[发明专利]一种基于范数灰关联度模型的生态环境质量评估方法

权利要求书

1.一种基于范数灰关联度模型的生态环境质量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、构建生态环境质量评估指标体系，分为生态要素、生态内容和生态指标3个层级；

步骤2、基于生态指标数据和范数灰关联度模型，计算得出生态指标的权重向量，并利用加权和法进一步求得生态内容评估数据；

步骤3、基于生态内容评估数据和范数灰关联度模型，计算得出生态内容指标的权重向量，并利用加权和法进一步求得生态要素评估数据；

步骤4、基于生态要素评估数据和范数灰关联度模型，计算得出生态要素指标的权重向量，并利用加权和法进一步求得生态环境质量指数，通过地图形式展示生态环境质量评估结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

所述生态要素包括：水环境质量、土壤质量和空气环境质量；

所述生态内容包括：地下水质量、地表水质量、致癌污染物、致病污染物、重金属污染物、有机污染物、气态污染物、颗粒污染物、沙尘暴、酸雨；

所述生态指标包括：色度、嗅和味、浑浊度、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、重金属、水温、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、氰化物、硫化物、粪大肠菌群、砷浓度、铅浓度、苯浓度、二氯乙烯浓度、对二氯苯浓度、三溴甲烷浓度、硝酸盐浓度、挥发酚浓度、锌浓度、汞浓度、锰浓度、铬浓度、土壤镉浓度、土壤铅浓度、土壤锌浓度、土壤砷浓度、土壤铜浓度、土壤铬浓度、多氯联苯浓度、多环芳烃浓度、二噁英浓度、滴滴涕浓度、二氧化硫浓度、二氧化氮浓度、一氧化碳浓度、臭氧浓度、PM10浓度、PM2.5浓度、能见度、最大风速、发生频率、降水pH值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：

步骤2-1、根据色度、嗅和味、浑浊度、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、重金属得到原始数据矩阵A⁽¹⁾及参考向量A₀⁽¹⁾＝(a₀₁⁽¹⁾,a₀₂⁽¹⁾,…,a_0m⁽¹⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽¹⁾是原始数据矩阵A⁽¹⁾中第j项指标的最优值；当第j项指标为效益型指标时，取效益型指标序列的最大值为最优值，当第j项指标为成本型指标时，取成本型指标序列的最小值为最优值，指标规范化后得到规范化矩阵R⁽¹⁾及规范化参考向量r₀⁽¹⁾＝(r₀₁⁽¹⁾,r₀₂⁽¹⁾,…,r_0m⁽¹⁾)，r_0m⁽¹⁾表示指标参考值a_0m⁽¹⁾经过指标规范化后的值，计算第j项指标第i时刻指标值与第j项指标最优值的关联系数ξ_ij，进一步求得关联系数矩阵E⁽¹⁾＝{ξ_ij}：

其中r_ij表示第j项指标第i时刻指标值指标规范化后的数值，γ为分辨系数；指标对参考向量的灰关联度为和范数灰关联度表示第j个指标与关联系数正理想序列的距离，表示第j个指标与关联系数负理想序列的距离；

计算出各指标相对于地下水质量的权重系数及权重向量为W^(A1)，利用加权和法得出地下水质量的评估数据B₁⁽¹⁾＝A⁽¹⁾·W^(A1)；j＝1,2,…,m；

步骤2-2、根据水温、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、氰化物、硫化物、粪大肠菌群得到原始数据矩阵A⁽²⁾及参考向量A₀⁽²⁾＝(a₀₁⁽²⁾,a₀₂⁽²⁾,…,a_0m⁽²⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽²⁾是原始数据矩阵A⁽²⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽²⁾及规范化参考向量r₀⁽²⁾＝(r₀₁⁽²⁾,r₀₂⁽²⁾,…,r_0m⁽²⁾)，r_0m⁽²⁾表示指标参考值a_0m⁽²⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽²⁾，各指标相对于地表水质量的权重系数W^(A2)，利用加权和法得出地表水质量的评估数据

步骤2-3、根据砷浓度、铅浓度、苯浓度、二氯乙烯浓度、对二氯苯浓度、三溴甲烷浓度得到原始数据矩阵A⁽³⁾及参考向量A₀⁽³⁾＝(a₀₁⁽³⁾,a₀₂⁽³⁾,…,a_0m⁽³⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽³⁾是原始数据矩阵A⁽³⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽³⁾及规范化参考向量r₀⁽³⁾＝(r₀₁⁽³⁾,r₀₂⁽³⁾,…,r_0m⁽³⁾)，r_0m⁽³⁾表示指标参考值a_0m⁽³⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽³⁾，各指标相对于致癌污染物的权重系数W^(A3)，利用加权和法得出致癌污染物的评估数据

步骤2-4、根据硝酸盐浓度、挥发酚浓度、锌浓度、汞浓度、锰浓度、铬浓度得到原始数据矩阵A⁽⁴⁾及参考向量A₀⁽⁴⁾＝(a₀₁⁽⁴⁾,a₀₂⁽⁴⁾,…,a_0m⁽⁴⁾)(m为指标个数)，其中a_0j⁽⁴⁾是原始数据矩阵A⁽⁴⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁴⁾及规范化参考向量r₀⁽⁴⁾＝(r₀₁⁽⁴⁾,r₀₂⁽⁴⁾,…,r_0m⁽⁴⁾)，r_0m⁽⁴⁾表示指标参考值a_0m⁽⁴⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁴⁾，各指标相对于致病污染物的权重系数W^(A4)，利用加权和法得出致病污染物的评估数据B₄⁽¹⁾＝A⁽⁴⁾·W^(A4)；

