基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法

1.本技术属于海绵城市建设领域，具体涉及一种基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法。


背景技术：

2.建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市逐步成为我国各大城市工作的重点，近年来随着海绵城市建设的快速发展，很多城市都完成了海绵城市试点区域的建设和改造工作，需要对海绵城市的建设效果进行评价，以帮助海绵城市建设的更好的发展，为海绵城市建设和评价提供技术支撑依据。当前国内外海绵城市建设评价方法以经验和主观性判断为主，不够系统全面，缺乏理论依据。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法，本方法计算简便、可操作性强，能对各地海绵城市建设效果进行综合评估，解决了当前国内外海绵城市建设评价方法以经验和主观性判断为主、不够系统全面、缺乏理论依据的问题。
4.本发明所采用的技术方案是：
5.一种基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法，包括步骤：
6.步骤一、筛选出海绵城市建设效果评价指标，建立海绵城市建设效果三级指标体系：三级指标体系包括总指标、一级指标、二级指标；总指标为海绵城市建设效果；一级指标包括水生态u1、水环境u2、水资源u3、水安全u4、制度建设与执行u5；二级指标包括水生态 u1下设的年径流总量控制率c11、生态岸线恢复c12、地下水位c13、城市热岛效应c14，水环境u2下设的水环境质量c21、城市面源污染控制c22，水资源u3下设的污水再生利用率 c31、雨水资源利用率c32、管网漏损控制c33，水安全u4下设的城市暴雨内涝灾害防治c41、饮用水安全c42，制度建设与执行u5下设的规划建设管控制度c51、蓝线、绿线划定与保护 c52、技术规范与标准建设c53、投融资机制建设c54、绩效考核与奖励机制c55、产业化c56；
7.表1海绵城市建设效果评价指标体系
[0008][0009][0010]
步骤二、利用层次分析法确定海绵城市建设效果各级评价指标的权重：以三级指标体系构建递阶层次结构模型，先确定本层各个因素相对于上一层的权重，然后进行层次单排序及其一致性检验，将本层因素相对于上一层与其有联系的因素的相对重要性的权重排序，减少主观性误差，然后进行层次总排序及其一致性检验，采用层次分析法确定二级指标的权重时，从最高层次到最低层次依次进行，需要先确定总指标的权重，再确定一级指标的权重，最后确定二级指标的权重；
[0011]
步骤三、利用集对分析法确定海绵城市建设效果各级评价指标的联系度：先确定指标评估等级标准，然后将指标分为效益型和成本型，确定各个指标的联系度，然后构建评价指标联系度系数矩阵，然后确定目标层评估指标联系度；
[0012]
步骤四、根据各级评价指标联系度确定海绵城市建设效果综合评估等级：根据各级指标的联系度确定各评价对象的评价等级，对海绵城市建设效果进行系统评价，既从水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设与执行五方面评价综合效益实施情况，也比较水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设与执行各单项评价指标的联系度，进行单项指标的分析和评价，找出各项指标的缺陷和不足之处，并根据产生差异性的原因提出改进建议。
[0013]
在步骤一中，海绵城市建设效果评价指标由长期从事海绵城市建设和研究的专家学者评审，剔除一致认为需要删除的指标，添加有价值的指标，筛选得到。
[0014]
在步骤二中，包括步骤：
[0015]
步骤2.1、以三级指标体系构建递阶层次结构模型，总指标为目标层，一级指标为准则层，二级指标为方案层，目标层表示解决问题的最终目的，每个层次结构模型中目标层只有一个元素，准则层为实现最终目标而采取的各种措施、方案，准则层能包括若干个层次，方案层为解决问题采取的各种措施、方案；
[0016]
步骤2.2、构造判断矩阵；
[0017]
确定本层各个因素相对于上一层的权重，一级指标相对于总指标的判断矩阵记为g，二级指标相对于一级指标的判断矩阵记为ai，i＝1，2，
…
，m，m表示二级指标的个数；运用两两比较的方法确定因素之间的相对重要性，通过调查(邀请名企事业单位、高校相关领域专家进行问卷调查)获取足量有效数据，经过整理计算，得到各层次指标的判断矩阵及权重，构建形如表2所示的判断矩阵；
[0018]
表2判断矩阵形式
[0019] b1b2……bn
b1a
11a12
