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天津pm25的质量管理分析大学论文
天津PM2.5的质量管理分析
摘要:
对于研究PM2.5的影响因素,首先我们通过对PM2.5和AQI、NO2、SO2的统计表和PM2.5和AQI的散点图的研究发现PM2.5的在空气质量中具有重要地位,通过天津市的月均PM2.5数值统计表和条形图可以发现,天津市的空气质量仍十分严峻。
运用因果图分析可以看出影响PM2.5数值的因素有季节、自然因素、绿化、汽车尾气、工业废气、取暖废气以及人为燃烧垃圾废品等,由排列图ABC分析方法可以直观的看出汽车尾气、工业废气、以及人为燃烧垃圾废品是PM2.5最主要影响因素。
通过收集天津市的PM2.5值,绘制了天津市PM2.5直方图,从中可以看出,天津市的PM2.5数值过大,偏离了正常型。
通过对以上的分析,我们得出了合理的结论,并提出了合理的建议。
关键词:
散布图;因果图;排列图;ABC分析法;分布图
1、引言
随着改革开放的进行,中国的经济迅猛发展,重工业行业发展迅速,但是也付出了深重的代价,中国的空气质量也不断下降,其中PM2.5就是一个重要的衡量空气质量的指标。
PM2.5即细颗粒物也称为可吸入颗粒物,指环境空气中直径小于等2.5微米的颗粒物。
虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。
与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5颗粒直径小,面积大,活性强,容易附带有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
其浓度越高,就意味着空气污染越严重。
在中国大部分,特别是工业集中的华北地区,PM2.5占到了整个空气悬浮颗粒物重量的大半。
天津作为华北地区的一部分,其也深受PM2.5的影响,为了实现天津的可持续发展和保护人们的身体健康,天津应该持续不断主动进行改进,而不是被动地等待问题出现了才去进行改进。
因此,做一个PM2.5的质量管理分析十分重要。
2、数据来源与方法
(1)数据来源
本文的具体数据来源于PM25.in网站和国家空气质量监测网,影响因素是有同学们进行头脑风暴集思广益形成的。
(2)方法
方案中主要运用的理论有质量改进(QualityImprovement),质量改进是消除系统性的问题,对现有的质量水平在控制的基础上加以提高,使质量达到一个新水平、新高度。
质量改进是一个过程,要按照一定的规则进行,否则会影响改进的成效,甚至会徒劳无功。
(一)先收集了天津的实时空气质量,并绘制了天津市的实时空气质量统计表和PM2.5与AQI的散点图。
散点图(相关图)是通过分析研究两种因素的数据的关系,来控制影响产品质量的相关因素的一种有效方法。
在相关图中,两个要素之间可能是具有强的正相关关系,或者弱的正相关关系。
这些都体现了这两个要素之间的因果关系。
一般情况下,两个变量之间的相关类型主要有六种:
强正相关、弱正相关、不相关、强负相关、弱负相关以及非线性相关。
作图步骤:
(1)确定研究对象;
(2)收集数据;(3)画出横坐标x与纵坐标y,添上特性值标度;(4)根据数据画出坐标点。
图1:
六种散点图
(二)先收集全国的PM2.5的数据以及天津市的月PM2.5的数据,这些数据可以从PM2.5监测网站查询得来,分别对两个数据制作条形图,条形图是将数据清晰的表现在图表中,更加清晰的看出数据的多寡,从而知道调查对象的大概位置。
从条形图中具体发现具有代表性的对象。
(三)收集影响PM2.5的因素,这个是通过调查问卷和询问专家意见得到的,再采用因果图的方法来理清思路找出和分析影响PM2.5数值的因素的主次关系。
因果图也叫特性因素图/鱼刺图/石川图,是整理和分析影响质量各因素之间关系的一种工具。
