[发明专利]一种考虑设计偏离分析的雨水管网健康度评价方法

权利要求书

1.一种城市雨水管网健康度评价方法，其特征在于考虑了雨水管网的现状与设计之间的偏离，包括以下步骤：

1)城市雨水管网健康度评价指标体系的构建；综合考虑现状雨水管网和设计雨水管网之间的偏离因素确定评价指标体系。本专利在确定指标时从两个层次进行分析，第一层包括两类指标，一类是设计属性指标A₁，另一类为工程属性指标A₂。第二层指标包括设计属性指标层次下的：管径A₁₁、坡度A₁₂、管长A₁₃，这类指标为定量指标，分析现状管网与设计管网之间的偏离数值；第二层指标还包括工程属性指标A₂层级下的：逆坡A₂₁、大管接小管A₂₂、出水口不明A₂₃、雨污混接A₂₄、跌水A₂₅，这类指标为定性指标，一般情况下不允许在管网中出现这些情况。第i个评价对象的第j项指标(A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄、A₂₅)的指标值x′_ij依据附表1给定的原则确定，其中评价对象为每个雨水管道，共有n个，第i个评价对象对应的为第i条雨水管道，i＝1,2,3……n；指标对应的为A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄、A₂₅，共有8个，j＝1,2,3……8；

表1评价指标值x′_ij的确定原则

2)标准指标值x_ij的确定：采用极值处理法进行标准化，将原本是极小型的指标转化为极大型指标，采用该方法处理后的数据分布范围为[0,1]，其计算公式为

式中：x_ij为标准指标值，x′_ij为指标值，m_j为n个评价对象在第j项指标下指标值的最小值，M_j为n个评价对象在第j项指标下指标值的最大值；

3)指标权重的确定：第一层指标中的A₁和A₂采用专家打分法确定权重，依据专家知识并结合研究区域的实际情况来确定权重U_g(g＝1,2)；

第二层指标的A₁₁、A₁₂、A₁₃，均属于A₁层级下的指标，且均为定量指标，可通过各指标传递给决策者的信息量大小确定权重，故采用基于信息熵的客观赋权法确定权重w_1h(h＝1,2,3)，其中A₁₁的权重为w₁₁，A₁₂的指标为w₁₂，A₁₃的指标为w₁₃，主要计算步骤如下：

①计算第h项指标下第i个评价对象的标准指标值的比重P_ih：

②根据熵权法和各标准指标值P_ih的比重计算第h项指标的熵值S_h：

规定当P_ih＝0，P_ihlnP_ih＝0；

③根据熵值S_h计算各指标的熵权，确定指标的权重：

第二层指标中的A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄、A₂₅，均为工程属性层次下的指标，且所涉及的评价指标较多，指标值均是通过对定性指标的量化确定而来，各指标的信息量大小不能充分反映指标的重要程度，所以需要结合一定的主观因素确定权重，故采用基于排序法的改进AHP法计算权重w_2k(k＝1,2,3,4,5)，其中A₂₁的权重为w₂₁，A₂₂的权重为w₂₂，A₂₃的权重为w₂₃，A₂₄的权重为w₂₄，A₂₅的权重为w₂₅；主要的计算步骤如下：

①由决策者确定指标A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄、A₂₅的重要性顺序；

②采用(0,1,2)三标度法建立比较矩阵B：

B＝[b_kl]_5×5(k,l＝1,2,3,4,5) (5)

③利用极差法构造判断矩阵C：

C＝[c_kl]_5×5(k,l＝1,2,3,4,5) (6)

其中，取c_b＝9，r_max＝max{r₁,r₂,r₃,r₄,r₅}，r_min＝min{r₁,r₂,r₃,r₄,r₅}，

④进行一致性检验：

D＝[d_k]_5×1＝C·W (7)

其中，W＝[w_2k]^T＝[w₂₁,w₂₂,w₂₃,w₂₄,w₂₅]^T，

利用公式(8)和(9)进行一致性检验：

若Q_C.I.≤0.001，则证明判断矩阵满足一致性检验，所求权重w_2k可直接应用，若未满足一致性检验，还需要对判断矩阵等进行调整，直至可以满足一致性检验为止。

最终，指标的权重w_{j(j＝1,…,8}；∑w_j＝1)为对应的第一层指标权重U_g(g＝1,2)与第二层指标权重(w_1h(h＝1,2,3)；w_2k(k＝1,2,3,4,5))的乘积；

表2权重的计算结果

4)健康度的计算：

为确定多指标维度下雨水管网健康度评价结果，采用“逼近理想排序法(TOPSIS)”进行信息融合。将每个管道当作一个方案，将不同的评价指标看作方案的不同属性，则将健康度评价的问题转化为多属性决策问题，决策准则即为各管道的性能评价结果。主要计算步骤如下：

①构造加权规范化矩阵Y，其中：

Y＝[y_ij]_n×8＝[w_j·x_ij]_n×8 (10)

②确定正理想决策方案A+和负理想决策方案A-：

③分别计算每个方案A_i到正理想方案A⁺和负理想方案A^-的距离E⁺_i和E^-_i：

④计算每个方案到理想方案的贴近度Z_i，贴近度Z_i即健康度，按照从大到小的方法进行排序，排名越靠前说明该雨水管道在管网中的健康状况相对越好。

将每个评价对象的管道长度L_i占管网总长的比重作为权重，通过公式(6)计算雨水管网整体的健康度Z值。