[发明专利]一种河湖水系连通工程方案优选排序方法

摘要

本发明涉及一种河湖水系连通工程方案优选排序方法，包括：确立评价指标体系；计算组合权重；计算可变集模式识别矩阵；计算单个评价指标的相对隶属度；计算级别特征值和综合相对隶属度；生成云模型参数表和云图；确定最终评价结果。本发明利用主观权重和客观权重相结合，使主观和客观得到了统一，赋权结果更为合理，更符合实际；利用可变集法解决了指标的模糊清晰问题，利用云模型，对可变模型的不确定性进行了分析，可以更加合理的选择方案优选结果。

主权项

一种河湖水系连通工程方案优选排序方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：确立评价指标体系的步骤：通过文献调研、实地调查和评估，参考已有的标准规范体系，根据资源‑社会‑经济‑生态‑环境‑工程模型，确立指标体系建立原则，建立河湖水系连通工程方案的评价指标体系，依据定性指标和定量指标确定指标值；计算组合权重的步骤：将主、客观赋权法相结合，计算河湖水系连通工程方案评价指标的组合权重，所述的主观赋权法采用语气算子比较法确定，所述的客观赋权法采用改进熵权法，所述的组合赋权法采用博弈论将语气算子比较法和改进熵权法相结合；基于语气算子比较法确定主观权重的过程如下：河湖水系连通工程方案评价指标集是由m个指标组成：D＝(d1，d2，…，dj，…，dm)dj为河湖水系连通工程方案指标集中的指标，j＝1，2，…，m；对河湖水系连通工程方案指标集D中的指标dk与指标dl之间的重要性进行二元比较：指标dk比指标dl重要，记定性标度ekl＝1，elk＝0；指标dk与指标dl同样重要，记ekl＝0.5，elk＝0.5；指标dl比指标dk重要，记ekl＝0，elk＝1；其中k＝1，2，…，m；l＝1，2，…，m；得到评价指标的定性排序标度矩阵：在二元比较过程中，要求逻辑判断的一致性检验条件为：ehk>ehl，有ekl＝0；ehk<ehl，有ekl＝1；ehk＝elk＝0.5，有ekl＝0.5，h＝1，2，…，m；若E不能通过一致性检验，则需要人机结合的方式重新调整排序标度ekl；若通过，则计算定性排序标度矩阵E的各行元素之和，其值大小给出了河湖水系连通工程方案评价指标集重要性的定性排序；在对河湖水系连通工程方案评价指标重要性定性排序后，逐一二元对比最重要的评价指标与其它指标，应用语气算子与对重要性的相对隶属度的对应关系表，根据经验知识，逐一判断确定河湖水系连通工程方案最重要评价指标与其它指标之间的语气算子间的比较关系，确定河湖水系连通工程方案评价指标的非归一化权重值，进而可以达到归一化后得到的权重向量为：基于改进熵权法确定客观权重的计算过程如下：构建m个评价指标n个河湖水系连通工程方案的判断矩阵Y＝(yij)m×n，其中：i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n；将河湖水系连通工程方案的判断矩阵归一化处理后得到判断矩阵B＝(bij)m×n，其中bij为第j个河湖水系连通工程方案在第i个评价指标上的标准值，bij∈[0，1]，其计算公式如下：对于河湖水系连通工程方案评价指标集中的越大越优型指标计算如下：bij=yij/maxjyij]]>对于河湖水系连通工程方案评价指标集中的越小越优型指标，计算公式如下：bij=yij/minjyij]]>其中，和分别表示河湖水系连通工程方案集中指标i的最大特征值和最小特征值；根据熵的定义，确定河湖水系连通工程方案评价指标i的熵值为：Ei=-(Σj=1nfijlnfij)/lnn]]>fij=1+bijΣj=1n(1+bij)]]>计算河湖水系连通工程方案评价指标的熵权：其中满足wei∈[0，1]；基于博弈论的组合赋权法的计算过程如下：在各自赋予权重的基础上，针对L种赋权方法，构造一个基本权重集{u1，u2，…，uL}，L个权重向量uk的任意线性组合用下式计算：u=Σk=1Lαk·ukT]]>使用博弈论的集结模型选择主观赋权法和客观赋权法的一个最满意的权重u*，对上式中的L个主观权重和客观权重组合的系数αk优化，其目标函数使u与各uk的离差极小化，如下式：min||Σk=1Lαk·ukT-uhT||,(h=1,2,...L)]]>上式中最优化一阶导数条件可以用下式表示：Σk=1Lαk·uh·ukT=uh·uhT,(h=1,2,...,L)]]>计算得到(α1，α2，…，αL)，再利用下式做归一化处理：αk*=αk/Σk=1Lαk]]>则：主观赋权法和客观赋权法的组合权重为：u*=Σk=1Lαk*·ukT]]>计算可变集模式识别矩阵的步骤：根据现有评价标准、实际情况或经验，将河湖水系连通工程方案评价指标按优劣程度划分为多个等级，确定不同等级下的河湖水系连通工程方案评价指标标准值区间，进而给出指标标准值区间矩阵，具体过程如下：设河湖水系连通工程方案的好差分为c个级别，令h表示河湖水系连通工程方案级别变量，设h＝1为好，h＝2为较好，…，h＝c为差；设由n个河湖水系连通工程方案组成的集合U，u为其中一个识别河湖水系连通工程方案对象，u∈U，以河湖水系连通工程评判指标i的特征值xi对u进行评判等级识别；已知的m个河湖水系连通工程方案评价指标c个级别的指标的标准值区间矩阵：Y＝([aih，bih])，i＝1，2，…，m；h＝1，2，…，c其中，aih、bih分别为河湖水系连通工程评价指标i级h标准值上、下界；对于越小越优的河湖水系连通工程评价指标aih<bih；对于越大越优的河湖水系连通工程评价指标aih>bih；相邻两级的河湖水系连通工程评价指标i标准区间值的交点bih，相当于对立统一与质量互变定理中h级向h+1级转化的渐变式质变点，即交点的相对隶属度μ(bih)＝μ(ai(h+1))＝0.5；m与c分别为的河湖水系连通工程评价指标和评价级别的总数；由于存在渐变式质变点μ(bih)＝0.5，根据对立统一定理，质变点两侧必存在两级或两极对立，即h与h+1级构成对立级别，故A和A'可以分别以ih和i(h+1)替代；根据对立统一定理，对象u指标i对h与(h+1)级的相对隶属度之和为1，有：μih(u)+μi(h+1)(u)＝1只此计算上式中的μih(u)和μi(h+1)(u)，确定指标i级别h或h+1的相对隶属度，确定方法如下：设1级，即：h＝1，为好的河湖水系连通工程方案，根据标准值区间矩阵，评价指标i的1级标准值区间[ai1，bi1]的上界ai1对1级的相对隶属度为1，那么根据对立统一定理，则对立级2级的相对隶属度为0，设ki1为对象u在区间[ai1，bi1]内对1级相对隶属度为1的点值，故ki1＝ai1；设c级，即：h＝c，为差的河湖水系连通工程方案，根据标准值区间矩阵，区间[aic，bic]的下界bic对c级的相对隶属度为1，对对立级，即：c‑1，的下界bic对c级的相对隶属度为1，那么根据对立统一定理，对对立级，即：c‑1，的相对隶属度为0，设kic为对应u在区间[aic，bic]内对c级相对隶属度为1的点值，故kic＝bic；设h为2至c‑1的中间级别，可取指标i级别h标准区间[aih，bih]的中点为h级相对隶属度为1的点值，即kih＝(aih+bih)/2，则有：ki1=ai1,kih=aih+bih2kic=bic,h=2,3,...,c-1,]]>根据标准值区间矩阵Y与上式，可得指标相对隶属度为1的点值映射矩阵为：K＝(kih)根据上式与矩阵Y中的bih可得到相对隶属度为1和0所对应的点值映射矩阵为：T＝(ki1,bi1,…,bi(c‑1),kic)m×(2c‑1),i＝1,2,…,m计算单个评价指标的相对隶属度的步骤：利用相对隶属度模型计算河湖水系连通工程方案评价指标特征值相对应级别的相对隶属度，过程如下：设已知河湖水系连通工程方案对象u的指标特征值矩阵为：X＝(x1，x2，…，xm)＝(xi)，i＝1，2，…，m；设u的指标i特征值xi落入矩阵K中h与h+1级指标i的特征值相对差异度Dih(u)和Di(h+1)(u)等于1对应的点值区间[kih，ki(h+1)]内，且区间内同时存在Dih(u)＝0渐变式质变点bih，则xi对h级和h+1级的相对差异度Dih(u)可按下式计算：Dih(u)=bih-xibih-kih,xi∈[kih,bih]-bih-xibih-ki(h+1),xi∈[bih,ki(h+1)]]]>将相对差异度模型转变为相对