一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质

技术领域

本发明涉及节水型城市综合评价技术领域，具体涉及一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质。

背景技术

基于生态环境和自然资源的逐步匮乏，对于城市用水和节水的管理越来越被社会所重视。节水型城市这个概念也渐渐进入了大众的视线。所谓节水型城市是指一个城市通过对用水和节水的科学预测和规划，调整用水结构，加强用水管理，合理配置、开发、利用水资源，形成科学的用水体系，使其社会、经济活动.所需用的水量控制在本地区自然界提供的或者当代科学技术水平能达到或可得到的水资源的量的范围内，并使水资源得到有效的保护。创建节水型城市有助于合理开发，高效利用城市水资源，提高科学用水，合理用水水平，使有限的水资源满足人民生活需要，保障城市经济和建设可持续发展。

目前，对于节水型城市的评价方法有很多，如层次分析法、蚁群投影寻踪回归模型与优劣解距离模型相结合方法、集对分析法、熵权分析法等。但上述评价方法均各有利弊。例如：

层次分析法主观性强，评价者的主观性会影响评价结果；

蚁群投影寻踪回归模型与优劣解距离模型相结合方法将指标体系的高维数据投影到一维子空间上，借助蚁群算法寻找最佳投影方向，将评价等级对应的投影值与待评价样本的投影值相比较，确定其指标权重。虽然整个评价过程无任何主观色彩。但是在基本蚁群算法中，信息素增加强度，信息启发因子等有关参数的设定都是根据经验而定的，很不准确；

集对分析法是一种能很好的用于处理不确定性问题的分析方法，并与层次分析法相结合，其评价结果综合考量了各个影响因素的直观量值，但是在评价指标体系方面进行了简化和归类，不能全面反映节水型城市的建设评价；

熵权分析法完全依赖于原始数据自身规律，计算权重进行评价，该方法相对完善成熟，但该方法缺少对客观数据的综合评价，评价指标较单一。

针对上述评价方法中主观因素和客观因素的互不相容，不难看出，现有对于节水型城市的评价方法考虑的因素并不全面，评价的并不准确。那么，如何对节水型城市进行合理、全面、准确的评价成为了亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质。用于解决节水型城市评价结果不准确的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种节水型城市的评价方法，该方法至少包括以下步骤：

