武汉市大气环境质量评价模糊数学模型研究

山东科技大学本科毕业生论文武汉市大气环境质量评价模糊数学模型研究摘要随着现代工业的不断发展，城市环境问题日趋严重。直接影响人们的生存环境，影响经济、社会、环境的协调发展。大气环境污染，已经成为人们倍受关注的城市环境污染问题之一。为了有效地冶理大气环境污染，首先须对大气环境质量作出科学评价。这对客观认识城市大气污染现状，预测其发展趋势，并有效地进行大气污染控制，实施可持续发展战略具有重要意义。本文在收集武汉市大气监测数据及有关资料(如气候、地理、功能区的规划等)合性与复杂动态性，并考虑到环境质量评价中评价主体、监测资料、评价标准及环境要素的不确定性，提出用运模糊数学综合评判的方法进行大气环境质量评价。本办法通过确定大气污染评价因子和其评价等级的界定，建立起加权平均型武汉市大气环境质量评价数学模型。又进一步引入了数据库和C一语言计算机程序便于数据接口，避免了繁琐的人工计算。结果表明:此模型不仅注意到分级界限的模糊性，而且在信息利用率和判别精度上和别的评价方法相比有很大优势。该方法科学、简便、精确、所得结果与武汉市大气环境质量现状相符合，具有较强的实际应用价值。关键词:大气环境质量评价模糊综合评判数学模型隶属函数隶属度权重1山东科技大学本科毕业生论文AAbstractWiththedevelopmentofmodeminofmoreandmoreserious.Itdireetlyaffeetstheenvironmentethedevelopmentamongeconomy，societyandenvironment.Theairpollutionisonequestionofenbymoreandmorepeople.InordertoefficientlycontrolairmakesscientificassessmenttoairresearchforitisveryimportantwhichweobjeetiveandaceurateStudytheeurrentsitUationofairPollutionincityandPredietthedevcontroloftheairpollutiontomakethestrategyofthesustainabledevelopment.Basedoncolleetingtheairqualitydatesforweather，geography，thearrangementofcityandstudyingthemethodonatmospherieenvironmentqualityassessment，thepaperassessestheatmosphereenvironmentialqualitywiththemethodoffuzzycomprehensivejudgement.Consideringthatenvironmentalsystemiscomplicate，changeableandmultipleaffacted，onthebasisofthefuzzysetmachematiesprinciplesstimulatesassessmentgradethispaperdiscusseshowtoestablishjudgingmethodstandardandfactors，setsupfallingtraperiodsubordinatefunetionforthesystemAndratiooftheenvironmentialfactorskythemethodofoverstandardwithweight.Theweightingaveragemathematicmodelisfounded.DadabaseandcomputerproeedureisalsointroducedintothismodelbyC++language，whichoffersthejudglneniaceesstodatabaseandavoidstroublesomeCalculatingbymanPower.Theresultprove:Thismodelnotonlyconsidersthefuzzinessof2山东科技大学本科毕业生论文classificationlimitbutalsohasbetterstrengthtoenhancestheprecisionandutilizationradioofinformationthanothermethod.themethodisseientifiesimPleaceurate.Itissuccessfulappliedtoanalyzeandevaluatetheatmosphereenvironmentqualityinrentreality.yearsofWuhan，TheconclusionisclosetotherealitykeywordAtmosphereenvironmentqualityassessmeniFuzzycomprehensivejudgementMathematicalmodel.SubordinatefunctionSubordinatedegreeweightThedesignofdatabase3山东科技大学本科毕业生论文目录第一章绪论…………………11.1日益严重的环境问题……………..11.2我国大气环境质量评价的发展和现状…………..21.3大气环境污染…………………….41.4大气环境质量评价的方法……….9第二章模糊综合评判法的研究………….142.1模糊综合评价的理论基础………142.2模糊综合评判法的基本原理……242.3模糊综合评判法数学模型的的建立………….26第三章武汉市大气环境质量评价资料收集与分析研究….293.1武汉市大气环境资料的收集…………………293.2武汉市大气环境监侧资料的分析研究………32第四章武汉市大气环境质通评价数学模型的建立……404.1综述……….………404.2数学模型的选择与建立…………404.3数学模型的建立步骤…………….41第五章结论与建议…………555.1结论…………….555.2建议……………..57参考文献………..58致谢……………60英文参考文献…………………61英文翻译………864山东科技大学本科毕业生论文1.1日益严重的环境问题20世纪后半期，人类历史进入了一个新纪元。科学技术飞速发展，带动经济生产力得到极大扩展，交通通讯使整个地球越来越成为一体，由此，人民生活水平得到极大提高，社会生活也达到了一个前所未有的阶段。但是，这一过程中，环境问题却作为人们谋求福利过程中的不和谐音符刺耳性的迅速丧失最为引人注目。在区域范围内，普遍存在着自然资源的过度消耗，土地过度垦殖，草地过度放牧，林木过度砍伐，地下资源过度开采，人类以极快的速度消耗着需要上万年甚至上亿年才形成的资源。过度消耗和由此造成的环境质量不断恶化的直接和间接后果是改变了地球的面貌，并引起了生态系统的变化。另一方面，人类不适当的生活方式将大量的废弃物不负责任地排入自然环境中，各种废气，污水，固体废弃物四处飘散，流淌和堆积，有些甚至直接包含着放射性物质，严重污染了人类生存于其中的环境，反过来损害者人类的生活质量。在现实生活中，我们已经亲身感受到了环境变化所引起的不良后果。比如生态破坏所引起的干旱，洪涝，不洁净空气，它们引发的疾病，自然生态变化以及所导致的生物大量灭绝，等等。许多人都知道前苏联切尔诺贝利核反应堆爆炸所造成的大范围核污染，在中国我们肯定对发生在1998年夏天的长江流域特大洪水灾害记忆犹新，为黄河这条母亲河的断流而痛1山东科技大学本科毕业生论文心疾首。