模糊數學理論在茶葉安全風險評價中的應用探究

李　超，趙俊卿（河北工業職業技術學院，河北石家莊050091）

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模糊數學理論在茶葉安全風險評價中的應用探究

李超，趙俊卿
（河北工業職業技術學院，河北石家莊050091）

摘要：從消費者的人身健康考慮，對茶葉產品中的農藥殘留和重金屬元素進行檢測和控制，是非常重要的。本文基于模糊數學理論，對茶葉安全風險的綜合評價方法進行了研究和討論，建立起了相應的茶葉安全風險模糊評價數學模型，對茶葉產品中的重金屬和農藥殘留等的監測結果進行了評價，結果比較滿意。

關鍵詞：模糊數學理論；茶葉；安全風險；評價

李超（1979-），男，河北石家莊人，本科，講師，研究方向：數學。

趙俊卿（1974-），女，河北省石家莊晉州市人，本科，講師，研究方向：漢語言文學。

茶葉作為我國的主要出口產品，其質量不僅影響著消費者的身體健康，也直接影響著我國茶葉經濟的發展，因此，研究茶葉安全風險評價方法，意義重大。

1　模糊數學理論的相關概念

模糊數學是在模糊集合與模糊邏輯的基礎上發展起來的模糊拓撲、模糊測度論等數學領域的統稱，是一種針對現實世界中一些接線不分明或者非常模糊的問題進行研究的數學工具，在人工智能、模式識別等方面有著較為廣泛的應用。在不斷的發展過程中，模糊數學理論也已經應用到了環境領域，能夠實現對水質污染、大氣污染等的綜合評價[1]。

模糊綜合評價法，是在模糊數學理論的基礎上發展起來的預價方法，能夠使用程度語言對評價對象進行描述。這種評價方法特別適用于對那些非定量、模糊性以及難以明確定義的實際問題進行解決。

1.1基本理論

模糊綜合評價法是在預先確定評價因素以及評價標準和權值的基礎上，結合模糊集合變換原理，采用隸屬度，對各個因素的模糊界線進行描述，同時構建相應的模糊評價矩陣，通過多層復合運算，對評價對象的等級進行確定。在上述流程中，數學模型的建立是核心內容。

1.2評價方法

安全風險的評價涉及諸多因素，是一個非常復雜的過程。不同的因素之間存在層次的分別，這類問題也因此被稱為多層次問題，需要依照評價因素所屬類別，進行分層評價，然后結合分層評價結果，針對整體進行綜合評價。在實際操作中，應該關注幾個方面的問題：

1.2.1評價指標體系構建：評價指標體系必須能夠真實地反映系統整體的性能，滿足幾個基本原則。其一，一致性。不僅要確保評價指標與目標一致，還要確保上下兩個層次的指標一致；其二，可比性。必須確保評價指標能夠反映對象的共同屬性，同時對其進行比較；其三，獨立性。在指標體系內，處于同一層次的指標必須相互獨立，指標之間不能存在重疊、包含或因果關系；其四，可行性。評價指標的數量及標準必須適中，確保真實可用。

1.2.2評價因素集確定：以評價指標體系為依托，對評價因素集進行確定。考慮到因素的多層次性，需要按照其各自所屬的層次，進行分別處理。

其中，ui表示第i個評價因素，i的取值范圍為1-n。

1.2.3模糊權重集確定：對評價因素集的模糊權重進行確定，主要是考慮到不同評價因素各自的重要程度這一客觀事實，比較常用的權重確定方法包括層次分析法、統計實驗法以及專家測評法等。在對各層相關因素的權重進行確定后，就可以得到模糊權重集。

其中，ai表示第i個權重因子，i的取值范圍為1-n。

1.2.4評語集確定：評語集是對評價對象可能做出的評價結果的集合，包括評價等級和分類等屬性，需要根據實際需求進行確定。

其中，vj表示第j個屬性，j的取值范圍為1-m[2]。

1.2.5綜合評價矩陣構建

假定第i個評價因素的單因素評價集為R，則

其中，rij表示第i個屬性的評價對于第j個屬性的隸屬度，若存在n個評價因素，則綜合評價矩陣為

2　模糊數學理論在茶葉安全風險評價中的應用

2.1建立評價指標體系

結合上文中提到的評價指標體系的構建原則，以某地區綠茶產品作為研究對象，從茶葉生產地選擇鮮葉、炒制未包裝以及包裝待售的不同樣品，對其安全風險進行評價。為了確保評價的準確性與可靠性，需要從污染物的毒性、多樣性以及在環境中的富集差異等方面，進行綜合考慮。本文依照國家農產品安全檢驗標準，選擇7種農藥作為農藥殘留的檢測項目，以及鉛、鎘、銅三種元素作為重金屬元素檢測項目，以污染指數、污染物毒性、超標率以及在環境中的富集為評價因素，構建相應的評價指標體系。評價因素的量化比較打分如下表所示。

