許玲玲 嚴(yán)勇 陸凱

（無錫市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控中心 江蘇無錫 214000）

近年來，伴隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動的快速發(fā)展、市政的開發(fā)和化學(xué)品使用量的增加，有意或無意地產(chǎn)生了許多對生態(tài)環(huán)境有害的物質(zhì)，特別是持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）的生成，因其具有遠(yuǎn)距離遷移性、生物積累性、高毒性和持久性，可能會對人體構(gòu)成潛在的健康威脅，已引起了人們的廣泛關(guān)注［1］。

目前對于持久性有機(jī)污染物的風(fēng)險評估尚未成熟，其中以靜態(tài)風(fēng)險評估的角度為主，少部分則是基于國家或機(jī)構(gòu)統(tǒng)一頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)指南，或是基于不同的模型和數(shù)學(xué)方法［2］，均屬于瞬時風(fēng)險評價，不具備連續(xù)性。事實(shí)上，持久性有機(jī)污染物的產(chǎn)生途徑或者大部分影響持久性有機(jī)污染物生成的因素（人為的與非人為的）都是動態(tài)的，是隨時間不斷變化的，那么在進(jìn)行持久性有機(jī)污染物的風(fēng)險評估時不僅要考慮與之相關(guān)的靜態(tài)因子，還要考慮其他動態(tài)因子。現(xiàn)有的動態(tài)風(fēng)險評估模型基本都是應(yīng)用于安全事故的預(yù)測預(yù)警，而對于污染物可能造成的環(huán)境風(fēng)險預(yù)測還缺乏深入的認(rèn)識。

智能體（Agent）建模［3］是一種特定環(huán)境下的仿真模擬方式，其特點(diǎn)是自上而下、從微觀到宏觀。以微觀為前提，每一個智能體都有獨(dú)立思考的能力，而智能體建模是抽象每個智能體的行為方式、特征和狀態(tài)，然后將復(fù)雜的邏輯機(jī)制和數(shù)學(xué)規(guī)則賦予它們，從而使得每個智能體能夠相互交流協(xié)作，并根據(jù)不同的環(huán)境感知作出相應(yīng)的決策，最后在宏觀上仿真模擬復(fù)雜的系統(tǒng)演化。因此，本文綜述了持久性有機(jī)污染物的特點(diǎn)及影響因素和多智能體的特點(diǎn)，并對基于多智能體的持久性有機(jī)污染物動態(tài)風(fēng)險評估［4-5］提出了展望。

1 持久性有機(jī)污染物概述

1.1 持久性有機(jī)污染物的來源

持久性有機(jī)污染物是人類合成的化學(xué)物質(zhì)，源于農(nóng)副產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)和工業(yè)制造過程，主要分為工業(yè)化學(xué)品、有機(jī)氯殺蟲劑和非人為故意生產(chǎn)的副產(chǎn)物3 類。例如，氯丹作為控制白蟻等害蟲的殺蟲劑［6］，多作用于農(nóng)業(yè)，在完成毒殺害蟲的主要功效后殘留在土壤中，進(jìn)而流入地表水或滲透到地下水中，現(xiàn)雖已被許多國家禁止使用，但由于其具備難降解性，目前仍為環(huán)境中的主要有機(jī)污染物之一［7-9］，至今在我國一些地區(qū)的底泥和水體中仍有一定污染水平。二噁英的自然來源有火山噴發(fā)、雨林燃燒等，在我國主要來源于熱力發(fā)電、廢棄物焚燒和鋼鐵制造行業(yè)，通過煙氣等途徑釋放到環(huán)境介質(zhì)中，是非人為故意生產(chǎn)的工業(yè)副產(chǎn)物［10］。而多氯聯(lián)苯不僅作為工業(yè)熱過程的副產(chǎn)物被排放到周邊環(huán)境中，也是人工合成的有機(jī)物被用于多種商業(yè)用途，造成環(huán)境二次污染［11-12］；六氯苯通常被用作殺真菌劑，其主要來源是農(nóng)藥生產(chǎn)，也有一部分在氯化工藝中以非人為故意制造的副產(chǎn)品產(chǎn)出［13］。上述持久性有機(jī)污染物由于難降解且具有揮發(fā)性，對環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅。