为近年来在淮河，太湖滇池采取的零点行动所揭示的后果所震撼。有估计表明，在中国的主要城市中，每年有17.8万人由于大气污染的危害而过早的死亡；每年因大气污染致病而造成的工作日损失达740万人年；截止到1995年全国135条受监测的城市河段中有52条已受到严重的污染，其水质连灌溉的标准都达不到，成千上万的城市居民的未来生活饮用水源遭到威胁；中国南部和西南部高硫煤大区的酸雨影响已经危及全国百分之十的土地面积，使受影响地区的农作物及林业生产率平均下降了3%；在沈阳，上海及其其他一些城市，受调查的儿童血液中铅含量平均超过对智力发展不利水平的80%左右。中国的大气和水污染，尤其是细微颗粒物对人体健康对人体健康的危害每年至少达5401995年中国国内生产总值的8%。长和环境保护协调发展的方针、走可持续发展的道路。随着现代工业的发展，城市环境问题日趋严重，直接影响着人们的生存环境和经济、社会、环境的协调发展，引起了人们的普通关注。武汉市作为华中第一大城市和最大工业中心，其城区主要特征是人口密集，工商业分布相对集中。随着工业化的不断发展，武汉市每年排放的废气超过1000亿立方米，其中城区就占80%行准确的评价并预测其发展趋势，是城市环境管理和规划工作的基础。根据实际监测的结果对大气环境质量进行客观的综评价，对于正确认识大气环境污染现状及其趋势，从而有效地进行大气污染的控制和治理以及实施可持续发展战略具有十分重要的意义。1.2我国大气环境质量评价的发展和现状环境质量评价从辞义上讲是对环境质量优劣的定量描述和评定，它是认识和研究2山东科技大学本科毕业生论文年年1.2.1准各阶段一1979)这是我国环境保护事业创业阶段。1972年中国派团出席斯德哥尔摩人类环境会议，接着在1973年召开了全国第一次环境保护会议。随后环境保护工作在全国范围内开展起来。环境保护的第一步是了解环境状况，因此，从19731979年9月，中国环境学会在南京召开了学术座谈会，总结了这一阶段环境质量评价工作的经验，编写了“环境质量评价参考提纲”，为各地环境质量评价研究提供了方法学。.1.2.2发展阶段(1980-1990)自从1979年9月《中华人民共和国环境保护法试行颁发以来，环境评价工作进入了一个全新的发展阶段。队伍日益壮大，法规逐步完善、评价范围不断扩大。评价方法学研究进展较快。公众健康评价、风险评价等开始引入我国的评价领域。环保法规形成体系，大大推动了环境评价制度的发展。1.2.3完善阶段一至今)进入90年代，我国的环境评价工作随着改革开放的迅速发展开始与国际接轨，其特点是:环境评价范围进一步扩大，已经从单一的工程项目评价过渡到区域评价。不久的将来，还将逐步过渡到战略环境评价，即对将出台的法规、政策等进行环境评价:环境评价与国际接轨，引进必要的国际通用的规程、规范，特别是要引进国际金融组织世界银行、亚洲开发银行)的环境评价规范;重视公众参与、环境监测与环境管理等评价内容与方法。3山东科技大学本科毕业生论文1.3大气环境污染通常所说的的环境污染，是指大气中有害物质的数量，浓度和存留时间超过大气环境所允许的范围。即超过了空气的扩散能力，使大气质量恶化，给人类和生态环境带来了直接或间接地不良影响。1.3.1大气污染源可分为自然员和人为源两大类。自然源包括风吹扬尘，火山爆发产生的气体与尘粒，闪电产生的气体如臭氧和氮氧化物，植物和动物腐烂产生的气体，森林火灾造成的烟气与飞灰，自然放射性源和其他产生的有害物质并向大气排放的源。人为源是形成大气污染问题，尤其是局部的空气污染的主要原因。它们是从人们的生产和生活过程中产生的。污染物排放量与源强：污染物排放污染物的数量的概念以源强或排放速率表示，点源是以单位时间排放的物质量，或者以单位时间排放污染物的体积表示；线源源强是以单位时间，单位长度表示的；面源是以单位时间，单位面积上排放的污染物的量表示的。以上三种形式的源强都指连续排放而言的，对于瞬时源则是以一次施放的污染物的总量表示的。1.3.2大气污染物（1）主要空气污染物种类：研究表明，大气中有上百种物质可以认为是空气污染物。对污染物有多种分类烦恼广发，若根据它们的化学成分，则可以归纳为如下几种：（（b）含氮化合物：主要是二氧化氮，氨和硝酸盐，铵盐等；（）含碳化合物：主要有一氧化碳和烃类，即碳氢化合物；（d）卤代化合物：即由氟氯溴碘与烃类结合的化合物，亦称卤代烃；4山东科技大学本科毕业生论文（）放射性物质和其他有毒物质：如过氧酰基硝酸酯等致癌物质。按照污染物的形态，则可分为气体，固体和液体污染物。根据空气污染物形成的方式，则可以分为一次性污染物和二次性污染物，前者是从污染源直接生成并排放进入大气的，在大气中保持其原有的化学物质；后者则是在一次污染物之间或大气中非污染物之间发生化学反应而形成的。主要的一次污染物有二氧化硫，氮氧化物和颗粒物等；二次污染物有光化学烟雾，酸性沉积物，臭氧等。（2）大气组成与空气污染物成分：大气由多种气体混合而成，可以分.氧.氩.分有二氧化碳和水汽，它们的含量随季节，地区，气象条件等因素的变化1—3—1列出了洁净大气的组成和城市环境污染空气中一些成分的含量（浓度表示）。表1—3—1洁净大气组成和污染空气一些成分含量污染空气20.94%0.93%(350---700)x10-6(5---200)x10-61.40x10-60.50x10-60.10x10-6一氧化碳5山东科技大学本科毕业生论文(0.05---0.25)x10-6(0.05---0.75)x10-6(0.02----2)x10-6二氧化硫(0.001—0.01)10-61.3.3大气扩散过程在大气污染检测工作中，常常会发现，在同一地点并针对来自同一污染源的某种空气污染物，有时可以测到很高的浓度，有时却测不出来，不同时间的测量值具有很大的差异。这固然与污染源排放条件的变化以及采样点位置的选取有关，但主要是气象条件的影响所致。大气扩散的理论研究和实验研究表明，在不同的气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百倍。这是由于大气对污染物的稀释扩散烟气一排入大气就很快散布开来与周围空气混合。由此可见大气扩散过程直接影响到大气环境污染的程度。下面的基本概念是理解大气扩散过程所必需的。（1）大气湍流湍流是一种不规则的运动，其特征量是时空随即变量。在大气中，由于受各种大气尺度的影响的结果，导致三维空间的风向，风速发生连续的随即涨落，这种涨落是大气中污染物质扩散过程的一种特征。由机械或动力作用生成机械湍流，如近地面风切变，地表非均一性和粗糙度均可产生这种机械湍流活动。由各种热力因子诱生的湍流称热力湍流，如太阳加热地表导致热对流泡向上运动，地表受热不均匀或气层不稳定等都可引起热力湍流。一般情况下，大气湍流的强弱取决于热力和动力两因子。在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，而在中性层结情况下，动力6山东科技大学本科毕业生论文因子往往起主要作用。（2）大气稳定度和污染大气稳定度是表示气团是否易于发生垂直运动的判据。用气体的垂直分布表征大气层结的稳定度，直接影响湍流活动的前因。支配空气污染物的散布。气温日变化可以影响到离地500m至1000m的范围。低层的日出后和日落前，近地面气层会出现等温过程。用气温的垂直递减率γ与干绝热递减率γ可以比较方便地判断气层的d稳定度（静力稳定度）。见表1—3—2表1—3—2判断近地面稳定度的条件γγγγγγddd不稳定大气湍流结构与大气层温度分布密切相关，所以在研究大气扩散时，大气层的稳定度是很重要的因子。