……a1n
b2a
21a22
……a2n
…………………………bnan1an2
……ann
[0020]
其中a
ij
采用1-9标度法确定，如表3所示
[0021]
表3 1～9标度法及含义
[0022][0023][0024]
步骤2.3、层次单排序及其一致性检验；
[0025]
层次单排序指的是本层因素相对于上一层与其有联系的因素的相对重要性的权重排序，这个排序是由判断矩阵最大特征值λ
max
对应的特征向量w决定的，其值通过yaahp软件直接计算显示，将特征向量归一化处理，判断矩阵g求出归一化后的特征向量记为w，判断矩阵 ai求出的归一化后的特征向量分别记为ω1，ω2
，
…
，ωm；
[0026]
为减少主观性误差，必须进行一致性检验，一致性的检验过程为
[0027]
首先，计算一致性指标ci，利用公式
[0028]
ci＝(λ
max-n)/(n-1)
[0029]
式中，n为判断矩阵a的阶数；
[0030]
然后，计算随机一致性比例cr，利用公式
[0031]cr
＝ci/ri
[0032]
其中，平均随机一致性ri需要查找，矩阵阶数越大则出现一致性随机偏离的可能性也越大，对于n＝1，2，
…
，9，其对应关系如表4所示
[0033]
表4平均随机一致性指标ri
[0034]
n(矩阵维数)123456789ri000.580.901.121.241.321.411.45
[0035]
最后，判断矩阵是否通过一致性检验；
[0036]
当cr＜0.1时，判断矩阵a的一致性是可以接受的，即通过一致性检验；
[0037]
当cr＞0.1时，矩阵a的一致性是不可以接受的，即未通过一致性检验，此时必须调整判断矩阵，通过一致性检验后，则求出的特征向量即为各个指标的特征向量；
[0038]
步骤2.4、层次总排序及其一致性检验；
[0039]
采用层次分析法确定二级指标的权重时，从最高层次到最低层次依次进行，先确定总指标的权重，再确定一级指标的权重，最后再确定二级指标的权重。
[0040]
在步骤三中，包括步骤：
[0041]
集对分析是一种处理不确定问题的系统分析方法，由于海绵城市评估指标体系的综合性和复杂性，为尽量得到更为科学合理的评估结果，本技术在用层次分析法确定权重的基础上，采用集对分析法对海绵城市建设效果进行评价；
[0042]
步骤3.1、确定指标评估等级标准；
[0043]
通过咨询相关专家意见，结合各典型地区海绵城市建设效果评价指标相关要求和方法：
[0044]
表5海绵城市建设效果评价指标相关要求和方法
[0045]
[0046]
[0047]
[0048][0049]
将各指标百分制量化并分为5个等级，其分割点为90、80、70、60、0，评价指标体系的评估等级根据目标层联系数确定，按照均分原则分为“优、良、中、及格、不及格”5个评价等级，分别对应区间(0.6，1]、(0.2，0.6]、(-0.2，0.2]、(-0.6，-0.2]、[-1，-0.6]，以此来建立评价指标体系，从不同的角度对海绵城市的建设效果的好坏进行评价；
[0050]
表6海绵城市建设效果的评价等级标准
[0051]
等级标准评价区间评价等级1(0.6，1]优2(0.2，0.6]良3(-0.2，0.2]由4(-0.6，0.2]及格5[-1，0.6]不及格
[0052]
步骤3.2、确定各个评估指标的联系度；
[0053]
根据将评估指标分为效益型和成本型；
[0054]
效益型指标的样本值与该指标评价标准组成的集对的联系度表示为：
[0055][0056]
其中，s1≥s2≥s3≥s
k-1
≥sk；
[0057]
成本型指标的样本取值与该指标评价标准的集对分析法确定的联系度的计算公式表示如下：
[0058][0059]
其中，s1≤s2≤s3≤s
k-1
≤sk；
[0060]
当k取值为5时，联系度示意为
[0061][0062]
步骤3.3、构建评价指标联系度系数矩阵；
[0063]
将样本的数值带入联系度计算公式计算出各评价指标的联系度系数矩阵ri，即
[0064][0065]
矩阵ri为同异反矩阵，其中b
ij
为样本i第j个指标的同异反分量；
[0066]
步骤3.4、确定目标层评估指标联系度；
[0067]
通过矩阵计算求得的评价指标权重ω和联系度系数矩阵ri，求出上一级评估指标的联系度，计算公式如下：
[0068]
ui＝ω
×ri
×s[0069]
其中，ω＝[ω
1 ω2ꢀ…ꢀ
ωn]为权重系数向量；
[0070]
s＝[1 i1ꢀ…ꢀik-2 j]
t
为同异反系数矩阵；
[0071]
重复步骤3.2至步骤3.4，直至计算出目标层评价指标的联系度。
[0072]
本发明的有益效果是：
[0073]
