基于故障树的城市雾霾天气模糊综合评判

吴天魁等

摘 要 以某市雾霾天气为例，找出导致该市雾霾发生的原因并建立相关的故障树，通过分析得出导致该市发生雾霾的主要原因为气象和人为原因.然后利用模糊综合评判法，对该市雾霾污染程度进行了量化评判，得出该市雾霾污染程度为重度污染，便于该市相关部门做好防范措施.结果表明，利用故障树分析法和模糊综合评判法对雾霾天气进行分析是可行的，为其他雾霾城市分析提供了参考依据.

关键词 雾霾；故障树；模糊综合评价法

中图分类号 X131； X513 文献标识码 A

Fuzzy Comprehensive Evaluation of City Foghaze

Weather Based on Fault Tree

WU Tiankui1， WANG Bo1， GU Jifa2，ZHOU Xiaohui1， ZHU Junlan1

（1.Business School， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China；

2.Institute of Systems Science Academy of Mathematics and Systems Science， Chinese Academy of Science， Beijing 100080，China）

Abstract By choosing foghaze of a city and figuring out the causes of foghaze weather， this paper established a fault tree. And the analysis revealed that it was mainly atmosphere and human beings that caused foghaze weather. Then， this paper used fuzzy comprehensive evaluation to evaluate on the levels of foghaze of the city， reaching the conclusion that it ranked general. So it was easy for the city to take precautions. The results show that it is feasible to analyze and evaluate the citys foghaze weather by fault tree analysis and the fuzzy comprehensive evaluation method.

Key words foghaze； fault tree； fuzzy comprehensive evaluation

1 引 言

近来雾霾在中国的多个地区频频发生，其范围之广，时间之长，污染严重，给人们的健康、经济政治及社会心理影响之大，国人为之震惊.工业革命之都伦敦百年前的迷雾重现于北京及其他城市，因此研究中国雾霾的产生原因以及对应策略成为了当前最重要的问题.

许多学者对城市雾霾的产生进行了研究.周涛等[1]对北京市雾霾天气成因进行了分析并提出了治理措施；刘翠等[2]对西安市雾霾天气成因进行了具体分析并结合分析提出了合理的治理措施；孙华臣等[3]对中东部地区雾霾天气的成因进行了研究并提出了相应的对策；郑峰等[4]对温州地区雾霾气候从时间和空间两方面进行了深入分析并发现了雾霾产生的变化规律；黄怡民等[5]对北京雾霾天气下气溶胶中水溶性无机盐粒径分布进行了研究；林云等[6]研究了焦作市城区雾霾天气的成因并提出了合理化措施；孙亮[7]对雾霾天气成因的危害进行了分析并提出了控制措施；石元春[8]对中国雾霾产生机理进行了分析并提出了相应的策略.然而对城市雾霾污染程度却研究甚少.由于不同地区导致雾霾的原因不尽相同，本文通过总结分析找出了城市出现雾霾的普遍原因，并通过建立故障树，能清晰地找出导致雾霾出现的主要原因；然后通过运用模糊综合评判的方法对城市雾霾天气进行分析得出城市雾霾污染程度，有利于城市及早做好防范措施.

故障树分析法[9]（Fault Tree Analysis， FTA）是一种运用演绎法逐级分析，寻找导致某种故障事故的各种可能原因，直到最基本原因，并通过逻辑关系的分析确定潜在的风险故障，以便采取防范措施的分析方法.在此方法中通常把人们不希望发生的，但可以预见的对系统性能、经济性、可靠性和安全有显著影响的故障事件作为顶事件，把引发顶事件故障的最终原因作为底事件，把反映顶事件与底事件之间因果关系的事件称为中间事件.然后通过各事件间的逻辑关系建立系统故障的数学模型.

