[發明專利]一種河湖水系連通工程方案優選排序方法

有效

• 申請號: 201710264866.7
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107133690B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 冶運濤;梁犁麗;曹引;周祖昊;蔣云鐘;龔家國;尚毅梓;張雙虎
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/08
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華;李桂玲

1.一種河湖水系連通工程方案優選排序方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

確立評價指標體系的步驟：通過文獻調研、實地調查和評估，參考已有的標準規范體系，根據資源-社會-經濟-生態-環境-工程模型，確立指標體系建立原則，建立河湖水系連通工程方案的評價指標體系，依據定性指標和定量指標確定指標值；

計算組合權重的步驟：將主觀賦權法與客觀賦權法相結合，計算河湖水系連通工程方案評價指標的組合權重，所述的主觀賦權法采用語氣算子比較法確定，所述的客觀賦權法采用改進熵權法，組合賦權法采用博弈論將語氣算子比較法和改進熵權法相結合；

基于語氣算子比較法確定主觀權重的過程如下：

河湖水系連通工程方案評價指標集是由m個指標組成：

D＝(d₁，d₂，…，d_j，…，d_m)

d_j為河湖水系連通工程方案指標集中的指標，j＝1，2，…，m；

對河湖水系連通工程方案指標集D中的指標d_k與指標d_l之間的重要性進行二元比較：

指標d_k比指標d_l重要，記定性標度e_kl＝1，e_lk＝0；

指標d_k與指標d_l同樣重要，記e_kl＝0.5，e_lk＝0.5；

指標d_l比指標d_k重要，記e_kl＝0，e_lk＝1，其中k＝1，2，…，m；l＝1，2，…，m；

得到評價指標的定性排序標度矩陣：

在二元比較過程中，要求邏輯判斷的一致性檢驗條件為：

e_hke_hl，有e_kl＝0；

e_hke_hl，有e_kl＝1；

e_hk＝e_lk＝0.5，有e_kl＝0.5，h＝1，2，…，m；

若E不能通過一致性檢驗，則需要人機結合的方式重新調整排序標度e_kl；

若通過，則計算定性排序標度矩陣E的各行元素之和，其值大小給出了河湖水系連通工程方案評價指標集重要性的定性排序；

在對河湖水系連通工程方案評價指標重要性定性排序后，逐一二元對比最重要的評價指標與其它指標，應用語氣算子與對重要性的相對隸屬度的對應關系表，根據經驗知識，逐一判斷確定河湖水系連通工程方案最重要評價指標與其它指標之間的語氣算子間的比較關系，確定河湖水系連通工程方案評價指標的非歸一化權重值，進而可以達到歸一化后得到的權重向量為：

基于改進熵權法確定客觀權重的計算過程如下：

構建m個評價指標n個河湖水系連通工程方案的判斷矩陣Y＝(y_ij)_m×n，其中：i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n；

將河湖水系連通工程方案的判斷矩陣歸一化處理后得到判斷矩陣B＝(b_ij)_m×n，其中b_ij為第j個河湖水系連通工程方案在第i個評價指標上的標準值，b_ij∈[0，1]，其計算公式如下：

對于河湖水系連通工程方案評價指標集中的越大越優型指標計算如下：

對于河湖水系連通工程方案評價指標集中的越小越優型指標，計算公式如下：

其中，和分別表示河湖水系連通工程方案集中指標i的最大特征值和最小特征值；

根據熵的定義，確定河湖水系連通工程方案評價指標i的熵值為：

計算河湖水系連通工程方案評價指標的熵權：

其中滿足w_ei∈[0，1]；

基于博弈論的組合賦權法的計算過程如下：

在各自賦予權重的基礎上，針對L種賦權方法，構造一個基本權重集{u₁，u₂，…，u_L}，L個權重向量u_k的任意線性組合用下式計算：

使用博弈論的集結模型選擇主觀賦權法和客觀賦權法的一個最滿意的權重u^*，對上式中的L個主觀權重和客觀權重組合的系數α_k優化，其目標函數使u與各u_k的離差極小化，如下式：

上式中最優化一階導數條件可以用下式表示：

計算得到(α₁，α₂，…，α_L)，再利用下式做歸一化處理：

則：主觀賦權法和客觀賦權法的組合權重為：

計算可變集模式識別矩陣的步驟：根據現有評價標準、實際情況或經驗，將河湖水系連通工程方案評價指標按優劣程度劃分為多個等級，確定不同等級下的河湖水系連通工程方案評價指標標準值區間，進而給出指標標準值區間矩陣，具體過程如下：

