灰色关联分析理论在垃圾处理中的应用

厉丹，孙金萍，姜代红，陈俊鹏

(1.徐州工程学院信电工程学院，江苏徐州221000；2.江苏省智慧工业控制技术重点建设实验室，江苏徐州221000；3.南京首佳再生资源利用有限公司，江苏南京210000)

灰色关联分析理论在垃圾处理中的应用

厉丹1,2，孙金萍1,2，姜代红1,2，陈俊鹏3

(1.徐州工程学院信电工程学院，江苏徐州221000；2.江苏省智慧工业控制技术重点建设实验室，江苏徐州221000；3.南京首佳再生资源利用有限公司，江苏南京210000)

由于不同地区经济发展不同，不同村落应根据自身情况制定不同的生活垃圾处理方案，因地制宜。在农村生活垃圾处理方案的选择上，运用灰度关联分析方法，建立垃圾处理模型，对不同处理技术方案进行评价选优，得出较合理的适合该地区的生活垃圾有效处理技术方案。

生活垃圾；灰色关联分析；垃圾处理

1 概述

本文针对农村不同地区生活垃圾的产出不同，研究如何利用灰色关联算法选择合理的垃圾处理方案。利用灰色关联分析理论，本文根据参考文献3对若干个方案计算设备成本、投资费用、管理费用、处理结果等指标，确定比较数列、参考数列后，计算得出灰色关联系数，并由处理结果指标权重确定评价因素比较数列，计算灰色关联度，从而得到最优处理方案，同时，灰色理论同样适用于垃圾产量预测。本文研究成果可供垃圾处理相关公司直接使用，只要根据本文的农村生活垃圾分类处理技术方案拟制定候选方案，即可得出满足要求的最佳处理方案。使用该方法最大程度减少了管理费用、运行费用、设备费用、土地费用、降低污染，提高了处理效率。此结果对于辅助农村地区垃圾治理、避免治理过程中可能产生资源浪费、环境污染等问题具有较大的实用意义，对正确的改善农村生活垃圾处理问题提供决策依据，有良好的社会经济效益和应用前景。

2 灰色关联分析理论

2.1 灰色关联度

灰色系统理论是一种新兴的理论体系，由邓聚龙教授在1970年末提出。经多年发展，已形成完善的理论体系。灰色关联分析是灰色理论的重要组成部分，即灰色关联度作为衡量因素间关联程度的方法。关联度是事物之间、因素之间随时间、不同对象变化的关联性大小的度量。如两个因素同步变化程度较高，那么关联程度也高；如两个因素同步变化程度较低，那么关联程度低。它定量地描述了事物或因素之间相互变化的情况，即变化的大小、方向与速度等的相对性。

灰色关联分析根据序列曲线的几何形状的相似程度大小判断曲线联系是否紧密，曲线越接近，序列间关联度越大。虽然统计分析方法可以描述因素间的关联关系，但要求数据量大、数据分布特征明显。而多因素非典型分布特征的情况，相关分析的难度大。相对来说，灰色关联度分析原理简单，所需数据较少，易于理解。通过灰色关联分析法进行各个垃圾处理方案的选择,是通过判断若干个候选方案与理想方案间的关联度的大小，得到相应序列，关联度高，则该方案更优越。文章通过探讨及运用灰色关联法，建立生活垃圾处理技术方案优选模型，对农村生活垃圾处理技术备选方案进行综合评估优选。

2.2 灰色关联度计算

灰色关联度分析法进行评价的基本思路是从样本中首先确定一个理想化的最优样本，将它作为参考数列，通过计算不同样本序列和该参考序列的关联度大小，对各个处理方案进行综合比较和排序。灰色关联度分析算法的核心是计算关联度大小，计算关联度时，先要处理原始数据，接着计算关联系数，最后计算出关联度。

不同因素的计量单位不同，所以原始数据会存在量纲或数量级的差异，所以计算关联度前，需要用初值化、均值化等方法无量纲化处理原始数据。所谓初值化是用同一数列中第一个数据除其他数据，得到相一个初值化倍数数列。通过初值化处理，可使升降的趋势更加明显。均值化是要分别求出原始数列平均数，再用数列中的所有数据除以平均数得到均值化倍数数列，该方法适合没有明显升降趋势的数据。

灰色关联分析方法根据评价因素间的发展态势的相似以及相异程度，确定被评价因素的关联大小，xi

对x0在k时刻的关联系数计算如下：

其中{ xi}为比较曲线，{ x0}为参考曲线，ξ(k)为k时刻两曲线的相对差值。

关联度，即各个时刻关联系数ξ(k)的平均值计算如下：上式中，ri即为为比较曲线{ xi}对参考曲线{ x0}的关联度。根据所求关联度ri的值，可以计算出评价因素的权重值：