1.2 持久性有機(jī)污染物的特征

（1）與非持久性有機(jī)污染物相比，持久性有機(jī)污染物很難在自然環(huán)境中進(jìn)行降解。它們通常擁有較長的半衰期，在土壤中長達(dá)1～12 a，在水體中則大多為幾十天至幾十年［14］。例如，二噁英的半衰期最高可至10 a［15］。如果第一時間沒有對其進(jìn)行處理，就會對自然環(huán)境造成嚴(yán)重和持續(xù)的損害。某些持久性有機(jī)污染物的濃度即使比較低，也能對生物造成嚴(yán)重傷害。據(jù)研究表明［16-17］，在目前已知的物質(zhì)中，二噁英的毒性是砒霜的900 倍、氰化鉀的1 000 倍，是毒性最強(qiáng)的化合物之一。此外，二噁英還具有很強(qiáng)的致癌性，是黃曲霉素的10 倍［18］。因此，在我國的癌癥研究中心，二噁英被列為一級致癌物。

（2）親油憎水性是持久性有機(jī)污染物的特性之一，它們極容易快速在生物體脂肪內(nèi)積累［19］。此種類型的污染物，實(shí)際上對食物鏈頂層生物的影響最大，甚至還會對人類的健康造成嚴(yán)重影響。有研究發(fā)現(xiàn)［20］，選取部分滴滴涕濃度為3×10-9的水體，測出在該水體內(nèi)生存的魚類體內(nèi)滴滴涕濃度為2×10-9，而食用該魚的鳥類體內(nèi)滴滴涕濃度則高達(dá)2.5×10-8，表明持久性有機(jī)污染物有著明顯的生物積累特點(diǎn)。持久性有機(jī)污染物在風(fēng)、水等自然物質(zhì)的承載下能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的遷移。

（3）半揮發(fā)性是持久性有機(jī)污染物的又一特性。這類污染物可在常溫下?lián)]發(fā)至大氣層［21］。然而，這類污染物會通過雨水等途徑重新降落到地面，而不會長時間在大氣中停滯。因?yàn)檫@類污染物在遠(yuǎn)距離的遷移期間很難被降解，便會通過風(fēng)、雨作用進(jìn)而破壞更廣的區(qū)域環(huán)境。

1.3 持久性有機(jī)污染物的風(fēng)險評估

因持久性有機(jī)污染物導(dǎo)致的危害問題，對其暴露風(fēng)險的評估刻不容緩。RIAZ 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，山區(qū)水系的魚類對持久性物質(zhì)的長期暴露十分敏感；MYHRE 等［23］也證實(shí)了在母鼠懷孕和哺乳期間，若小鼠幼崽暴露于多種持久性有機(jī)污染物中，則大多數(shù)污染物都會在其后代的大腦里檢出；孫毓鑫等［24］更是以金線魚為指示生物，評估了人群食用南海海域海產(chǎn)品對持久性有機(jī)污染物的潛在暴露風(fēng)險。由于持久性有機(jī)污染物的生物積累性，作為食物鏈的頂層，人類健康與此息息相關(guān)。此外，持久性有機(jī)污染物的直接人體暴露風(fēng)險同樣不可小覷。施家威等［25］評估了不同種類典型持久性有機(jī)污染物對Ⅱ型糖尿病發(fā)病風(fēng)險的影響；柳鑫［26］則在此基礎(chǔ)上探究了在這類污染物的長期暴露下，孕婦的妊娠期糖尿病與此風(fēng)險之間的關(guān)系。