設河湖水系連通工程方案的好差分為c個級別，令h表示河湖水系連通工程方案級別變量，設h＝1為好，h＝2為較好，…，h＝c為差；

設由n個河湖水系連通工程方案組成的集合U，u為其中一個識別河湖水系連通工程方案對象，u∈U，以河湖水系連通工程評判指標i的特征值x_i對u進行評判等級識別；已知的m個河湖水系連通工程方案評價指標c個級別的指標的標準值區間矩陣：

Y＝([a_ih，b_ih])，i＝1，2，…，m；h＝1，2，…，c

其中，a_ih、b_ih分別為河湖水系連通工程評價指標i級h標準值上、下界；

對于越小越優的河湖水系連通工程評價指標a_ihb_ih；

對于越大越優的河湖水系連通工程評價指標a_ihb_ih；

相鄰兩級的河湖水系連通工程評價指標i標準區間值的交點b_ih，

相當于對立統一與質量互變定理中h級向h+1級轉化的漸變式質變點，即交點的相對隸屬度μ(b_ih)＝μ(a_i(h+1))＝0.5；

m與c分別為的河湖水系連通工程評價指標和評價級別的總數；

由于存在漸變式質變點μ(b_ih)＝0.5，根據對立統一定理，質變點兩側必存在兩級或兩極對立，即h與h+1級構成對立級別，故A和A'可以分別以ih和i(h+1)替代；

根據對立統一定理，對象u指標i對h與(h+1)級的相對隸屬度之和為1，有：

μ_ih(u)+μ_i(h+1)(u)＝1

只此計算上式中的μ_ih(u)和μ_i(h+1)(u)，確定指標i級別h或h+1的相對隸屬度，

確定方法如下：

設1級，即：h＝1，為好的河湖水系連通工程方案，根據標準值區間矩陣，評價指標i的1級標準值區間[a_i1，b_i1]的上界a_i1對1級的相對隸屬度為1，那么根據對立統一定理，則對立級2級的相對隸屬度為0，設k_i1為對象u在區間[a_i1，b_i1]內對1級相對隸屬度為1的點值，故k_i1＝a_i1；

設c級，即：h＝c，為差的河湖水系連通工程方案，根據標準值區間矩陣，區間[a_ic，b_ic]的下界b_ic對c級的相對隸屬度為1，對對立級，即：c-1，的下界b_ic對c級的相對隸屬度為1，那么根據對立統一定理，對對立級，即：c-1，的相對隸屬度為0，設k_ic為對應u在區間[a_ic，b_ic]內對c級相對隸屬度為1的點值，故k_ic＝b_ic；

設h為2至c-1的中間級別，可取指標i級別h標準區間[a_ih，b_ih]的中點為h級相對隸屬度為1的點值，即k_ih＝(a_ih+b_ih)/2，則有：

根據標準值區間矩陣Y與上式，可得指標相對隸屬度為1的點值映射矩陣為：

K＝(k_ih)

根據上式與矩陣Y中的b_ih可得到相對隸屬度為1和0所對應的點值映射矩陣為：

T＝(k_i1,b_i1,…,b_i(c-1),k_ic)_m×(2c-1),i＝1,2,…,m

計算單個評價指標的相對隸屬度的步驟：利用相對隸屬度模型計算河湖水系連通工程方案評價指標特征值相對應級別的相對隸屬度，過程如下：

設已知河湖水系連通工程方案對象u的指標特征值矩陣為：

X＝(x₁，x₂，…，x_m)＝(x_i)，i＝1，2，…，m；

設u的指標i特征值x_i落入矩陣K中h與h+1級指標i的特征值相對差異度D_ih(u)和D_i(h+1)(u)等于1對應的點值區間[k_ih，k_i(h+1)]內，且區間內同時存在D_ih(u)＝0漸變式質變點b_ih，則x_i對h級和h+1級的相對差異度D_ih(u)可按下式計算：