形象地表示了探讨问题的思维过程,通过有条理地逐层分析,可以清楚地看出“原因——结果”。
其基本格式由特性、原因、枝干三部分构成。
首先找出影响质量问题的大原因,然后寻找到大原因背后的中原因,再从中原因找到小原因和更小的原因,最终查明主要的直接原因。
绘制因果分析图最一般的方法是“大枝展开法”,这种方法是从大原因到中原因、从中原因到小原因,按此次序提出各种要因,这样往往可以将各种因素限制在预先确定的范围内,容易形成小而整齐的因果图。
我们可以运用因果图有条理寻找原因。
因果分析图法需要注意的事项有:
(1)问题尽量具体、明确、有针对性;
(2)集思广益;(3)分析到能采取具体措施为止;(4)主要原因的确定;(5)对关键因素采取措施;(6)质量问题数量有多少个,就要绘制多少张因果图
(四)对因果图所找出的主要因素用排列图进行排列,再用ABC分析法进行分析。
排列图又叫帕累托图(paretodiagram),其原理是意大利经济学家帕累托在分析社会财富分布状况时得到的“关键的少数和次要的多数”的结论。
也就是将因素按影响产品质量的程度大小,用条形图由高到低顺序排列,从而找出主要因素的方法。
ABC法则是将各因素根据数量和价值划分为A、B、C三个等级,其中,A类因素数量居少,价值却为多数;B类因素居中,价值却为多数;C类因素数量居多,价值为少数。
事物都遵循“少数关键多数次要”的客观规律。
找到关键因素的所在,就能使质量改进的目标就会一目了然。
从图中我们可以直观的得出各因素影响PM2.5程度的大小,找出主要因素从而有针对性的采取相应措施。
(五)对调查的PM2.5数值进行直方图整理,直方图是从总体中随机抽取的样本,将从样本中获得的数据进行整理,从而找出数据变化的规律,以便能够判断并预测过程质量好坏等的一种方法。
直方图的作用:
展示用表格难以说明的大量数据;显示各种数值出现的相对频率;揭示数据的中心、散布及形状;推断数据的潜在分布;为测量过程提供有用信息;可以发现“过程是否能够满足顾客的要求”。
直方图的形状可概括为正常型和异常型两类,正常型的直方图应该是左右对称,中心处最高,离开中心越远处越低。
(a)为正常型的直方图,它表示生产过程中没有异常原因。
(b)-(f)为异常型的直方图,它表示生产过程中有异常原因,致使质量特性的波动不符合随机波动的规律,应该找出原因,采取措施,消除异常原因的影响,使生产趋于稳定状态。
图2:
六种直方图
3、实际分析
(1)收集天津市PM2.5和空气质量指数API,分析PM2.5与空气质量的关系。
随机选择了天津市2014年12月14日的各个监测点的各项空气质量指标。
表1:
实时空气质量
监测点
AQI
空气质量
PM2.5
NO2
SO2
市监测中心
74
良
38
93
61
机车车辆厂
113
轻度污染
85
103
70
继电器厂
115
轻度污染
87
100
69
南京路
120
轻度污染
74
98
91
河东站
140
轻度污染
99
84
85
河西站
115
轻度污染
86
109
152
北辰科技园区
138
轻度污染
105
89
54
天山路
237
重度污染
187
54
65
东丽中学
168
中度污染
127
116
142
泰丰工业园
125
轻度污染
90
118
118
永明路
196
中度污染
147
104
80
空港物流加工区
167
中度污染
122
101
112
团泊洼
139
轻度污染
106
87
66
图3:
PM2.5与AQI散点图
结论:
1、从散点图可以看出,PM2.5与API息息相关,两者呈正相关的关系,PM2.5上升,API就上升,就意味着空气质量下降。
2、从表格上还可以发现,PM2.5还和SO2和NO2呈正相关。
3、既然PM2.5和API息息相关,说明了研究PM2.5的重要性。
(二)对天津市的各月PM2.5的数据进行表格处理和柱形图处理。
