[发明专利]基于水污染指数法和云模型的水质综合评价方法

摘要

一种基于水污染指数法和云模型的水质综合评价方法，是在水污染指数法的基础上，利用云模型改进水污染指数法。将云模型与水污染指数法中的WPI值相结合，由云参数确定方法得到WPI值评价云模型，由逆向云发生器得到单因子WPI值云模型，运用正态云发生器生成WPI值评价云图和单因子WPI值云图，直观地看出各单因子的污染状况；结合权重，由综合云算法得到综合WPI值云模型，并以云滴形式直观地展现，判定水质综合评价等级，有效解决水污染指数法中未考虑全部污染因子在综合水质评价中的贡献及难以实现不同断面之间的比较的问题。

主权项

1.一种基于水污染指数法和云模型的水质综合评价方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1，确定评价的因素集、WPI值集及权重集；步骤2，建立WPI值评价云模型；步骤3，得到单因子WPI值云模型；步骤4，得到综合WPI值云模型；步骤5，确定水质评价等级；所述步骤1按照以下步骤进行：步骤a，选取评价指标，确定因素集；首先进行初始指标选取；然后采用主成分‑相关性分析方法进行指标筛选，运用主成分分析删除冗余指标，再运用相关性分析删除重复性指标，最终筛选后的评价指标即作为因素集；初始指标的选取根据评价对象而定，通过水质监测报告或是以往已有的评价指标进行选取；主成分分析的基本模型为：式中，x_i表示第i个指标(i＝1,2,…,p)；z_j表示第j个主成分(j＝1,2,…,m)；l_ij表示第j个主成分中第i个指标对应的主成分载荷；p表示指标个数；m表示主成分的个数；主成分分析的步骤如下：1：计算指标标准化数据的相关系数矩阵R；式中，r_ij为第i个指标和第j个指标的相关系数，x_ki和x_kj分别为第k个评价对象第i和j个指标的值，和分别为第i和j个指标的平均值；2：计算相关系数矩阵R的特征值λ_i及特征向量e_i(i＝1,2,…,p)、方差贡献率ω_i及累计贡献率G(m)；λ_i表示第i个主成分所解释的原始指标数据的总方差，第i个主成分对原始指标数据的方差贡献率ω_i为：累计贡献率G(m)为3：根据特征值或累计贡献率选择主成分，确定主成分个数m；主成分选取准则：(1)取特征值λ_i＞1对应的主成分；(2)取累计贡献率G(k)≥85％对应的主成分；4：计算主成分因子载荷l_ij；设e_ij为第i个指标的特征向量e_i的第j个分量，因子载荷计算公式为5：根据主成分上因子载荷的绝对值筛选指标；因子载荷绝对值越大说明指标对评价结果的影响越明显，越应当保留；因子载荷绝对值越小则说明指标对评价结果的影响越弱，越应当剔除；相关性分析的具体步骤如下：1：计算各个评价指标之间的相关系数；设r_ij为第i个指标和第j个指标的相关系数，x_ki和x_kj分别为第k个评价对象第i和j个指标的值，和分别为第i和j个指标的平均值；2：给定一个临界值P(0＜P＜1)，判定指标的去留；当|r_ij|＜P时，则同时保留两个评价指标；当|r_ij|＞P时，若两个指标之间的影响含义相近，则可以根据重要性的判断删除其中的一个评价指标，若指标影响含义差别较大，则两个指标都保留；步骤b，确定评语集，即WPI值集；结合已有的水质评价标准，确定水质评价的评语集，并给出对应评语集中各评价等级的WPI值范围，确定WPI值集；步骤c，确定权重集；基于AHP‑CRITIC的组合赋权方法确定权重，运用AHP法确定主观权重，运用CRITIC法确定客观权重，运用组合权重确定公式得到评价指标的组合权重，确定权重集；所述AHP法确定主观权重的具体步骤如下：1：确定水质评价指标；2：构造判断矩阵；判断矩阵中的元素值是各元素相对重要性判断的定量化指标，采用1～9尺度法；判断矩阵中各因素的数值是通过人对各因素相对重要程度作出判断，然后根据比率标度将判断定量化获得；3：计算判断矩阵的最大特征值及其特征向量，确定权重向量；4：一致性检验；对判断矩阵进行一致性检验，步骤如下：(1)计算一致性检验指标CI；设λ_max判断矩阵最大特征值，则(2)根据表1查找相应的平均随机一致性指标RI，其中n表示判断矩阵的阶数；表1平均随机一致性指标n1234567891011RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51(3)计算随机一致性比率CR，计算公式为当CR<0.10时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要调整判断矩阵，使之具有满意的一致性；CRITIC法确定权重的具体步骤如下：1：计算指标样本的标准差；令σ_j为第j个指标的标准差，标准差的计算公式为：其中，N为样本个数，x_i为样本值，为样本均值；步骤2：计算步骤3：计算指标所包含的信息量；令C_j为第j个指标所包含的的信息量，其计算公式为：C_j越大，则第j个指标所包含的信息量越大，该指标的相对重要性也就越大；4：计算指标的客观权重；令ω_j为第j个指标的客观权重，其计算公式为：组合权重确定公式如下：式中，W_j为第j个指标的组合权重，为利用AHP法得到的第j个指标的主观权重，为利用CRITIC法得到的第j个指标的客观权重。