基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的水質(zhì)污染判斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體提供一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的水質(zhì)污染判斷方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)險(xiǎn)分析的目的是為了給用戶(hù)或決策平臺(tái)提供決策支持。可能導(dǎo)致事故發(fā)生的原 因有多種，事故發(fā)生的概率和事故原因的復(fù)雜性、不確定性使得風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)具有極強(qiáng)的不確 定性。事故樹(shù)、馬爾科夫鏈、動(dòng)態(tài)事故樹(shù)、Petrinets、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)都是針對(duì)事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的 主要研究方法。突發(fā)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與環(huán)境、地區(qū)經(jīng)濟(jì)、交通、信息傳遞等眾多因素有 關(guān)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大多數(shù)集中于有毒有害化學(xué)物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其中最主要的步驟是識(shí)別 污染事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)源、分析事故類(lèi)型及原因、計(jì)算事故發(fā)生概率。目前，有關(guān)水污染的環(huán) 境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要分為：水體中重金屬對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、魚(yú)類(lèi)等水生生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 濕地系統(tǒng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和水電站建設(shè)對(duì)庫(kù)區(qū)和下游地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方 法有多種，比如用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)海港地區(qū)水污染的風(fēng)險(xiǎn)；層級(jí)分析法多應(yīng)用于自然科 學(xué)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境方面的不確定性、多標(biāo)準(zhǔn)、多目標(biāo)問(wèn)題。事故樹(shù)分析也是不確定性分析 的一種著名方法，并廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)突發(fā)事故概率，為決策支持系統(tǒng)做準(zhǔn)備，但是層次分析 法有強(qiáng)烈的人為主觀(guān)判斷作用，可能導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0003] 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的事故推理和事故原因診斷功能，是風(fēng)險(xiǎn)分析的常用方法之 一，它不能直接判斷出事故的發(fā)生，但是能在復(fù)雜系統(tǒng)中識(shí)別出各狀態(tài)因子的相互關(guān)系，能 在可能導(dǎo)致事故發(fā)生的眾多原因中找到關(guān)聯(lián)最為強(qiáng)烈的因子。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為評(píng)價(jià)電力系 統(tǒng)技術(shù)故障和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素后果的一種方法，在政府部門(mén)、學(xué)術(shù)研究和工業(yè)領(lǐng)域上得到廣 泛應(yīng)用。復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)具有極大的不確定性，并且大量數(shù)據(jù)受限，因而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用于比較 魚(yú)類(lèi)體內(nèi)氮化硼的濃度，以此用于氮化硼在流域管理中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)也可用來(lái) 評(píng)價(jià)氣候、土地特性等因素對(duì)土壤的威脅。
[0004] 然而，現(xiàn)有的利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法存在一些問(wèn)題。具體而言， 這些方法通常將很多因素直接作為影響最終事故概率的節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有考慮這些因素之間的相 互疊加和抵消，因此導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不夠準(zhǔn)確。相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的水質(zhì)污染評(píng)估方 法來(lái)克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，即旨在解決現(xiàn)有方法未能考慮根節(jié)點(diǎn)因素之間的疊加 和/或抵消對(duì)最終評(píng)估結(jié)果的影響的問(wèn)題。為此目的，本發(fā)明提供一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模 型的水質(zhì)污染判斷方法，包括下列步驟：確定水上運(yùn)輸污染源的概率；確定陸地運(yùn)輸污染 源的概率；確定固定污染源的概率；確定面污染源的概率；以及基于所述水上運(yùn)輸污染源 的概率、所述陸地運(yùn)輸污染源的概率、所述固定污染源的概率以及所述面污染源的概率，估 算所述水質(zhì)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。