣品質(zhì)不良的重要原因3。由于種類繁多，不可能對(duì)每種污染物都進(jìn)行檢測(cè)，需要從中挑選有代表性的，對(duì)人體感覺(jué)和健康有重要影響的因子作

4、為室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)和評(píng)價(jià)的內(nèi)容。幾十年來(lái)人們對(duì)各種污染物的發(fā)生源、散發(fā)強(qiáng)度、對(duì)健康的影響、控制策略進(jìn)行了深入的研究，獲得了大量非常有用的資料。目前國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的室內(nèi)污染物有：甲醛、CO、CO2、NO2、SO2、懸浮顆粒、浮游微生物、氡氣，這其中的每一種物質(zhì)都代表了一組污染物的信息，反映室內(nèi)空氣的現(xiàn)狀。但有文獻(xiàn)報(bào)道氡污染不是現(xiàn)代化辦公大樓普遍存在的問(wèn)題，因此本文對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)選取甲醛、CO、CO2、NO2、SO2、懸浮顆粒、浮游微生物作為評(píng)價(jià)因子14。2 灰色評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模式21 灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想灰色系統(tǒng)理論是80年代初期由中國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授創(chuàng)立的一門系統(tǒng)科學(xué)新學(xué)科。它以 "

5、;部分信息未知"的"小樣本"，"貧信息"不確定性系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要通過(guò)對(duì)"部分"已知信息的生成、開(kāi)發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)規(guī)律的正確描述和有效控制5。一般的抽象系統(tǒng)，如社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等都包含有多種因素，多種因素共同作用的結(jié)果決定了系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。我們常常希望知道在眾多的因素中，哪些是主要因素，哪些是次要因素；哪些因素對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展影響大，哪些因素對(duì)系統(tǒng)的影響較??；哪些因素對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展起推動(dòng)作用需強(qiáng)化發(fā)展，哪些因素對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展起阻礙作用需加以抑制。由于統(tǒng)計(jì)資料十人有限，且數(shù)據(jù)灰度較大，并不一定有

6、典型的分布規(guī)律，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析往往難以奏效。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，我們能用時(shí)間序列來(lái)表示系統(tǒng)行為特征量和各影響因素的發(fā)展，灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想是根據(jù)序列曲線的相似程度來(lái)判斷其聯(lián)系是否緊密。曲線越接近，形狀越相似，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)就越大，反之就越小。序列曲線的相似程度用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)衡量。因此，灰色關(guān)聯(lián)分析為這類問(wèn)題的解決提供了有效的途徑6。22 灰色關(guān)聯(lián)分析在多因子綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用在多因子綜合評(píng)價(jià)時(shí)，我們經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，得到某一評(píng)價(jià)對(duì)象的由多個(gè)參數(shù)組成的序列，要對(duì)它做出等級(jí)評(píng)價(jià)也就是判斷它與哪一級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更接近，關(guān)系更密切。因此我們可以借助灰色關(guān)聯(lián)分析方法，分析序列

7、曲線的接近程度，根據(jù)能綜合反映曲線間差值大小的關(guān)聯(lián)度對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象作出判斷。如有多個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象時(shí)，還能比較它們之間的優(yōu)劣。當(dāng)用關(guān)聯(lián)度量化序列曲線的相近程序，需要對(duì)序列進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，使之化為數(shù)量級(jí)大體相近的無(wú)量綱數(shù)據(jù)。在用關(guān)聯(lián)分析做發(fā)展態(tài)勢(shì)比較時(shí)，每一序列均為時(shí)間序列，常用的預(yù)處理方法有初值化處理和均值化處理。然而在應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，序列中有不同的物理量，且數(shù)量級(jí)相差較大，這時(shí)不能作初值化處理或均值化處理，而應(yīng)采用其他了方法處理。在室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)中，預(yù)處理方法如本文評(píng)價(jià)實(shí)例所示。設(shè)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，有參考因素序列，Yi，iM=1，2，m，比較因素序列Xj,jN=1，2，n，序列表示

