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基于信息熵的上海世博园区生活垃圾管理模式研究

文档作者：张睿杨太华文档来源：上海电力学院		点击数：	更新时间： 2024年07月06日
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基于信息熵的上海也博圆区生誊舌
垃圾管理模式研究
张睿
(上海电力学院
杨太华
上海200090)
摘要针对上海世博园区日产垃圾数量多、可回收比例高、信息流通便捷等特点，提出了“集成式垃圾管理模式”。基于信
息熵的相关理论，构建出垃圾管理组织结构信息熵模型，对不同的垃圾管理组织结构进行比较，通过各自信息熵的计算表明
集成式垃圾管理模式是上海世博园区生活垃圾管理过程中的理想模式。
关键词垃圾管理信息熵组织结构集成模式
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2012)02—0019—03
近年来．城市生活垃圾处理日益成为人们关注的问题．
许多新的垃圾处理技术被陆续提出——如清洁发展机制
(CDM)项目⋯、机械化分选综合处理[2】等方式．是目前垃圾管
理领域内的最新进展。如何处理好以“城市。让生活更美好”
为主题的上海世博会园区运营过程中产生的各种生活垃圾
也成为了不容忽视的问题之一。因此．对世博园区生活垃圾
管理体系的创新性构建显得至关重要。
l垃圾管理组织结构
据资料显示．世博会园区内的生活垃圾产生量平均124t／
d。高峰日180t／d，极端高峰236t／d，可回收比例高。鉴于上述情
况，本次世博会园区生活垃圾采用分类投放、分类收运和分类
处置的管理模式，这样既能提高垃圾处理的效率．又可充分体
现“3R”原则，即减量化、资源化和无害化的理念【3】。
本文着重探讨“集成式垃圾管理模式”在上海世博会垃
圾处理中的运用。这种模式源自于集成式项目群管理(Inte．
grated programme management，IPM)模式【4)，其组织结构如图
l所示。同样．集成式垃圾管理模式可简化为图2所示的结
构——针对垃圾处理项目群成立IPMT“世博垃圾处理指挥
部)．从总体上对各个处理项目的运营分支及下属各职能部
门进行宏观调控管理和微观综合协调．以保证次级各垃圾处
理中心对世博园区当日垃圾数量的信息资源需求以及处理
效率的最大化。同时．在下属各个职能部门又分别建立子
IPMT(如IPMT2。)，全面有序负责在垃圾处理过程中本部门
范畴内实施的管理工作，并将垃圾处理中出现的问题、解决
方法、应急预案向上级指挥部汇报。可见。IPMT(世博垃圾处
理各级指挥部门)作为强大的决策管理者．直接领导下级各
垃圾处理指挥中心及其相关职能部门。并对垃圾处理的参与
方下达该层面的指令。
此模式中。通过IPMT(世博垃圾处理各级指挥部门)充
基金项目：本项目为上海市大学生科创项目
作者简介：张睿．男，上海电力学院工程管理专业在读学生。
201 2．No。2．
分利用世博各个场所输送垃圾数量的准确信息．形成信息链
进行集成式管理。这样有利于克服垃圾处理各环节之间相互
制约和脱节的矛盾．减
少不必要的人力、物力
的损耗．从而确保垃圾
处理最终目标的顺利
实现。可见．集成式垃
圾管理是一种以IPMT
为核心纽带．对世博园
区产生的垃圾全过程、
全方位管理并进行高
效处理的新型垃圾管
理模式。
圈l集成式项目群管理组织结构示意图
。
圈2集成式垃圾管理组织结构示意图
万方数据
2组织结构信息熵模型
2．1信息熵理论151
熵是1865年由德国物理学家Clau8ius作为热力学的一
个概念提出来的。1896年。Boltzmann和Planck把熵与系统
的可几微观状态数联系起来．说明了熵的统计意义。1948
年．Shannon将统计熵概念推广于信息领域。以表示信源的不
确定性．其定义如下：
如果系统有n种不同的状态：Sh s2，⋯，Sn，每种状态出
现的概率分别为：P．。p2，⋯，p-I，且pl+p一⋯+p庐l，则系统具有
的不确定性数量H为：
n
H=-C乞pilogpl (1)
i=l
式中C为正常数，且Pi满足：O≤pl≤l(i=1，2，⋯，n)。
由定义，得到以下主要性质阎：
(1)对称性。当变量p，，p2，⋯，pn的顺序互换时不影响熵
函数的值。即：
H(pl，p2，⋯，pn)=H(取I，pu，⋯，phl) (2)
式中(k1，k2，⋯，k。}是{l，2，⋯，n}的任意置换。
(2)可加性。如果有两个相互独立的随机变量X和Y，X
的概率分布为(p。，p2，⋯，p。)，Y的概率分布为(q1，q2，⋯，qn)，
则：
H(XY)=H(pl，p2，⋯，pn)+H(ql，q2，⋯，q。) (3)
(3)确定性。只要有一个pi的值为l，则熵函数一定为
零，即：
H(I，0，⋯，0)=H(0．1，⋯，O)=⋯⋯---0 (4)
