天津pm2.5的質(zhì)量管理分析大學(xué)論文

天津PM2.5的質(zhì)量管理分析摘要：對(duì)于研究PM2.5的影響因素，首先我們通過對(duì)PM2.5和AQI、NO2、SO2的統(tǒng)計(jì)表和PM2.5和AQI的散點(diǎn)圖的研究發(fā)現(xiàn)PM2.5的在空氣質(zhì)量中具有重要地位，通過天津市的月均PM2.5數(shù)值統(tǒng)計(jì)表和條形圖可以發(fā)現(xiàn)，天津市的空氣質(zhì)量仍十分嚴(yán)峻。運(yùn)用因果圖分析可以看出影響PM2.5數(shù)值的因素有季節(jié)、自然因素、綠化、汽車尾氣、工業(yè)廢氣、取暖廢氣以及人為燃燒垃圾廢品等，由排列圖ABC分析方法可以直觀的看出汽車尾氣、工業(yè)廢氣、以及人為燃燒垃圾廢品是PM2.5最主要影響因素。通過收集天津市的PM2.5值，繪制了天津市PM2.5直方圖，從中可以看出，天津市的PM2.5數(shù)值過大，偏離了正常型。通過對(duì)以上的分析，我們得出了合理的結(jié)論，并提出了合理的建議。關(guān)鍵詞：散布圖；因果圖；排列圖；ABC分析法；分布圖引言隨著改革開放的進(jìn)行，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，重工業(yè)行業(yè)發(fā)展迅速，但是也付出了深重的代價(jià)，中國(guó)的空氣質(zhì)量也不斷下降，其中PM2.5就是一個(gè)重要的衡量空氣質(zhì)量的指標(biāo)。PM2.5即細(xì)顆粒物也稱為可吸入顆粒物，指環(huán)境空氣中直徑小于等2.5微米的顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5顆粒直徑小，面積大，活性強(qiáng)，容易附帶有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。其濃度越高，就意味著空氣污染越嚴(yán)重。在中國(guó)大部分，特別是工業(yè)集中的華北地區(qū)，PM2.5占到了整個(gè)空氣懸浮顆粒物重量的大半。天津作為華北地區(qū)的一部分，其也深受PM2.5的影響，為了實(shí)現(xiàn)天津的可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)人們的身體健康，天津應(yīng)該持續(xù)不斷主動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)，而不是被動(dòng)地等待問題出現(xiàn)了才去進(jìn)行改進(jìn)。因此，做一個(gè)PM2.5的質(zhì)量管理分析十分重要。數(shù)據(jù)來源與方法數(shù)據(jù)來源本文的具體數(shù)據(jù)來源于PM25.in網(wǎng)站和國(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)，影響因素是有同學(xué)們進(jìn)行頭腦風(fēng)暴集思廣益形成的。方法方案中主要運(yùn)用的理論有質(zhì)量改進(jìn)（QualityImprovement），質(zhì)量改進(jìn)是消除系統(tǒng)性的問題，對(duì)現(xiàn)有的質(zhì)量水平在控制的基礎(chǔ)上加以提高，使質(zhì)量達(dá)到一個(gè)新水平、新高度。質(zhì)量改進(jìn)是一個(gè)過程，要按照一定的規(guī)則進(jìn)行，否則會(huì)影響改進(jìn)的成效，甚至?xí)絼跓o功。（一）先收集了天津的實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量，并繪制了天津市的實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表和PM2.5與AQI的散點(diǎn)圖。散點(diǎn)圖(相關(guān)圖)是通過分析研究?jī)煞N因素的數(shù)據(jù)的關(guān)系，來控制影響產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)因素的一種有效方法。在相關(guān)圖中，兩個(gè)要素之間可能是具有強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，或者弱的正相關(guān)關(guān)系。這些都體現(xiàn)了這兩個(gè)要素之間的因果關(guān)系。一般情況下，兩個(gè)變量之間的相關(guān)類型主要有六種：強(qiáng)正相關(guān)、弱正相關(guān)、不相關(guān)、強(qiáng)負(fù)相關(guān)、弱負(fù)相關(guān)以及非線性相關(guān)。