為了更好地研究和控制持久性有機(jī)污染物對環(huán)境和人體的影響，風(fēng)險評估已成為當(dāng)今防治持久性有機(jī)污染物污染的一種方式。楊文武等［27］根據(jù)《環(huán)境污染物人群暴露評估技術(shù)指南》，建立暴露評估模型來估算人體暴露量；王志霞等［28］以地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）為基礎(chǔ)，用區(qū)域健康風(fēng)險評價（Regional Health Risk Assessment，RHRA）模型作為風(fēng)險評估的研究框架；楊志群等［29］研究的RAIDAR（the Risk Assessment Identification And Ranking）模型則考慮到生態(tài)閾值，根據(jù)其敏感性來計算它對應(yīng)的臨界排放量（EC），再用預(yù)估的實(shí)際排放量（EA）來與其比較，根據(jù)二者比值則可得到風(fēng)險評價因子RAF（Risk Assessment Factor），采用RAF 來篩選和分級化合物的環(huán)境風(fēng)險。

2 多智能體建模

2.1 多智能體概述

智能體是一種抽象實(shí)體，它運(yùn)行在某一環(huán)境中，能夠作用于自身并能響應(yīng)環(huán)境變化［30］。智能體通過感知外界環(huán)境的變化，靈活、自主地采取相應(yīng)的行動，從而實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)。現(xiàn)實(shí)世界中任何大型、復(fù)雜的系統(tǒng)都可以抽象成多個智能體的組合。智能體聯(lián)用協(xié)作技術(shù)主要研究在同個復(fù)雜系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)多個獨(dú)立自主的智能體之間智能行為的協(xié)調(diào)［31］。隨著研究問題的復(fù)雜化，在人工智能方面，多智能體技術(shù)已然成為探究的重點(diǎn)之一。區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，而基于多智能體建模是當(dāng)前國內(nèi)外解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的有效途徑。

2.2 多智能體建模步驟

基于智能體聯(lián)用技術(shù)的復(fù)雜構(gòu)建主要分為3 個步驟，即智能體的選擇、智能體狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)的確定和模型的優(yōu)化。

（1）智能體的選擇。由于智能體具有社會性、進(jìn)化性等特征，在選擇智能體時，首先根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)的范圍和框架，抽象出不同類型、功能的智能體，再根據(jù)具體應(yīng)用來確定智能體的屬性［32］。反應(yīng)式智能體主要起到與外界簡單交互的作用，而慎思式智能體則更強(qiáng)調(diào)智能性，即系統(tǒng)的演變過程。此外，還有根據(jù)不同屬性和環(huán)境做出相應(yīng)調(diào)整的復(fù)合式智能體，故選擇智能體時，應(yīng)充分考慮作用目標(biāo)、作用范圍、作用效果等綜合因素。

（2）轉(zhuǎn)換函數(shù)的確定。定義轉(zhuǎn)換函數(shù)并制定轉(zhuǎn)換規(guī)則是智能體建模最關(guān)鍵的部分。轉(zhuǎn)換函數(shù)的定義取決于對系統(tǒng)各要素的認(rèn)知，并將其現(xiàn)實(shí)因素抽象化，是形成其他慎思式智能體的前提。轉(zhuǎn)換規(guī)則的制定則基于現(xiàn)有技術(shù)，并且要符合客觀世界的規(guī)律。

（3）模型的優(yōu)化。優(yōu)化模型也是智能體建模不可或缺的一步。模型構(gòu)建完成后，由于缺乏實(shí)踐，可利用人工智能技術(shù)進(jìn)行模擬，從而得到反應(yīng)式智能體發(fā)生后對整個系統(tǒng)的影響，再與歷史數(shù)據(jù)相比對以提高準(zhǔn)確度，使后續(xù)方案更具有可行性。若準(zhǔn)確度較低，則應(yīng)考慮智能體組成方式的修改和轉(zhuǎn)換函數(shù)的校正，從而改善模擬效果，使仿真結(jié)果更具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.3 多智能體建模的應(yīng)用

