基于Markov模型和LEC法的紫外线照射引起皮肤病分析与控制

秦汉林 孙世梅 孙天航

(吉林建筑大学 市政与环境工程学院,长春130118)

电磁波谱中波长从0.01μm～0.38μm的辐射称为紫外线[1].适量的紫外线照射可以促进人体内一些激素的分泌,对人体的生长发育具有重要作用[2].然而,紫外线也会伤害人体.研究表明,长时间接触紫外线的人群有更大的概率会使皮肤发生老化甚至皮肤癌等,此外还有可能发生皮质性白内障甚至眼黑色素瘤[3].通过研究可以得到以下结论:紫外线辐射已经成为我国社会环境所面临的重要问题之一,由于其本身的特点,其危害范围比较广泛.所以,预测紫外线辐射所引起皮肤病发病率,研究紫外线辐射的控制方法具有重要意义.

1 应用Markov模型预测紫外线辐射所引起皮肤病发病率

皮肤受紫外线照射引发皮肤病受很多不确定因素影响[4].当然，皮肤受紫外线照射引发皮肤病是一个随机的进程,其自身的发展过程没有后效性,马尔科夫链方法对它展开研究正是以此为客观的基础.本文运用马尔科夫链方法预测将来年份的紫外线辐射引发皮肤病的形态,为科学防治紫外线辐射提供依据.

1.1 马尔科夫过程

马尔科夫(Markov)过程是一个无后效性的随机进程[5].无后效性是指:如果可以确定某阶段的形态,则之后该形态的进展不受以前形态的影响.时间和形态都分散的马尔科夫进程,简称马尔科夫链[6].

1.2 马尔科夫链的基本概念

取值在离散形态空间E={e1,e2,…}和离散时间参数上的随机进程{X(t)|X(t)E,t≥0}，对tn时间点其概率可由条件概率定义，如式(1)所示:

FX(tn)|X(t1)…X(tn-1)=P[X(tn)=en|X(t1)=e1…X(tn-1)=en-1]

(1)

若该随机过程满足式(2)要求,则可以认为它具有“无记忆性”,这个过程称为马尔科夫链(Markov).

FX(tn)|X(tn-1)=FX(tn)|X(t1)…X(tn-1)

(2)

式中,X为过程中的某个状态;F为该状态下的概率.上面这个恒等式可以被看作是马尔可夫性质.

1.3 状态转移概率矩阵

若随机过程为齐次马尔科夫过程,即达到式(3)要求：

P[X(t+Δt)=ej|X(t)=ei]=P[X(Δt)=ej|X(0)=ei]=pij(Δt)

(3)

式中,pij(Δt)为在时间间距Δt内，从第i状态经一步转移到第j状态概率，0≤pij(Δt)≤1(i=1,2,…,n).

假设一个形态空间由n个状态组成，运用矩阵模式来表示转移概率，记为：

(4)

若t1,t2…tn时间间隔相同,根据齐次性,式(4)可简记为：

(5)

1.4 案例分析

对某印刷厂100名在紫外线照射环境下工作的人员进行了健康检查,结果见表1.

表1 健康检查Table 1 Health check

根据持续跟踪调查,该厂100名受调查作业人员一年后健康状况变化如下:

100名受调查作业人员中能继续保持健康者70人(占比70%)、疑似皮肤病患者20人(占比20%)和皮肤病患者10人(占比10%),即:p11=0.7，p12=0.2，p13=0.1

对100名受调查作业人员而言,因原有疑似皮肤病患者一般不可能恢复为健康者(即占比0%),故健康者占比仍维持初始状态为80%、不健康者占比也维持初始状态为20%(包括疑似皮肤病患者和皮肤病患者),即:p21=0，p22=0.8，p23=0.2

对5名原有皮肤病患者而言,因皮肤病患者一般不可能恢复为健康或返回疑似皮肤病,故健康者占比为0%(即0名健康者)、疑似皮肤病患者占比为0%(即0名疑似皮肤病患者)和皮肤病患者占比为100%(即5名皮肤病患者),即:p31=0，p32=0，p33=1

状态转移矩阵为:

预测一年后作业人员的健康状况为:

即一年后健康者k01=56人,疑似皮肤病患者k02=28人,皮肤病患者k03=16人.预测表明,该印刷厂皮肤病患者人数呈上升趋势,必须加强紫外线的防治工作.

2 印刷厂作业场所的危险性分析

由美国安全专家K.J.格雷厄姆和K.F.金尼提出的LEC评价法，是对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法,用于评价操作人员在具有潜在危险性环境中作业时的危险性、危害性.该方法用与系统风险有关的三种因素指标值的乘积来评价操作人员伤亡风险大小,这三种因素分别是L(likelihood,事故发生的可能性)、E(exposure,人员暴露于危险环境中的频繁程度)和C(consequence,一旦发生事故可能造成的后果).[7]给三种因素的不同等级分别确定不同的分值,再以三个分值的乘积D(danger,危险性)来评价作业条件危险性的大小即:D=L×E×C.D值越大,表明作业环境危害性越大,此时应采取降低事故发生的可能性L或者减小人员暴露于危害环境中频繁程度E或者减少一旦发生事故可能造成的后果C等一系列预防方法,直至危险性D达到最小.