表2:
天津市各月PM2.5
2014年1月
2014年2月
2014年3月
2014年4月
2014年5月
2014年6月
2014年7月
2014年8月
2014年9月
2014年10月
2014年11月
PM2.5
113
87
111
85
70
58
76
57
56
99
111
质量等级
轻度污染
轻度污染
重度污染
轻度污染
轻度污染
良
轻度污染
良
良
轻度污染
轻度污染
全国排名
21
23
29
27
24
26
30
29
27
28
31
图4:
天津市月均PM2.5条形图
结论:
1、天津市的空气质量不容乐观,空气质量位于全国排名靠后位置。
2、天津市的PM2.5夏天空气质量较好,但是春季、秋季以及冬季空气质量较差,多处于轻度污染和重度污染。
3、天津市的空气质量急需采取措施进行处理,保障人们的身体健康。
(二)用因果图分析影响PM2.5的影响因素。
图5:
PM2.5因果图
结论:
影响PM2.5排放的因素有季节、自然因素、汽车尾气、工业废气、取暖废气以及人为燃烧垃圾废品等。
(3)用排列法将上述主要因素按影响PM2.5排放的程度大小,用柱形图由高到低顺序排列,从而找出主要因素,用ABC方法分析。
表3:
影响PM2.5因素统计表
序列
影响因素
频数
累计数
所占比例(%)
累计百分比(%)
1
汽车尾气
105
105
35%
35%
2
工业废气
75
180
25%
60%
3
人为燃烧
60
240
20%
80%
4
取暖废气
45
285
15%
95%
5
季节
12
297
4%
99%
6
自然因素
3
300
1%
100%
合计
300
100%
B
A
C
图6:
PM2.5影响因素排列图
结论:
0-80%为A类因素,主要因素即为汽车尾气、工业废气、人为燃烧;80%-90%为B类因素,次要因素即为取暖废气;90%-100%为C类因素,一般因素即为季节和自然因素。
(4)随机抽样天津市一年内的PM2.5数值,并对其用直方图进行处理,观察其分布及特征。
表5:
PM2.5数据表
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
PM2.5
91
33
111
151
72
86
184
49
110
27
124
23
152
34
125
183
115
127
129
141
78
177
179
145
249
195
188
146
176
104
163
147
148
118
115
79
17
86
44
166
176
83
127
148
176
170
175
187
73
239
181
153
166
166
169
58
72
184
138
112
28
178
133
119
146
182
170
55
172
186
1、收集数据:
将每个月中日期是5的倍数的PM2.5抽取出来(2月份没有30日,所以抽取了28日的,12月份还没过完,所以只抽取了4个数值),共抽取了70个样本进行测试。
2、找出数据的最大和最小值。
Xmax=249,Xmin=17
极差=Xmax-Xmin=249-17=232
3、确定组数和组距,上下界。
根据空气质量的等级分,组距为50,组数分成5组。
表6:
PM2.5数据分组表
序号
组界值
组中值
频数
1
0-50
25
8
2
50-100
75
11
3
100-150
125
22
4
150-200
175
27
5
200-250
225
2
合计
—
—
100
图7:
PM2.5数据分析直方图
结论:
上面直方图不是正常型的直方图,而是向右偏,此直方图属于右偏型直方图。
人们只会规定PM2.5不要超过某个限度,天津主要规定不要超过200,也就是说只规定了上层公差限,也就使得天津的PM2.5值接近200,但是这和全国其他地方相比较,这还是属于过大的,空气质量还是有待提到,应采取措施降低PM2.5。