表1　評價因素量化比較

其中，不同的因素有著不同的量化打分表，這里對其進行分別討論。

2.1.1污染指數與超標率：所謂污染指數，只是將監測的多種濃度簡化成為一個單一的概念性指數值，進行分級打分，以反映對于生態環境污染以及人體健康的影響程度。

表2　污染指數與超標率量化打分

2.1.2污染物毒性：對污染物毒性的量化打分，主要是根據相應的毒性癥狀進行。分數越高，則表明毒性越大，以最低的1分為例，通常會使人的眼部、呼吸道或者皮膚感到不舒服，或者實驗確定口服對鼠半致死量在2000mg/kg；而最高的10分則是對人體有明顯致癌性，或者對動物有強烈的致癌性，損害遺傳基因，又或者可以進行毒性復制。其量化打分結果如表3所示。

表3　污染物毒性量化打分

2.1.3污染物在環境中的富集：生物富集因子（BCF）表示生物組織（干重）中化合物的濃度與溶解在水中的濃度比，能夠對生物體內化學物質的累積趨勢進行準確描述，是一個非常重要的指標。而正辛醇水分配系數（kow）表示化合物在非極性熔劑中的溶解度與在水中的溶解度的比。污染物在環境中的富集量化打分原則如下：

表4　污染物在環境中的富集量化打分原則

表5　污染物在環境中的富集量化打分

2.2數學模型建立

利用模糊數學中的模糊變化方法，針對上述10中污染物的因子集進行相應的模糊變換，構建相應的數學模型。考慮到模型過大會影響其自身的穩定性，同時導致計算的繁瑣性，這里從實際出發，對模型進行適當的壓縮和調整，以減少數據處理量[3]。

2.2.1評價因素集：U＝{某污染物加權污染指數（I-i）；污染物加權超標指數（C-i）；污染物毒性（D）；在環境中的富集（E）}

2.2.2模糊權重集：結合上文提到的公式，以4個評價因素為對象，其對于評定結果的貢獻度為

其中，ai表示單獨考慮ui因素對于評價等級的貢獻度大小，代表了單因素ui評價等級的能力。在充分滿足ai歸一化的基礎上，由于4個因素對于評價等級的影響相同，則

2.2.3評語集：結合相應的監測結果，從中選定7個污染物因子，則有V＝{敵敵畏、六六六、滴滴涕、甲氰菊酯、銅、鉛、鎘}

2.2.4綜合評價矩陣：4個評價因素對于7個污染物因子的綜合評價矩陣為

在矩陣中，rij表示不同評價因素量化打分值，其中i＝1-4，表示四個評價因素，依次為污染指數（I）、超標率（C）、污染物毒性（D）以及污染物在環境中的富集（E）；j則表示7種污染物種類，依次為敵敵畏、六六六、滴滴涕、甲氰菊酯、銅、鉛、鎘。

2.3綜合評價

通過相應的計算，可以得出7個污染物因子的綜合評價模型，然后將評價因素量化分值和權重值分別代入到模型之中，對矩陣的乘積進行計算，就能夠得到評價因子的最終量化結果。在上述7種污染物中，其風險性由大到小排序如下：鉛、鎘、甲氰菊酯、六六六、滴滴涕、敵敵畏、銅。

3　結　語

本文結合模糊數學理論的相關概念，對其在茶葉安全風險評價中的應用進行了研究和探討，同時選取相應的茶葉產品，進行了相應的污染綜合評價，取得了比較滿意的效果。與當前國際標準評價方法相比，本文提出的評價方法在評價結果上具有良好的可靠性，而且模型簡單、矩陣運算清晰、理論依據充分，優勢非常明顯。不過，考慮到研究時間有限，加上并沒有經過大量的實踐驗證，這種評價方法在評價因素選擇、污染物種類選擇等方面尚需完善，應該得到相關學者的重視和深入研究。

參考文獻

[1]鄒小龍，基于模糊數學理論的茶葉安全風險評價方法研究[D].河北工業大學，2007.

[2]段文仲，模糊綜合評價在檢驗檢疫風險管理中的應用.檢驗檢疫科學，2006，16(1):16-18.

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