該方法的特征在于，所述確定陸地運(yùn)輸污染源的概率包 括估算公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率，而所述估算公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事 故的風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)一步包括下列步驟：獲取與公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故相關(guān)的因素；根 據(jù)所述因素構(gòu)建公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；以及根據(jù)所述貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)模型估算公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率，所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型具有三層網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，所述三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和評(píng)估對(duì)象，并且所述根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型 估算公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)的步驟進(jìn)一步包括確定根節(jié)點(diǎn)的概率、根據(jù)所述 根節(jié)點(diǎn)的概率估算所述中間節(jié)點(diǎn)的權(quán)重以及根據(jù)所述中間節(jié)點(diǎn)的權(quán)重估算公路橋上發(fā)生 的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。
[0006] 在上述方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述中間節(jié)點(diǎn)包括人為因素、車(chē)輛因素以及道路 和環(huán)境因素。
[0007] 在上述方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人為因素包括駕駛員年齡和駕駛員性別。
[0008] 在上述方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述車(chē)輛因素包括車(chē)輛類(lèi)型和車(chē)輛狀況。
[0009] 在上述方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述道路和環(huán)境因素包括能見(jiàn)度和天氣狀況。 [0010] 在上述方法的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述方法還包括根據(jù)下列公式將所述道路運(yùn) 輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)=P1= lgP+5,其中，Pl表示對(duì)數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，P表示根 據(jù)所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型估算出的風(fēng)險(xiǎn)概率。
[0011] 在上述方法的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述對(duì)數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，則所述公路橋上發(fā) 生的道路交通事故的風(fēng)險(xiǎn)的可接受度越低。
[0012] 在上述方法的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型是采用Hugin8. 0軟件 構(gòu)建的。
[0013] 在上述方法的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述方法還包括在估算出公路橋上發(fā)生的道 路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率之后采用HuginS. 0軟件對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行敏感性分析。
[0014] 在上述方法的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述水上運(yùn)輸污染源的概率、所述固定污染 源的概率和所述面污染源的概率全部為零，所述水質(zhì)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)概率僅根據(jù)所述公路 橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率來(lái)估算。
[0015] 本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的方法將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建成包括根節(jié) 點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和評(píng)估對(duì)象的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在估算水質(zhì)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，先確定根節(jié)點(diǎn)的 概率，接著根據(jù)根節(jié)點(diǎn)的概率評(píng)估中間節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，然后根據(jù)中間節(jié)點(diǎn)的權(quán)重估算公路橋 上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故（即評(píng)估對(duì)象）的風(fēng)險(xiǎn)概率，最后在公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故 的風(fēng)險(xiǎn)概率的基礎(chǔ)上計(jì)算出水質(zhì)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。通過(guò)這種方式，根節(jié)點(diǎn)的各個(gè)因素 之間的疊加和抵消作用在通過(guò)根節(jié)點(diǎn)概率估算中間節(jié)點(diǎn)權(quán)重時(shí)就被充分考慮，與現(xiàn)有技術(shù) 相比，這一改進(jìn)使評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性得到大幅度提高。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的水質(zhì)污染事故評(píng)估方法的流程圖。