本发明计算简便、可操作性强，对各地海绵城市建设效果进行综合评估，在对海绵城市建设测评及验收工作各个环节进行检查、分析、总结的基础上对海绵城市建设工作各个环节和所取得的效果进行客观的分析，解决了当前国内外海绵城市建设评价方法以经验和主观性判断为主、不够系统全面、缺乏理论依据的问题，通过对海绵城市建设实施情况进行评估，能够检查海绵城市建设预期效果是否达到、海绵城市建设实施工作是否存在漏洞，吸取经验与教训，使得评估结果更加可靠，为完善海绵城市建设和推广工作提出宝贵意见，为未来海绵城市建设工作提供更科学的决策依据，确保海绵城市建设工作能够顺利推进，为建设更健康更环保的城市空间而做出贡献。
附图说明
[0074]
图1是本发明实施例的流程图。
[0075]
图2是本发明实施例的三级指标体系图。
[0076]
图3是本发明实施例中当k取值为5时的联系度示意图。
具体实施方式
[0077]
下面将结合实施例对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0078]
实施例
[0079]
一种基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法，如图1所示，包括步骤：
[0080]
步骤一：筛选出海绵城市建设效果评价指标，建立海绵城市建设效果三级指标体系，如图2所示；
[0081]
现状海绵城市建设基本情况及海绵城市建设效果评价关键问题分析，并筛选出海绵城市建设效果评价指标，建立海绵城市建设效果三级指标体系：三级指标评价体系中包含总指标、一级指标、二级指标，其中总指标为海绵城市建设效果；一级指标包含水生态u1、水环境 u2、水资源u3、水安全u4、制度建设与执行u5；二级指标包含水生态u1下设的年径流总量控制率c11、生态岸线恢复c12、地下水位c13、城市热岛效应c14，水环境u2下设的水环境质量c21、城市面源污染控制c22，水资源u3下设的污水再生利用率c31、雨水资源利用率c32、管网漏损控制c33，水安全u4下设的城市暴雨内涝灾害防治c41、饮用水安全c42，制度建设与执行u5下设的规划建设管控制度c51、蓝线、绿线划定与保护c52、技术规范与标准建设c53、投融资机制建设c54、绩效考核与奖励机制c55、产业化c56。
[0082]
确定评价内容和评价对象，建立三级指标评价体系。评价对象是某个城市海绵城市建设试点区域，评价内容是对海绵城市建设综合效果进行评价。
[0083]
步骤二：利用层次分析法确定海绵城市建设效果各级评价指标的权重；
[0084]
步骤2.1：建立层次结构模型；
[0085]
构建层次结构模型。
[0086]
步骤2.2：构造判断矩阵；
[0087]
表7目标层g的判断矩阵及权重
[0088]
gu1u2u3u4u5权重u111/211/320.127u2214330.404u311/411/430.118u431/34130.276u51/21/31/31/310.075
[0089]
计算得：λmax＝5.407，cr＝0.091＜0.1。
[0090]
表8准则u1的判断矩阵及权重
[0091][0092][0093]
计算得：λmax＝4.235，cr＝0.088＜0.1。
[0094]
表9准则u2的判断矩阵及权重
[0095]
u2c
21c22
权重c
21
11/50.167c
22
510.833
[0096]
计算得：λmax＝2.000，cr＝0.000＜0.1。
[0097]
表10准则u3的判断矩阵及权重
[0098]
u3c
31c32c33
权重c
31
131/20.333c
32
1/311/30.140c
33
2310.528
[0099]
计算得：λmax＝3.054，cr＝0.052＜0.1。
[0100]
表11准则u4的判断矩阵及权重
[0101]
u4c
41c42
权重c
41
140.8c
42
1/410.2
[0102]
计算得：λmax＝2.000，cr＝0.000＜0.1。
[0103]
表12准则u5的判断矩阵及权重
[0104]
u5c
51c52c53c54c55c56
权重c
51
11/21/331/31/30.087c
52
2134320.324c
53
31/313310.204c
54
1/31/41/311/51/40.046c55
31/31/3511/20.140c
56
31/214210.198
[0105]
计算得：max＝6.5142，rc＝0.0816＜0.1。
[0106]
表13各二级指标对目标层的排序权重
[0107]
二级指标c
22c41c21c33c13c42c31c14c52
权重0.3370.2210.0670.0630.0590.0550.0390.0370.024二级指标c
11c32c53c56c55c12c51c54 权重0.0230.0170.0150.0150.010.0090.0070.004 [0108]
