環(huán)境評價(jià)模型.ppt

第三章環(huán)境綜合評價(jià)模型 1綜合評價(jià)概述2環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評價(jià)3層次分析法4模糊綜合評價(jià)法5灰色綜合評價(jià)法 1綜合評價(jià)概述 1 1綜合評價(jià)概述1 2指標(biāo)體系的建立1 3指標(biāo)權(quán)重的確定1 4評價(jià)方法的選擇 1 1綜合評價(jià)概述 評價(jià)是多因素相互作用下的一種綜合判斷 如判斷哪個(gè)高校聲望高 得從在校學(xué)生規(guī)模 教學(xué)質(zhì)量 科研成果等方面綜合比較將反映評價(jià)事物的多項(xiàng)指標(biāo)的信息加以匯集 得到一個(gè)綜合指標(biāo) 以此來從整體上反映被評價(jià)事物的整體情況 就是多指標(biāo)綜合評價(jià)方法 1 1綜合評價(jià)概述 對象排序是綜合評價(jià)最主要功能 是科學(xué)決策的前提 構(gòu)成綜合評價(jià)問題的要素評價(jià)目的要明確為什么要綜合評價(jià) 評價(jià)事物的哪一方面 評價(jià)的精確度要求等被評價(jià)對象評價(jià)對象可能是人 是事 是物 也可能是它們的組合評價(jià)者可以是某個(gè)人 專家 或某團(tuán)體 專家小組 1 1綜合評價(jià)概述 評價(jià)指標(biāo)根據(jù)研究的對象和目的 能夠確定地反映研究對象某一方面情況的特征依據(jù) 所謂指標(biāo)體系是指由一系列相互聯(lián)系的指標(biāo)所構(gòu)成的整體權(quán)重系數(shù)是指標(biāo)對總目標(biāo)的貢獻(xiàn)程度 評價(jià)指標(biāo)之間的相對重要性綜合評價(jià)模型通過一定的數(shù)學(xué)模型將多個(gè)評價(jià)指標(biāo)值 合成 為一個(gè)整體性的綜合評價(jià)值 評價(jià)結(jié)果輸出評價(jià)結(jié)果并解釋其含義 依據(jù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行決策 1 1綜合評價(jià)概述 綜合評價(jià)的總體思路 熟悉評價(jià)對象 確立評價(jià)的指標(biāo)體系 確定各指標(biāo)的權(quán)重 建立評價(jià)的數(shù)學(xué)模型 評價(jià)結(jié)果的分析等 1 2指標(biāo)體系的建立 評價(jià)指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循的原則指標(biāo)宜少不宜多 宜簡不宜繁指標(biāo)應(yīng)具有獨(dú)立性具有代表性與差異性指標(biāo)可行 1 2指標(biāo)體系的建立 指標(biāo)體系確定的方法經(jīng)驗(yàn)確定法和數(shù)學(xué)方法實(shí)際應(yīng)用中采用專家調(diào)研法正確處理正 逆指標(biāo) 定性指標(biāo) 指標(biāo)量綱 數(shù)值數(shù)量級差異數(shù)據(jù)預(yù)處理 如歸一化 標(biāo)準(zhǔn)化 1 3指標(biāo)權(quán)重的確定 指標(biāo)權(quán)重是指標(biāo)評價(jià)過程中其相對重要程度的一種主 客觀度量的反映指標(biāo)評價(jià)者對各指標(biāo)的重視程度不同 反映評價(jià)者的主觀差異各指標(biāo)在評價(jià)中所起的作用不同 反映各指標(biāo)間的客觀差異各指標(biāo)的可靠程度不同 反映了各指標(biāo)所提供的信息的可靠性不同 確定權(quán)重也稱加權(quán) 分經(jīng)驗(yàn)加權(quán)和數(shù)學(xué)加權(quán) 經(jīng)驗(yàn)加權(quán) 定性加權(quán) 由專家直接估計(jì) 簡便易行 如AHP法 Delphi法等評委投票表決法 數(shù)學(xué)加權(quán) 定量加權(quán) 以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ) 數(shù)學(xué)原理為背景 間接生成 具有較強(qiáng)的科學(xué)性熵值確定法 因子分析 主成分分析 1 4評價(jià)方法的選擇 專家評價(jià)方法專家打分綜合法運(yùn)籌學(xué)與其它數(shù)學(xué)方法層次分析和模糊數(shù)學(xué)新型評價(jià)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 灰色綜合評價(jià)混合方法AHP 模糊綜合評價(jià) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià) 