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基于信息熵的上海世博園區(qū)生活垃圾管理模式研究

文檔作者：張睿楊太華文檔來源：上海電力學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月06日
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基于信息熵的上海也博圓區(qū)生謄舌
垃圾管理模式研究
張睿
(上海電力學(xué)院
楊太華
上海200090)
摘要針對上海世博園區(qū)日產(chǎn)垃圾數(shù)量多、可回收比例高、信息流通便捷等特點(diǎn)，提出了“集成式垃圾管理模式”?；谛?
息熵的相關(guān)理論，構(gòu)建出垃圾管理組織結(jié)構(gòu)信息熵模型，對不同的垃圾管理組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，通過各自信息熵的計(jì)算表明
集成式垃圾管理模式是上海世博園區(qū)生活垃圾管理過程中的理想模式。
關(guān)鍵詞垃圾管理信息熵組織結(jié)構(gòu)集成模式
中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2012)02—0019—03
近年來．城市生活垃圾處理日益成為人們關(guān)注的問題．
許多新的垃圾處理技術(shù)被陸續(xù)提出——如清潔發(fā)展機(jī)制
(CDM)項(xiàng)目?、機(jī)械化分選綜合處理[2】等方式．是目前垃圾管
理領(lǐng)域內(nèi)的最新進(jìn)展。如何處理好以“城市。讓生活更美好”
為主題的上海世博會園區(qū)運(yùn)營過程中產(chǎn)生的各種生活垃圾
也成為了不容忽視的問題之一。因此．對世博園區(qū)生活垃圾
管理體系的創(chuàng)新性構(gòu)建顯得至關(guān)重要。
l垃圾管理組織結(jié)構(gòu)
據(jù)資料顯示．世博會園區(qū)內(nèi)的生活垃圾產(chǎn)生量平均124t／
d。高峰日180t／d，極端高峰236t／d，可回收比例高。鑒于上述情
況，本次世博會園區(qū)生活垃圾采用分類投放、分類收運(yùn)和分類
處置的管理模式，這樣既能提高垃圾處理的效率．又可充分體
現(xiàn)“3R”原則，即減量化、資源化和無害化的理念【3】。
本文著重探討“集成式垃圾管理模式”在上海世博會垃
圾處理中的運(yùn)用。這種模式源自于集成式項(xiàng)目群管理(Inte．
grated programme management，IPM)模式【4)，其組織結(jié)構(gòu)如圖
l所示。同樣．集成式垃圾管理模式可簡化為圖2所示的結(jié)
構(gòu)——針對垃圾處理項(xiàng)目群成立IPMT“世博垃圾處理指揮
部)．從總體上對各個處理項(xiàng)目的運(yùn)營分支及下屬各職能部
門進(jìn)行宏觀調(diào)控管理和微觀綜合協(xié)調(diào)．以保證次級各垃圾處
理中心對世博園區(qū)當(dāng)日垃圾數(shù)量的信息資源需求以及處理
效率的最大化。同時(shí)．在下屬各個職能部門又分別建立子
IPMT(如IPMT2。)，全面有序負(fù)責(zé)在垃圾處理過程中本部門
范疇內(nèi)實(shí)施的管理工作，并將垃圾處理中出現(xiàn)的問題、解決
方法、應(yīng)急預(yù)案向上級指揮部匯報(bào)?？梢姟PMT(世博垃圾處
理各級指揮部門)作為強(qiáng)大的決策管理者．直接領(lǐng)導(dǎo)下級各
垃圾處理指揮中心及其相關(guān)職能部門。并對垃圾處理的參與
方下達(dá)該層面的指令。
此模式中。通過IPMT(世博垃圾處理各級指揮部門)充
基金項(xiàng)目：本項(xiàng)目為上海市大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目
作者簡介：張睿．男，上海電力學(xué)院工程管理專業(yè)在讀學(xué)生。
201 2．No。2．
分利用世博各個場所輸送垃圾數(shù)量的準(zhǔn)確信息．形成信息鏈
進(jìn)行集成式管理。這樣有利于克服垃圾處理各環(huán)節(jié)之間相互
制約和脫節(jié)的矛盾．減
少不必要的人力、物力
的損耗．從而確保垃圾
處理最終目標(biāo)的順利
實(shí)現(xiàn)?？梢姡墒嚼?