模糊综合评判法[10-15]主要对一些不确定和模糊的事件做出评判的一种方法，其操作步骤为：

通过分析可以看出，气象原因是导致该市出现雾霾的主要因素，这与专家分析得出的结果相吻合，其次就是人为原因.如果气象原因无法控制，可以尽量减小人为原因.比如可以减小城市房屋的密度，合理规划房屋结构，这是因为建筑物密度的增加，导致下垫面的阻挡和摩擦作用使区域风明显减弱，水平方向静风现象增多，污染物难于扩散和稀释；控制机动车尾气的排放，可以鼓励大家多乘坐公交车代替私家车；严禁周边地区秋后秸秆的焚烧，对违反者严厉惩罚；工厂“三废”严格按照标准排放，对于不按标准者，给予严厉惩处.

3 城市雾霾的模糊综合评判

通过对某市雾霾故障树的分析，知道影响该市雾霾产生的原因，仅此还不够，还应该对该市雾霾污染程度进行量化分析，以便有关部门做出相应措施.城市雾霾是一个由多种因素构成的多层次复杂系统，根据其结构的复杂性，可以分为多层次综合评判.endprint

1）确定城市雾霾的综合评价集U

根据城市雾霾形成的原因，可知导致雾霾有3个原因，即①气象原因；②自然原因；③人为原因.因此可以把这3个原因作为评价因素

查表2知，该城市处于重度污染状态，空气质量指数为5级，此时会使心脏病和肺病患者症状加剧，运动耐受力降低，健康人群出现症状，因此必须采取有效措施，降低雾霾程度[16].

4 城市雾霾对策与建议

4.1 发布城市雾霾预报，提高预警能力

监测系统通过了解空气中污染物变化规律，开展地区大气污染物预报预警，为预防大气污染事件和采取防范措施提供决策支持，预防严重大气污染事件的发生，避免或减轻污染危害.引导公众采用多种方式进行防范，尽量减少雾霾天气对人们生活的影响.同时开展相关研究，搞清雾霾天气形成的规律，明确排放清单和控制对策，有针对性地做好防范工作.

4.2 科学规划城市建筑结构，避免大规模扩张

在城市规划中，根据当地的地理环境条件，充分考虑大气扩散条件，为空气扩散留出通道.并且要注意研究城区上升气流到郊区下沉距离，将污染严重的工业企业设置在下沉距离之外，以防工厂排出污染物从近地面流向城区.

4.3 加大对机动车尾气治理，提倡绿色出行

目前城市中有很大一部分公交车已更新为清洁能源车，但仍有少数公交车依旧为“冒黑烟”车.因此需要加快公交车更新步伐，淘汰柴油车，尽量使用天然气、液化气等清洁能源的新型公交车.近年私家车呈几何数增长，而机动车尾气排放是形成雾霾的主要因素之一，因此要采取措施加大对加油站的投入，在市区形成方便快捷的加油站网络，引导私家车使用天然气、液化气等清洁能源，降低烟尘的排放量，减轻空气污染程度.

4.4 抓好城市绿化

植物是净化环境的最好帮手，不仅能有效吸附空气中有毒有害物质，还可美化、优化城市环境.要充分利用各城市的地理优势，鼓动人们多种植绿色植物，发挥绿色植物涵养水源、净化空气的作用.

以创建绿色环保城市为契机，充分发挥环保部门及其相关部门的作用，大力开展城区立体绿化、道路绿化、屋顶绿化、居室绿化，让更多城区绿化发挥吸霾除尘、净化空气及美化环境等功能.

4.5 出台相关法规，依法治霾

随着空气质量标准的进一步提高和监控污染物数量的不断增加，依据大气污染防治法，针对实际情况，将细颗粒物 PM2.5 提到重要位置，依据地方性法规，规范相关部门，加强对产业发展规划环境的保护.

5 结 论

通过计算表明，提出的故障树与模糊综合评判分析方法用于城市雾霾评价上是可行的；在实际分析时，可根据该市的实际情况，请相关专家对影响因素做出准确评判，便于更加准确得出该市雾霾污染程度.

由于故障树分析和模糊综合评判分析可程序化操作，因此可编制相应软件进行计算，这样有利于现场推广使用；故障树与模糊综合评判组合方法的评判结果为制定降低城市雾霾污染程度的合理化措施提供了依据.

参考文献

[1] 周涛，汝小龙. 北京市雾霾天气成因及治理措施研究[J]. 华北电力大学学报（社会科学版），2012，14（2）：12-16.