4、结论
通过上述质量改进的方法对影响PM2.5数值的因素分析和对具体的PM2.5的抽样数据的分析可以看出PM2.5的影响因素有许多,我们得到了如下结论:
第一、通过对PM2.5和AQI、NO2、SO2的统计表和PM2.5和AQI的散点图,我们可以发现PM2.5和其他均呈现正相关的关系,同时PM2.5越来越成为空气质量因素中一个最重要的因素。
第二、通过天津市的月均PM2.5数值统计表和条形图可以发现,天津市的空气质量仍十分严峻,严重影响到了人们的身体健康,急需改变现状。
第三、由因果图分析可以看出影响PM2.5数值的因素有很多,比如:
季节、自然因素、绿化、汽车尾气、工业废气、取暖废气以及人为燃烧垃圾废品等原因,在处理PM2.5问题上可以针对上述原因进行。
第四、由排列图可以直观的看出季节、自然因素、汽车尾气、工业废气、取暖废气以及人为燃烧垃圾废品这几个因素对PM2.5的影响程度。
第五、通过ABC的方法分析,我们可以直观的看出最主要的三个因素是汽车尾气、工业废气以及人为燃烧,它们严重影响到了空气质量。
第六、从天津市PM2.5的直方图可以看出,天津市的PM2.5数值过大,偏离了正常型,需要采取措施使其得以改善。
五、建议
(一)政府层面。
第一,从因果图上可以看出,自然因素虽然不是影响PM2.5的主要因素,但是也是一个因素,自然因素层面包括了植被覆盖率、尘土飞扬等,政府要采取行之有效的措施,来保护植被,处理尘土裸露问题,提高植被覆盖率,减少可吸入颗粒物。
第二,从排列图上可以看出,汽车尾气是影响PM2.5最重要的因素,政府应该继续实行单双号限行规定,还要鼓励人们不开车出门,乘坐公共交通出门,同时政府还要鼓励企业生产节能环保的汽车,减少尾气排放。
第三,从排列图上可以看出,工厂废气是影响PM2.5的一个重要因素,政府要加强对工厂的管理,特别是高污染企业的管理,要求企业排放尾气须达标排放,不遵守工厂可进行惩罚,甚至勒令其停产。
第四,取暖废气也是重要的因素,政府在兼顾人们冬季取暖时,也要关注人们的身体健康,要求取暖工厂的机器达标,使煤炭充分燃烧、充分利用,可对残余能源循环利用,减少废气排放,同时废气的排放也需要达到排放的标准。
第五,从天津市PM2.5的分布图可以看出,天津市的PM2.5数值右偏,总体数值偏大,这与天津市的PM2.5的要求偏低有关,环境质量的关注度程度不够,政府应该提高空气质量的要求,督促各方面努力达到要求,运用先进的监测系统和科技技术改善空气质量。
(二)企业(工厂)层面。
第一,企业应该相应政府的号召,汽车生产企业要加强环保车型的研发,促进环保车型的推广,减少汽车的尾气排放,从而降低PM2.5。
第二,工厂作为废气的重要的排放者,对于降低PM2.5更是有着不可推卸的责任,工厂可引进先进的生产技术,减少废气废渣的排放,还可以引进废气处理系统,使废气的排放达到排放的标准。
第三,企业(工厂)要将企业利益与社会利益相联系,在注重企业的利益时更要注意社会利益,企业可以对环保的公益活动多多参加,并多多资助环保活动的开展,使空气质量不断向好发展。
(三)个人层面。
第一,从因果图和排列图中我们可以发现,还有一个影响空气质量的重要因素是人为物品的燃烧,作为个人,我们应该减少废气物品的燃烧,减少垃圾,尽量做到物品的循环使用;同时生活使用的燃气应多采用天然气,减少使用煤炭和煤气。
第二,作为个人,人力是有限,但如果人们的集合,能力是无限的,我们要尽我们一份绵薄之力,减少生活垃圾,积极参加植树活动,不损坏绿化,减少PM2.5。
参考文献:
[1]应可福.质量管理[M].机械工业出版社,2005
[2]俞明南,丁正平.质量管理[M].大连理工大学出版社,2005
[3]龚益鸣.现代质量管理学[M].清华大学出版社,2007
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