基于模糊综合评价的室内空气品质判别研究

程凯丽

(宝鸡职业技术学院 陕西宝鸡 721013)

0 引言

当前，室内空气品质恶化已经引起了一些国家和地区的高度重视，为了有效控制室内污染，改善室内空气品质，多个国家和地区制定了相关标准；以充分认识室内空气污染全过程。据有关统计，每年室内空气品质低劣造成的经济损失惊人[1]，室内空气品质直接影响了室内人员的工作效率。美国环境保护署历时6年的调查专题结果显示，室内空气品质对人体健康的影响比室外空气更重要。室内空气质量控制，应充分认识其控制方法，采用和发展适宜的室内空气质量评价方法，才能为人类自身构筑一道健康的新防线。

基于此，本文拟用模糊数学方法研究室内空气品质,该方法考虑到了室内空气品质的分级界限以及评价集的内在模糊性,克服了以往其他评价方法中的评价结果依赖于受试者主观判断的缺点。该方法能够对室内空气品质等级进行正确的判断，且较其他方法简单，能正确表达多因素共同作用的综合评价结果。其关键是，建立室内空气品质等级评价的模糊数学模型,确定各类健康影响因素对可能出现的评判结果的隶属函数[2]。

1 模糊综合评价基本理论

模糊综合评价的数学模型由3个要素组成，其步骤分为4步：

(1)确定评价因素集U={u1,u2,u3,...un}

(2)确定评判集V={v1,v2,v3,...vn}

(3)单因素评判，建立模糊关系矩阵。f:U→ψ(v),ui→f(ui)=(ri1,ri2,ri3,...,rim)∈ψ(v)，

(4)分析综合评价结果。对于权重 ，取max-min合成运算，用模型M(Λ,V)计算，可得综合评价B=A∘R[3],对于多个评价可以根据其等级位置进行排序。

2 模糊综合模型在室内空气品质研究中的应用

2.1 实验工况选取

已有的客观评价室内空气品质方式，即通过准确的数值在限界明显的分级标准下进行，忽略了室内空气品质优劣本身的模糊性和连续性。基于此，本文依据模糊数学方法，建立室内空气品质的模糊综合评价模型，其基本框架图如图1所示。实验目的即利用模糊数学理论，了解室内空气品质的优劣。实验方式及其步骤：首先，选取西北饭店一号餐厅的空气品质评价为例，通过建立因素集、评语集；其次，根据不同参数特点给出拟合隶属函数，结合评价标准，经模糊变换给出隶属度值，完成模糊综合评价[4]。

图1 空气品质评价模糊层次结构

2.2 确定因素集和评价集

根据室内空气被污染特点，选取x1,x2,x3,x4,x5,x6为评价对象的6个因素(原始数据的监测统计中，因素集诸多，最后经研判筛选其6个主要因素)，称为评价因素集U={x1,x2,x3,x4,x5,x6}，其中，xi(i=1～6)分别表示CO2、烟气、O3(食材腐烂散发)、SO2、细菌、氡气(石材散发)；然后，建立4个评价结果组成的评价集V={v1,v2,v3,v4}，其中：Vi(i=1～4)分别表示空气品质清洁，未污染，轻污染，重污染。

上述6个评价因素在5个样本房间的空气品质监测值(采样时间均为初夏)如见表1所示，其各评价基准等级如表2所示。

表1 6大影响因素在样本房间的监测值 mg/m3

表2 分级基准及健康效应

各评价因子的选取遵循以下2个原则：

(1)排除一些成分复杂且精密仪器也很难测定浓度的叠加危害尚不清楚的因素。

(2)排除短时间人体难以感到不适的因素(此类因素有待学者们进行深入研究)。

2.3 确定权重

各因素权重是衡量参加评价的各个污染源之间对室内空气品质影响相对重要程度的因素。根据各因素影响程度给予不同的权重值；

向量A={x1,x2,x3,x4,x5,x6}

式中，ai为对第i个因素加权值。

本文采用频数统计方法；根据权重分配表，对每个因素ui进行单因素权重统计试验，选定78个感受系统正常的成年人进行统计。

对于因素u1：在它的权重中找出最大值Mi和最小值mi。

Mi=max{aij}，mi=min{aij}；

同理，依次求得其他各因素的权重A=(0.191,0.185，0.132,0.124,0.193，0.175)。

由此可见，细菌数总和二氧化碳浓度是影响餐厅空气品质最主要的因素。

2.4 建立隶属函数

根据室内空气品质的分级标准及其特点，各因素的对应关系在区间上为一线性函数[5]，且各因素集评价指标均以数值最小为优。

空气品质影响因素中CO2对于分级基准为清洁、未污染、轻污染、重污染的隶属函数依次为:

(1)

(2)

(3)

(4)

对于其他指标的函数表达式，方法类似，限于篇幅，不再罗列。对U集的每个单项函数，将各项评价监测统计值(表1)分别带入隶属函数式中，计算出各项因素对4个等级的隶属度。

根据隶属函数和实测数据，建立模糊映射关系，得到单因素评价矩阵:

根据各污染物对室内空气品质影响的权重向量A和模糊矩阵R进行复合运算:

即：

以操作间1为例，得出模糊综合评价结果向量：B=A·R=(0.193，0.195，0.132，0.124)

根据以上步骤，得到综合评判结果详见表3。

表3 空气品质的模糊综合评判结果

根据最大隶属度原则，即多级模糊综合评价模型的最终评价结果为隶属度最大的元素对应的评价等级；得出的空气品质模糊识别结果为：操作间1为未污染；操作间2为未污染；操作间3为轻污染；操作间4为轻污染；操作间5为重污染。

基于监测到的空气品质影响因素与规定的限值相比，评价结果较可靠，符合实际情况。

3 结论

室内空气评价方法有客观法，也有主观法，但这些方法掺入大量的认为因素，常常带有片面性，评价结果与实际情况符合度较差。本文引进模糊数学理论对室内空气品质进行了模糊综合评价，在评价室内空气品质时，注意了分级差异，且有效地解决了测量误差对评价结果的影响。因此，为了更好地评价室内空气品质，改善室内空气品质，应将整个论域上的模糊概念融入模糊数学理论进行综合性、定量性的评价。