作圖步驟：(1)確定研究對(duì)象；(2)收集數(shù)據(jù)；(3)畫出橫坐標(biāo)x與縱坐標(biāo)y，添上特性值標(biāo)度；(4)根據(jù)數(shù)據(jù)畫出坐標(biāo)點(diǎn)。圖1:六種散點(diǎn)圖（二）先收集全國(guó)的PM2.5的數(shù)據(jù)以及天津市的月PM2.5的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以從PM2.5監(jiān)測(cè)網(wǎng)站查詢得來，分別對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)制作條形圖，條形圖是將數(shù)據(jù)清晰的表現(xiàn)在圖表中，更加清晰的看出數(shù)據(jù)的多寡，從而知道調(diào)查對(duì)象的大概位置。從條形圖中具體發(fā)現(xiàn)具有代表性的對(duì)象。（三）收集影響PM2.5的因素，這個(gè)是通過調(diào)查問卷和詢問專家意見得到的，再采用因果圖的方法來理清思路找出和分析影響PM2.5數(shù)值的因素的主次關(guān)系。因果圖也叫特性因素圖/魚刺圖/石川圖，是整理和分析影響質(zhì)量各因素之間關(guān)系的一種工具。形象地表示了探討問題的思維過程，通過有條理地逐層分析，可以清楚地看出“原因——結(jié)果”。其基本格式由特性、原因、枝干三部分構(gòu)成。首先找出影響質(zhì)量問題的大原因，然后尋找到大原因背后的中原因，再從中原因找到小原因和更小的原因，最終查明主要的直接原因。繪制因果分析圖最一般的方法是“大枝展開法”，這種方法是從大原因到中原因、從中原因到小原因，按此次序提出各種要因，這樣往往可以將各種因素限制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，容易形成小而整齊的因果圖。我們可以運(yùn)用因果圖有條理尋找原因。因果分析圖法需要注意的事項(xiàng)有：（1）問題盡量具體、明確、有針對(duì)性；（2）集思廣益；（3）分析到能采取具體措施為止；（4）主要原因的確定；（5）對(duì)關(guān)鍵因素采取措施；（6）質(zhì)量問題數(shù)量有多少個(gè)，就要繪制多少張因果圖（四）對(duì)因果圖所找出的主要因素用排列圖進(jìn)行排列，再用ABC分析法進(jìn)行分析。排列圖又叫帕累托圖（paretodiagram）,其原理是意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家帕累托在分析社會(huì)財(cái)富分布狀況時(shí)得到的“關(guān)鍵的少數(shù)和次要的多數(shù)”的結(jié)論。也就是將因素按影響產(chǎn)品質(zhì)量的程度大小，用條形圖由高到低順序排列，從而找出主要因素的方法。ABC法則是將各因素根據(jù)數(shù)量和價(jià)值劃分為A、B、C三個(gè)等級(jí)，其中，A類因素?cái)?shù)量居少，價(jià)值卻為多數(shù)；B類因素居中，價(jià)值卻為多數(shù)；C類因素?cái)?shù)量居多，價(jià)值為少數(shù)。事物都遵循“少數(shù)關(guān)鍵多數(shù)次要”的客觀規(guī)律。找到關(guān)鍵因素的所在,就能使質(zhì)量改進(jìn)的目標(biāo)就會(huì)一目了然。從圖中我們可以直觀的得出各因素影響PM2.5程度的大小，找出主要因素從而有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施。（五）對(duì)調(diào)查的PM2.5數(shù)值進(jìn)行直方圖整理，直方圖是從總體中隨機(jī)抽取的樣本，將從樣本中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，從而找出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，以便能夠判斷并預(yù)測(cè)過程質(zhì)量好壞等的一種方法。直方圖的作用：展示用表格難以說明的大量數(shù)據(jù)；顯示各種數(shù)值出現(xiàn)的相對(duì)頻率；揭示數(shù)據(jù)的中心、散布及形狀；推斷數(shù)據(jù)的潛在分布；為測(cè)量過程提供有用信息；可以發(fā)現(xiàn)“過程是否能夠滿足顧客的要求”。直方圖的形狀可概括為正常型和異常型兩類，正常型的直方圖應(yīng)該是左右對(duì)稱，中心處最高，離開中心越遠(yuǎn)處越低。(a)為正常型的直方圖，它表示生產(chǎn)過程中沒有異常原因。(b)-(f)為異常型的直方圖，它表示生產(chǎn)過程中有異常原因，致使質(zhì)量特性的波動(dòng)不符合隨機(jī)波動(dòng)的規(guī)律，應(yīng)該找出原因，采取措施，消除異常原因的影響，使生產(chǎn)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。