基于Markov模型和LEC法的紫外線照射引起皮膚病分析與控制

秦漢林 孫世梅 孫天航

(吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,長(zhǎng)春130118)

電磁波譜中波長(zhǎng)從0.01μm～0.38μm的輻射稱(chēng)為紫外線[1].適量的紫外線照射可以促進(jìn)人體內(nèi)一些激素的分泌,對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用[2].然而,紫外線也會(huì)傷害人體.研究表明,長(zhǎng)時(shí)間接觸紫外線的人群有更大的概率會(huì)使皮膚發(fā)生老化甚至皮膚癌等,此外還有可能發(fā)生皮質(zhì)性白內(nèi)障甚至眼黑色素瘤[3].通過(guò)研究可以得到以下結(jié)論:紫外線輻射已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)環(huán)境所面臨的重要問(wèn)題之一,由于其本身的特點(diǎn),其危害范圍比較廣泛.所以,預(yù)測(cè)紫外線輻射所引起皮膚病發(fā)病率,研究紫外線輻射的控制方法具有重要意義.

1 應(yīng)用Markov模型預(yù)測(cè)紫外線輻射所引起皮膚病發(fā)病率

皮膚受紫外線照射引發(fā)皮膚病受很多不確定因素影響[4].當(dāng)然，皮膚受紫外線照射引發(fā)皮膚病是一個(gè)隨機(jī)的進(jìn)程,其自身的發(fā)展過(guò)程沒(méi)有后效性,馬爾科夫鏈方法對(duì)它展開(kāi)研究正是以此為客觀的基礎(chǔ).本文運(yùn)用馬爾科夫鏈方法預(yù)測(cè)將來(lái)年份的紫外線輻射引發(fā)皮膚病的形態(tài),為科學(xué)防治紫外線輻射提供依據(jù).

1.1 馬爾科夫過(guò)程

馬爾科夫(Markov)過(guò)程是一個(gè)無(wú)后效性的隨機(jī)進(jìn)程[5].無(wú)后效性是指:如果可以確定某階段的形態(tài),則之后該形態(tài)的進(jìn)展不受以前形態(tài)的影響.時(shí)間和形態(tài)都分散的馬爾科夫進(jìn)程,簡(jiǎn)稱(chēng)馬爾科夫鏈[6].

1.2 馬爾科夫鏈的基本概念

取值在離散形態(tài)空間E={e1,e2,…}和離散時(shí)間參數(shù)上的隨機(jī)進(jìn)程{X(t)|X(t)E,t≥0}，對(duì)tn時(shí)間點(diǎn)其概率可由條件概率定義，如式(1)所示:

FX(tn)|X(t1)…X(tn-1)=P[X(tn)=en|X(t1)=e1…X(tn-1)=en-1]

(1)

若該隨機(jī)過(guò)程滿足式(2)要求,則可以認(rèn)為它具有“無(wú)記憶性”,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為馬爾科夫鏈(Markov).

FX(tn)|X(tn-1)=FX(tn)|X(t1)…X(tn-1)

(2)

式中,X為過(guò)程中的某個(gè)狀態(tài);F為該狀態(tài)下的概率.上面這個(gè)恒等式可以被看作是馬爾可夫性質(zhì).

1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣

若隨機(jī)過(guò)程為齊次馬爾科夫過(guò)程,即達(dá)到式(3)要求：

P[X(t+Δt)=ej|X(t)=ei]=P[X(Δt)=ej|X(0)=ei]=pij(Δt)

(3)

式中,pij(Δt)為在時(shí)間間距Δt內(nèi)，從第i狀態(tài)經(jīng)一步轉(zhuǎn)移到第j狀態(tài)概率，0≤pij(Δt)≤1(i=1,2,…,n).

