类别分析优化城市生活垃圾源头的研究

郑则炯 张志雄

（广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300）

1 引言

城市化发展要兼顾生存环境的保护［1］。广州市城市生活垃圾产生量已从2016 年的688.35 万t 增长到2020 年的733.76 万t［2］。2021 年国家发展和改革委员会发布的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》中指出，到2025 年年底，全国城市生活垃圾资源化利用率将达到60%，生活垃圾分类收运能力将达到70 万t/d，城镇生活垃圾焚烧处理能力将达到80 万t/d，城市生活垃圾处理能力占比65%［3］。尽管目前已有相应机制的支撑，但相对落后的生活垃圾管理系统亟须改善提升。

2 生活垃圾源头分类方案现状

大件垃圾、可燃垃圾、可回收物、有害垃圾、可堆肥垃圾及其他垃圾是CJJ/TF 102—2004《城市生活垃圾分类及其评价标准》划分出来的六大类生活垃圾［4］。王莉等［5］提出生活垃圾中的大垃圾一般由收购商上门收购、修理或拆解后进行转让出售，各个环节相对独立，一般不会携带其他垃圾。马俊［6］提出从源头对垃圾分类（大垃圾除外），可分为餐厨、可回收、有害和其他等垃圾。项田甜［7］提出生活垃圾分类决策取决于决策者的思维定势，或以效果为导向简化方案内容，或以效益为导向加深方案内容。目前学术界对生活垃圾源头分类开始转向以效果为导向，将生活垃圾源头简化分类，见表1。单从理论划分类别上看，方案越多分类效果才能达到越佳，然而董向欢等［8］提出人们自身的素质参差不齐，造成各种人群对于垃圾分类的意识以及自我实行垃圾分类的行为千差万别。因此，亟须从生活垃圾源头进行类别分析优化，为城市决策者提供正确投放垃圾分类方案。

表1 生活垃圾常用分类

3 构建生活垃圾源头分类器指标

3.1 性能评价

两类别分析是挖掘数据的典型方式，通过混淆矩阵评价两类归类方案，见表2。

表2 混淆矩阵

准确真和准确假占总数的百分比越多，则分类器越能正确分类。评价两类的指标见表3［9］。

表3 评价两类的指标

通常M 指标在评价中有不足的地方，导致分析不出分类器两类性能的好坏。因此，需要用到Sλ指标进行分析，这是对A1指标与B1指标加权后的整体评价，k2表示权重。若k＝1，表示A1指标与B1指标具有同样权重，则S1即为A1指标与B1指标加权整体评价，评价区间在［0，1.0］。区间界点分别为整体评价很好（S1＝1.0 时），整体评价很差（S1＝0 时）。若k＝2，k2A1＞k2B1，需要多观察B1指标。若k＝0.5，k2B1＞k2A1，需要多观察A1指标。以上评价两类的指标同样可应用于其他类别（n 类）评价，但相对复杂些，需要通过转化成两类别分析才能运用上述指标准确评价［10］。

3.2 类别分析效果评价

3.2.1 基于类别分析中某一类垃圾评价

假设使用四类分析的社区生活垃圾投放设有厨—容、可—容、有—容及其—容等垃圾存储容器，生活垃圾通过分类器进行分类，形成混淆矩阵，见表4。

表4 混淆矩阵

表4 所述四类别分析中要做到无误分类很难保证。所设各形式的容器或多或少含有其他类别的生活垃圾。因此，需要对容器投放生活垃圾的精准率（ε）和误差率（e）进行分析，则：

从ε 和e 的大小可判断分类分析的好坏，越准确误差就越小，分类分析就越好，这将给决策者实施四类别分析提供评估依据，但此方法每次只能基于四类别分析中某一类垃圾进行分析。若汇总四类别分析所有类别的ε 和e 可以进行整体的评估，但计算过程相当繁琐，尤其分类分析类别越多就越复杂。

3.2.2 基于特定区域居民应用某类别分析进行评价

仍以四类别分析进行源头研究：

（1）假设用四类别分析方法应用在A 和B 不同区域内一个时间周期，过后实施者将对A 区和B 区的四类别分析进行评价，并对执行效果不错的区域给予表扬。

（2）假设在C 区域内应用不同的分类分析，一个时间周期过后实施者对C 区各种分类分析进行综合评价，实施者将最终确定适合C 区的垃圾源头分类。

两个假设中已知条件都含有特定区域居民和分类分析的方法，是基于特定区域居民应用某类别分析进行评价。但假设（1）若按ε 和e 计算结果来整体评估，评价结果不太理想，分类分析方法难以推广。假设（2）不利于同类别分析中各不同类型垃圾的分析，也不利于不同类别分析中同类型垃圾的分析。所以，亟须一种新的评价方式对生活垃圾源头进行分类别分析。

假设分类分析正确率（γ）是基于特定区域居民应用某类别分析进行评价，即生活垃圾准确归入分类容器的质量在不同容器里所有垃圾总质量的占比，则：

该γ 既适合不同区域内同一分类分析方法的评价，更适合同区域内不同分类分析方法的评价，将很好地解决上述两个假设问题。

4 类别分析评价指标改进

每个生活区域易烂的垃圾量往往比较多［11］，应用分类分析γ 对特定区域某类生活垃圾进行分析不一定能发现问题，因此，本文以误投后果矩阵修正相应指标。

假设N 类，即有N×N 误投后果矩阵。矩阵中ξab是生活垃圾a 类型误投到存储容器b 的后果权重，权重值大表示误投后果很严重。当垃圾a 十分准确地投进容器b 时，ξab=1，当发生误投时，ξab∈（1.0，1.5）。后果权重的加入使混淆矩阵重新表示，即Hab=ξab·Mat，则四类别分析混淆矩阵通过后果权重修正，见表5。