S1、收集待评价城市的用水数据以及节水准则；

S2、根据所述节水准则，使用层次分析法确定主观权重；

S3、根据所述用水数据，使用熵权分析法确定客观权重；

S4、根据所述主观权重和所述客观权重，使用距离函数确定综合权重；

S5、根据所述用水数据和所述节水准则，以及预设的节水型城市评价等级，利用所述综合权重和物元可拓模型，对待评价城市进行等级评价。

于本发明的一实施例中，所述S2至少包括：

S21、根据所述节水准则，使用1-9标度法构建比较判断矩阵；

S22、将所述比较判断矩阵的列向量进行归一化处理，得到列向量矩阵；

S23、将所述列向量矩阵按行求和并归一化处理，得到归一化权重矩阵，并将所述归一化权重矩阵作为主观权重。

于本发明的一实施例中，所述S2还包括：对归一化权重矩阵使用一致性比率进行校验，校验成功，则归一化权重矩阵为主观权重，包括：

根据归一化权重矩阵，计算最大特征值；

据所述最大特征值，计算归一化权重矩阵的一致性指标；

根据平均一致性指标，计算一致性比率；

依据一致性比率，判断归一化权重矩阵是否具有一致性：当具有一致性时，将归一化权重矩阵确定为主观权重。

于本发明的一实施例中，所述S3至少包括：

S31、根据所述用水数据，构造原始判断矩阵B，

本发明还提供一种节水型城市的评价系统，所述系统至少包括：

数据收集单元，用于收集待评价城市的用水数据以及节水准则；

主观权重计算单元，用于根据所述节水准则，使用层次分析法确定主观权重；

客观权重计算单元，用于所述用水数据，使用熵权分析法确定客观权重；

综合权重计算单元，用于根据所述主观权重和所述客观权重，使用距离函数确定综合权重；

节水型城市等级评价单元，用于根据所述用水数据和所述节水准则，以及预设的节水型城市评价等级，利用所述综合权重和物元可拓模型，对待评价城市进行等级评价。

于本发明的一实施例中，所述主观权重计算单元包括：

比较判断矩阵构建模块，用于根据所述节水准则，使用1-9标度法构建比较判断矩阵；

列向量矩阵计算模块，用于将所述比较判断矩阵的列向量进行归一化处理，得到列向量矩阵；

主观权重计算模块，用于对所述列向量矩阵按行求和并归一化处理，得到归一化权重矩阵，并将所述归一化权重矩阵作为主观权重。

S32、对所述原始判断矩阵进行归一化处理，得到归一化判断矩阵；

S33、根据所述归一化判断矩阵计算评价指标的熵值；

S34、根据所述评价指标的熵值确定客观权重。

于本发明的一实施例中，所述S4至少包括：

S41、根据所述主观权重和所述客观权重，确定距离函数；

S42、根据所述距离函数，计算权重分配系数；

S43、按照所述权重分配系数，确定所述综合权重：

Z＝εW+σY，其中，Z表示综合权重，ε表示主观权重W的分配系数；σ为客观权重Y 的分配系数。

于本发明的一实施例中，所述S5至少包括：

S51、根据所述用水数据构建待评价物元矩阵，根据预设的节水型城市指标等级，构建经典域物元矩阵和节域物元矩阵；

S52、根据所述经典域物元矩阵、所述节域物元矩阵和所述待评价物元矩阵，使用关联函数计算每一个类型的所述用水数据的关联度；

S53、根据每一个类型的所述用水数据的关联度和所述综合权重，对节水型城市进行等级评价。

于本发明的一实施例中，一种节水型城市等级的评价设备，包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时如上所述一种评价节水型城市等级的方法。

于本发明的一实施例中，当所述程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述一种评价节水型城市等级的方法。

综上所述，本发明提供的一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质，通过主客观相结合的权重计算，运用物元可拓模型，方便、快速的评价节水型城市的等级，从而能够为未来年份该城市节约水资源发展趋势提供准确的辅助决策。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示为本发明一实施例中公开的一种节水型城市的评价方法的流程示意图。