針對同一問題 不同的方法會得到不同的結(jié)果 如何解釋 如何辨別不同方法對不同問題的優(yōu)劣 如何衡量評價(jià)結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性 綜合評價(jià)方法既是科學(xué) 也是藝術(shù)選擇評價(jià)者最熟悉的評價(jià)方法所選擇的方法必須有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ) 能為人們所信服所選擇的方法必須簡潔明了 盡量降低算法的復(fù)雜性所選擇的方法必須能夠正確地反映評價(jià)對象和評價(jià)目的 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 是最常用的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法 也是我國環(huán)境質(zhì)量評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則推薦使用的方法 單因子指數(shù) 環(huán)境質(zhì)量因子的實(shí)測濃度除以相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 即 環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是無量綱量 表示污染物在環(huán)境中實(shí)際濃度超過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的程度 數(shù)值越大 表示該單項(xiàng)的環(huán)境質(zhì)量越差 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的特例 例 河口水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如表所示 分析5月31日的水質(zhì)狀況 已知 25度下溶解氧的飽和濃度為9 65mg L 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 多因子指數(shù) 單介質(zhì) 多因子 是在單因子指數(shù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過綜合運(yùn)算而來 常用的多因子指數(shù)包括均值型指數(shù) 加權(quán)型指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)等 均值型多因子指數(shù) 認(rèn)為各種環(huán)境因子對環(huán)境的影響是等價(jià)的 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 加權(quán)型多因子指數(shù) 認(rèn)為各種環(huán)境因子對環(huán)境的影響是不等權(quán)的 其影響應(yīng)該計(jì)入各環(huán)境因子的權(quán)系數(shù) 內(nèi)梅羅指數(shù) 是兼顧極值的加權(quán)型多因子指數(shù) 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 2環(huán)境指數(shù)評價(jià)法 綜合指數(shù) 多介質(zhì) 參與評價(jià)要素大于1時(shí) 就要用綜合評價(jià)指數(shù) 簡單疊加法 算術(shù)平均值 加權(quán)平均法 3層次分析法 3 1問題提出3 2層次分析法的基本步驟3 3層次分析法建模舉例3 4層次分析法的優(yōu)點(diǎn)和局限性 3 1問題的提出 日常生活中有許多決策問題 決策是指在面臨多種方案時(shí)需要依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)選擇某一種方案 例1購物 買鋼筆 一般要依據(jù)質(zhì)量 顏色 實(shí)用性 價(jià)格 外形等方面的因素選擇某一支鋼筆 買飯則要依據(jù)色 香 味 價(jià)格等方面的因素選擇某種飯菜 例2旅游 假期旅游 是去風(fēng)光秀麗的蘇州 還是去迷人的北戴河 或者是去山水甲天下的桂林 一般會依據(jù)景色 費(fèi)用 食宿條件 旅途等因素選擇去哪個(gè)地方 例3中國小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的優(yōu)化決策 由于小城鎮(zhèn)所選的污水處理技術(shù)應(yīng)具備以下特點(diǎn) 適應(yīng)低負(fù)荷進(jìn)水 運(yùn)轉(zhuǎn)方式為間歇式 