空气质量综合评价模型

潘品言　徐强

摘要：本文讨论空气质量评价问题。引用模糊数学的方法，将六项主要空气污染物作为空气质量的指标，对空气质量等级进行综合评价。选取乐山市更新至2015年5月16日10：00的24小时空气污染物浓度值作为研究数据，得出该段时间内乐山市空气质量大体情况较好。然后通过模糊综合指数法得到综合评价矩阵，进而得到模糊综合指数FCI。本模型基本克服AQI“爆表”情况。

关键词：空气质量评价 模糊综合指数 健康风险评估 出行建议

中图分类号：X651文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1 问题重述

从2011年开始，我国多个城市出现了严重的雾霾天气，形成雾霾的PM2.5 逐渐被人们所关注。 2012年，空气质量新标准――《环境空气质量标准》出台。

AQI评价的6种污染物浓度限值各有不同，在评价时各污染物都会根据不同的目标浓度限值折算成空气质量分指数AQI，范围从0到500，大于100的污染物为超标污染物。这种计算方法就存在一个问题，当污染物浓度超出最高上限时，AQI的值最高也只能是500，在这之上的指数不存在，这种情况称为“爆表”，即用AQI就不能描述这类特别严重的污染天气。因此，需要对AQI上限设为500的计算方法进行改进。

2 问题分析

空气质量分指数是针对单项污染物而规定的指标。从各项污染物的IAQI中选择最大值确定为AQI，当AQI大于50时将IAQI最大的污染物确定为首要污染物；当污染物浓度超出最高上限，AQI的值发生“爆表”，上述算法已不适用，因此，我们采用新的算法，模糊综合指数法来进行改进。

将收集的数据运用所建模型进行计算，把得到的结果与原始算法的结果进行对比，我们发现两种算法所得的评价指标各不相同，但均能反映出空气质量的好坏。而我们建立的模型能够基本克服AQI指数“爆表”的情况。

3 乐山市空气质量及各项污染物浓度值数据整理

选取乐山市更新至2015年5月16日10：00的空气质量及各项污染物的24小时（O3为1小时平均值）监测数据（数值单位：μg/m3（CO为mg/m3）），如下表5.1所示：

我们选择了6项主要空气污染物，根据其浓度值的大小作为衡量空气质量的指标，相对比较全面。取各项污染物浓度值的平均值，计算出空气质量指数AQI的值为43.2。该方法简单易行且能基本反映空气质量情况。可以看出，24小时内，乐山市空气质量相对较好。

4 空气质量综合评价模型

4.1 模型建立与求解

4.1.1 初步分析数据

取上述问题中乐山市四个测站得到的各项污染物浓度值平均值，分别为：细颗粒物：30.25μg/m3、可吸入颗粒物40.5μg/m3、一氧化碳0.946mg/m3、二氧化氮27.25μg/m3、臭氧68.25μg/m3、二氧化硫23.75μg/m3，将其作为下文模型中某次测量得到的数据进行计算。

4.1.2 建立模糊综合指数模型

（1）几个概念说明：

①因素集：参与评价空气质量的因子组成的集合。

U={u1，u2，u3，u4，u5，u6}={SO2，NO2，PM10，CO，O3，PM2.5}

②评价集：空气质量的不同评价等级组成的集合。

V={v1，v2，v3，v4，v5，v6}={一级，二级，三级，四级，五级，六级}

③i对j的隶属度：第i种污染物的空气质量数值可以被评价为第j级空气质量的可能性。例如：r12表示SO2对二级的隶属程度。

④模糊关系矩阵：隶属度组成的矩阵。

R=（rij）n×m

⑤权重向量：由各因素所占权重组成。

W=（w1，w2，w3，w4，w5，w6）

⑥多指标模糊综合评价向量：各种等级空气质量出现的可能性。

B=W·R

⑦空气质量标准类别向量：描述各类空气质量危害程度。

T=（t1，t2，t3，t4，t5，t6）T

⑧模糊综合指数FCI，对空气质量的综合评价。

FCI=B·T

（2）建立并求解模型

由（1）节所述，模糊综合指数模型为：FCI=W·R·T，因此，求FCI需确定3个量：

①T，一个主观因素比较强的量，按照日常的经验可取T=（1，2，3，4，5，6）T。

②R，体现数据的性质，一组各因素的取值可以确定一个R。

③W，处理的原则是超标倍数越多权重越大。

将所有数据按照如上的方法进行计算即可得到模糊综合指数FCI对空气质量进行评价。

4.2 结果分析

利用AQI计算公式计算得到的空气质量指数为43.2，而运用模糊综合评价模型得到的结果为1。将该次测量得到的污染物浓度值平均值中SO2的值改为3000μg/m3，可知，该浓度已超过空气质量分指数最高值对应的污染物浓度限值，即发生“爆表”，AQI的值已达到上限500，但可以通过我们建立的模型进行计算，得到的结果为5.2616，因此模型成功克服了AQI爆表的情况。

5 结论

对乐山市更新至2015年5月16日10：00的空气污染物数据收集整理与分析，我们发现该24小时乐山市空气质量较好。

建立了模糊综合指数模型对空气质量进行评价，该模型基本克服了AQI“爆表”的情况，但在空气质量的两种极端情况下难以进一步区分空气质量的差别。将测量数据运用两种算法进行计算，得到不同的结果。对比发现，所得值均表现为空气质量越差，值越大，但运用模型得出的FCI模糊综合指数的值较小，变化不十分明显。

参考文献

[1]中国环保部，环境空气指数技术规定（试行），http：//kjs.mep.gov.cn/hjbhbz/bzwb/dqhjbh/jcgfffbz/201203/W020120410332725219541.pdf，2015-5-16