將相對差異度模型轉變為相對隸屬度模型，得到指標特征值x_i級別h相對隸屬度模型：

對于小于h級，大于h+1級指標i的相對隸屬度均應等于0，即：

μ_i(＜h)(u)＝0，μ_i(h＞+1)(u)＝0，

當x_i落于模式識別矩陣T元素k_i1與k_ic范圍之外時，根據物理概念，對于越小越優指標，指標i對1級和c級的相對隸屬度為：

對于越大越優指標，指標i對1級和c級的相對隸屬度為：

計算級別特征值和綜合相對隸屬度的步驟：基于指標權重值和單指標相對隸屬度，利用優化準則參數和距離參數的不同組合的指標特征值綜合相對隸屬度模型，計算河湖水系連通工程方案針對每個等級的綜合相對隸屬度向量，結合不同等級，得到河湖水系連通工程方案的級別特征值和綜合相對隸屬度；

評價對象u的指標特征值x_i對級別h的綜合相對隸屬度模型為：

式中α為優化準則函數，α＝1為最小一乘方準則，α＝2為最小二乘方準則，p為距離參數，p＝1為海明距離，p＝2為歐氏距離；

當α＝2時，無論采用p＝1的海明距離，還是p＝2的歐氏距離，上式為非線性公式，對距離比值具有放大或縮小效應，不同參數組合下的計算模型為可變模型；

評價對象u對各個級別的綜合相對隸屬度向量：

級別特征值公式：

式中，υ_h^o(u)為υ_h(u)的歸一化向量；

同理，可以得到n個河湖水系連通工程方案u的級別特征值：H(u₁)，H(u₂)，…，H(u_n)，由此對每個河湖水系連通工程方案進行隸屬等級的評定；

河湖水系連通工程方案的綜合相對隸屬度的計算公式如下：

根據上式可以計算u的相對差異度，根據質量互變定理可以分析；

生成云模型參數表和云圖的步驟：在單一指標特征值和多個指標權重值變化情況下，將優化準則參數和距離參數不同組合的可變模型計算的級別特征值作為云模型的樣本數據，生成云模型的參數表和云圖；

單一指標特征值變化靈敏度分析過程：

僅對單指標靈敏度分析，即每次只考慮一個指標特征值的變化，其他指標特征值不變，統計各備選方案排序變化情況，確定保持最優方案不變的取值區間；引入云模型理論進行單指標靈敏度分析，具體如下：

假定評判指標特征值r′₁₁的可能取值區間為(0，r″)，指標歸一化后值的區間在[0，1]內；

給r′₁₁賦初值r₀，一般取r₀＝0.01，步長確定為Δr＝0.01；

其他指標特征值不變，利用可變模型計算備選工程方案的綜合評價值；

令r′₁₁→r′₁₁+Δr，重復“其他指標特征值不變，利用可變模型計算備選工程方案的綜合評價值”，直到r′₁₁＝r″；

重復以上步驟，依次統計在其他指標特征值變化的整個取值區間各備選方案的綜合評價值；

以各備選方案在指標特征值變化情況下所得的綜合評價值為樣本數據，通過逆向云得到各備選方案的云模型E_x，E_n，H_e，然后生成云圖；

多個指標權重值同時變化靈敏度分析具體過程如下：

給ω₁賦初值ω₀，一般取ω₀＝0.01；

用計算機生成1組隨機權重值ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y，滿足權重值之和為1-ω₀，形成1組隨機權重值集合W₁＝{ω₀，ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y}；

根據以上得到的隨機權重值集合，利用可變模型計算備選方案的綜合評價值；

改變ω₁＝ω₁+ω₀，然后重復步驟“用計算機生成1組隨機權重值ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y，滿足權重值之和為1-ω₀，形成1組隨機權重值集合W₁＝{ω₀，ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y}”和“根據以上得到的隨機權重值集合，利用可變模型計算備選方案的綜合評價值”，直到ω₁＝1，即可得到各備選方案綜合評價值矩陣集合；

利用同樣的方法分別對ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y進行靈敏度分析；

根據ω₁，ω₂，ω₃，…，ω_j，…，ω_y的各備選綜合評價值作為樣本數據，計算其云模型參數生成云圖；

確定最終評價結果的步驟：基于云模型參數表和云圖，對比分析不同參數組合的可變模型對河湖水系連通工程方案決策結果的魯棒性，選擇合理的參數組合，并挑選魯棒性好的參數組合的可變模型評價結果為最佳評價結果。