運(yùn)行穩(wěn)定 投資省 能耗和運(yùn)行費(fèi)用低 管理簡單 同時(shí)去除氮和磷 供選方案 序批式活性污泥法 氧化溝和人工濕地 面臨各種各樣的方案 要進(jìn)行比較 判斷 評價(jià) 最后作出決策 這個(gè)過程主觀因素占有相當(dāng)?shù)谋戎亟o用數(shù)學(xué)方法解決問題帶來不便 T L saaty等人20世紀(jì)在七十年代提出了一種能有效處理這類問題的實(shí)用方法 層次分析法 AnalyticHierarchyProcess AHP 這是一種定性和定量相結(jié)合的 系統(tǒng)化的 層次化的分析方法 3 2層次分析法的基本步驟 1 建立層次結(jié)構(gòu)模型 一般分為三層 最上面為目標(biāo)層 最下面為方案層 中間是準(zhǔn)則層或指標(biāo)層 例1的層次結(jié)構(gòu)模型 準(zhǔn)則層 方案層 目標(biāo)層 例2層次結(jié)構(gòu)模型 準(zhǔn)則層A 方案層B 目標(biāo)層Z 分析實(shí)際問題的基礎(chǔ)上 將有關(guān)的各因素按屬性自上而下地分解成若干層次 同一層的諸因素從屬于上一層的因素或?qū)ι蠈右蛩赜杏绊?同時(shí)又支配下一層的因素或受到下層因素的作用 最上層為目標(biāo)層 通常只有1個(gè)因素 最下層通常為方案層 中間可以有一個(gè)或幾個(gè)層次 通常為準(zhǔn)則或指標(biāo)層 當(dāng)準(zhǔn)則過多時(shí) 譬如多于9個(gè) 應(yīng)進(jìn)一步分解出子準(zhǔn)則層 例3層次結(jié)構(gòu)模型 準(zhǔn)則層A 方案層B 目標(biāo)層Z 旅游問題最終層次模型 分別分別表示景色 費(fèi)用 居住 飲食 旅途 分別表示蘇杭 北戴河 桂林 總目標(biāo)選擇最優(yōu)的旅游地 2 構(gòu)造判斷矩陣 設(shè)某層有個(gè)因素 針對上層準(zhǔn)則Bk 賦予相應(yīng)的權(quán)重 上述比較是兩兩因素之間進(jìn)行的 比較時(shí)取1 9尺度 尺度 第個(gè)元素與第個(gè)元素同等重要 第個(gè)因素比第個(gè)因素稍重要 第個(gè)因素比第個(gè)因素明顯重要 第個(gè)因素比第個(gè)因素的強(qiáng)烈重要 第個(gè)因素比第個(gè)因素的極端重要 含義 比較尺度 1 9尺度的含義 2 4 6 8表示第個(gè)因素相對于第個(gè)因素的影響介于上述兩個(gè)相鄰等級之間 不難定義以上各尺度倒數(shù)的含義 2 構(gòu)造判斷矩陣 用表示第個(gè)因素相對于第個(gè)因素的比較結(jié)果 則A則稱為成對比較矩陣 具有以下性質(zhì) 比如 例2的旅游問題中 第二層A的各因素對目標(biāo)層Z的影響兩兩比較結(jié)果如下 分別表示 景色 費(fèi)用 居住 飲食 旅途 由上表 可得成對比較矩陣 旅游問題的成對比較矩陣共有6個(gè) 一個(gè)5階 5個(gè)3階 除A外還有第三層方案層 B 對各準(zhǔn)則層 A1 A2 A3 A4 A5 的成對比較矩陣 2 構(gòu)造成對比較矩陣 3 成對比較矩陣 判斷矩陣 的一致性檢驗(yàn) 判斷思維的一致性是指專家在判斷指標(biāo)重要性時(shí) 各判斷之間協(xié)調(diào)一致 不致出現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果 如甲比乙重要 乙比丙重要 丙又比甲重要就是不一致 用公式表示 對于實(shí)際問題建立起來的判斷矩陣往往滿足不了一致性 但在例2的成對比較矩陣中 3 成對比較矩陣 判斷矩陣 的一致性檢驗(yàn) 根據(jù)矩陣?yán)碚?3 成對比較矩陣 判斷矩陣 的一致性檢驗(yàn) 根據(jù)以上結(jié)論 以判斷矩陣最大特征根以外的其余特征根的負(fù)平均值 作為度量判斷矩陣偏離一致性的指標(biāo) 其中 CI為一致性指標(biāo) n為A的對角線元素之和 也為A的特征根之和 CI值越大 表明判斷矩陣偏離完全一致性的程度越大 CI值越小 接近于0 表明判斷矩陣的一致性越好 當(dāng)CI值為0時(shí) 具有完全一致性 實(shí)際中僅要求滿意一致性 衡量不同階的判斷矩陣是否具有滿意一致性引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI隨機(jī)構(gòu)造500個(gè)同階的成對比較矩陣 則可得一致性指標(biāo) 隨機(jī)一致性RI的數(shù)值 一般 當(dāng)一致性比率認(rèn)為判斷矩陣A具有滿意一致性 其不一致程度在容許范圍之內(nèi) 否則要重新構(gòu)造判斷矩陣 使之具有滿意一致性 4 層次單排序 在判斷矩陣的基礎(chǔ)上 計(jì)算出某層次因素相對于上一層次中某一因素的相對重要性 