步骤2-5、根据土壤镉浓度、土壤铅浓度、土壤锌浓度、土壤砷浓度、土壤铜浓度、土壤铬浓度得到原始数据矩阵A⁽⁵⁾及参考向量A₀⁽⁵⁾＝(a₀₁⁽⁵⁾,a₀₂⁽⁵⁾,…,a_0m⁽⁵⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽⁵⁾是原始数据矩阵A⁽⁵⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁵⁾及规范化参考向量r₀⁽⁵⁾＝(r₀₁⁽⁵⁾,r₀₂⁽⁵⁾,…,r_0m⁽⁵⁾)，r_0m⁽⁵⁾表示指标参考值a_0m⁽⁵⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁵⁾，各指标相对于重金属污染物的权重系数W^(A5)，利用加权和法得出重金属污染物的评估数据

步骤2-6、根据多氯联苯浓度、多环芳烃浓度、二噁英浓度、滴滴涕浓度得到原始数据矩阵A⁽⁶⁾及参考向量A₀⁽⁶⁾＝(a₀₁⁽⁶⁾,a₀₂⁽⁶⁾,…,a_0m⁽⁶⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽⁶⁾是原始数据矩阵A⁽⁶⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁶⁾及规范化参考向量r₀⁽⁶⁾＝(r₀₁⁽⁶⁾,r₀₂⁽⁶⁾,…,r_0m⁽⁶⁾)，r_0m⁽⁶⁾表示指标参考值a_0m⁽⁶⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁶⁾，各指标相对于有机污染物的权重系数W^(A6)，利用加权和法得出有机污染物的评估数据

步骤2-7、根据二氧化硫浓度、二氧化氮浓度、一氧化碳浓度、臭氧浓度得到原始数据矩阵A⁽⁷⁾及参考向量A₀⁽⁷⁾＝(a₀₁⁽⁷⁾,a₀₂⁽⁷⁾,…,a_0m⁽⁷⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽⁷⁾是原始数据矩阵A⁽⁷⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁷⁾及规范化参考向量r₀⁽⁷⁾＝(r₀₁⁽⁷⁾,r₀₂⁽⁷⁾,…,r_0m⁽⁷⁾)，r_0m⁽⁷⁾表示指标参考值a_0m⁽⁷⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁷⁾，各指标相对于气态污染物的权重系数W^(A7)，利用加权和法得出气态污染物的评估数据

步骤2-8、根据PM10浓度、PM2.5浓度得到原始数据矩阵A⁽⁸⁾及参考向量A₀⁽⁸⁾＝(a₀₁⁽⁸⁾,a₀₂⁽⁸⁾,…,a_0m⁽⁸⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽⁸⁾是原始数据矩阵A⁽⁸⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁸⁾及规范化参考向量r₀⁽⁸⁾＝(r₀₁⁽⁸⁾,r₀₂⁽⁸⁾,…,r_0m⁽⁸⁾)，r_0m⁽⁸⁾表示指标参考值a_0m⁽⁸⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁸⁾，各指标相对于颗粒污染物的权重系数W^(A8)，利用加权和法得出颗粒污染物的评估数据B₂⁽³⁾＝A⁽⁸⁾·W^(A8)；

步骤2-9、根据能见度、最大风速、发生频率得到原始数据矩阵A⁽⁹⁾及参考向量A₀⁽⁹⁾＝(a₀₁⁽⁹⁾,a₀₂⁽⁹⁾,…,a_0m⁽⁹⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽⁹⁾是原始数据矩阵A⁽⁹⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽⁹⁾及规范化参考向量r₀⁽⁹⁾＝(r₀₁⁽⁹⁾,r₀₂⁽⁹⁾,…,r_0m⁽⁹⁾)，r_0m⁽⁹⁾表示指标参考值a_0m⁽⁹⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽⁹⁾，各指标相对于沙尘暴的权重系数W^(A9)，利用加权和法得出沙尘暴的评估数据

步骤2-10、根据降水pH值得到原始数据矩阵A⁽¹⁰⁾及参考向量A₀⁽¹⁰⁾＝(a₀₁⁽¹⁰⁾,a₀₂⁽¹⁰⁾,…,a_0m⁽¹⁰⁾)，其中m为指标个数，a_0j⁽¹⁰⁾是原始数据矩阵A⁽¹⁰⁾中第j项指标的最优值；指标规范化后得到规范化矩阵R⁽¹⁰⁾及规范化参考向量r₀⁽¹⁰⁾＝(r₀₁⁽¹⁰⁾,r₀₂⁽¹⁰⁾,…,r_0m⁽¹⁰⁾)，r_0m⁽¹⁰⁾表示指标参考值a_0m⁽¹⁰⁾经过指标规范化后的值，计算得到关联系数矩阵E⁽¹⁰⁾，各指标相对于酸雨的权重系数W^(A10)，利用加权和法得出酸雨的评估数据