当大气层处于不稳定层结时会促使湍流运动的发展，使大气扩散稀释能力加强；反之当大气处于稳定层结时，则对湍流起抑制作用，减弱大气的扩散能力。（3）影响大气污染的其因素①风：空气相对于地面的水平运动称为风，它有大小和方向之分，排入到大气中的污染物在风的作用下，会被输送到其他地区，风速愈大，单位时间内污染物被输送的距离愈远，输入的空气量愈多，污染物浓度愈低，所以风不但对污染物进行水平搬运，而且有稀释冲淡的作用，同时污染物总是分布在污染源的下风向，于是在考虑风速和风向和风速对污染物浓度的影响时，常引入污染系数的概念：污染系数风向频率/平均速度由式可知，风频低，风速高，污染系数小，意指空气污染程度轻。另外，风随高度的变化亦有影响。7山东科技大学本科毕业生论文②辐射和云：太阳辐射是地球大气的主要能量来源，地面和大气层一方面接受太阳辐射能，另一方面放出辐射能。地面及大气的热状况，温度的分布和不均制约着大气运动状况，影响着云与降水的形成，对空气的污染起着一定的作用。在晴朗的白天，太阳辐射首先加热了地面，近地层的空气温度升高，使大气处于不稳定状态；夜间地面辐射失去热量，使近地层气温下降，形成逆温，大气稳定。同时云层又加强大气逆辐射，减少地面的有效辐射，因此云层的存在可以减少气层随高度的变化。有探测结果表明某些地区冬季阴天时，温度结层几乎没有昼夜变化。③天气形势：天气现象与气候状况都是在相应的天气形势背景下产生的。一般情况下，阻碍低气压控制下，空气有上升运动，云量较多，假若风速再稍大，大气多为中性或不稳定状态，有利于污染物的的扩散。相反，在高气压控制下，一般天气晴朗，风速较小，并伴有空气的下沉运动，往往在一两百米或几千米的高度上形成下沉逆温，抑制湍流的向上发展。夜间有利于形成辐射逆温阻止污染物扩散，容易造成地面污染。④下垫面条件：地形和下垫面的非均匀性，对气流运动和气象条件会产生动力和热力的影响，从而改变空气污染物的扩散条件。其中山区地形，水陆界面和城市热岛效应是是三个最典型的下垫面对大气污染的影响。城市上空的热岛效应和粗糙效应，有利于污染物的扩散，但在一些建筑物背后居地气流的分流和滞留则会是污染物积聚。由于地形的影响会使地表受热不均匀，从而形成山谷风，以及由于地表性质不均而形成的海陆风等，都会改变大气流场和温度场的分布，从而影响空气污染物的散布。8山东科技大学本科毕业生论文1.4大气环境质量评价的方法目前在实际环境质量评价中,环境质量指数的分级方法主要有积分值法、加权求和法等，它们简单易行。但在很多情况下,评价等级难以用一个简单的数值表示,对大气环境质量综合评价的分级同样存在这样的要求。例如，SO的空气质量标准日平均，一级标准为0.05mg/m3,二级标准为0.152mg/m3，若实测值是0.11mg/m3，那么应将其归为一级还是归为二级?确切地讲，它介于一级、二级之间。如果有另一个因子，如浓度介于二级和?因此,这时采用模糊数学的综合评定法则更全面、更客观。1.4.1大气环境质量评价的概念和特点环境质量评价的本质在于环境质量评价是环境质量价值的反映。环境质量的价值是客观的，而人对这一价值的反映则是主观的，价值评价要以科学认识为前提和基础，但不能用科学认识来代替价值评价。环境质量评价是一个过程，在这个过程中作为环境质量评价的主体—人类社会认识到自己的需要和环境在现有条件下对这需要的满足程度，同时还对满足自己需要的理想环境质量形成了概念.在评价的进程中，不仅要熟知客观存在的环境质量，而且要判断这种环境质量对自己需要来说有什么问题。环境质量评价的本质决定了环境质量的基本特点:环境质量评价随评价主体的变化而变化。环境质量评价的结果是以环境质量对人类生活和工作特别是对人类健康的适应适度为依据的。因此在评价的过程中必然要折射出人的态度、意志和选择.而人是社会的人，是具体的、历史的、不断变化着的，因此环境质量评价的一大特点是把一定的或变化着的环境状态，同不断发展着的人及其需要联系起来加以判断。环境质量评价随道德准则的不同而不同。环境质量评价的结果要受9山东科技大学本科毕业生论文到道德准则的制约和影响。而人的道德准则因人而异，既不能以少数人的眼前利益为主体需要，又不能对其简单粗暴地加以否决。1.4.2大气环境质量评价方法的评述根据实际监测的结果对大气环境质量进行客观的综合评价，对于正确认识大气环境污染现状,从而有效进行大气污染的控制与治理,具有十分重要的意义。在环境质量评价工作中，模糊数学的应用越来越广泛。应用模糊综合评判法建立了加权平均型数学模型。由于环境质量评价是对客观环境状况作评述和研究，它的表达方式要有统一的评价方法和表达形式，以便对一个地区的质量状况进行对比，进而统筹安排改善环境质量状况的对策和措施。多年来，很多学术机构提出了很多的方法，但迄今为止，我国尚末形成统一的单环境要素和区域质量综合评价方法系列。环境质量评价方法是进行环境质量评价的核心问题和关键，一般来说，环境质量评价方法的要点是：①正确认识环境、分析环境及环境的构成因子。②围绕评价的目的选择评价参数。③根据环境功能评价目的选择不同的标准进行参数的等标化指标化)④确定评价参数的权系数。⑤建立环境质量评价的数学模式。⑥环境质量的分级。环境质量评价实际上是对环境质量优劣的评定过程，而且是一种有公向性的评定过程。这个过程包含有许多个层次。因此，从广义上讲，环境质量评价方法应包括这一过程中使用的全部方法。欲评价现在的和将来的人类生存发展活动与环境质量的价值关系，合理方法有以下几个要素必须确定与这一价值关系上有关联的标准或目标函数:(b)必须假定一些调节这一价值关系的模型，这种模型在合理的置信度下，可以对不同备选方案10山东科技大学本科毕业生论文进行比较建立效用或损失率分布来判断不确定条件下生产的后果。目前国内外使用的大气环境质量评价方法很多，但大体上可分为以下几类，它们各有特点，各有利弊。一果和大气环境质量标准定义的一种数量尺度，并以此作依据来评定现实的大气环境质量对人类社会发展需要的满足程度。二环境给植物生长带来的影响，根据不同生物对不同污染物引起的反应症状来判断生物的污染程度。这种方法的适用需要在调查了解受害物质地区附近是否有排放有害气体的工厂、车间或装置以及排放有害气体的种类、特性和长期仔细观察，叶子受害症状的基础上作出判断。但由于冻害、病虫害、干早、施肥不足、农药药害等原因也可算植物受害，并且有时它们所产生危害症状与污染物污染症状十分相似因而往往容易混淆对正确评价大气环境质量带来一定的困难。三大气污染经济学评价法。该方法认为环境是一种资源，大气、水、土壤作为环境要素，为人类提供了赖以生存的必要条件，同时也为人类提供了具有较大经济价值和经济效益的生产资料和消费资料，环境的这些功能给人们带来的效益作为环境效益。环境资源不是取之不尽用之不竭的，而是稀缺的。环境一旦被污染，为了改善或恢复它以适应人类生存发展的需要，必然要投入资金，人类活动污染了环境，使环境的某些功能退化，给社会带来危害，造成经济上的损失，这就是环境污染引起的经济损失，通过结算经济损失的大小，对人体健康损失的大小、对农业损失的大小，对居民舒适性损失的大小等来评价大气环境质量状况.常用的有两类方法:一是用于一些特定的环境情况所特有的综合指标，如森林资源评价、农业11山东科技大学本科毕业生论文土地经济评价等;另一类是费用效益分析态其评价标准是效益必须大于费用。这种方法的运用只能是从另一角度，宏观地、粗略地进行评价，而且常常因人的主观愿望的变化而变化。四术专家的理论知识和实践经验通过给定项目的评分来对大气环境质量作出通常以分数或指数等作为评价尺度进行衡量。参与这些评价的大都是某一方面的权威，其评价意见具有权威性，但同时也具有一定的主观性。五定性而运用模糊数学工具对大气环境质量进行评价的一种方法。