[0017] 圖2是在圖1的方法中用到的流程圖。
[0018] 圖3是在圖2的方法中用到的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 水質(zhì)污染事故的污染源主要包括水上運(yùn)輸污染源、陸地運(yùn)輸污染源、固定污染源 和面污染源四類(lèi)。水上運(yùn)輸污染源是指船運(yùn)時(shí)發(fā)生泄漏或事故導(dǎo)致的污染，陸地運(yùn)輸污染 源是指道路上的車(chē)輛發(fā)生事故等導(dǎo)致的污染，固定污染源是指工廠(chǎng)等固定設(shè)施排放導(dǎo)致的 污染，而面污染源是指降雨、低煙囪、民用煤爐等導(dǎo)致的污染。當(dāng)水源為封閉式人工輸水渠 道時(shí)，唯一可以與外界直接接觸的可能性污染源為公路橋，即陸地運(yùn)輸污染源。貨物運(yùn)輸車(chē) 輛在公路橋上發(fā)生事故，導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)貨物泄漏或運(yùn)輸車(chē)輛傾翻入干渠內(nèi)，致使運(yùn)輸?shù)?有毒有害物質(zhì)進(jìn)入干渠而引發(fā)干渠突發(fā)水污染事故。所以，對(duì)封閉式人工輸水渠而言，車(chē)輛 在公路橋上的道路交通事故幾乎是唯一的污染源。
[0020] 下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明的技術(shù)方案。首先參閱圖1，該圖示出了根據(jù) 本發(fā)明的水質(zhì)污染事故評(píng)估方法10的流程圖。方法10開(kāi)始于步驟S10,在步驟SlO中，確 定水上運(yùn)輸污染源的概率。然后在步驟S20中，確定陸地運(yùn)輸污染源的概率，即確定公路橋 上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的概率。接著在步驟S30中，確定固定污染源的概率。之后在步驟 S40中，確定面污染源的概率。最后在步驟S50中，基于所述水上運(yùn)輸污染源的概率、所述陸 地運(yùn)輸污染源的概率、所述固定污染源的概率以及所述面污染源的概率，估算所述水質(zhì)污 染事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。需要指出的是，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，除了陸地運(yùn)輸污染源的概率之 外，所述水上運(yùn)輸污染源的概率、固定污染源的概率以及面污染源的概率可以通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù) 據(jù)、文獻(xiàn)資料、專(zhuān)家知識(shí)等各種不同的方式來(lái)確定，并且在確定了這些子概率之后，所述水 質(zhì)污染事故的風(fēng)險(xiǎn)概率可以基于上述概率的不同權(quán)重而得出。例如，當(dāng)水源為封閉式人工 輸水渠道時(shí)，所述水上運(yùn)輸污染源的概率、固定污染源的概率以及面污染源的概率可以全 部被設(shè)定為零，因?yàn)槿缟纤觯瑢?duì)封閉式人工輸水渠而言車(chē)輛在公路橋上的道路交通事故 幾乎是唯一的污染源。
[0021] 盡管圖1沒(méi)有示出，根據(jù)本發(fā)明的水質(zhì)污染事故評(píng)估方法10的特征在于：針對(duì)諸 如南水北調(diào)工程等封閉式人工輸水渠，將所述確定陸地運(yùn)輸污染源的概率等同于估算公路 橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。接下來(lái)參閱圖2,該圖是前述估算公路橋上發(fā)生的 道路運(yùn)輸事故的風(fēng)險(xiǎn)概率的方法100的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明的方法100開(kāi)始于步 驟S1。在步驟Sl中，獲取與公路橋上發(fā)生的道路運(yùn)輸事故相關(guān)的因素作為根節(jié)點(diǎn)，例如但 不限于駕駛員年齡C、駕駛員性別D、天氣狀況E、能見(jiàn)度F、車(chē)輛狀況G、車(chē)輛類(lèi)型B等（參 見(jiàn)圖3)。應(yīng)當(dāng)指出的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)上述因素進(jìn)行刪除或添 加，這并不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍。然后，在步驟S2中，根據(jù)所述因素構(gòu)建公路橋上發(fā)生的 道路運(yùn)輸事故的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。該構(gòu)建模型的操作可以通過(guò)多種不同的方式實(shí)現(xiàn)，例如 可以采用HuginS. 0來(lái)構(gòu)建本發(fā)明所需的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。如上文所述，本發(fā)明的貝葉斯網(wǎng) 絡(luò)模型具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括：根節(jié)點(diǎn)B、C、D、E、F、G ;中間節(jié)點(diǎn)CU C2、 C3 ;以及評(píng)估對(duì)象A。作為示例，根節(jié)點(diǎn)B、C、D、E、F、G分別表示車(chē)輛類(lèi)型、駕駛員年齡、駕 駛員性別、天氣狀況、能見(jiàn)度和車(chē)輛狀況；中間節(jié)點(diǎn)C1、C2、C3分別表示人為因素、道路和環(huán) 境因素以及車(chē)輛因素；評(píng)估對(duì)象A表示公路橋上發(fā)生的道路交通事故（參見(jiàn)圖3)。