图2显示为本发明一实施例中步骤S2的流程示意图。

图3显示为本发明一实施例中步骤S3的流程示意图。

图4显示为本发明一实施例中步骤S4的流程示意图。

图5显示为本发明一实施例中步骤S5的流程示意图。

图6显示为本发明一实施例中节水型城市的评价系统的原理结构示意图。

图7显示为本发明一实施例中主观权重计算单元的方框示意图。

图8显示为本发明一实施例中客观权重计算单元的方框示意图。

图9显示为本发明一实施例中综合权重计算单元的方框示意图。

图10显示为本发明一实施例中节水型城市等级评价单元的方框示意图。

附图标记

1 节水型城市的评价系统

11 数据收集单元

12 主观权重计算单元

121 原始判断矩阵构建模块

122 归一化判断矩阵计算模块

123 评价指标熵值计算模块

124 客观权重模块

13 客观权重计算单元

131 比较判断矩阵构建模块

132 列向量矩阵计算模块

133 主观权重计算模块

14 综合权重计算单元

141 距离函数确定模块

142 权重分配系数计算模块

143 综合权重计算模块

15 节水型城市等级评价单元

151 矩阵构建模块

152 关联度计算模块

153 等级评价模块

S1～S5 步骤

S21～S23 S2的步骤

S31～S34 S3的步骤

S41～S43 S4的步骤

S51～S53 S5的步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

节水型城市的等级评价均是采用指标评价体系来完成的，指标评价体系如表一所示，由目标层、准则层和指标层构成。指标层影响准则层，准则层影响目标层。并且，指标层对应有属性，属性用来决定指标层对准则层的影响关系。如表一所示，目标层为节水型城市等级评价P，表明节水型城市最终的评价等级；准则层是依据用水数据以及用水数据对节水型城市的评价等级的影响程度进行划分的，具体划分为：综合节水准则B1、农业节水准则B2、工业节水准则B3、生活节水准则B4和生态节水准则B5。指标层表示准则层中每一个指标的具体影响因素，也就是落到城市的实际用水数据。并且，指标层还对应有其属性，根据属性可以确定指标层中的各个因素，对相应的准则层的影响度。具体地，属性为正向表示指标层的数据越大，对相应准则层的影响越大；属性为负向表示指标层的数据越小，对相应准则层的影响越大。指标层的数据就是城市实际的用水数据。

表1指标评价体系表

本发明的一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质是依据表一的指标评价体系进行的节水型城市的等级评价。

如图1所示，其描述了一种节水型城市的评价方法，所述方法至少包括：

S1、收集待评价城市的用水数据以及节水准则；

需要说明的是，本发明中所提到的用水数据和节水准则都是指预设时间内，既可以是年度用水数据，也可以是月度用水数据；既可以是年度节水准则，也可以是月度节水准则。后续将不再具体进行解释说明。

节水型城市的等级评价必定以城市的实际用水情况为依据。因此，要评价城市的节水型等级，首先应当收集该城市的用水数据。用水数据分为以下几个类型：人均资源占有量 C1、万元GDP用水量C2、人均用水量C3、灌溉水有效利用系数C4、农田亩均灌溉用水量C5、万元工业增加值用水量C6、万元工业增加值用水量C7、居民生活人均用水量C8、城市用水普及率C9、地表水水功能区水质达标率C10、生活污水集中处理率C11和建成区绿化覆盖率C12等等。用水数据可以从多方获得，例如：查阅文献、问卷调研、城市水资源公报等等。在此不做具体限定。上述类型的用水数据具体可细分为：以这些数据作为依据，可以更加客观地进行节水型城市的等级评价。

进一步地，为了进行节水型城市的等级评价，还需要收集城市的节水准则，其中，节水准则就是表一中的指标标价体系中的准则层的准则，在此不再详细解释。这个节水准则，是由人为根据预设时间内，城市的具体情况所设置的，具体可以为阜阳市在2010年至2015 年期间，根据阜阳市自身的城市发展状态，以及城市居民的用水量等因素综合考量，收集到的综合节水准则、农业节水准则、工业节水准则、生活节水准则和生态节水准则五类。

S2、根据待评价城市的节水准则，使用层次分析法确定主观权重。

如图2所示，步骤S2按照如下步骤进行主观权重的确定：

S21、根据待评价城市的节水准则，即综合节水准则、农业节水准则、工业节水准则、生活节水准则和生态节水准则，使用1-9标度法构建比较判断矩阵。

在本发明一实施例中，从准则层开始，对同一层次的各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，重要程度的赋值选取表2中1～9标度法作为分数标度。通过查阅相关节水型城市资料，按照1-9标度法，确定对应数值，构造比较判断矩阵。由于在两两比较两个元素的重要性时，总是在某种准则下进行，例如准则层比较是以目标层为准则，指标层比较是以与之对应的准则层元素为准则。因此，对于某层中的n个元素，两两比较其重要性得到比较判断矩阵A＝(α