其关键是求某一评价因素属于第J级评价的隶属度.此法对处理由于不确定性造成难以确切表达的模糊问题很有用处。它不仅能反映不同空间、时间大气质量充分考虑了各因子之间的相互联系和相互作用关系，更能全面客观地反映一定区域的大气环境质量，使评价结果更符合实际情况。由以上分析可见，大气污染指数评价法优点很多，但缺点也突出，而模糊数学法更具科学性，它将成为今后大气环境质量评价的方向。因此，本文将采用这种方法对武汉市大气环境质量进行实际评价，并与综合指数法作比较后，体现出它的优越性。1.4.3大气环境质量评价程序及主要环节环境质量评价首先要确立评价目的、评价观点、评价区域、评价因子、评价方法、定权方法和评价标准，然后通过分析和运算，取得评价结论。这是一项系统性很强的工作。评价程序流程图如图1—4—1所示。12山东科技大学本科毕业生论文是否否是是库否图1—4—1环境质量评价流程图13山东科技大学本科毕业生论文2.1模糊综合评价的理论基础模糊数学是用数学方法研究和处理具有“模糊性”现象的数学。由于大气环境质量的好坏和评定等级的划分，其界限是模糊的，没有一个确定的等级边界。因此，若用模糊集理论中的贴近度和隶属函数概念来表征大气质量，可消除环境质量分级中的主观人为因素，客观合理地确定环境质量水平分级。2.1.1模糊数学的基本理论模糊数学是研究和处理模糊性现象的科学。模糊性是指客观事物差异在中介过渡时所呈现的“亦此亦彼”性。众所周知，经典数学是以精确性为特征的。模糊数学则是与之相反的以模糊性为特征的。事物的模糊性并不是完全消极的和没有价值的，在某些情况下，用模糊的概念来处理问题甚至比用精确的方法更显得优越，因为不确定性是客观事物具有的一种普遍属性。人们所遇到的各种量大体上可以分为两大类:确定性与不确定性。不确定性又分为随机性和模糊性，人们正是用三种数学来分别研究客观世界中不同的量确定性:经典数学————确定性数学模型随机性：随机数学————随机性数学不确定性模糊性：模糊数学————模糊数学模14山东科技大学本科毕业生论文随机性的不确定性，也就是概率的不确定性。例如般子出现6.在这里事6变成确定的了.而模糊性的不确定性，即使时间过去了或者实际做了一次实验，它们仍然是不确定的，这主要是因为事件本身等是不确定的，具有模糊性，是由要领语言的模糊性产生的。概率论的产生把数学应用范围从必然现象扩大到偶然现象的领域，模糊数学的产生则把数学的应用范围从精确现象扩大到模糊现象的领域。概率论研究和处理随机性，模糊数学则研究和处理模糊性。2.1.2模糊集合为了定量刻画模糊概念和模糊现象，加利福尼亚大学教授扎德在1965年引入了模糊集合(Fuzzy这一概念。扎德引入模糊集的基本思想是:把普通集合中的绝对隶属关系美子加以扩充，使元素对“集合”的隶属度由只能取0和l0l】中的任一数值，从而实现定量地刻画模糊性事物。如果论域中的任意一元素u对集合的隶属，函数U在上都对应着A一个值U(u)，且U(u)满足：AA0≤U(u)≤1A即U∈[0，1]（2—1）A我们则说隶属函数，确定了论域上的一个模糊子集，或简称模糊集，U称为u对于模糊子集的隶属度，简写成A(u)，其大小反映了A对于模糊集的隶属程度。的值越接近l，表示u隶属于的程度越高;的值越接近0，表示u隶属于的程度越低。当论域u为有限集合时，U={uuu………u},有三种表示法:12n315山东科技大学本科毕业生论文查得表示法，即A=(A(u)/u)+(A(u)/u)+………+(A(u)/u)—2)1122nn这里A(u)/uu与它对的隶属度的i对应关系，因此不能当作分子、分母进行化简。其次，表达式中的“”号只是一种联接符号，使表达连贯，而不是表示分式求和。序偶表示法A={(uA(u，(uA(u，………，(uA(u)}（2—3）1122nn向量表示法（A(u，A(u，………A(u）（2—4）12n此时元素u应该按次序排列，隶属度为零的项不能略去。当论域为一般集合包括有限或无限集合，查得给出的另一种表示法如下：=1ˋ(u1)/u0（2—5）0表示无限多个元素合并的一种缩写。它不是积分的意义，也不是求和的记号。论域中模糊子集的全体，称为中的模糊幂集，记作，即F(U)={A/A:UA(u)=c[0,1]}2—6）对任A(u)=c则称为集Ф若，则A=U称为全集。2.1.3模糊集合的运算包含关系设，是论域上的两个模糊集，如果对于中的每一个元素u，都有μ(U)≥μ)（2—7）AB则说包含，或为A的子集，记作：AB（2—8）16山东科技大学本科毕业生论文（2）相等关系设和均是论域上的模糊集，如果对于中的每一个元素u，都有μ(U)=μ)（2—9）AB则称A和B相等，记为：A=B（2—10）模糊集的并、交、补运算设A，B是论域中的两个模糊集即A,B则①A与B的交集记作A∩B,对∈U,均有（A∩BU）=A)∧B)（2—）②A,B的并集记作A∪B,对(A∪B)（U）=A)∨B)=max(A(u),B(u))③的补集记作A,对∈均有A=1-A(u)（2—13）∈均有（2—12）CC式中“∧”和“∨”是两个运算符号，称为“查得与算子”和“查得或算inf和SuP(min和max(取最小值、最大值。其它一些常用的算子列于表2一l中。表2一l常用算示表a.b=ab,∨b=max（，b）ab=min（1）a.b=aba.b=ab∧b=a+b-ab∧b=min（，b）ab=max（0ab=min（，1）2.1.4模糊关系和模糊拒阵17山东科技大学本科毕业生论文模糊关系现实生活中，存在着大量的更为复杂的关系，必须考虑元素之间的关联的程度，因此需要把普通关系加以拓宽。若直积×V={(u，v)/u∈,U,v∈V}的一个模糊子集R,称为到的一个模糊关系。如果，v)∈U×，称为μ为v)具有关系R(u的程度，μv)亦可简记为（u，RRv）当时，称R为U中的模糊关系。UU×…×U的一个模糊子集RU×U×…U12n12n间的一个n(UU，U)=U×U×…Uμ(U，12n12nR1U…U为((U，U…U具有关系R的程度。2n12n模糊矩阵设U={uu，…，uV={vv…v}均为有限集，则从到的模糊12n1,2,n关系R可以用m×n阶矩阵来表示，仍记作R.即R=（rr=u(u，v)（2—14）ijijrij其中r∈[01]1≤i≤m1≤j≤n满足上式的矩阵，称为模糊关系矩阵，ij简称模糊矩阵。当R为中的模糊关系时，R可以表示成n阶模糊矩阵。特别地，若满足r∈[0，1]，1≤i≤m，1≤j≤n（2—15）ij则R为一普通关系矩阵，具体表达如下:X={xxx}Y={yy……y}12m12n设有两个有限集X={x，xx}Y={y，yy}是从12m12n到的二元关系，即R12………n………Rn1………Rn2………Rn3Rnn18山东科技大学本科毕业生论文则m×n矩阵R=(r)的关系矩阵记为×nijmrrr…rrrr…r1（x∈y）iiijR=ijm0rrr…rm1m2m3mn当m=nR为n阶模糊矩阵。当r全为000rijij全为1时，称为全知阵，记作E当r只在{0，1}中取值时，称R为布尔矩阵ijBOOLE)，对应一个普通关系。模糊关系的建立关键是确定r几.常用的方法有以下几种ij,a.最大最小法:nnr=[in(uik,ujk)]/[uik,ujk)]（ij≤n）（2—16.iji1i1b.算术平均最小法nnr=[uik,ujk)]/[(1/2)uik,ujk)]（j≤n）（2—17.iji1i1几何平均最小法（i，j≤n）（2—18）.d.夹角余弦法19山东科技大学本科毕业生论文（i，j≤n）（2—19）.（2—20）.距离法欧几里德距离)当j时相关系数法（i，j≤n）（2—21）.