(4)极值性。对于系统S，当且仅当随机变量的每种状态
出现的概率均等的情况下．信息熵取极大值，即等概率分布
的信息状态下。系统的不确定性最大：
H(p1，p2，⋯，P。)≤H(1，n，l，n，⋯，l／n)=Clogn (5)
2．2组织结构信息熵模型定义
设有图3所示的某组织结构．组织共有s个基层要素，
节点①表示组织的第1个元素，以此类推；“——”表示元素
问有直接的信息流通，称为联系⋯。
圈3粟组织结构信息婀计再俩圈
定义l：2元素之间经过的最短联系数称之为2元素的联
系长度。记为L：直接相连的长度为l，每中转一次长度加l。
定义2：若元素x,y之间存在直接联系，则表明信息可以
由x直接传递至v。或反向。由于管理信息的不确定性，所传
递的信息存在有效、无效、正确。甚至错误等等111种可能性，
设每种可能性的概率分别为仉，则信息由x传递至y的不确
定性的量，即信息熵为：
2们2．N0。2．
tt产--c乞pJogp． (6)
n=I
定义3：任意2个元素i、j之间，若其联系长度为L，根据
信息熵的可加性。则信息从i传递到j，信息熵为：
ml m2-止
Hij=-CΣP*ll。酗广CZ pjo驴⋯一cΣ叫ogp也(7)
nf=I ^z21 ^L。I
共计L项。
定义4：由信息熵的可加性可知，对于共拥有s个元素的
组织结构．整个组织结构的信息熵也就是各元素之间信息传
递的信息熵为：
S S
H=ΣΣ凰(8)
i=1，=1
为便于研究．不妨假设信息在各元素之间传递时存在的
不确定性状态仅有2种：(有效，无效)，且分布概率均为(pl，
p2)，则此时该组织结构的信息熵为：
2
H=-CL乞p山籼(9)
n 2 1
S S
式中L：ΣΣk
‘=l，2 I
3不同垃圾管理组织结构的信息熵比较
利用上述组织结构信息熵模型．我们可以对本次上海世
博园区生活垃圾管理中不同组织结构的信息熵分别进行计
算，并据此选择合适的垃圾管理组织结构形式。
假设整个垃圾管理过程共由3部分组成．即垃圾源、垃圾
收集站和垃圾处理厂．其组织结构有2种形式可供选择——
常见式和集成式垃圾管理模式，分别如图4和图5所示。
圈4常见式垃圾管理模式示意圈
圈5集成式垃圾管理模式示意圈
万方数据
(1)根据组
织结构示意图．
分别作出组织结
构信息熵的计算
简图．如图6和
图7所示。
(2)分别计
豳6常见式垃圾管理组织结构信息熵计算筒图llc
I-述2种组织
圈7集成式垃圾管理组织结构信息熵计算筒图
结构的联系长度
Ll及L2，见表1
和表2。
(3)分别计
算以上2种组织
结构的信息熵。
由定义4．根
裹l 常见式垃圾管理组织结构联系长度计算
据公式(9)可分别求得2种组织结构的信息熵。在此公式中，
C为正整数．不妨令C=l。同时，为便于分析比较，根据信息
熵的极值性，令P。=P2=1／2，此时2种组织结构的信息熵均取
得最大值。
常见式垃圾管理组织结构的信息熵H，如下：
2
Ht=-CL,乞pⅡlog pFLll092=28．8989
n=l
定义5：由于在集成式垃圾管理组织结构中设立了
IPMT．使得先行项目能够有效地为后行项目提供确定的信
息．因此可以认为先行项目A对后行项目B进行的信息传
递的不确定性概率分布为(1，O)，由信息熵的确定性可知：
H^B=0。
集成式垃圾管理组织结构的信息熵H：如下：
2
He=-CL=乞pTIlogp．=lO．8371
n：l
显然H。>H：，说明先行项目能够有效地为后行项目提供
确定信息．垃圾管理组织结构更为有序，从而提高了垃圾的
处置效率．有利于垃圾管理。
4结论
在上海世博园区生活垃圾管理过程中．不同的组织结构
对于信息的传递和处理有着不同的时效性和准确性。本文将
各种组织结构在信息传递上的不确定性进行定量化，从而为
决策者选择最为合理的组织结构形式和依据。从信息熵的分
析计算中不难看出．集成式垃圾管理组织结构的信息熵(H：)
更小．表明这种组织结构更为有序，即其可以更加有效地传
递垃圾处理的信息．也更能适应世博会这样大型活动的要
求．彰显出“城市．让生活更美好”的世博主题。此外，根据信
息熵的可加性原理．当垃圾处理项目群的规模越大，所涵盖
的子项目越多．这种“集成式垃圾管理模式”就越能发挥出它
的巨大优势。
参考文献
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我国一次能源生产总量连续5a居世界第1
“十一五”时期．是我国能源产业发展最快的5a，我国一
次能源生产总量连续5a居世界第1．自给率保持在90％以
上。我国能源国际合作也取得重大进展，西北、东北、西南和
2012．No，2．
海上4大能源进口战略通道格局已基本形成。能源应急保障
系统建设步伐加快．煤、电、油、气、运保障协调机制逐步完
善，为能源供需平稳运行发挥了重要作用。
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