基于多智能體構(gòu)建復(fù)雜模型是目前國內(nèi)外進(jìn)行動態(tài)風(fēng)險評估的一種新興手段，最為顯著的是災(zāi)害評估方面［33-35］。其次，在網(wǎng)絡(luò)安全方面，利用多智能體進(jìn)行復(fù)雜建模也是熱門方式。黃鵬等［36］以Anylogic 軟件為仿真平臺，從不同角度通過分析初始風(fēng)險值、局部風(fēng)險值和全局風(fēng)險值之間的關(guān)聯(lián)和區(qū)別，確定項(xiàng)目風(fēng)險重點(diǎn)控制范圍；李嬋等［37］為達(dá)到風(fēng)險評估的目的，將多智能體技術(shù)引入數(shù)字圖書館系統(tǒng)，構(gòu)建了多智能體的混合式結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)評估；LI 等［38］基于多智能體提出了一種新型的多劑強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，通過加強(qiáng)交通信號之間的合作實(shí)現(xiàn)最佳控制。但該手段在污染物評估方面還未得到有效應(yīng)用，其前景十分可期。

3 多智能體建模的動態(tài)風(fēng)險評估

3.1 動態(tài)風(fēng)險評估方式

近年來，由于工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、法律法規(guī)不全、監(jiān)管范圍不夠等現(xiàn)象，持久性有機(jī)污染物得不到及時的監(jiān)測和治理，對環(huán)境造成惡劣的影響，使之受到越來越多的關(guān)注。研究表明［39-40］，當(dāng)前國內(nèi)外持久性有機(jī)污染物風(fēng)險評估主要為靜態(tài)評估，先選取污染風(fēng)險指標(biāo)，再根據(jù)不同的風(fēng)險因子賦予不同的權(quán)重。該類型的風(fēng)險評估主要是基于地理信息系統(tǒng)，輸入環(huán)境載體的承受能力、污染因子的危險度指數(shù)等環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)，再憑借地理信息系統(tǒng)的空間疊加分析，展現(xiàn)出不同區(qū)域的風(fēng)險區(qū)劃圖。這類風(fēng)險評估方式盡管可以較為科學(xué)地對區(qū)域污染風(fēng)險總體特征做出評估，有助于區(qū)域人體健康和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，但在可靠性和靈活性方面有所欠缺。此類方法不僅不能進(jìn)行特定污染因子的評估，還無法將環(huán)境系統(tǒng)中形成污染的內(nèi)在機(jī)理和各因素的相互作用體現(xiàn)出來，不能將污染風(fēng)險動態(tài)化展現(xiàn)，從而降低了污染風(fēng)險評估在環(huán)境檢測中的作用。

區(qū)域動態(tài)風(fēng)險評估應(yīng)在2 個層面有所體現(xiàn)：①評估工具的動態(tài)性。與靜態(tài)風(fēng)險評估不同之處在于，多智能體聯(lián)用技術(shù)是一個復(fù)雜的整體，動態(tài)風(fēng)險評估將多個智能體結(jié)合，使其相互交流、協(xié)作，從而自動實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境內(nèi)各種不同風(fēng)險情景下的風(fēng)險評估結(jié)果；②評估方式的動態(tài)化。動態(tài)風(fēng)險評估不只是進(jìn)行單純的風(fēng)險估計，而是能在不同環(huán)境和狀態(tài)下調(diào)整原有的風(fēng)險評估預(yù)期。前者是應(yīng)用性要求，要使評估工具的設(shè)計變得通用、靈活。而后者則是動態(tài)風(fēng)險評估的內(nèi)涵，只有基于多智能體的相互思考和協(xié)作，才能在靜態(tài)評估的基礎(chǔ)上優(yōu)化評估方式，應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境系統(tǒng)。持久性有機(jī)污染物動態(tài)評估模型既要表現(xiàn)出區(qū)域環(huán)境各主體相互之間的關(guān)系，使農(nóng)業(yè)、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會在被不同的超標(biāo)污染物干擾后的狀態(tài)和變化得到真實(shí)反映，實(shí)現(xiàn)微觀上的風(fēng)險評估，又要使各種風(fēng)險變化的可能性得以體現(xiàn)，尤其是當(dāng)給予一個固定的時空范圍時。動態(tài)風(fēng)險評估是一種整體評估，它不僅僅是估算出污染發(fā)生的概率和程度，然后將其整理融合，而且是要在多種風(fēng)險因子存在的情況下仿真模擬，從而分析出區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)的演變。