绝对指数法h.主观评分法（2—22）.请专家或有经验的人打分，经过统计平均，最后归纳为[0，1]的数。本文将采用建立降半梯形函数的公式确立r。ij2.1.5隶属函数的建立常用的隶属函数大致有以下六种方式降半矩形分布，如图2一5所示100≤x≤cx>a降半型分布如图2一6所示20山东科技大学本科毕业生论文μ(x)=e-kx）降半正态分布如图2一7所示μ(x)=e-kx2）降半梯形分布，如图2一8所示(a—x)/（a—a）a≤x≤a1211201a＜x20≤x降半凹凸分布，如图2一9所示0x>a-1/k21山东科技大学本科毕业生论文降半哥西分布如图2一10所示μ(x)=1/(1+kx)（k＞1）2.1.6权重系数的确定方法模糊综合评价中赋权方法很多，可以分为标准赋权法和主因素突出赋0一4”(AHP)等处理复杂系统时宜选用层次分析法):在模糊综合评判别中，一般有以下几种计算方法无权重即各污染因子同等重要，而在倍斜率隶属函数结构中有隐含的污染权重，由于左右倾斜不等，加重了高级别对评价结果的影响，间接体现了主要污染物的重要性。超标加权法超标加权的各因子权重可用下式计算:（n为评价等级数）（2—22）为第i评价因子在第k监测点上的权重值;22山东科技大学本科毕业生论文为第i评价因子的各级分类标准的均值见表4一，其它符号同前计算出值进行归一化处理，则可得到各评价因子在各监测点上的权重值。灰色聚类法的权重计算对于灰色聚类，其权重计算式一般为:（2—23）式中为第i评价因子的第j个级别的权重。其它符号同前。模糊综合评判的权重计算其权重计算一般采用下式（2—24）式中:W为污染物i:X为污染物i;。为污染物i各级ii标准值的均值。统计法首先请有关专家或从事相应工作具有丰富经验的人对因素集U={u，1uuu}打23n分。nA=(aaa……a，ij=1（j=1，2，……，m）i1j2j3jnji1然后对每个因素u（i=1.2.3…）进行单因素统计，其步骤如下:i①对因素u(i=12在它的权数a(i=12m)中找出最iij大值m，其中M=max{a}m=min{a}1<j<miijiij23山东科技大学本科毕业生论文②适当选取正整数，利用公式（M=m）/kii计算权数分成k组的组距。并将权数由小到大分成K组③计算结在每组内权数的频数和频率。④根据频数和频率的分布情况，确定u的权数a从而得到权重向量iiA=(aa…a)1,2n2.2模糊综合评判法的基本原理时，我们作出系统特性的精确而有意义的描述能力将相应降低，直至达到由于大气环境污染程度由轻到重是逐渐过渡的，没有明确的界限，因此，对大气环境质量进行综合评价时宜采用模糊集理论方法。模糊综合评判法就是基于上述理论得出的产物，能更客观地反映事物所处的状态。与评价事物相关事物的各个因素对其所作的综合评价。评价环境的环境质量的优劣程度。把环境系统作为事件，用不同的污染级别作决策，而最佳的对策就是被确定的环境质量级别，从而达到定量描述环境系统在各个污染物共同作用下的环境质量的优劣程度。设论域U={xxx}m个模糊子集AAAA。构成了一12n123nXi{123…m}使得A{Xo}=U{Xo}，oiolk则认为X相对隶属于A。论域U上有一标准模型，待识别的对象有n个即oiokXXX，…X，若某个X满足A(X)=u{A(x则优先录取X.也就是说，123nkk1k当某一元素相对于一个集合的模糊关系的机会大些或频率多些时，则此时24山东科技大学本科毕业生论文的隶属度值也相对大些，那么占的权重也大些，应作为首选的因子考虑，这就是模糊综合评判法中最大隶属度原则。在综合评判中各个因子的权重不一样，同时建立权重集的依据和原理也必须合乎实际。在评价某个事物时，可以将评价结果分成一定的等级根据具体问题，以规定的标准来分级例在大气环境质量评价中，可把评价的等级分为“清设评价因素集合为:U={u，u，…u}12n决择评语集合为:V={v，v…v}12m首先对评价因素集u中的单因素u（i=1，2，…，n）作单因素评判，i从因素u着眼确定该事物对决择等级v（j=1，2，…，m）的隶属度可能ij性程度)r，这样就得出第i个因素u的单因素评判集ijir（rr…r）ii1i2im它是决择语语集上的模糊子集。这样n个评价集就构造出一个总的评价矩阵R111221r……22R=n1r……n2nmR即评价因素论域到决择评语论域v的一个模糊关系，μ(uv表示因Rij素u对决等级v的隶属度。ij者小多少，又是一个模糊择优的问题，因此评价的着眼点可看成评价因素论域上的模糊子集A，记作:25山东科技大学本科毕业生论文A=(a/u)+(a/u)+…+(a/u)1122nn或者A=(a，a，…，a)12n其中a（0≤a≤1）为u对的隶属函数。它是单因素u在总评价中的影iiji响程度大小的度量，在一定程度上也代表根据单因素u评定等级的能力。ii称为的因素重要程度模糊子集，a称为因素u的重要程度系数。ii于是，当模糊向量和模糊关系矩阵R为已知时，作模糊变换来进行综合评判。B=AOR（b，b，…，b）（2—25）12m中的各素b广义模糊合成运算得的运算结其计算式为jb=(a*r)*(a*r)…*(a*r)(j=1，2，…，m)（2—26）j11j22jnnj称为决择评语集上的等级模糊子集，b(j=1，2，…，m)为等级vij对综合评判所得等级模糊子集最大隶属度原则选择最大的b所对应的等级v作为综合评判的结果。ji2.3模糊综合评判法数学模型的的建立设U={X，X…Xn}为n种因素或指标，V={V，V，…Vm}为m种1212评判。由于各种因素所处的地位不同，作用也一不样，当然权重也不一样，m是上的一个子集:B={b，b，…b}b反映了第jV;12mjj在综合评判中所占的地位Vj对模糊集的隶属度:B(Vj)=bj。综合评判依赖上的模糊子集，A={aa，…a}，且=112n即第结合大气环境质量评价方法，其步骤如下:(l)因素集U={uu，…，u}，这n个因子反映大气环境质量，构成12n26山东科技大学本科毕业生论文综合评价因子集。（2）给定m个判别级别并由其组成评判集〔评价集或决断集{v1v…v.}2n（3）单因素评判f:UUi|Γ(V)（Ui）（r，r，…，rΓ(V)i1iim模糊映射可诱导出模糊关系Rf∈ΓU×即Rf(u，v（uv=rijijij因此，Rf可由模糊矩阵R∈u×m表示:nrrrr称R为单因素评价矩阵。模糊关系R可以诱导出到的模糊线性变换Tf称1、、R)构成一个模糊综合决策模型，、、R是此模型的三个要素。（4:对于权重A=(aa…a，运用模糊矩阵的合成运算方法12n来计算，可得模糊A∈Γ∈ΓΓ若输入一种权重A∈Γ(U)，则输出一个模糊综合评判B=AOR∈Γ(V)。综合评判过程图如图2一1所示AOR=BR图2一1综合评判过程图27山东科技大学本科毕业生论文在实际应用中，经常采用的具体模型有以下四种模型1：m（∧∨）即用∧代替*，∨代替*，有i=1，2，…，m，（2—28）式中∧∨分别为取小（min）和取大（max）运算，即：b=max[min(armin(ar，…，min(ar)]在此模型中，单j1ij2ijijij因素u的评价对等级v的隶属度r被调整为:ijijr=a*r=a∧r=mina，r）j=1，2.，…，m，（2—29）ijiijiijiij由此可见，模型∧∨)是一种“主因素决定性”的综合评判。模型2:M即用·代替*，研代替*，于是:j=1，2，…，m，（2—30）其中“.v”为取大max)运算，即:b=maxj（ar，ar…ar）11j22jnnj此模型中用“v*r乘一小于l的系数来代ij替给rm(v)也是一种“主因素突出型”的综合评ij判。