[2] 刘翠，薛科社.西安市雾霾天气成因及治理措施分析[J]. 地下水，2013，35（3）：220-221.

[3] 孙华臣，卢华. 中东部地区雾霾天气的成因及对策[J]. 宏观经济管理，2013，23（6）：48-50.

[4] 郑峰，颜琼丹，吴贤笃，等. 温州地区雾霾气候特征及其预报[J]. 气象科技，2011，39（6）：791-794.

[5] 黄怡民，刘子锐，温天雪，等.北京雾霾天气下气溶胶中水溶性无机盐粒径分布[J]. 安全与环境学报，2013，13（4）：117-121.

[6] 林云，李美玲，宋党育. 焦作市城区雾霾天气成因与对策分析[J]. 河南科技学院学报，2013，41（5）：27-31.

[7] 孙亮.雾霾天气成因危害及控制治理[J].环境科学与管理，2012，37（10）：71-75.

[8] 石元春. 中国雾霾的产生机理及应对策略研究[J].特别推荐，2013，16（6）：1-3.

[9] 曾声奎. 可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2011：225-246.

[10]曹炳元.应用模糊数学与系统[M].北京：科学出版社，2005：66-73.

[11]贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1982.

[12]陈国华.风险工程学[M].北京：国防工业出版社，2007：144-149.

[13]蒋晓芸，王齐.企业核心能力测度的多层次模糊综合评判数学模型[J].经济数学，2003，20（1）：55-61.

[14]谢建春.多层次模糊综合评判法在宗地估价中的应用[J].经济数学，2002，19（2）：64-67.

[15]郭立国.企业经营敏捷性的评价指标体系和模糊综合评价[J].经济数学，2010，27（3）：98-104.

[16]王小辉，刘芸芸.解读空气质量指数与空气污染指数[J].中国科技术语，2011，21（6）：49-51.endprint

1）确定城市雾霾的综合评价集U

根据城市雾霾形成的原因，可知导致雾霾有3个原因，即①气象原因；②自然原因；③人为原因.因此可以把这3个原因作为评价因素

查表2知，该城市处于重度污染状态，空气质量指数为5级，此时会使心脏病和肺病患者症状加剧，运动耐受力降低，健康人群出现症状，因此必须采取有效措施，降低雾霾程度[16].

4 城市雾霾对策与建议

4.1 发布城市雾霾预报，提高预警能力

监测系统通过了解空气中污染物变化规律，开展地区大气污染物预报预警，为预防大气污染事件和采取防范措施提供决策支持，预防严重大气污染事件的发生，避免或减轻污染危害.引导公众采用多种方式进行防范，尽量减少雾霾天气对人们生活的影响.同时开展相关研究，搞清雾霾天气形成的规律，明确排放清单和控制对策，有针对性地做好防范工作.

4.2 科学规划城市建筑结构，避免大规模扩张

在城市规划中，根据当地的地理环境条件，充分考虑大气扩散条件，为空气扩散留出通道.并且要注意研究城区上升气流到郊区下沉距离，将污染严重的工业企业设置在下沉距离之外，以防工厂排出污染物从近地面流向城区.

4.3 加大对机动车尾气治理，提倡绿色出行

目前城市中有很大一部分公交车已更新为清洁能源车，但仍有少数公交车依旧为“冒黑烟”车.因此需要加快公交车更新步伐，淘汰柴油车，尽量使用天然气、液化气等清洁能源的新型公交车.近年私家车呈几何数增长，而机动车尾气排放是形成雾霾的主要因素之一，因此要采取措施加大对加油站的投入，在市区形成方便快捷的加油站网络，引导私家车使用天然气、液化气等清洁能源，降低烟尘的排放量，减轻空气污染程度.

4.4 抓好城市绿化

植物是净化环境的最好帮手，不仅能有效吸附空气中有毒有害物质，还可美化、优化城市环境.要充分利用各城市的地理优势，鼓动人们多种植绿色植物，发挥绿色植物涵养水源、净化空气的作用.