圾管理是一種以IPMT
為核心紐帶．對世博園
區(qū)產(chǎn)生的垃圾全過程、
全方位管理并進(jìn)行高
效處理的新型垃圾管
理模式。
圈l集成式項(xiàng)目群管理組織結(jié)構(gòu)示意圖
。
圈2集成式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)示意圖
萬方數(shù)據(jù)
2組織結(jié)構(gòu)信息熵模型
2．1信息熵理論151
熵是1865年由德國物理學(xué)家Clau8ius作為熱力學(xué)的一
個概念提出來的。1896年。Boltzmann和Planck把熵與系統(tǒng)
的可幾微觀狀態(tài)數(shù)聯(lián)系起來．說明了熵的統(tǒng)計(jì)意義。1948
年．Shannon將統(tǒng)計(jì)熵概念推廣于信息領(lǐng)域。以表示信源的不
確定性．其定義如下：
如果系統(tǒng)有n種不同的狀態(tài)：Sh s2，?，Sn，每種狀態(tài)出
現(xiàn)的概率分別為：P．。p2，?，p-I，且pl+p一?+p廬l，則系統(tǒng)具有
的不確定性數(shù)量H為：
n
H=-C乞pilogpl (1)
i=l
式中C為正常數(shù)，且Pi滿足：O≤pl≤l(i=1，2，?，n)。
由定義，得到以下主要性質(zhì)閻：
(1)對稱性。當(dāng)變量p，，p2，?，pn的順序互換時(shí)不影響熵
函數(shù)的值。即：
H(pl，p2，?，pn)=H(取I，pu，?，phl) (2)
式中(k1，k2，?，k。}是{l，2，?，n}的任意置換。
(2)可加性。如果有兩個相互獨(dú)立的隨機(jī)變量X和Y，X
的概率分布為(p。，p2，?，p。)，Y的概率分布為(q1，q2，?，qn)，
則：
H(XY)=H(pl，p2，?，pn)+H(ql，q2，?，q。) (3)
(3)確定性。只要有一個pi的值為l，則熵函數(shù)一定為
零，即：
H(I，0，?，0)=H(0．1，?，O)=??---0 (4)
(4)極值性。對于系統(tǒng)S，當(dāng)且僅當(dāng)隨機(jī)變量的每種狀態(tài)
出現(xiàn)的概率均等的情況下．信息熵取極大值，即等概率分布
的信息狀態(tài)下。系統(tǒng)的不確定性最大：
H(p1，p2，?，P。)≤H(1，n，l，n，?，l／n)=Clogn (5)
2．2組織結(jié)構(gòu)信息熵模型定義
設(shè)有圖3所示的某組織結(jié)構(gòu)．組織共有s個基層要素，
節(jié)點(diǎn)①表示組織的第1個元素，以此類推；“——”表示元素
問有直接的信息流通，稱為聯(lián)系?。
圈3粟組織結(jié)構(gòu)信息婀計(jì)再倆圈
定義l：2元素之間經(jīng)過的最短聯(lián)系數(shù)稱之為2元素的聯(lián)
系長度。記為L：直接相連的長度為l，每中轉(zhuǎn)一次長度加l。
定義2：若元素x,y之間存在直接聯(lián)系，則表明信息可以
由x直接傳遞至v?；蚍聪?。由于管理信息的不確定性，所傳
遞的信息存在有效、無效、正確。甚至錯誤等等111種可能性，
設(shè)每種可能性的概率分別為仉，則信息由x傳遞至y的不確
定性的量，即信息熵為：
2們2．N0。2．
tt產(chǎn)--c乞pJogp． (6)
n=I
定義3：任意2個元素i、j之間，若其聯(lián)系長度為L，根據(jù)
信息熵的可加性。則信息從i傳遞到j(luò)，信息熵為：
ml m2-止
Hij=-CΣP*ll。酗廣CZ pjo驢?一cΣ叫ogp也(7)
nf=I ^z21 ^L。I
共計(jì)L項(xiàng)。
定義4：由信息熵的可加性可知，對于共擁有s個元素的
組織結(jié)構(gòu)．整個組織結(jié)構(gòu)的信息熵也就是各元素之間信息傳
遞的信息熵為：
S S
H=ΣΣ凰(8)
i=1，=1
為便于研究．不妨假設(shè)信息在各元素之間傳遞時(shí)存在的
不確定性狀態(tài)僅有2種：(有效，無效)，且分布概率均為(pl，
p2)，則此時(shí)該組織結(jié)構(gòu)的信息熵為：
2
H=-CL乞p山秈(9)
n 2 1
S S
式中L：ΣΣk
‘=l，2 I
3不同垃圾管理組織結(jié)構(gòu)的信息熵比較
利用上述組織結(jié)構(gòu)信息熵模型．我們可以對本次上海世
博園區(qū)生活垃圾管理中不同組織結(jié)構(gòu)的信息熵分別進(jìn)行計(jì)
算，并據(jù)此選擇合適的垃圾管理組織結(jié)構(gòu)形式。
假設(shè)整個垃圾管理過程共由3部分組成．即垃圾源、垃圾
收集站和垃圾處理廠．其組織結(jié)構(gòu)有2種形式可供選擇——
常見式和集成式垃圾管理模式，分別如圖4和圖5所示。
圈4常見式垃圾管理模式示意圈
圈5集成式垃圾管理模式示意圈
萬方數(shù)據(jù)
(1)根據(jù)組
織結(jié)構(gòu)示意圖．