模型3:m(︿即用代替*，由代替*，于是j=1，2，…，m，（2—31）这里为取小(min运算，αβ=min（1，αβ为对m个数在运算下求和，即:nb=min[1，（ai，rij）ji1该模型对各r作有上界相加以求b。因此a也是在考虑多因素时rijjiij的调整系数。形式上这个模型是一种对每一等级v都同时考虑各种因素的综合评判。j28山东科技大学本科毕业生论文模型4:M(.，即用．代替*，有界算子代替*，有nb=（ai，rijj=1,2,…m(2—32）ji1其中“.αβ=min（1，αβΣ为对m个n数在。运算下求和，即b=min[1，ji1级v的隶属度b时，考虑了所有因素u(j=1，2，…，的影响，而不是像模jji型M(.ˇ那样只考虑了对bj到所有因素的影响，所以各a的大小具有刻画各因素u重要性程度的权系数iin的意义，因此a，应满足如下要求：ai=1ii1所以模型M(.，)是一种“加权平均型”的综合评判。在此模型中，模糊向量A=(a，a，…，a具有权向量的意义。12n3.1武汉市大气环境资料的收集根据本论文的需要，笔者在武汉市环境监测中心站，冶金部安全与环境保护研究院，洪山科技馆，武汉理工大学西园图书馆等搜集到在武汉市大气环境监测资料如下:3.1.1大气监浏网点1998一2000年武汉市城区大气环境质量监测按国家环境保护局验收通过的优化布点方案进行，以大气地面自动监测站的五个子站即汉阳区站、江岸区站，武昌火车站，武冶机修和东湖监测站的监测结果平均值代表武汉市大气环境质量的平均水平.目前监测的项目为二氧化硫(SO)229山东科技大学本科毕业生论文(NOx)，总悬浮颗粒物(Tsp)和一氧化碳(CO)(见表3一l)。武汉市大气优化布点表表3—112345东湖监测站SO,NOTSPCOX江岸区站汉阳区站武昌火车站武冶机修城区降尘监测共设17个点，分在7个行政区(江岸区，江汉区，桥口区，汉阳区，武昌区，青山区，洪山区)，三类功能区(见表3一2):硫酸化速率共设28个点，分在7个行政区(江岸区，江汉区，桥口区，汉阳区，武昌区，)(见表3一43一3)，域区降水监测点共8个(见表3一4)。武汉市城区降尘监侧网点表3—2行政区测点名功能序号行政区1武昌区4青山区武冶机三修30山东科技大学本科毕业生论文洪山区89汉阳区琴台路二翠微路二武汉市城区硫化速率监侧网点表3—3行政区测点名功能区序号称行政区测点名功能区称115前进一二路热点卫三生所31山东科技大学本科毕业生论文14翠微房二管所3.2武汉市大气环境监侧资料的分析研究现以1998年武汉市大气环境监测资料对武汉市近年大气环境质量进行主要污染物、污染变化趋势及大气功能区达标预测。3.2.1主要大气污染物预浏二氧化硫该年度城区二氧化硫一次值的总有效监测次数为72306率为0.04%0.991毫克/0.98测点;0.98%测点的一次值基本不超标。该年度城区二氧化硫年日均值为0.044毫克/:各监测点的32山东科技大学本科毕业生论文年日均值范围为0.028一0.063毫克/0.05倍，出现在武冶机修测点，其它测点的年日均值均未超标。该年度城区二氧化硫各季日均值分别为0.0510.0280.0280.063毫克/立方米，均未超标，其浓度变化为:四季度一季度>二季度三季度见图3一l)1234季度图3一1二氧化硫季节变化图氮氧化物该年度城区氮氧化物一次值的总有效监测次数为73164率为15.5%1.388毫克/8.25测点:41.4%它测点的一次值超标率均在20%以下。该年度城区氮氧化物年日均值为0.094毫克/0.88倍:各监测点的年日均值范围为0.050一0.172毫克/立方米。该年度城区氮氧化物各季日均值分别为0.086，0.068，0.066，0.153毫克/立方米，除四季度超标0.5倍外，其它各季度均未超标，其浓度变化为:四季度一季度>二季度三季度见图3一2)33山东科技大学本科毕业生论文0.080.060.040.0201234季度图3—2氮氧化物季节变化图总悬浮颗粒物该年度城区总悬浮颗粒物一次值的总有效监测数为1525个，日均值超标率为31.93%0.041一1.158毫克/标2.8663.64%，出现在武昌火车站测点，其它测点均在40%以下.该年度城区总悬浮颗粒物各季日均值分别为0.2790.2340.1690347毫克/立方米，除四季度超标外，其它各季度均未超标，其浓度变化为:四季度一季度二季度三季度见图3一3).123434山东科技大学本科毕业生论文圈3—3总悬浮颗粒物季节变化图一氧化碳该年度城区一氧化碳一次值的总有效监测次数为65491率为1.3%31.503毫克/2.15站测点;3.3%该年度城区一氧化碳年日均值2.449毫克/0.29倍;各监测点的年日均值范围1.672一3.877毫克/立方米。该年月日度城区一氧化碳各季日均值为:2.264，2.331，1.525，3.093毫克/立方米，均未超标，其浓度变化为:四季度二季度一季度三季度见图3一4)1234季度.圈3—4一氧化碳季节变化根据以上计算结果可以看出，氮氧化物的一次值、日均值及年均值的超标情况最为严重，其次为总悬浮颗粒物。因此，可以预测出武汉市城区的主要大气污染物是氮氧化物和总悬浮粒物。另外，从各季度大气污染物浓度日均值的变化可知，四季度的污染程度最严重，三季度的污染程度最轻。3.2.2大气污染变化趋势预测35山东科技大学本科毕业生论文按照speartnan秩序相关系数方法，对1993一1998年大气污染物进行定量趋势分析，并以此进行近几年武汉市大气污染的变化趋势。秩相关系数RSn按下式计算:Rs=1—（6di）/(n—n)23i1式中：dixi与的差值n:年数xi:结果从小到大排列序号年排列序号比较1993一1998年度变化趋势时，n=6，Rs0.05=0.829，Rs0.0l=0.943二氧化硫1993一1998年，城区二氧化硫总体污染变化呈上升趋势可信度0.99)，各个测点，武昌火车站、东湖监站呈上升趋势，其它各测点的污染变化不明显。表3一61993一1998年二氧化硫污染趋势分析武冶机修东湖监测站Rs一0.543一0.5430.829上升一0.3710.943—上升结论——上升图3一5二氧化硫浓度日均值历年变化趋势分析36山东科技大学本科毕业生论文氮氧化物93一98年，城区氮氧化物总体污染变化呈上升趋势可信度0.99)，由93年的0.068毫克泣方米升到98年的0.094毫克/测点的污染呈上升趋势，其它各点变化不明显见表3一7，图3一。表3一7江岸区1993一1998年氮氧化物污染趋势分析武昌火车站0.657—武冶机修东湖监测站0.314—Rs0.771—0.600—0.829上升结论上升图3一6氮氧化物浓度日均值历年变化趋势总悬浮颗粒物93一9893年的0.24毫克/立方米，其中年其污染浓度最小。各监测点变化不明显见表3一8，图3一7)表3一81993一1998年总悬浮颗粒物污染趋势分析武冶机修Rs0.314—0.086——0.543—0.143结论————37山东科技大学本科毕业生论文圈3一7总悬浮物浓度日均值历年趋势分析大气污染综合指数五年来，城区大气污染综合指数(502NOxTSP三项呈上升趋势，各监测点中的污综合指数均匀无明显变化见表3一8，图3一8)表3一91993一1998年大气污染综合指效变化趋势武昌火车站0.657—武冶机修东湖监测站0.086—Rs0.600—0.600—0.429—0.971结论上升54数指3合综21095年度9798圈3一8大气污染综合指数多年变化趋势分析38山东科技大学本科毕业生论文由以上知武汉市大气污染变化趋势分析可以看出，SO，NOx年日均值2浓度基本处于上升趋势，大气污染综合指数则处于比较明显的上升趋势，据此可以预测，武汉市最近几年的大气环境质量仍将处于下降趋势。