表2 1～9标度法表

例如，准则层对应的比较判断矩阵A如下：

S22，将所述比较判断矩阵的列向量进行归一化处理，得到列向量矩阵。

在本发明一实施例中，将得到的比较判断矩阵A的列向量按照公式(1)进行归一化处理，当选取第m年数据后，α

其中，

S23，将所述列向量矩阵按行求和并归一化处理，得到归一化权重矩阵W。

在本发明一实施例中，对列向量矩阵

其中，

即

将行向量矩阵

在本发明一较佳实施例中，步骤S2还包括：

步骤S24，对归一化权重矩阵使用一致性比率进行校验，校验成功，则归一化权重矩阵为主观权重。

进一步地，从用水数据到生成比较判断矩阵中的标度赋值，不可避免地有人为规定的因素在里面，因此，为了保证主观权重以及指标评价体系的可靠性，还需要对归一化权重矩阵进行一致性的校验。

一致性校验具体按照如下步骤进行：

首先，根据归一化权重矩阵，计算最大特征值：

对于归一化权重矩阵W，计算最大特征值λ

其中，(AW)

然后，根据所述最大特征值，计算归一化权重矩阵W的一致性指标CI：

最后，根据平均一致性指标RI，计算一致性比率CI，从而对归一化权重矩阵W进行一致性检验，确定所述主观权重。

其中，平均一致性指标RI是预先设置的，详见表二。CR为比较判断矩阵的一致性比率，若CR＜0.1，认为比较判断矩阵具有一致性，归一化权重矩阵W即为主观权重。若不具有一致性，则再次选择合适的准则层，构建新的比较判断矩阵，进行判断。

表3平均随机一致性指标

步骤S3，根据所述用水数据，使用熵权分析法确定客观权重：

主观权重计算完成以后，为了保证评价的客观性，还需要确定客观权重。如图3所示，包括以下步骤：

步骤S31，根据所述用水数据，构建原始判断矩阵B；

根据获得的用水数据，即指标层中的C1至C12的相关数据，构造原始判断矩阵

步骤S32，对所述原始判断矩阵进行归一化处理，得到归一化判断矩阵；

将原始判断矩阵B按照公式(6)进行无量纲化处理，根据S1中属性的判断，得到归一化矩阵的各个取值：

令归一化判断矩阵S＝(s

步骤S33，根据所述归一化判断矩阵S计算评价指标的熵值；

归一化判断矩阵S中各个指标s

其中，e

步骤S34，根据所述评价指标的熵值确定客观权重。

客观权重y

则客观权重Y＝(y

步骤S4，根据所述主观权重和所述客观权重，确定综合权重；

首先，根据步骤S2获得的主观权重和步骤S3获得的客观权重，确定距离函数d：

然后，根据所述距离函数，计算权重分配系数：

其中，ε为主观权重W的分配系数，σ为客观权重Y的分配系数。

最后，根据权重分配系统，计算综合权重z：Z＝εW+σY。

S5、根据所述待评价城市用水数据，利用所述综合权重，使用物元可拓模型，对待评价城市进行等级评价。

如图4所示，步骤S5包括：

S51、根据所述节水型城市用水数据分别构建经典域物元矩阵、节域物元矩阵和待评价物元矩阵；

在本发明一实施例中，通过问卷调查和专家打分，将节水型城市等级分为5个等级，见表4.例如，若C1指标的取值在[1100，1500)区间内，则表示等级为优秀；若C1指标的取值在[900，1100)区间内，则表示等级为良好；若C1指标的取值在[700，900)区间内，表示等级中级；若C1指标的取值在[300，700)区间内，则表示等级为初级；若C1指标的取值在[0，300)区间内，表示等级起步。

表4 节水型城市等级和分值范围对照表

根据节水型城市等级和分值范围对照表，每个等级对应建立1个经典域物元矩阵

其中，在评价指标等级为I时，a

根据经典域物元矩阵中各等级下不同特征指标量值的范围，可以写出节域物元矩阵，节域物元矩阵中各特征指标值的范围能够覆盖评价类别全体可能出现的值。即意味着对于每个特征指标，需要写出节水型等级评价中出现的上下限数值。则节域物元矩阵可表示为：