3.2 多智能體建模的動態(tài)風(fēng)險評估思路

區(qū)域環(huán)境是一個龐大的概念，它是一切因素的總和，人口、社會、經(jīng)濟(jì)、自然等因素都有潛在的不確定性，且它們之間相互作用反應(yīng)，構(gòu)成了這樣一個多層次、大范圍的復(fù)雜系統(tǒng)。這個系統(tǒng)在宏觀上表現(xiàn)出的環(huán)境污染，則是各個風(fēng)險因子交互的結(jié)果，因此，將這些復(fù)雜的關(guān)系用數(shù)學(xué)公式、圖形、文字等方式來表達(dá)是環(huán)境污染風(fēng)險評估系統(tǒng)建模的前提，而傳統(tǒng)模型則只能做到對污染因子的單一表達(dá)。為此基于多智能體聯(lián)用技術(shù)來建立持久性有機(jī)污染物動態(tài)評估模型，從而在微觀上模擬演化區(qū)域環(huán)境有機(jī)物污染的發(fā)展規(guī)律，并充分發(fā)揮其在復(fù)雜關(guān)系上動態(tài)表達(dá)風(fēng)險因子交互的優(yōu)勢。

由智能體聯(lián)用技術(shù)建模的一般原理可知，分析區(qū)域持久性有機(jī)物污染風(fēng)險時，應(yīng)先基于一定的算法和技術(shù)，定義風(fēng)險評估模型的主體，再根據(jù)主體和客體的關(guān)系找到最佳平衡點(diǎn)，從而選出最優(yōu)的方案。故建立評估模型時，應(yīng)先將風(fēng)險受體（人口、社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等）與風(fēng)險源（農(nóng)藥使用、工業(yè)生產(chǎn)等）進(jìn)行抽象，再根據(jù)各屬性受到影響后的變化來確定信息的處理和表達(dá)方式，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的動態(tài)評估。模型應(yīng)結(jié)合地理信息系統(tǒng)，以所評估的區(qū)域環(huán)境地質(zhì)圖（氣候、植被、地形等）為背景，再用柵格圖像來表達(dá)，直觀地體現(xiàn)持久性有機(jī)污染物的變化和影響。然后使用反應(yīng)式智能體來仿真環(huán)境污染的發(fā)生，由此來模擬持久性有機(jī)污染物對風(fēng)險受體（人口、經(jīng)濟(jì)、自然、社會等）的影響，并不斷調(diào)整范圍和影響力，每個風(fēng)險受體都由各自的跟蹤式智能體所控制，故每個受體的狀態(tài)不僅被污染物的種類、強(qiáng)度等所影響，還由其他風(fēng)險受體所決定。再利用復(fù)合式智能體得到反饋，即分析區(qū)域內(nèi)受體的演變（人為演變和非人為演變），將其可視化，最后再用一個獨(dú)立的智能體來統(tǒng)計每次仿真后的結(jié)果，從而提出相應(yīng)的處理方式，并顯示出污染風(fēng)險的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)動態(tài)風(fēng)險評估。該模型的重點(diǎn)在于，利用智能體的優(yōu)點(diǎn)將其聯(lián)用，可以同時處理其相互影響關(guān)系。該種方式的優(yōu)勢是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、風(fēng)險受體的關(guān)系等提前模擬出不同時空、污染物強(qiáng)度的多風(fēng)險情景，分析出污染發(fā)生的可能性及其影響和后果，從而提前做到對污染發(fā)生行為的預(yù)防和控制，而不是在污染發(fā)生后做出環(huán)境污染的預(yù)報。