3.2.3大气功能区达标预浏每个监测点位按监测频次要求取得全部监测数据，达到《环境空气质:功能区环境质量达标见表3一10)。表3一198年度武汉市大气功能区达标统计表单位:mg/m3达标情况TSP0.151不达0.243不达标0.236不达标0.359不达标0.0630.06330.303不达机修标98年度武汉市大气一类、二类、三类功能区均不达标。由此可以预测，随着武汉市大气污染程度的加剧，大气功能区仍然不能达标。39山东科技大学本科毕业生论文4.1综述所谓模型是指用文字、图表和数学式子描述客观现实事物外部特征和内在联系的数学模型和地图等。模型是现实事物的合理简化。数学模型就是根据人们的实践经验或对客观系统的观测结果归纳出的一套反映系统内部状态变化和输入、输出数据关系的数学公式和计算方法。数学模型可分三大类：第一类是确定性数学模型，主要研究事物之间的必然联系。第二类是随机数学模型，主要研究事物之间的偶然联系。第三类是模糊数学模型，研究事物之间的模糊关系。本文将采用模糊数学模型进行大气环境质量评价。数学模型的建立是一个复杂的动态过程。下面将阐述建立数学模型的具体过程。4.2数学模型的选择与建立4.2.1数学模型类别的选择与确定根据量的确定性与不确定性可将数学模型分类为:①确定性数模型。这类模型研究的对象具有确定性，对象之间具有必然联系。②随机数学模型。这类模型研究的对象有随机性，对象之间有随机的偶然关系，如用概率分布方法、以马氏链接建立的数学模型。③模糊数学模型.这类模型研究对象之间有模糊性，既没有明显界限，也不具有简单的概率分布。而在大气环境污染中同一个污染因子可能对不同级别污染有不确定的因素，而且各个污染因子对整个评价论域的贡献有模糊性，而且大气污染等级本身也具有“亦此亦彼”的特性，这样我们选择模糊数学模型不仅具有严格的理论基础，而且符合客观实际的需要。40山东科技大学本科毕业生论文4.2.2模糊数学模型的选择与确定根据第二章对五种具体模糊数学模型的分析比较以及对第三章武汉市大气污染资料的数据处理和分析可知，武汉市的大气污染因子中比较突出的污染因子是氮氧化物和可吸入颗粒物，且这两者都呈上升趋势。二氧化硫和一氧化碳的作用比较平缓不作为首要污染物，但对大气污染同样有所贡献；而臭氧和飘尘则贡献较小甚至可以不予考虑。这样在主次分明里均有所“贡献”的情况下依据所有因素在大气污染中“贡献率”的大小即权重的大小，按均衡兼顾的原则，决定选取加权平均型M(.，十模型。从理论上说，这种模型比较适合武汉市的大气环境质量状况。下面还将通过几种模型的具体运算证明这点。4.3数学模型的建立步骤4.3.1建立评价空间确定评价因子和评价集根据武汉市5个监测点实际监测数据种类建立评价因子集。µ={µµµµµµ}µ为SO:µ为TsP:µ为NO:µ为CO;µ为O:µ为1234561223X4536GB3095一1996《环境质量标准》为依据，确立等级代表值。为了扩展为四级标准。第四级标准参照二级标准的日均浓度值制订。这四级标准分别表示:优清洁、良轻度污染)、中中度污染、差重度污染。扩展后的标准见表4一1。表4一1环境质量分级标准(mg/m)一19963级级0—0.050—0.120.05—0.150.15—0.250.25—0.500.2380.12—0.300.30—0.500.50—1.000..48TSP41山东科技大学本科毕业生论文0.10—0.150.15—0.300.1634.00—6.006.00—6.0010.00PM1020—0.050—0.120.05—0.150.15—0.250.25—0.500.2380.12—0.160.16—0.200.20—0.400.22这样即可建立评价集。，，111，IV}4.3.2确立隶属函数根据分级系统的各级标准分别建立每种评价因子相应于不同级别的隶属函数。隶属函数的确定方法通常可分为模糊统计方法与指派方法两种，常用的是指派方法。指派方法普遍认为是一种主观的方法，它可以把人们R成为模糊分布。所谓指派方法就是根据问题的性质套用现成的某些形式的模糊分布，然后根据测量的数据确立分布中包含的参数。根据第二章所提供的模糊分布及隶属函数形式和前人经验，并结合武汉市大气环境质量评价的实际情况，本文选用较为简便的降半梯形分布函数，以确定隶属度。其隶属函数分布图如图4一1所示。图4一1降半梯形隶属函数分布图设R是从到上的一模糊关系，nm代表第n个因子，对第m级程度的大小，即第n个因子对第m级标准的隶属度。42山东科技大学本科毕业生论文当j=1时，即第一级隶属函数为：1xiiaxaa)a）i12i211i10ai1当j=2时，即第二级隶属函数式为:i1211i1）i23i322i30xa或xai1i3当j=3时，即第三级隶属函数式为:i2322i3）i34i433i40xa或xai2i4当j=4时，即第四级隶属函数式为:0i3）i4i3433i41xai443山东科技大学本科毕业生论文式中xi种因素平均浓度的实测值。ir—表示第ij级的隶属度。ijaaaa级大气环境质量分级标准。1234因为以上表格中采用的标准，对于TSPCO这两种因素，级与级标准为同一值，故对两者选取如下隶属函数:1i1）i13i311i30xai3r=ri1i2xa或xai1i4）i3i1311i3axaa)xa4i41i30i3）i4i3433i41xai444山东科技大学本科毕业生论文根据以上隶属函数式并结合评价因子分级标准表，可求出评价参数对各评定等级的具体隶属函数。.1ir=）ii0xix）iix)）ii0xxiix）iir=x)）ii00xxiixir=x)）ii1xi45山东科技大学本科毕业生论文1xi）ii0xiiix)）ii0xxii）iir=x)）ii0xx1ii1xir=）i1x1iNO:X46山东科技大学本科毕业生论文1xix)）ii01xixix)）ii00xixxiir=x)）ii00xixxiir=）iixiCO:47山东科技大学本科毕业生论文1xix)）ii01xixix)）ii0xi0xxiir=）ii0.25（10—x）ii0xxiir=）i1xi4.3.3建立评价因子与评等级之间的模糊关系取和分别为评价因子集合与大气质量分级的集合，将数据一一代入各个具体的隶属函数中，可计算出模糊矩阵R如下:48山东科技大学本科毕业生论文4.3.4建立评价因子间的模糊关系（赋权）:(1)指数赋权法nW（C/S）/（C/S）iiiiii1其中，C为iS是此指标的环境质量的某一级标准。或ii将S视为该指标的各级环境质量标准取均值。i分级指数法当某环境指标的实测值优于方法(l)中的环境质量标准S。低于环境i质量标准时采用同方法的计算方法进行计算。标准赋权法/si)或W（lgZ）/（nnW=(1/S/iiiii1i1n其中：Z=1/h，h=d/d为第i个环境指标的实测值，n为环境单元iiiiii1个数，m为环境评价指数个数。本模型虽将采用超标指数赋权法，但将权值归一化，这样既突出环境质量评价中主要污染物的作用，又考虑了不同污染物标准值的差异即毒理学等方面的差异，计算亦较简便。其数学表达式为:a=X/S—24)iii权值归一化后有：49山东科技大学本科毕业生论文W=a/n（4—25）aiiii1式中X—第i种污染物实测浓度(mg/m，)3is—第矛种污染物环境质量标准均值(mg/m，)3ia—第i种污染物标准指数;iW—归一化后第i种污染物的权重值。