隶属度模型，得到指标特征值xi级别h相对隶属度模型：μih(u)=0.5×(1+bih-xibih-kih),xi∈[kih,bih]0.5×(1-bih-xibih-ki(h+1)),xi∈[bih,ki(h+1)]]]>对于小于h级，大于h+1级指标i的相对隶属度均应等于0，即：μi(＜h)(u)＝0，μi(h＞+1)(u)＝0，当xi落于模式识别矩阵T元素ki1与kic范围之外时，根据物理概念，对于越小越优指标，指标i对1级和c级的相对隶属度为：对于越大越优指标，指标i对1级和c级的相对隶属度为：计算级别特征值和综合相对隶属度的步骤：基于指标权重值和单指标相对隶属度，利用优化准则参数和距离参数的不同组合的指标特征值综合相对隶属度模型，计算河湖水系连通工程方案针对每个等级的综合相对隶属度向量，结合不同等级，可以得到河湖水系连通工程方案的级别特征值和综合相对隶属度；评价对象u的指标特征值xi对级别h的综合相对隶属度模型为：υh(uj)=11+{Σi=1m[ωi(1-μih(u))]PΣi=1m[ωiμih(u)]P}aP,h=1,2,...,c]]>式中α为优化准则函数，α＝1为最小一乘方准则，α＝2为最小二乘方准则，p为距离参数，p＝1为海明距离，p＝2为欧氏距离；当α＝2时，无论采用p＝1的海明距离，还是p＝2的欧氏距离，上式为非线性公式，对距离比值具有放大或缩小效应，不同参数组合下的计算模型为可变模型；评价对象u对各个级别的综合相对隶属度向量：级别特征值公式：式中，υh°(u)为υh(u)的归一化向量；同理，可以得到n个河湖水系连通工程方案u的级别特征值：H(u1)，H(u2)，…，H(un)，由此对每个河湖水系连通工程方案进行隶属等级的评定；河湖水系连通工程方案的综合相对隶属度的计算公式如下：μH(u)=c-H(u)c-1]]>根据上式可以计算u的相对差异度，根据质量互变定理可以分析；生成云模型参数表和云图的步骤：在单一指标特征值和多个指标权重值变化情况下，将优化准则参数和距离参数不同组合的可变模型计算的级别特征值作为云模型的样本数据，生成云模型的参数表和云图；单一指标特征值变化灵敏度分析过程：仅对单指标灵敏度分析，即每次只考虑一个指标特征值的变化，其他指标特征值不变，统计各备选方案排序变化情况，确定保持最优方案不变的取值区间；引入云模型理论进行单指标灵敏度分析，具体如下：假定评判指标特征值r′11的可能取值区间为(0，r″)，指标归一化后值的区间在[0，1]内；给r′11赋初值r0，一般取r0＝0.01，步长确定为Δr＝0.01；其他指标特征值不变，利用可变模型计算备选工程方案的综合评价值；令r′11→r′11+Δr，重复“其他指标特征值不变，利用可变模型计算备选工程方案的综合评价值”，直到r′11＝r″；重复以上步骤，依次统计在其他指标特征值变化的整个取值区间各备选方案的综合评价值；以各备选方案在指标特征值变化情况下所得的综合评价值为样本数据，通过逆向云得到各备选方案的云模型Ex，En，He，然后生成云图；多个指标权重值同时变化灵敏度分析具体过程如下：给ω1赋初值ω0，一般取ω0＝0.01；用计算机生成1组随机权重值ω2，ω3，…，ωj，…，ωy，满足权重值之和为1‑ω0，形成1组随机权重值集合W1＝{ω0，ω2，ω3，…，ωj，…，ωy}；根据以上得到的随机权重值集合，利用可变模型计算备选方案的综合评价值；改变ω1＝ω1+ω0，然后重复以上“用计算机生成1组随机权重值ω2，ω3，…，ωj，…，ωy，满足权重值之和为1‑ω0，形成1组随机权重值集合W1＝{ω0，ω2，ω3，…，ωj，…，ωy}”和“根据以上得到的随机权重值集合，利用可变模型计算备选方案的综合评价值”，直到ω1＝1，即可得到各备选方案综合评价值矩阵集合；利用同样的方法分别对ω2，ω3，…，ωj，…，ωy进行灵敏度分析；根据ω1，ω2，ω3，…，ωj，…，ωy的各备选综合评价值作为样本数据，计算其云模型参数生成云图；确定最终评价结果的步骤：基于云模型参数表和云图，对比分析不同参数组合的可变模型对河湖水系连通工程方案决策结果的鲁棒性，选择合理的参数组合，并挑选鲁棒性好的参数组合的可变模型评价结果为最佳评价结果。