3.3 多智能體聯(lián)用建模的優(yōu)點(diǎn)

綜上所述，持久性有機(jī)污染物風(fēng)險評估模型基于多智能體聯(lián)用建模有以下3 個優(yōu)點(diǎn)。

（1）具有良好的可塑性。智能體聯(lián)用建模的好處在于：憑借AI（Artificial Intelligence）領(lǐng)域的相關(guān)成果，實(shí)現(xiàn)對持久性有機(jī)污染物風(fēng)險評估的智能化，即不同智能體通過計算局部信息來尋找分布式一致性問題的最優(yōu)解。利用一些AI 方法，如大腦模擬、符號處理、專家系統(tǒng)等，可以使現(xiàn)有的靜態(tài)風(fēng)險評估模型得到擴(kuò)展，并將風(fēng)險評估結(jié)果優(yōu)化，這是未來風(fēng)險評估領(lǐng)域的趨勢。

（2）將持久性有機(jī)污染物風(fēng)險評估動態(tài)化。與現(xiàn)有的以概率為基礎(chǔ)的靜態(tài)建模不同，在不同的情境和狀態(tài)下，多智能體聯(lián)用建?？梢阅M各種風(fēng)險載體，如財產(chǎn)、人身健康、社會穩(wěn)定性等，在污染程度達(dá)到不同等級時的狀態(tài)和相互關(guān)系，從而動態(tài)地評估持久性有機(jī)污染物風(fēng)險。智能體聯(lián)用技術(shù)使得每個智能體既能獨(dú)立思考，又能相互交流協(xié)作，從而達(dá)到同步互動，這是模型能實(shí)現(xiàn)風(fēng)險評估的動態(tài)性的原因［41］。

（3）將持久性有機(jī)污染物風(fēng)險評估領(lǐng)域的現(xiàn)有研究成果加以吸收?？紤]到靜態(tài)風(fēng)險評估大多基于已知的數(shù)學(xué)方法和模型，故智能體的選取可以參考國家或機(jī)構(gòu)統(tǒng)一頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)指南。根據(jù)權(quán)威環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)對污染指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)來確定多個智能體，后續(xù)確定轉(zhuǎn)換函數(shù)時也可借鑒已有的污染損失數(shù)據(jù)。從某種意義來說，智能體聯(lián)用技術(shù)作為風(fēng)險評估的一種方式，不僅能夠作用于污染物風(fēng)險評估，并且能在將來為其他領(lǐng)域的風(fēng)險理論提供更廣闊的平臺。

4 結(jié)語

持久性有機(jī)污染物動態(tài)風(fēng)險評估模型的研究還尚未成熟，仍然需要面對諸多挑戰(zhàn)。首先，由于計算機(jī)建模擁有定量化的特點(diǎn)，這就要求人類對風(fēng)險載體之間的關(guān)系要有更深入的研究，而區(qū)域環(huán)境污染系統(tǒng)是一個龐大的概念，要在微觀上通過各污染要素的關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)智能體聯(lián)用技術(shù)的構(gòu)建，目前對該領(lǐng)域的研究還不夠成熟。此外，多智能體聯(lián)用技術(shù)是對區(qū)域環(huán)境污染的全方位仿真模擬，目前的模型不能充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，而是著力于風(fēng)險因子相互之間的關(guān)系。環(huán)境污染是一個復(fù)雜的概念，動態(tài)風(fēng)險評估模型應(yīng)在宏觀上呈現(xiàn)持久性有機(jī)污染物的產(chǎn)生、演變、影響和治理方法的優(yōu)化。