i根据表4一1GB3095一1996环境质量分级标准，计算权重值见表4一2表4-2超标倍数赋权法计算表SO20.220—iWi——————由表4一2可得出各评价因子权重组成的模糊向量A（w,w,w,ww,w）1234,56注:因实际监测数据中仅有SO，TSP，NO，CO四种污染物的浓度值，2XPMO0值代替，则二者的归一化103权重也为0，对原模型未产生影响。因此，即使在数据资料不足的情况下，模型仍然可以成立，对之后的计算机程序运算结果也没有任何影响。4.3.5模糊矩阵的符合运算在建立两个模糊矩阵R和A的基础上，与已建立的数据库形成连接，将R和A进行模糊矩阵的复合运算，B=AOR，可以得出模糊综合评判的结果。因为采用的是加权平均模型，则计算公式为：50山东科技大学本科毕业生论文b=n(ar)j=(l，2，3，4，5，6)jiiji1B=(w,w,w,ww,w)1234,56=(WR+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，111221331441551661Wr+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，112222332442552662Wr+Wr23+Wr+Wr+Wr+Wr，1132333443553663Wr+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，)114224334444554664=(bbbb)（4—26）12344.3.6评判结果b、bbb译语集中的级别即为本1234模型对该地区大气环境质量评价的模糊综合评判结果。若将隶属度大小排4.3.7评价实例武汉市的大气污染主要由人们的生活、生产活动所造成，主要污染源包括生活污染源、工业污染源、交通污染源三个方面，影响武汉市大气环境质量的污染物主要有氮氧化物(N0(TSP)(SO)x2和一氧化碳(CO)及飘尘等五种。武汉市城区大气环境质量监测按国家环保局验收通过的优化布点方案共设东湖监测站、江岸区站、汉阳区站、武昌火车站、武汉机修等五个站点.目前监测项目为SO、NO、TsP和四种，2X应用以上所选定的模糊评价方法，以武汉市1998年度大气环境监测项目日均监测值为例，对武汉市大气质量进行综合评价。任取：1998年度某日均值[SO]=0.044mg/m，[TSP]=0.258mg/m332[N0]=0.094mg/m，[CO]=2.449mg/m，33X51山东科技大学本科毕业生论文运用加权平均型模型，式（2—33）即bΣar，j=1，2，……mjiij按式一至一23)TSP，各级别隶属分别为：r一50x一50×0.258)/9=0.233;211r=(50x一6)/9=(50×0.258一6)/9=0.767，221r=023r=024其模糊关系集为R=(0.233，0.767，0，0)。其余类同。按式一24)式确定权值A:例如，对于TSP:a=x/s=0.258/0.480=0.538;2ii权值归一化后有:A=aΣa=0.538/[（0.404/0.238）（0.258/0.480）+2ii（0.094/0.163）（2.499/6）]=0.315其余类同为比较起见，还按文献提出的标准赋权法即：W（1/S）/Σ[(1/0.238)+(1/0.48)+(1/0.163)+(1/3)]=0.1651i其余类同。计算结果如表4一3。再采用式一将A、A分别与隶属矩阵R进行合成，得出计算结果B12和B及监测境空气质量。’B=(AAAA)’’’’’’123452山东科技大学本科毕业生论文00000000（0.334，0.165，0.487，0.013）111101=0.334×1+0.165×0.233+0.487×1+0.013×1，0.334×0+0.165×0.767+0.487×1+0.013×1，0.334×0+0.165×0+0.487×0+0，0.334×0+0.165×0+0.487×0+0.013×0，=（0.872，0.626，0，0）表4—3隶属矩阵和权值SOCO02X1R00001100A0.1080.3340.3150.1650.3380.4870.2390.013’表4—4环境大气质量模糊综合评价结果空气类别0Ⅰ级0.6760.8190Ⅱ级0.8720.6260由表4一4可见，采用本文超标倍数赋权法所得的模糊综合评判结果Ⅱ53山东科技大学本科毕业生论文这是由于标准赋权时末接纳实测信息，强调赋权标准化所致。下面仍用上述方法取1999年某日五个监测点实测平均值见表4一体评价武汉市区大气质量，计算结果见表4一6、表4一7。表4—5武汉市1999年某日环境空气监测结果（mg/m）3东湖站武昌火车站3.5460.3310.22.1040.1190.0260.7260.3070.0663.0480.2580.0812.1020.2010.1172.30520.24320.098TSPX表4—6隶属矩阵和权值东湖站1100000100江岸区1100010010000100武昌火11000武冶机10.550.6610000.450.6600.3454山东科技大学本科毕业生论文110000000.31710.68310.2580.3390.403表4—7环境空气质量模糊综合评价结果主要污染物空气类0.910.673CO0.4510.9820.5030.029NOXNONOXX排序东湖武冶汉阳江岸武昌火车站采用模糊综合评判方法不仅能表达环境空气质量实际上已达到的级别，而且能进行不同测点空气质量优劣比较.它还能解决实际存在的测值逼近评价标准边界两侧时的样品质量分级归属问题。5.1结论本论文以武汉市环境监测总站提供的武汉市五个监测点所测CO、TSP和NO的实测值为依据，对武汉市大气环境监测资料进行了分析研究，建X立了适合武汉市大气环境质量评价模型，并与大气污染综合指数法进行了55山东科技大学本科毕业生论文比较研究显示出模糊综合评判法的优越性。(1)严重，其次为总悬浮颗粒物。据此可能预测，武汉市近几年的大气环境质量仍将处于下降趋势。而且随着武汉市大气污染程度的加剧，大气功能区仍然不能达标。(2)均衡兼顾决定选取加权平均型M(、模型为宜。(3)大气污染综合指数法是在采用单一标准的基础上，加入污染因素最大值信息对大气质量进行评价。它简单易算，评价幅度较宽，对单一的标准是很实用的一种方法。同时最大值的加入也使污染因子权重偏向于主要污染物方面。在模糊综合评判中采用超标倍数赋权法即:W=x/s/Σ(xi/si)所得评判iii结果比标准赋权法即:=W=x/s/Σ(xi/si)更符合实际情况。iii56山东科技大学本科毕业生论文5.2建议改点，所能收集的资料不十分理想，故验证数据仅限于少量因子的平均值。建议有时间多收集资料并调用各因子在不同时间、不同地点、不同情况下、不同峰值进行具体验算，比较模糊综合评判法与大气污染综合指数法、模糊聚类法、灰色系统评价法的区别，提高其适应性。建议进一步研究各污染因子混合存在时可能出现的协同作用即加成作用或激化作用或拮抗作用即独立作用和抵消作用以便更加客观准确地进行大气质量环境监测。建议对模型中的赋权方法再进一步进行研究从中地出更加符合实际的赋权方法。性。57山东科技大学本科毕业生论文1.陆雍森环境评价，同济大学出版社1999年15—31.2.叶文虎、奕胜基环境质量评价学1994年4月第一版24—65。3.全国气象部门环境影响评价协作网大气环境和环境影响评价气象出版社，1998年。4.谢季坚、刘承平模糊数学方法及其应用华中理工大学出版社，2000年5月。5.贺中雄模糊数学及其应用天津科学技术出版社，1983年1月6.苗东生模糊学导引中国人民大学出版社，1987年2月。7.张跃军模糊数学方法及其应用煤炭工业出版社，19