8、為： 令： （1） （2） （3） （4） （5）i,j(k)是第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上Yi，Xj的相對(duì)差值，稱為關(guān)聯(lián)系數(shù)。r i,j稱為Yi與Xj的關(guān)聯(lián)度，集中反映了所有數(shù)據(jù)點(diǎn)上的關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小，因?yàn)橛?jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)時(shí)，min，max采用三級(jí)差，所以用式（4）定義的關(guān)聯(lián)度體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性。關(guān)聯(lián)度r i,j反映了Yi，Xj序列曲線之間的相似程度，其值越大說(shuō)明Yi與Xj的之間聯(lián)系越緊密。式（4）中（0<<1）為分辨系數(shù)，一般取0.5。由關(guān)聯(lián)度r i,j，iM，jN，組成一個(gè)m ×n階矩陣： （6）矩陣R稱為關(guān)聯(lián)矩陣?？紤]任意因素Yi，Xj，Yp，Xq，當(dāng)i, j (k)> p,q

9、 (k)時(shí)，必有 ，這說(shuō)明關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，曲線間距越小，曲線形狀越相似。而關(guān)聯(lián)度與ri, j ，rp,q的比較都是有意義的7。在將灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用于室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，我們?nèi)⌒蛄?，Y1，Y2，Ym為n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的實(shí)測(cè)值，X1，X2，Xn為室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)的m個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)序列。經(jīng)計(jì)算得出關(guān)聯(lián)矩陣R后，我們就可以利用它提供的信息對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的現(xiàn)狀作出評(píng)價(jià)。在矩陣R中，每一行的元素均為某一待評(píng)價(jià)對(duì)象與不同室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)；與某一等級(jí)的關(guān)聯(lián)系數(shù)越大說(shuō)明其與該等級(jí)的聯(lián)系越緊密，因此最大關(guān)聯(lián)系數(shù)對(duì)應(yīng)的等級(jí)即為該對(duì)象的室內(nèi)空氣品質(zhì)的等級(jí)。R中每一列的元素為某一室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)與相應(yīng)評(píng)價(jià)對(duì)象的灰色

10、關(guān)聯(lián)系數(shù)，因?yàn)镽中任意元素的比較都是有意義的，因此可以通過(guò)比較任意現(xiàn)行的相應(yīng)元素，而比較任意兩評(píng)價(jià)對(duì)象的室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)劣。3 室內(nèi)空氣品質(zhì)的灰色評(píng)價(jià)31 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)序列的確定室內(nèi)空氣品質(zhì)的等級(jí)評(píng)價(jià)與環(huán)境污染對(duì)人群健康的影響程度緊密相關(guān)，并應(yīng)考慮到空氣環(huán)境對(duì)人群主觀感覺(jué)的影響。在環(huán)境評(píng)價(jià)中有表1所示的等級(jí)劃分8。環(huán)境評(píng)價(jià)中的等級(jí)劃分 表1 分級(jí)特點(diǎn)清潔適宜與人類生活未污染各環(huán)境要素的污染物均不超標(biāo)，人類生活正常輕污染至少有一個(gè)環(huán)境要素的污染物超標(biāo)，除了敏感者外，一般不會(huì)發(fā)生急慢性中毒。中污染一般有23個(gè)環(huán)境要素的污染物超標(biāo)，人群健康明顯受害，敏感者受害嚴(yán)重重污染一般有34個(gè)環(huán)境要素的污染物超標(biāo)，

11、人群健康明顯嚴(yán)重，敏感者受害死亡參考以上分類，考慮到室內(nèi)空氣中污染物濃度一般較低，在對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，我們將它分為四級(jí)：清潔、未污染、輕污染、重污染。目前已有學(xué)者提出了一套室內(nèi)空氣品質(zhì)的建議值，國(guó)家也制訂了有關(guān)室內(nèi)空氣環(huán)境的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這些建議和國(guó)標(biāo)都規(guī)定了室內(nèi)污染物的最高容許濃度，我們可把這些限定值作為輕污染級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)我們可得到各種污染物的背景值，并把它們作為清潔級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值。為此，提出如表2所示的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)序列。室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)序列 表2 清潔未污染輕污染重污染二氧化碳（ppm）40065010001800一氧化碳（ppm）1.54.51025吸入塵（mg/m3）0.0250.0750.150.35菌落（CFU/9cm·5min）32045150甲醛（ppb）2045100220二氧化氮（mg/m3）0