假設(shè)一個(gè)形態(tài)空間由n個(gè)狀態(tài)組成，運(yùn)用矩陣模式來(lái)表示轉(zhuǎn)移概率，記為：

(4)

若t1,t2…tn時(shí)間間隔相同,根據(jù)齊次性,式(4)可簡(jiǎn)記為：

(5)

1.4 案例分析

對(duì)某印刷廠100名在紫外線照射環(huán)境下工作的人員進(jìn)行了健康檢查,結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 健康檢查T(mén)able 1 Health check

根據(jù)持續(xù)跟蹤調(diào)查,該廠100名受調(diào)查作業(yè)人員一年后健康狀況變化如下:

100名受調(diào)查作業(yè)人員中能繼續(xù)保持健康者70人(占比70%)、疑似皮膚病患者20人(占比20%)和皮膚病患者10人(占比10%),即:p11=0.7，p12=0.2，p13=0.1

對(duì)100名受調(diào)查作業(yè)人員而言,因原有疑似皮膚病患者一般不可能恢復(fù)為健康者(即占比0%),故健康者占比仍維持初始狀態(tài)為80%、不健康者占比也維持初始狀態(tài)為20%(包括疑似皮膚病患者和皮膚病患者),即:p21=0，p22=0.8，p23=0.2

對(duì)5名原有皮膚病患者而言,因皮膚病患者一般不可能恢復(fù)為健康或返回疑似皮膚病,故健康者占比為0%(即0名健康者)、疑似皮膚病患者占比為0%(即0名疑似皮膚病患者)和皮膚病患者占比為100%(即5名皮膚病患者),即:p31=0，p32=0，p33=1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為:

預(yù)測(cè)一年后作業(yè)人員的健康狀況為:

即一年后健康者k01=56人,疑似皮膚病患者k02=28人,皮膚病患者k03=16人.預(yù)測(cè)表明,該印刷廠皮膚病患者人數(shù)呈上升趨勢(shì),必須加強(qiáng)紫外線的防治工作.

2 印刷廠作業(yè)場(chǎng)所的危險(xiǎn)性分析

由美國(guó)安全專(zhuān)家K.J.格雷厄姆和K.F.金尼提出的LEC評(píng)價(jià)法，是對(duì)具有潛在危險(xiǎn)性作業(yè)環(huán)境中的危險(xiǎn)源進(jìn)行半定量的安全評(píng)價(jià)方法,用于評(píng)價(jià)操作人員在具有潛在危險(xiǎn)性環(huán)境中作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)性、危害性.該方法用與系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的三種因素指標(biāo)值的乘積來(lái)評(píng)價(jià)操作人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)大小,這三種因素分別是L(likelihood,事故發(fā)生的可能性)、E(exposure,人員暴露于危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度)和C(consequence,一旦發(fā)生事故可能造成的后果).[7]給三種因素的不同等級(jí)分別確定不同的分值,再以三個(gè)分值的乘積D(danger,危險(xiǎn)性)來(lái)評(píng)價(jià)作業(yè)條件危險(xiǎn)性的大小即:D=L×E×C.D值越大,表明作業(yè)環(huán)境危害性越大,此時(shí)應(yīng)采取降低事故發(fā)生的可能性L或者減小人員暴露于危害環(huán)境中頻繁程度E或者減少一旦發(fā)生事故可能造成的后果C等一系列預(yù)防方法,直至危險(xiǎn)性D達(dá)到最小.

(1) 事故發(fā)生的可能性. 用概率來(lái)表示事故所發(fā)生的可能性,不可能產(chǎn)生的事故記為0,一定發(fā)生的事故記為1.然而,一定不發(fā)生事故是不存在的,因而人們將產(chǎn)生事故可能性十分小的分?jǐn)?shù)設(shè)為0.1.印刷廠作業(yè)人員發(fā)生皮膚病的概率屬于相當(dāng)可能,查閱相關(guān)數(shù)據(jù)L值取6[7].

(2) 作業(yè)人員處于危害壞境中的頻率. 用 E 體現(xiàn)人員處于危險(xiǎn)環(huán)境中的頻率,顯然,工作人員所受危險(xiǎn)性與在風(fēng)險(xiǎn)中所處時(shí)間成正比.印刷廠作業(yè)人員每天的工作時(shí)間都要暴露于紫外線中,查閱相關(guān)數(shù)據(jù)E值取6[7].

(3) 發(fā)生危害后可能造成的損失. 事故所造成的損失可以在很大的范圍內(nèi)波動(dòng),規(guī)定: 輕度損傷的事故損失對(duì)應(yīng)值為 1; 視多人死亡的結(jié)果記為 100,其他事故后果分值在 1 ～100 之間取值,紫外線照射引起的皮膚病的后果很?chē)?yán)重,嚴(yán)重的甚至?xí)T發(fā)皮膚癌,屬于嚴(yán)重傷殘,查閱相關(guān)數(shù)據(jù)C值取7[7].