圖2：六種直方圖實(shí)際分析收集天津市PM2.5和空氣質(zhì)量指數(shù)API，分析PM2.5與空氣質(zhì)量的關(guān)系。隨機(jī)選擇了天津市2014年12月14日的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各項(xiàng)空氣質(zhì)量指標(biāo)。表1：實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)AQI空氣質(zhì)量PM2.5NO2SO2市監(jiān)測(cè)中心74良389361機(jī)車車輛廠113輕度污染8510370繼電器廠115輕度污染8710069南京路120輕度污染749891河?xùn)|站140輕度污染998485河西站115輕度污染86109152北辰科技園區(qū)138輕度污染1058954天山路237重度污染1875465東麗中學(xué)168中度污染127116142泰豐工業(yè)園125輕度污染90118118永明路196中度污染14710480空港物流加工區(qū)167中度污染122101112團(tuán)泊洼139輕度污染1068766圖3：PM2.5與AQI散點(diǎn)圖結(jié)論：1、從散點(diǎn)圖可以看出，PM2.5與API息息相關(guān)，兩者呈正相關(guān)的關(guān)系，PM2.5上升，API就上升，就意味著空氣質(zhì)量下降。2、從表格上還可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5還和SO2和NO2呈正相關(guān)。3、既然PM2.5和API息息相關(guān)，說明了研究PM2.5的重要性。（二）對(duì)天津市的各月PM2.5的數(shù)據(jù)進(jìn)行表格處理和柱形圖處理。表2：天津市各月PM2.52014年1月2014年2月2014年3月2014年4月2014年5月2014年6月2014年7月2014年8月2014年9月2014年10月2014年11月PM2.51138711185705876575699111質(zhì)量等級(jí)輕度污染輕度污染重度污染輕度污染輕度污染良輕度污染良良輕度污染輕度污染全國(guó)排名2123292724263029272831圖4：天津市月均PM2.5條形圖結(jié)論：1、天津市的空氣質(zhì)量不容樂觀，空氣質(zhì)量位于全國(guó)排名靠后位置。2、天津市的PM2.5夏天空氣質(zhì)量較好，但是春季、秋季以及冬季空氣質(zhì)量較差，多處于輕度污染和重度污染。3、天津市的空氣質(zhì)量急需采取措施進(jìn)行處理，保障人們的身體健康。（二）用因果圖分析影響PM2.5的影響因素。汽車尾氣汽車尾氣汽車量大汽油不達(dá)標(biāo)環(huán)境季節(jié)人口布局濕度風(fēng)級(jí)溫度PM2.5排放工業(yè)廢氣汽車質(zhì)量廢氣處理欠缺重工業(yè)的發(fā)展綠化取暖廢氣煤炭的燃燒供熱系統(tǒng)煙囪不達(dá)標(biāo)工業(yè)布局來源工業(yè)布局來源自然源人為源花粉火山灰塵土森林火災(zāi)二氧化硫化學(xué)燃料煤炭垃圾圖5：PM2.5因果圖結(jié)論：影響PM2.5排放的因素有季節(jié)、自然因素、汽車尾氣、工業(yè)廢氣、取暖廢氣以及人為燃燒垃圾廢品等。用排列法將上述主要因素按影響PM2.5排放的程度大小，用柱形圖由高到低順序排列，從而找出主要因素，用ABC方法分析。表3：影響PM2.5因素統(tǒng)計(jì)表序列影響因素頻數(shù)累計(jì)數(shù)所占比例（%）累計(jì)百分比(%)1汽車尾氣10510535%35%2工業(yè)廢氣7518025%60%3人為燃燒6024020%80%4取暖廢氣4528515%95%5季節(jié)122974%99%6自然因素33001%100%合計(jì)300100%BACBAC圖6：PM2.5影響因素排列圖結(jié)論：0-80%為A類因素，主要因素即為汽車尾氣、工業(yè)廢氣、人為燃燒；80%-90%為B類因素，次要因素即為取暖廢氣；90%-100%為C類因素，一般因素即為季節(jié)和自然因素。隨機(jī)抽樣天津市一年內(nèi)的PM2.5數(shù)值，并對(duì)其用直方圖進(jìn)行處理，觀察其分布及特征。