其中，在表4的所有评价指标等级中，a

根据获得每年水资源数据的数值，确定待评价物元矩阵

S52、根据所述经典域物元矩阵、所述节域物元矩阵和所述待评价物元矩阵，使用关联函数确定待评价物元的关联度；

在本发明一实施例中，使用公式(11)确定距：

其中，ρ

根据公式(11)确定的距离，使用公式(12)求解待评价物元的关联度：

其中，(12-1)表示当待评价物元矩阵中v

S53、搭建Python模型框架，根据所述待评价物元的关联度和所述综合权重，对节水型城市等级进行综合评价。

在本发明一实施例中，根据公式(13)计算综合关联度：

其中，z为综合权重，K

上面方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本发明的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该发明的保护范围内。

如图6所示，其描述了节水型城市的评价系统1的原理结构示意图。至少包括：数据收集单元11，用于收集待评价城市的用水数据以及节水准则；主观权重计算单元12，用于根据所述节水准则，使用层次分析法确定主观权重；客观权重计算单元13，用于所述用水数据，使用熵权分析法确定客观权重；综合权重计算单元14，用于根据所述主观权重和所述客观权重，使用距离函数确定综合权重；节水型城市等级评价单元15，用于根据所述用水数据和所述节水准则，以及预设的节水型城市评价等级，利用所述综合权重和物元可拓模型，对待评价城市进行等级评价。

如图7所示，所述主观权重计算单元12包括：比较判断矩阵构建模块121，用于根据所述节水准则，使用1-9标度法构建比较判断矩阵；列向量矩阵计算模块122，用于将所述比较判断矩阵的列向量进行归一化处理，得到列向量矩阵；主观权重计算模块123，用于对所述列向量矩阵按行求和并归一化处理，得到归一化权重矩阵，并将所述归一化权重矩阵作为主观权重。

如图8所示，所述客观权重计算单元13包括：原始判断矩阵构建模块131，用于根据所述用水数据，构造原始判断矩阵；归一化判断矩阵计算模块132，用于对所述原始判断矩阵进行归一化处理，得到归一化判断矩阵；评价指标熵值计算模块133，用于根据所述归一化判断矩阵计算评价指标的熵值；客观权重模块134，用于根据所述评价指标的熵值确定客观权重。

如图9所示，所述综合权重计算单元14包括：距离函数确定模块141，用于根据所述主观权重和所述客观权重，确定距离函数；权重分配系数计算模块142，用于根据所述距离函数，计算权重分配系数；综合权重计算模块143，用于按照所述权重分配系数，确定所述综合权重。

如图10所示，所述节水型城市等级评价单元15包括：矩阵构建模块151，用于根据所述节水型城市用水数据和所述节水型城市评价指标体系，分别构建经典域物元矩阵、节域物元矩阵和待评价物元矩阵；关联度计算模块152，用于根据所述经典域物元矩阵、所述节域物元矩阵和所述待评价物元矩阵，使用关联函数计算每一个类型的所述用水数据的关联度；等级评价模块153，用于根据每一个类型的所述用水数据的关联度和所述综合权重，对节水型城市等级进行综合评价。

需要说明的是，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。

此外，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本实施例还提出了一种节水型城市的评价设备，该设备包括处理器和存储器，处理器和存储器耦合，存储器存储有程序指令，当存储器存储的程序指令被处理器执行时实现上述任务管理方法。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；所述存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器可以为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)类型的内部存储器，所述处理器、存储器可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)。需要说明的是，上述的存储器 302中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

本实施例还提出一种计算机可读的存储介质，所述存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述的任务管理方法。存储介质可以是电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。存储介质还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。

综上所述，本发明提供的一种节水型城市的评价方法、系统、设备及其存储介质，通过主客观相结合的权重计算，运用物元可拓模型，方便、快速的评价节水型城市的等级，从而能够为未来年份该城市节约水资源发展趋势提供准确的辅助决策。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。