(1) 事故发生的可能性. 用概率来表示事故所发生的可能性,不可能产生的事故记为0,一定发生的事故记为1.然而,一定不发生事故是不存在的,因而人们将产生事故可能性十分小的分数设为0.1.印刷厂作业人员发生皮肤病的概率属于相当可能,查阅相关数据L值取6[7].

(2) 作业人员处于危害坏境中的频率. 用 E 体现人员处于危险环境中的频率,显然,工作人员所受危险性与在风险中所处时间成正比.印刷厂作业人员每天的工作时间都要暴露于紫外线中,查阅相关数据E值取6[7].

(3) 发生危害后可能造成的损失. 事故所造成的损失可以在很大的范围内波动,规定: 轻度损伤的事故损失对应值为 1; 视多人死亡的结果记为 100,其他事故后果分值在 1 ～100 之间取值,紫外线照射引起的皮肤病的后果很严重,严重的甚至会诱发皮肤癌,属于严重伤残,查阅相关数据C值取7[7].

(4) 危险性.L,E,C三个因素的指标值乘积大小表示了作业环境的危险性高低,所以在具体分析中,确定出三个因素的分值后,根据公式:D=L×E×C计算得出危险性分值D,打分标准见表2.

印刷厂作业人员危险值D=L×E×C=6×6×7=252.由表2可见危险程度属于高度危险,需要立即整改.

表2 危险性分值Table 2 Risk score

3 印刷厂作业场所的危险性预防管理

从危险性分值来看,印刷厂属于高度危险的场所,需要立即整改.从客观实际来考虑,印刷厂作业人员在紫外线辐射环境的暴露次数无法改变,所以应该从降低发生事故后的损失以及降低事故发生的概率上着手.针对这些可以使用如下方法:

(1) 印刷厂要针对作业环境的特点制定相应的防范措施. 例如制定符合相关安全规定的操作规程,作业人员必须持证上岗且经过了相应的安全培训,作业时要求穿戴防护服,并且要使每个作业人员在思想上不能轻视紫外线辐射的防护.

(2) 充分利用印刷厂安全活动时间对班组人员进行厂内紫外线辐射源识别方法的培训,同时采取直接问询法、头脑风暴法和危险源调查表法等,收集印刷厂作业人员作业活动中存在的紫外线辐射源,并对紫外线辐射源进行确定.

(3) 成立以厂长、副厂长、技术员、安全员以及熟悉现场的班长及岗位人员等组成紫外线防治小组,按照生产工艺流程单元或者生产作业区域为单位,对本单元内可能接触到的紫外线的作业活动进行重点标记,并对这些作业活动进行重点盯防,对作业人员的紫外线防护准备进行严格检查.

这些方法可以有效地降低事故造成的损失,查阅相关数据,C值取3[7].由公式

D=L×E×C=6×6×3=108

从计算结果来看,危险等级从高度危险变为了显著危险,下降了一个等级.可得出结论,对印刷厂作业场所进行预防管理是必要的.

4 结论

(1) Markov模型表明,印刷厂作业人员患皮肤病上升趋势明显,应该重视紫外线的防治工作.这要求印刷厂认真贯彻执行《中华人民共和国职业病防治法》,以及相关的技术标准、卫生规范,能够尽量地控制或消除紫外线辐射源,从而保护印刷厂作业人员.

(2) LEC法具备良好的普遍性,事故发生的概率(L)、暴露于危险环境中的频数(E)、发生事故产生的损失(C)这三个 指标能够直观反应印刷厂的风险情况,同时LEC法操作简单,不受人员能力所限制,有利于展开全员参与的紫外线辐射源防治工作.

(3) 同时运用Markov模型与LEC法,对科学预测、有效预防印刷厂作业人员因为紫外线照射引起的皮肤病的具有重要意义,同时为印刷厂监督管理提供科学根据.

[1] 杨敏.紫外线对人体健康的影响及防御措施[J].湖南安全与防灾,2006(9):58-59.

[2] 李立.紫外线辐射对人类皮肤健康的影响[J].环境卫生学杂志,2008,35(4):198-202.

[3] 张玉彬,潘建英,帕它木.长波紫外线对皮肤健康的影响[J].中国公共卫生,2006,22(4):494-496.

[4] 李青春.紫外线观测预测技术研究及对人体健康的影响李青春[C].功能性纺织品及纳米技术应用研讨会,2001.

[5] 王勇,韩学山,丁颖,绳洁.基于马尔科夫链的电力系统运行可靠性快速评估[J].电网技术,2013,37(2):405-410.

[6] 谢开贵,马怀冬,胡博,曹侃,李春燕.基于马尔可夫状态空间图法的换流变系统可靠性评估[J].电网技术,2011,35(9):71-78.

[7] 纪琴,李宁.LEC评价法在建设项目职业病危害风险评估中的应用[J].职业卫生与应急救援,2011,29(5):260-262.