将上式评价因素的权重乘以评价因素等级分数，可得到评价因素指数。

3 农村垃圾处理方案优选模型建立

本节介绍灰色关联度在实际农村垃圾处理方案选择中的分析方法和步骤，为定量描述方案中各个因素之间相互变化的情况提供了理论依据。传统的定性分析选择处理方案会有很多人为因素干扰,将方案中评价相关因子定量化，通过用数学方法定量分析，是目前研究的热点。农村垃圾处理方案优选模型基于灰色理论思想，通过筛选后的指标确定优选模型，从而建立步骤，可以根据该村自身经济发展情况找到适合该农村的垃圾处理技术。

农村垃圾处理方案选择过程中，根据农村生活垃圾处理的特点及要求，从指标中选择影响力大的指标构造比较数列。本文评价指标采用设备成本、投资费用、管理费用、处理结果四项指标，计算若干个候选方案的每个指标，并进行赋值。根据村落实际情况，制定不同的垃圾候选处理方案。如有的方案直接填埋；有的方案实施分类资源化，回收可利用垃圾并填埋；有的方案分类资源化后，回收利用可利用资源，有机垃圾堆肥，剩余焚烧，等等。本文结合某村实际情况，对各个候选方案进行对比选择。实施时，将A、B、C、D不同方案各个指标进行赋值计算，得到下表，然后计算关联系数，通过对指标的权重进行评定，可以得到权重集，进而计算出灰色关联度进行A、B、C、D各方案的评选。

表1 垃圾处理方案选择

农村垃圾处理方案选择模型具体建立过程如下：首先通过农村生活垃圾处理A、B、C、D候选方案的评价指标构成比较数列，通过A、B、C、D候选方案评价指标的最优值确定理想方案，形成参比数列；接着对比较数列、参比数列的据规范化处理，计算两数列在对应点的绝对差；然后对最大差与最小差计算A、B、C、D候选方案与理想方案对各个指标的灰色关联系数；最后利用关联分析，得到各指标的权值,计算关联度，并根据关联度的大小确定最优的处理方案，即灰色关联度最大的为最优的农村生活垃圾处理方案。

4 灰色模型对垃圾产量的预测

灰色模型在垃圾产量的预测中也起到了很大作用。农村生活垃圾产量是生活垃圾处理工程设计时的重要依据。决定了农村未来可持续发展规划。建立农村生活垃圾产量的预测模型，可以预测未来农村生活垃圾的产量，从而为农村的总量控制、环境规划提供重要依据。农村生活垃圾产量的预测模型的建立过程中，可以把无明显规律的时间序列，即不同时间间隔内的垃圾产量数据，通过一次累加，生成有规律的时间序列，为建立灰色模型提供了中间信息，接着采用一阶单变量动态模型对数据进行拟合，根据灰色模型算出的生成结果回代计算值，进行累减还原的计算，之后对还原后的值检验精度，就可进行农村未来生活垃圾产量的预测。

5 结束语

灰色关联度分析是灰色理论中的一种方法，对灰色系统中不同事物间的相关性分析,通过各个因素间发展趋势的相似和相异性，衡量各个因素间关联程度的一种算法，该方法可以使不同影响因素间的关系清晰化，并且得到影响事物的本质因素是什么。在农村生活垃圾处理方案的选优过程中，运用灰色关联度分析方法减少了传统方法中人为因素造成的误差,该方法可信度高，简单易行，能够比较客观、准确地确定评价因素与垃圾处理方式之间的关联度，有良好的应用前景。

[1]刘思峰,党耀国,方志耕,等,灰色系统理论及其应用[J],北京：科学出版社,1991,

[2]王浙明,史惠祥,苏雨生,等,灰色关联模型用于工程方案优化[J],中国给水排水,2002,18：81-84,

[3]尚晓博.农村生活垃圾处理技术方案优选研究[D].广州：广州大学,2012.

[4]赵建.基于灰色关联度取权重的土地估计模式[J].科技创业,2007,(8)：46-47.

[5]邓聚龙.灰色理论与方法[M].北京：石油工业出版社,1992.

[6]杨丽娜.基于专家评判的灰色综合方法在可信度评估中的应用研究[J].航天控制,2007,25(4)：63-67.

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2017-07-12

江苏省住房城乡建设厅科技项目(2015ZD72)