以创建绿色环保城市为契机，充分发挥环保部门及其相关部门的作用，大力开展城区立体绿化、道路绿化、屋顶绿化、居室绿化，让更多城区绿化发挥吸霾除尘、净化空气及美化环境等功能.

4.5 出台相关法规，依法治霾

随着空气质量标准的进一步提高和监控污染物数量的不断增加，依据大气污染防治法，针对实际情况，将细颗粒物 PM2.5 提到重要位置，依据地方性法规，规范相关部门，加强对产业发展规划环境的保护.

5 结 论

通过计算表明，提出的故障树与模糊综合评判分析方法用于城市雾霾评价上是可行的；在实际分析时，可根据该市的实际情况，请相关专家对影响因素做出准确评判，便于更加准确得出该市雾霾污染程度.

由于故障树分析和模糊综合评判分析可程序化操作，因此可编制相应软件进行计算，这样有利于现场推广使用；故障树与模糊综合评判组合方法的评判结果为制定降低城市雾霾污染程度的合理化措施提供了依据.

参考文献

[1] 周涛，汝小龙. 北京市雾霾天气成因及治理措施研究[J]. 华北电力大学学报（社会科学版），2012，14（2）：12-16.

[2] 刘翠，薛科社.西安市雾霾天气成因及治理措施分析[J]. 地下水，2013，35（3）：220-221.

[3] 孙华臣，卢华. 中东部地区雾霾天气的成因及对策[J]. 宏观经济管理，2013，23（6）：48-50.

[4] 郑峰，颜琼丹，吴贤笃，等. 温州地区雾霾气候特征及其预报[J]. 气象科技，2011，39（6）：791-794.

[5] 黄怡民，刘子锐，温天雪，等.北京雾霾天气下气溶胶中水溶性无机盐粒径分布[J]. 安全与环境学报，2013，13（4）：117-121.

[6] 林云，李美玲，宋党育. 焦作市城区雾霾天气成因与对策分析[J]. 河南科技学院学报，2013，41（5）：27-31.

[7] 孙亮.雾霾天气成因危害及控制治理[J].环境科学与管理，2012，37（10）：71-75.

[8] 石元春. 中国雾霾的产生机理及应对策略研究[J].特别推荐，2013，16（6）：1-3.

[9] 曾声奎. 可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2011：225-246.

[10]曹炳元.应用模糊数学与系统[M].北京：科学出版社，2005：66-73.

[11]贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1982.

[12]陈国华.风险工程学[M].北京：国防工业出版社，2007：144-149.

[13]蒋晓芸，王齐.企业核心能力测度的多层次模糊综合评判数学模型[J].经济数学，2003，20（1）：55-61.

[14]谢建春.多层次模糊综合评判法在宗地估价中的应用[J].经济数学，2002，19（2）：64-67.

[15]郭立国.企业经营敏捷性的评价指标体系和模糊综合评价[J].经济数学，2010，27（3）：98-104.

[16]王小辉，刘芸芸.解读空气质量指数与空气污染指数[J].中国科技术语，2011，21（6）：49-51.endprint

1）确定城市雾霾的综合评价集U

根据城市雾霾形成的原因，可知导致雾霾有3个原因，即①气象原因；②自然原因；③人为原因.因此可以把这3个原因作为评价因素

查表2知，该城市处于重度污染状态，空气质量指数为5级，此时会使心脏病和肺病患者症状加剧，运动耐受力降低，健康人群出现症状，因此必须采取有效措施，降低雾霾程度[16].

4 城市雾霾对策与建议

4.1 发布城市雾霾预报，提高预警能力

监测系统通过了解空气中污染物变化规律，开展地区大气污染物预报预警，为预防大气污染事件和采取防范措施提供决策支持，预防严重大气污染事件的发生，避免或减轻污染危害.引导公众采用多种方式进行防范，尽量减少雾霾天气对人们生活的影响.同时开展相关研究，搞清雾霾天气形成的规律，明确排放清单和控制对策，有针对性地做好防范工作.

4.2 科学规划城市建筑结构，避免大规模扩张

在城市规划中，根据当地的地理环境条件，充分考虑大气扩散条件，为空气扩散留出通道.并且要注意研究城区上升气流到郊区下沉距离，将污染严重的工业企业设置在下沉距离之外，以防工厂排出污染物从近地面流向城区.