各层次判断矩阵均满足一致性检验要求。
[0109]
步骤三：利用集对分析法确定海绵城市建设效果各级评价指标的联系度；
[0110]
步骤3.1：确定指标评估等级标准；
[0111]
考虑到本文中各指标已经经过百分制量化，通过咨询相关专家意见，结合各典型地区海绵城市建设实施具体情况，将各指标分为5个等级，其分割点为90、80、70、60、0。评价指标体系的评估等级根据目标层联系数确定，按照均分原则分为“优、良、中、及格、不及格”5个评价等级，分别对应区间(0.6，1]、(0.2，0.6]、(-0.2，0.2]、(-0.6，-0.2]、[-1，-0.6]，以此来建立评价指标体系，从不同的角度对海绵城市的建设效果的好坏进行评价。
[0112]
步骤3.2：确定各个评估指标的联系度；
[0113]
确定三级指标的评价值，调研得出被评价城市的各级三级指标的数值，各典型区域的海绵城市建设效果的各评价指标实际调查数据进行百分化处理，各被评价城市指标的得分情况如表14所示。
[0114]
表14被评价城市指标得分情况
[0115][0116]
首先，根据公式计算方案层各指标联系度。
[0117]
表15城市a方案层各指标联系度
[0118][0119]
步骤3.3：构建评价指标联系度系数矩阵r；
[0120]
按照公式构造方案层联系度系数矩阵r
21
、r
22
、r
23
、r
24
、r
25
。
[0121][0122][0123][0124]
步骤3.4：确定目标层评估评估指标联系度；
[0125]
按照公式求准则层联系度。
[0126]
分别计算得到准则层联系度如下表所示。
[0127]
表16准则层各指标联系度
[0128][0129]
重复以上步骤，计算目标层评价指标联系度。
[0130]
准则层联系度系数矩阵r1。
[0131][0132]
目标层联系度为：μ＝0.501 0.081i1 0.235i2 0.14i3 0.043j
[0133]
步骤四：根据各级评价指标联系度确定海绵城市建设效果综合评估等级。
[0134]
按照均分原则，分别令i1＝0.5，i2＝0，i3＝-0.5，j＝-1，带入准则层和目标层的联系度中，得到个指标联系数见下表。
[0135]
表17准则层和目标层指标联系数与评价等级
[0136][0137]
经过计算，城市a的一级指标水生态联系数为-0.64，对应评估等级为不及格；根据前面确定的评价指标的评价等级，评价指标体系的评估等级根据目标层联系数确定，按照均分原则分为“优、良、中、及格、不及格”5个评价等级，分别对应区间(0.6，1]、(0.2，0.6]、(-0.2，0.2]、(-0.6，-0.2]、[-1，-0.6]，以此来建立评价指标体系，从不同的角度对海绵城市的建设效果的好坏进行评价。可以得出以下结论：
[0138]
一级指标水环境联系数为0.943，对应评估等级为优；
[0139]
一级指标水资源的联系数为0.603，对应评估等级为优；
[0140]
一级指标水安全的联系数为0.12，对应评估等级为中；
[0141]
一级指标制度建设与执行的联系数为0.383，对应评估等级为良；
[0142]
目标层海绵城市建设效果联系数为0.429，对应评估等级为良。
[0143]
因此，通过本技术的基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法，针对城市a的水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设与执行等五个方面的海绵城市建设效果的指标进行效果评价，可以看出，城市a在水环境、水资源两方面做的很好，制度建设与执行方面做的较好，水安全方面做的一般，水生态方面做的较差，需要针对水生态从年径流总量控制率 c11、生态岸线恢复c12、地下水位c13、城市热岛效应c14进行核对和改进，提高和加强水生态的建设，针对这几类问题提出有针对性的建设和整改措施，提高该城市的海绵城市建设效果。
[0144]
另外，也可以利用本技术的基于层次集对分析的海绵城市建设效果评价方法针对不同城市的统计调查数据计算出各指标的联系数，将不同城市的联系数进行对比分析，比较各城市的水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设与执行各个指标的海绵城市建设效果，并可以针对目标层的联系数进行不同城市的海绵城市建设效果进行综合评价，对其海绵城市建设效果进行评价，并指出其优势和不足，以利于各城市在海绵城市建设方面进行有针对性的建设和改造，为海绵城市的建设提供技术支撑，促进海绵城市的健康发展。
[0145]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。