TOPSIS法在大气环境质量评价中的应用.docx

TOPSIS法在大气环境质量评价中的应用
一、引言
大气环境质量评价是环境保护领域的重要任务，不仅对于环境保护工作的实施具有重要意义，而且对于人类社会的可持续发展也有着重要的影响。如何科学认识和评价大气环境质量，成为了当前环境科学研究的热点。本文主要介绍TOPSIS法在大气环境质量评价中的应用。
二、大气环境质量评价
大气环境质量是指大气中各种污染物浓度及其组合对人类健康、生态环境和社会经济的影响程度。大气环境质量评价是针对大气污染状况开展的一种科学评价方法，是环境保护领域中最基础、最重要的研究内容之一。大气环境质量评价的目的是对环境污染进行定量分析和综合评价，以便掌握大气环境质量的实际情况，为制定环境保护措施提供科学依据。
目前，大气环境质量评价的方法较为丰富，包括专家评判法、聚类分析法、主成分分析法、灰色关联分析法、熵权法等。然而，这些方法都存在一定的局限性，如主成分分析法往往会忽略一些重要指标信息；灰色关联分析法对于指标的量化要求较高；而熵权法则需要对指标间关系的了解程度较高等。因此，TOPSIS法应运而生。
三、TOPSIS法的原理
TOPSIS法，即层次分析与权重法结合的技术优劣排序方法。它通过计算每个方案到最优方案和最差方案之间的距离，根据方案到最优方案和最差方案距离的大小来进行方案的优劣排序，从而确定经济决策中最优方案的一种方法。
TOPSIS法的具体操作步骤如下：
1.确定评价指标：选择能全面反映大气环境污染的指标，如PM2.5、SO2、NOx等。
2.构建指标权重体系：利用层次分析法（AHP）对评价指标进行重要性排序，得到指标权重。
3.归一化处理：将各指标进行标准化，使得各指标测量单位相同。
4.构建决策矩阵：将各指标值组成大气环境评价矩阵。
5.计算决策矩阵到最优和最劣方案的距离：分别计算每个决策矩阵到最优和最劣方案的距离。
6.求出每个方案到最优和最劣方案的距离：将第五步计算出来的距离进行加权平均，得到每个方案到最优和最劣方案距离的比值。
7.混合排序：按照第六步计算结果，从大到小对各方案进行排序，确定最优方案。
四、TOPSIS法在大气环境质量评价中的应用
TOPSIS法在大气环境质量评价中的应用具有广泛性和实用性。由于TOPSIS法的评价结果较为准确，因此可以为环保部门和政府部门制定大气污染治理措施提供一个参考。
以某地大气环境质量评价为例，采用TOPSIS法对本次大气环境质量评价结果进行分析。
1.确定指标
本次大气环境质量评价采用的参评指标为：SO2、NOx、PM2.5、CO、O3，共5个指标。
2.构建指标权重体系
针对所选指标，本次采用层次分析法进行权重计算。以SO2,NOx,PM2.5,CO,O3为一级指标，对其进行两两比较，得到权重矩阵表（如图1所示）。根据层次分析法的计算方法，得出各指标的权重（如表1所示）。
图1权重矩阵表
表1各指标的权重
指标权重
SO20.211
NOx0.183
PM2.50.214
CO0.202
O30.190
3.归一化处理
为保证各指标贡献度相等，因此需要对各指标进行归一化处理。根据归一化原则，将各个指标均转换成[0,1]的区间。
4.构建决策矩阵
得到指标评价值之后，构建决策矩阵。假设本次评价共有5个评价指标，记录每个被评价对象的得分。
如表2所示为5个被评价对象的得分值。
表2构建决策矩阵
决策矩阵SO2NOxPM2.5COO3
决策矩阵10.120.150.160.190.17
决策矩阵20.180.170.190.140.16
决策矩阵30.150.160.180.180.17
决策矩阵40.140.180.170.170.16
决策矩阵50.170.190.140.160.18
5.计算决策矩阵到最优和最劣方案的距离
按照TOPSIS法的计算方法，分别计算出每个决策矩阵到最优和最劣方案的距离。对于本次参评数据，最优和最劣方案的指标值如下表所示：
表3最优和最劣方案的指标值
指标最优方案最劣方案
SO20.110.18
NOx0.120.20
PM2.50.130.22
CO0.150.20
O30.190.12
得到每个决策矩阵到最优和最劣方案的距离如下：
表4相关距离计算表
决策矩阵到最优方案的距离到最劣方案的距离
决策矩阵10.591330.90048
决策矩阵20.741970.88060
决策矩阵30.659600.90609
决策矩阵40.678270.92017
决策矩阵50.707110.88843
6.求数值
为了评价各决策矩阵在评价指标上的优劣程度，需要计算出各决策矩阵到最优和最劣方案距离的比值。因此，根据TOPSIS法计算公式，得到如下表：
表5相关指数计算表
决策矩阵相对距离比值
决策矩阵10.658220.33631