4.3 加大对机动车尾气治理，提倡绿色出行

目前城市中有很大一部分公交车已更新为清洁能源车，但仍有少数公交车依旧为“冒黑烟”车.因此需要加快公交车更新步伐，淘汰柴油车，尽量使用天然气、液化气等清洁能源的新型公交车.近年私家车呈几何数增长，而机动车尾气排放是形成雾霾的主要因素之一，因此要采取措施加大对加油站的投入，在市区形成方便快捷的加油站网络，引导私家车使用天然气、液化气等清洁能源，降低烟尘的排放量，减轻空气污染程度.

4.4 抓好城市绿化

植物是净化环境的最好帮手，不仅能有效吸附空气中有毒有害物质，还可美化、优化城市环境.要充分利用各城市的地理优势，鼓动人们多种植绿色植物，发挥绿色植物涵养水源、净化空气的作用.

以创建绿色环保城市为契机，充分发挥环保部门及其相关部门的作用，大力开展城区立体绿化、道路绿化、屋顶绿化、居室绿化，让更多城区绿化发挥吸霾除尘、净化空气及美化环境等功能.

4.5 出台相关法规，依法治霾

随着空气质量标准的进一步提高和监控污染物数量的不断增加，依据大气污染防治法，针对实际情况，将细颗粒物 PM2.5 提到重要位置，依据地方性法规，规范相关部门，加强对产业发展规划环境的保护.

5 结 论

通过计算表明，提出的故障树与模糊综合评判分析方法用于城市雾霾评价上是可行的；在实际分析时，可根据该市的实际情况，请相关专家对影响因素做出准确评判，便于更加准确得出该市雾霾污染程度.

由于故障树分析和模糊综合评判分析可程序化操作，因此可编制相应软件进行计算，这样有利于现场推广使用；故障树与模糊综合评判组合方法的评判结果为制定降低城市雾霾污染程度的合理化措施提供了依据.

参考文献

[1] 周涛，汝小龙. 北京市雾霾天气成因及治理措施研究[J]. 华北电力大学学报（社会科学版），2012，14（2）：12-16.

[2] 刘翠，薛科社.西安市雾霾天气成因及治理措施分析[J]. 地下水，2013，35（3）：220-221.

[3] 孙华臣，卢华. 中东部地区雾霾天气的成因及对策[J]. 宏观经济管理，2013，23（6）：48-50.

[4] 郑峰，颜琼丹，吴贤笃，等. 温州地区雾霾气候特征及其预报[J]. 气象科技，2011，39（6）：791-794.

[5] 黄怡民，刘子锐，温天雪，等.北京雾霾天气下气溶胶中水溶性无机盐粒径分布[J]. 安全与环境学报，2013，13（4）：117-121.

[6] 林云，李美玲，宋党育. 焦作市城区雾霾天气成因与对策分析[J]. 河南科技学院学报，2013，41（5）：27-31.

[7] 孙亮.雾霾天气成因危害及控制治理[J].环境科学与管理，2012，37（10）：71-75.

[8] 石元春. 中国雾霾的产生机理及应对策略研究[J].特别推荐，2013，16（6）：1-3.

[9] 曾声奎. 可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2011：225-246.

[10]曹炳元.应用模糊数学与系统[M].北京：科学出版社，2005：66-73.

[11]贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1982.

[12]陈国华.风险工程学[M].北京：国防工业出版社，2007：144-149.

[13]蒋晓芸，王齐.企业核心能力测度的多层次模糊综合评判数学模型[J].经济数学，2003，20（1）：55-61.

[14]谢建春.多层次模糊综合评判法在宗地估价中的应用[J].经济数学，2002，19（2）：64-67.

[15]郭立国.企业经营敏捷性的评价指标体系和模糊综合评价[J].经济数学，2010，27（3）：98-104.

[16]王小辉，刘芸芸.解读空气质量指数与空气污染指数[J].中国科技术语，2011，21（6）：49-51.endprint