這種排序稱為層次單排序 理論上看 層次單排序計(jì)算問題可歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣的最大特征根和對應(yīng)的特征向量 正互反陣最大特征值和特征向量實(shí)用算法 用定義計(jì)算矩陣的特征值和特征向量相當(dāng)困難 特別是階數(shù)較高時(shí) 成對比較矩陣是通過定性比較得到的比較粗糙的結(jié)果 對它的精確計(jì)算是沒有必要的 尋找簡便的近似方法 和法步驟 對判斷矩陣BA1 計(jì)算結(jié)果 同理可求A BA2 BA3BA4 BA5的層次單排序和一致性檢驗(yàn) 成對比較矩陣的最大特征值 表明通過了一致性驗(yàn)證 故 則 該特征值對應(yīng)的歸一化特征向量 對成對比較矩陣可以求層次總排序的權(quán)向量并進(jìn)行一致性檢驗(yàn) 結(jié)果如下 計(jì)算可知通過一致性檢驗(yàn) 確定最底層因素對于總目標(biāo)相對重要性的排序值稱為層次總排序 從最高層到最低層逐層進(jìn)行 設(shè) 對總目標(biāo)Z的排序?yàn)?的層次單排序?yàn)?層次總排序及其一致性檢驗(yàn) 層的層次總排序?yàn)?A B 層次總排序的一致性檢驗(yàn) 設(shè)層對上層 層 中因素的層次單排序一致性指標(biāo)為 隨機(jī)一致性指為 則層次總排序的一致性比率為 當(dāng)時(shí) 認(rèn)為層次總排序通過一致性檢驗(yàn) 到此 根據(jù)最下層 決策層 的層次總排序做出最后決策 例題計(jì)算表 對總目標(biāo)的權(quán)值為 4 計(jì)算層次總排序權(quán)值和一致性檢驗(yàn) 又 決策層對總目標(biāo)的權(quán)向量為 同理得 對總目標(biāo)的權(quán)值分別為 故 層次總排序通過一致性檢驗(yàn) 可作為最后的決策依據(jù) 故最后的決策應(yīng)為去桂林 又分別表示蘇杭 北戴河 桂林 即各方案的權(quán)重排序?yàn)?1 建立層次結(jié)構(gòu)模型該結(jié)構(gòu)圖包括目標(biāo)層 準(zhǔn)則層 方案層 層次分析法的基本步驟歸納如下 3 計(jì)算單排序權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn) 2 構(gòu)造成對比較矩陣 從第二層開始用成對比較矩陣和1 9尺度 對每個(gè)成對比較矩陣計(jì)算最大特征值及其對應(yīng)的特征向量 利用一致性指標(biāo) 隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗(yàn) 若檢驗(yàn)通過 特征向量 歸一化后 即為權(quán)向量 若不通過 需要重新構(gòu)造成對比較矩陣 計(jì)算最下層對最上層總排序的權(quán)向量 4 計(jì)算總排序權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn) 進(jìn)行檢驗(yàn) 若通過 則可按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)行決策 否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比率較大的成對比較矩陣 利用總排序一致性比率 3 4層次分析法的優(yōu)點(diǎn)和局限性 系統(tǒng)性層次分析法把研究對象作為一個(gè)系統(tǒng) 按照分解 比較判斷 綜合的思維方式進(jìn)行決策 成為繼機(jī)理分析 統(tǒng)計(jì)分析之后發(fā)展起來的系統(tǒng)分析的重要工具 實(shí)用性層次分析法把定性和定量方法結(jié)合起來 能處理許多用傳統(tǒng)的最優(yōu)化技術(shù)無法著手的實(shí)際問題 應(yīng)用范圍很廣 同時(shí) 這種方法使得決策者與決策分析者能夠相互溝通 決策者甚至可以直接應(yīng)用它 這就增加了決策的有效性 簡潔性具有中等文化程度的人即可以了解層次分析法的基本原理并掌握該法的基本步驟 計(jì)算也非常簡便 并且所得結(jié)果簡單明確 容易被決策者了解和掌握 該法的局限性 第一 只能從原有的方案中優(yōu)選一個(gè)出來 沒有辦法得出更好的新方案 第二該法中的比較 判斷以及結(jié)果的計(jì)算過程都是粗糙的 不適用于精度較高的問題 第三從建立層次結(jié)構(gòu)模型到給出成對比較矩陣 人主觀因素對整個(gè)過程的影響很大 這就使得結(jié)果難以讓所有的決策者接受 當(dāng)然采取專家群體判斷的辦法是克服這個(gè)缺點(diǎn)的一種途徑 4模糊綜合評價(jià)法 確定性評價(jià)方法采用一個(gè)簡單的數(shù)值作為分界線 界線兩邊截然分為不同級別比如 