表5 混淆矩阵后果权重修正

通过后果权重修正可以对特定区域某类别生活垃圾投放作出相应效果评价，假设修正后效果评价参数τ，则：

同理，其他的类别分析混淆矩阵修正后的τ 以此类推。

τ 的取值大小将直接影响生活垃圾是否正确投放的评定，见表6。

表6 正确投放的评定

修正后τ 的意义在于通过后果权重对误投矩阵进行修正，比容器投放生活垃圾的ε、分类分析γ 可以更直接评定生活垃圾的投放情况，使生活垃圾从一开始就被准确投放，并让决策者更好地掌握垃圾源头的运行策略。

5 广州市海珠区某居民小区生活垃圾源头试验分类

5.1 试验实施准备

试验点选取广州市海珠区新港街道某居民小区，参与试验居民选取小区的21 栋、33 栋、38 栋、39栋所居住的人员。为了评估生活垃圾源头类别分析的可比性，所选取楼栋采取不同类别分析分类效果，信息来源于广州市统计局和新港街道某居委会。

所选取楼栋建筑结构信息见表7。

表7 选取楼栋建筑结构信息

所选取楼栋人员性别比例情况见表8。由表8 可见，所选取楼栋男女比例、岁数划分的数据大概一致，所得结果代表性非常明显。同时，该小区的人员性别比例情况与海珠区整体数据大概一致，所以本次试验情况可作为海珠区生活垃圾源头分类的决策参考。

表8 人员性别及年龄比例情况

5.2 不同类别分析试验

采集相关周数试验后，分析采集到的数据信息，按不同类别分析分类效果。

厨—其（干湿）混淆矩阵（两类别分析）见表9。

表9 厨—其（干湿）混淆矩阵 kg

（不）可—其混淆矩阵（两类别分析）见表10。

表10 （不）可—其混淆矩阵 kg

厨—可—其混淆矩阵（三类别分析）见表11。

表11 厨—可—其混淆矩阵 kg

由公式（1）（2）分别计算各类别分析中容器类型投放生活垃圾的ε 和e，见表13。

表13 各类别分析中投放生活垃圾的ε 和e %

按不同类别分析的混淆矩阵构建出误投后果权重矩阵ξab，是以生活垃圾a 类型误投到存储容器b的后果严重性，让参与评分者在1.0～1.5 区间内取值并按均值代入。ξab的大小体现误投后果的严重程度，见表14。

表14 误投后果ξab

有—厨—可—其混淆矩阵（四类别分析）见表12。

表12 有—厨—可—其混淆矩阵 kg

从表14 的误投后果权重矩阵值发现，有害生活垃圾容易被误投到各类型容器中，厨余垃圾容易被误投到可—容容器中，而其他误投的情况并不太严重。误投情况最轻的行为分别是其他垃圾误投到可—容容器中和可回收物被误投到其—容容器中，权重ξab=1.05。因此，通过表14 的误投后果权重矩阵可分别修正不同类别分析的混淆矩阵。

厨—其（干湿）误投权重混淆矩阵（两类别分析）见表15。

表15 厨—其（干湿）误投权重混淆矩阵 kg

（不）可—其误投权重混淆矩阵（两类别分析）见表16。

表16 （不）可—其误投权重混淆矩阵 kg

厨—可—其误投权重混淆矩阵（三类别分析）见表17。

表17 厨—可—其误投权重混淆矩阵 kg

有—厨—可—其误投权重混淆矩阵（四类别分析）见表18。

表18 有—厨—可—其误投权重混淆矩阵 kg

通过修正后的不同类别分析混淆矩阵，由公式（4）的计算方法得出不同类别分析的τ 及是否正确投放的评定，见表19。

表19 不同类别分析效果

5.3 试验效果分析

从不同类别分析的试验情况来看，正确投放的评定为：厨—其（干湿）为较好，（不）可—其和厨—可—其为一般，有—厨—可—其为较差，所以广州市海珠区决策者要多考虑采用厨—其（干湿）两类分析来解决垃圾的投放分类。对于有害垃圾要在区域内增设有害垃圾容器以便投放，同时让区域内居民认识到有害垃圾的危害性及正确分类的必要性。

出现类别分析类型越多，正确投放就越差的现象，是缺乏根据类别分析进行垃圾投放的引导，导致区域内居民垃圾投放不正确，尤其是类别分析类型越复杂，正确投放的效果就会越差。

6 结语

本文以优化生活垃圾类别分析，为决策者做出正确投放垃圾的分类方案。通过构建分类器ε 和e等相关指标来判断各类别分析效果的好坏，但此方法每次只能基于某类别分析中某类垃圾进行分析。亟须一种新的γ 评价方式来对生活垃圾源头进行分类分析，既适合不同区域内同一分类分析方法的评价，更适合同区域内不同分类分析方法的评价。但分类分析的γ 对特定区域某类生活垃圾进行分析不一定能体现易烂的垃圾量，会出现误投现象。因此，需要通过后果权重进一步修正τ，使其可以对特定区域某类别生活垃圾投放作出相应效果评价。最后以广州市海珠区新港街道某居民小区按不同类别分析进行试验，得出相应的τ 和正确投放的评定，通过数据统计，建议广州市海珠区决策者要多考虑采用厨—其（干湿）两类分析来解决垃圾的投放分类问题。