分別作出組織結(jié)
構(gòu)信息熵的計(jì)算
簡圖．如圖6和
圖7所示。
(2)分別計(jì)
豳6常見式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)信息熵計(jì)算筒圖llc
I-述2種組織
圈7集成式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)信息熵計(jì)算筒圖
結(jié)構(gòu)的聯(lián)系長度
Ll及L2，見表1
和表2。
(3)分別計(jì)
算以上2種組織
結(jié)構(gòu)的信息熵。
由定義4．根
裹l 常見式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)聯(lián)系長度計(jì)算
據(jù)公式(9)可分別求得2種組織結(jié)構(gòu)的信息熵。在此公式中，
C為正整數(shù)．不妨令C=l。同時(shí)，為便于分析比較，根據(jù)信息
熵的極值性，令P。=P2=1／2，此時(shí)2種組織結(jié)構(gòu)的信息熵均取
得最大值。
常見式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)的信息熵H，如下：
2
Ht=-CL,乞pⅡlog pFLll092=28．8989
n=l
定義5：由于在集成式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)中設(shè)立了
IPMT．使得先行項(xiàng)目能夠有效地為后行項(xiàng)目提供確定的信
息．因此可以認(rèn)為先行項(xiàng)目A對后行項(xiàng)目B進(jìn)行的信息傳
遞的不確定性概率分布為(1，O)，由信息熵的確定性可知：
H^B=0。
集成式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)的信息熵H：如下：
2
He=-CL=乞pTIlogp．=lO．8371
n：l
顯然H。>H：，說明先行項(xiàng)目能夠有效地為后行項(xiàng)目提供
確定信息．垃圾管理組織結(jié)構(gòu)更為有序，從而提高了垃圾的
處置效率．有利于垃圾管理。
4結(jié)論
在上海世博園區(qū)生活垃圾管理過程中．不同的組織結(jié)構(gòu)
對于信息的傳遞和處理有著不同的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。本文將
各種組織結(jié)構(gòu)在信息傳遞上的不確定性進(jìn)行定量化，從而為
決策者選擇最為合理的組織結(jié)構(gòu)形式和依據(jù)。從信息熵的分
析計(jì)算中不難看出．集成式垃圾管理組織結(jié)構(gòu)的信息熵(H：)
更小．表明這種組織結(jié)構(gòu)更為有序，即其可以更加有效地傳
遞垃圾處理的信息．也更能適應(yīng)世博會這樣大型活動的要
求．彰顯出“城市．讓生活更美好”的世博主題。此外，根據(jù)信
息熵的可加性原理．當(dāng)垃圾處理項(xiàng)目群的規(guī)模越大，所涵蓋
的子項(xiàng)目越多．這種“集成式垃圾管理模式”就越能發(fā)揮出它
的巨大優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn)
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,,illII-—Ⅵ一岫，’●I"—帥-,--illt-，‘h●_-_。●_，_¨一¨—H¨-—’h—嘲¨?？?#168;—-Il-All¨一H_，?¨H，Ⅲ0p，叫h-，呻¨¨，”¨—州●●—_¨h，_¨●¨—H“一¨¨-d一．I．‘·-，啼¨一Illll·一叫¨-，m●·¨—“。¨¨一。‰一‰mw。illll·一?！搿猶I●-i。．dli?！?#183;．一1岫’州。¨．“’_．I．I一”l●p’”’il·。q¨．—_‰’ml●¨
我國一次能源生產(chǎn)總量連續(xù)5a居世界第1
“十一五”時(shí)期．是我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的5a，我國一
次能源生產(chǎn)總量連續(xù)5a居世界第1．自給率保持在90％以
上。我國能源國際合作也取得重大進(jìn)展，西北、東北、西南和
2012．No，2．
海上4大能源進(jìn)口戰(zhàn)略通道格局已基本形成。能源應(yīng)急保障
系統(tǒng)建設(shè)步伐加快．煤、電、油、氣、運(yùn)保障協(xié)調(diào)機(jī)制逐步完
善，為能源供需平穩(wěn)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。
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