一級水的BOD標(biāo)準(zhǔn)為1 0mg L 二級水的標(biāo)準(zhǔn)為2 0mg L 三級水的標(biāo)準(zhǔn)為3 0mg L 如果某一實(shí)測BOD為2 1mg L 根據(jù)評價(jià)結(jié)果 為三類水 如果是1 9mg l 為二類水 實(shí)際上 1 9和2 1差很小 怎么辦 3 2模糊綜合評價(jià)法 模糊集合理論集合具有某種性質(zhì)的 確定的 彼此可以區(qū)別的事物的匯總構(gòu)成集合的事物叫集合的元素或元 通常用大寫字母ABC等表示集合 而小寫字母abc表示元 當(dāng)元a屬于集合A時(shí) 記為 當(dāng)元a不屬于集合A時(shí) 記為 3 2模糊綜合評價(jià)法 特征函數(shù)論域M上的一個(gè)普通子集A 可以這樣來表示 建立一個(gè)函數(shù)關(guān)系 對于A中的任一元素 規(guī)定一個(gè)數(shù)A x A x 為子集A的特征函數(shù) 隸屬度 3 2模糊綜合評價(jià)法 A x 可以取 0 1 區(qū)間的任何數(shù) 例如 意味著x既不是絕對地屬于A 也不是絕對地不屬于A 而是屬于A的程度為75 不屬于A的程度為25 BOD為2 1mg L的時(shí)候 隸屬二級水的程度為0 90 相應(yīng)隸屬于三級水的程度為0 10 隸屬于一級水的程度為0 BOD為1 9mg L 隸屬二級水的程度為0 90 隸屬于一級水的程度為0 10 隸屬于三級水的程度為0 3 2模糊綜合評價(jià)法 采用分段函數(shù) 逆向因子 如用a1 a2表示相鄰的兩個(gè)等級標(biāo)準(zhǔn)的界限值 且a1級別高于a2則x對a1所在等級的隸屬函數(shù)為 3 2模糊綜合評價(jià)法 X對a2所在等級的隸屬函數(shù)為 3 2模糊綜合評價(jià)法 正向因子 DO 的隸屬度X對a1所在等級的隸屬函數(shù)服從 升半梯形函數(shù) X對a2所在等級的隸屬函數(shù)服從 降半梯形函數(shù) 例題 水環(huán)境指標(biāo)BOD和DO的分級標(biāo)準(zhǔn)見表 現(xiàn)測得某水體的BOD和DO的濃度分別為4 6和4 8 求該水質(zhì)對各級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度 表BOD DO的分級標(biāo)準(zhǔn) mg L 3 2模糊綜合評價(jià)法 模糊評價(jià)步驟 3 2模糊綜合評價(jià)法 模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算 類似于普通矩陣乘法 將矩陣乘法運(yùn)算中的 號改為 號 將 號改為 號 意為兩數(shù)之中取小的 意為兩數(shù)之中取大的 矩陣的乘法 矩陣由m n個(gè)數(shù)排成的m行n列的數(shù)表 稱為m行n列矩陣 簡稱m n矩陣 記做 矩陣的乘法 注意 只有左矩陣的列數(shù)等于右矩陣的行數(shù)時(shí) 兩個(gè)矩陣才能相乘 例 已知 求AB 模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算 矩陣F與E相乘 模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算 例 某地區(qū)大氣環(huán)境及其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值見表 試進(jìn)行模糊評價(jià) 4灰色綜合評價(jià)法 基于灰色關(guān)聯(lián)度 利用各方案與最優(yōu)方案之間關(guān)聯(lián)度的大小對評價(jià)對象進(jìn)行比較 排序 關(guān)聯(lián)度分析屬于幾何處理范疇 是一種相對性的排序分析 基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密 曲線越接近 相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大 反之就越少 考慮表所示的三個(gè)數(shù)據(jù)列 圖形 的形狀與曲線1的形狀較接近 曲線 與曲線 相差較大 因此該地區(qū)對收入影響較大的是招商引資 直觀判斷幾何形狀的接近度是粗糙的 衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度大小的量化方法 4 1評價(jià)步驟 4 1評價(jià)步驟 的計(jì)算 的計(jì)算 2指標(biāo)值的規(guī)范化處理不同的量綱和數(shù)量級 不能直接比較 的計(jì)算 計(jì)算綜合評判結(jié)果 實(shí)例 某行業(yè)中 個(gè)企業(yè) 分別就其代表性產(chǎn)品的品牌 功能 質(zhì)量 包裝