表5：PM2.5數(shù)據(jù)表1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月PM2.5913311115172861844911027124231523412518311512712914178177179145249195188146176104163147148118115791786441661768312714817617017518773239181153166166169587218413811228178133119146182170551721861、收集數(shù)據(jù)：將每個(gè)月中日期是5的倍數(shù)的PM2.5抽取出來（2月份沒有30日，所以抽取了28日的，12月份還沒過完，所以只抽取了4個(gè)數(shù)值），共抽取了70個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)試。2、找出數(shù)據(jù)的最大和最小值。Xmax=249，Xmin=17極差=Xmax-Xmin=249-17=232確定組數(shù)和組距，上下界。根據(jù)空氣質(zhì)量的等級(jí)分，組距為50，組數(shù)分成5組。表6：PM2.5數(shù)據(jù)分組表序號(hào)組界值組中值頻數(shù)10-50258250-10075113100-150125224150-200175275200-2502252合計(jì)——100圖7：PM2.5數(shù)據(jù)分析直方圖結(jié)論：上面直方圖不是正常型的直方圖，而是向右偏，此直方圖屬于右偏型直方圖。人們只會(huì)規(guī)定PM2.5不要超過某個(gè)限度，天津主要規(guī)定不要超過200，也就是說只規(guī)定了上層公差限,也就使得天津的PM2.5值接近200，但是這和全國(guó)其他地方相比較，這還是屬于過大的，空氣質(zhì)量還是有待提到，應(yīng)采取措施降低PM2.5。結(jié)論通過上述質(zhì)量改進(jìn)的方法對(duì)影響PM2.5數(shù)值的因素分析和對(duì)具體的PM2.5的抽樣數(shù)據(jù)的分析可以看出PM2.5的影響因素有許多，我們得到了如下結(jié)論：第一、通過對(duì)PM2.5和AQI、NO2、SO2的統(tǒng)計(jì)表和PM2.5和AQI的散點(diǎn)圖，我們可以發(fā)現(xiàn)PM2.5和其他均呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，同時(shí)PM2.5越來越成為空氣質(zhì)量因素中一個(gè)最重要的因素。第二、通過天津市的月均PM2.5數(shù)值統(tǒng)計(jì)表和條形圖可以發(fā)現(xiàn)，天津市的空氣質(zhì)量仍十分嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響到了人們的身體健康，急需改變現(xiàn)狀。第三、由因果圖分析可以看出影響PM2.5數(shù)值的因素有很多，比如：季節(jié)、自然因素、綠化、汽車尾氣、工業(yè)廢氣、取暖廢氣以及人為燃燒垃圾廢品等原因，在處理PM2.5問題上可以針對(duì)上述原因進(jìn)行。第四、由排列圖可以直觀的看出季節(jié)、自然因素、汽車尾氣、工業(yè)廢氣、取暖廢氣以及人為燃燒垃圾廢品這幾個(gè)因素對(duì)PM2.5的影響程度。第五、通過ABC的方法分析，我們可以直觀的看出最主要的三個(gè)因素是汽車尾氣、工業(yè)廢氣以及人為燃燒，它們嚴(yán)重影響到了空氣質(zhì)量。第六、從天津市PM2.5的直方圖可以看出，天津市的PM2.5數(shù)值過大，偏離了正常型，需要采取措施使其得以改善。五、建議（一）政府層面。第一，從因果圖上可以看出，自然因素雖然不是影響PM2.5的主要因素，但是也是一個(gè)因素，自然因素層面包括了植被覆蓋率、塵土飛揚(yáng)等，政府要采取行之有效的措施，來保護(hù)植被，處理塵土裸露問題，提高植被覆蓋率，減少可吸入顆粒物。第二，從排列圖上可以看出，汽車尾氣是影響PM2.5最重要的因素，政府應(yīng)該繼續(xù)實(shí)行單雙號(hào)限行規(guī)定，還要鼓勵(lì)人們不開車出門，乘坐公共交通出門，同時(shí)政府還要鼓勵(lì)企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能環(huán)保的汽車，減少尾氣排放。第三，從排列圖上可以看出，工廠廢氣是影響PM2.5的一個(gè)重要因素，政府要加強(qiáng)對(duì)工廠的管理，特別是高污染企業(yè)的管理，要求企業(yè)排放尾氣須達(dá)標(biāo)排放，不遵守工廠可進(jìn)行懲罰，甚至勒令其停產(chǎn)。第四，取暖廢氣也是重要的因素，政府在兼顧人們冬季取暖時(shí)，也要關(guān)注人們的身體健康，要求取暖工廠的機(jī)器達(dá)標(biāo)，使煤炭充分燃燒、充分利用，可對(duì)殘余能源循環(huán)利用，減少廢氣排放，同時(shí)廢氣的排放也需要達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。第五，從天津市PM2.5的分布圖可以看出，天津市的PM2.5數(shù)值右偏，總