(4) 危險(xiǎn)性.L,E,C三個(gè)因素的指標(biāo)值乘積大小表示了作業(yè)環(huán)境的危險(xiǎn)性高低,所以在具體分析中,確定出三個(gè)因素的分值后,根據(jù)公式:D=L×E×C計(jì)算得出危險(xiǎn)性分值D,打分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.

印刷廠作業(yè)人員危險(xiǎn)值D=L×E×C=6×6×7=252.由表2可見(jiàn)危險(xiǎn)程度屬于高度危險(xiǎn),需要立即整改.

表2 危險(xiǎn)性分值Table 2 Risk score

3 印刷廠作業(yè)場(chǎng)所的危險(xiǎn)性預(yù)防管理

從危險(xiǎn)性分值來(lái)看,印刷廠屬于高度危險(xiǎn)的場(chǎng)所,需要立即整改.從客觀實(shí)際來(lái)考慮,印刷廠作業(yè)人員在紫外線輻射環(huán)境的暴露次數(shù)無(wú)法改變,所以應(yīng)該從降低發(fā)生事故后的損失以及降低事故發(fā)生的概率上著手.針對(duì)這些可以使用如下方法:

(1) 印刷廠要針對(duì)作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)制定相應(yīng)的防范措施. 例如制定符合相關(guān)安全規(guī)定的操作規(guī)程,作業(yè)人員必須持證上崗且經(jīng)過(guò)了相應(yīng)的安全培訓(xùn),作業(yè)時(shí)要求穿戴防護(hù)服,并且要使每個(gè)作業(yè)人員在思想上不能輕視紫外線輻射的防護(hù).

(2) 充分利用印刷廠安全活動(dòng)時(shí)間對(duì)班組人員進(jìn)行廠內(nèi)紫外線輻射源識(shí)別方法的培訓(xùn),同時(shí)采取直接問(wèn)詢(xún)法、頭腦風(fēng)暴法和危險(xiǎn)源調(diào)查表法等,收集印刷廠作業(yè)人員作業(yè)活動(dòng)中存在的紫外線輻射源,并對(duì)紫外線輻射源進(jìn)行確定.

(3) 成立以廠長(zhǎng)、副廠長(zhǎng)、技術(shù)員、安全員以及熟悉現(xiàn)場(chǎng)的班長(zhǎng)及崗位人員等組成紫外線防治小組,按照生產(chǎn)工藝流程單元或者生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域?yàn)閱挝?對(duì)本單元內(nèi)可能接觸到的紫外線的作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)記,并對(duì)這些作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行重點(diǎn)盯防,對(duì)作業(yè)人員的紫外線防護(hù)準(zhǔn)備進(jìn)行嚴(yán)格檢查.

這些方法可以有效地降低事故造成的損失,查閱相關(guān)數(shù)據(jù),C值取3[7].由公式

D=L×E×C=6×6×3=108

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,危險(xiǎn)等級(jí)從高度危險(xiǎn)變?yōu)榱孙@著危險(xiǎn),下降了一個(gè)等級(jí).可得出結(jié)論,對(duì)印刷廠作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行預(yù)防管理是必要的.

4 結(jié)論

(1) Markov模型表明,印刷廠作業(yè)人員患皮膚病上升趨勢(shì)明顯,應(yīng)該重視紫外線的防治工作.這要求印刷廠認(rèn)真貫徹執(zhí)行《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》,以及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生規(guī)范,能夠盡量地控制或消除紫外線輻射源,從而保護(hù)印刷廠作業(yè)人員.

(2) LEC法具備良好的普遍性,事故發(fā)生的概率(L)、暴露于危險(xiǎn)環(huán)境中的頻數(shù)(E)、發(fā)生事故產(chǎn)生的損失(C)這三個(gè) 指標(biāo)能夠直觀反應(yīng)印刷廠的風(fēng)險(xiǎn)情況,同時(shí)LEC法操作簡(jiǎn)單,不受人員能力所限制,有利于展開(kāi)全員參與的紫外線輻射源防治工作.

(3) 同時(shí)運(yùn)用Markov模型與LEC法,對(duì)科學(xué)預(yù)測(cè)、有效預(yù)防印刷廠作業(yè)人員因?yàn)樽贤饩€照射引起的皮膚病的具有重要意義,同時(shí)為印刷廠監(jiān)督管理提供科學(xué)根據(jù).

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