考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，该方法包括如下步骤：构建水库群防洪调度方案的指标体系；采用相关性分析方法衡量指标体系中各个指标之间的相关性程度，采用主成分分析法将所述指标体系转化为各指标之间相互独立的新指标体系，降低原指标体系的维度；采用改进的熵权法计算新指标体系中各指标的权重；将新指标体系及其权重作为优劣解距离法的输入，分析各调度方案的优劣程度。本发明专利技术考虑了指标相关性对方案筛选的影响，并将研究对象从单一水库拓展到了水库群，能够有效地解决方案选择中的指标相关性问题，并降低指标体系的维度，为指标存在相关性条件下的水库群防洪调度方案优选提供了有力工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及洪水调度技术，尤其是一种水库群防洪调度方案的优选方法。
技术介绍
水库群防洪调度是通过水库之间的配合以实现防洪减灾目标的重要非工程措施，与社会、经济、自然、生态等因素密切相关。目前较为普遍的做法是通过防洪调度模型生成一组可行的方案集，由决策者从中选择一个综合权衡各个目标效益的满意方案付诸决策。水库群防洪调度决策是一个多目标、多属性、多层次、多阶段的复杂决策过程。同时，实时防洪调度又是一个不可逆的实时动态校正过程，因此科学、准确地选择水库群防洪调度方案具有重要的理论意义和实用价值。现有的方法有多种，主要包括有常规方法(Delphi法、功效系数法等)、多元统计方法(聚类分析法、判别分析法等)、运筹方法(DEA法、AHP法等)以及智能化决策方法(蒙特卡洛方法、人工神经网络法等)。上述方法主要的缺点是：一是没有考虑指标相关性对决策结果的影响；二是现有方法仅针对单一水库，而未考虑流域水库群的情景。
技术实现思路
专利技术目的：一个目的是提供一种考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，以解决现有技术存在的上述问题。技术方案：一种考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，包括如下步骤：步骤1.构建水库群防洪调度方案的指标体系；步骤2.采用相关性分析方法衡量指标体系中各个指标之间的相关性程度，采用主成分分析法将所述指标体系转化为各指标之间相互独立的新指标体系，降低原指标体系的维度；步骤3.采用改进的熵权法计算新指标体系中各指标的权重，步骤4.将新指标体系及其权重作为优劣解距离法的输入，分析各调度方案的优劣程度。在进一步的实施例中，步骤1中的指标体系包括：目标层，用于确定最终评价方向，即以最优的水库群防洪调度方案为该目标层的指标；准则层，用于确立评价过程中需要遵循的各项准则，包括水库防洪安全准则和防洪对象安全准则；指标层，用于反映准则层的具体内容，即评价过程中需要采用的评价指标；其中，水库防洪安全准则层包括调洪最高水位(Zmax)、调度期末水位(Ze)和占用防洪库容比例(Rv)；防洪对象安全准则层包括防洪点最大流量(Qmax)、防洪点超过安全泄量的历时(T)和防洪点超额洪量(W)。优选的，所述步骤1进一步为：基于指标体系，构造指标数据矩阵X，X=x11...x1n......xm1...xmn]]>式中，xij为第i个防洪调度方案的第j个指标的计算值，其中，i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n，该指标体系包含n个参评指标，有m个待评价的水库群防洪调度方案,m,n为自然数。优选的，所述步骤2进一步为：步骤21.标准化所述指标系数矩阵，以消除指标之间量纲差异的影响；xij*=xij-xj‾σj]]>式中，xij和xij*分别为原始指标计算值和标准化值，和σj分别为第j个指标的均值和标准差；步骤22.计算相关矩阵R，R＝(rij)n×n，rij=Σk=1m(xki-xi‾)(xkj-xj‾)Σk=1m(xki-xi‾)2Σk=1m(xkj-xj‾)2,]]>式中，xki和xkj分别为第k个调度方案的第i、j个指标计算值；和分别为第i、j个指标数据的平均值；步骤23.计算所述相关矩阵R的特征值和特征向量，所述特征值为λ1，λ2，…，λn，所述特征向量为e1，e2，…，en；将特征值降序排列，并相应调整特征向量的顺序；步骤24.计算累计方差贡献率Em，并根据累计方差贡献率Em的阈值，提出前p个主成分；Em=Σj=1pλj/Σi=1nλi,]]>其中，1≤p≤n；步骤25.计算主成分荷载Zm，Zm=Σj=1mΣi=1neijxij*,]]>式中，eij为荷载系数；步骤26.通过标准化的指标系数求出各主成分的得分值，得到新指标数据矩阵；Y1=ϵ11X1+ϵ12X2+...+ϵ1nXnY2=ϵ21X1+ϵ22X2+...+ϵ2nXn...Yp=ϵp1X1+ϵp2X2+...+ϵpnXn,]]>式中，Xi为第i个原始指标，i＝1，2，…，n；εij为各指标的得分系数，i＝1，2，…，p；j＝1，2，…，n；Y1、Y2、…、Yp分别为提取出的第1、第2、…、第p主成分。优选的，所述步骤3中采用改进的熵权法计算新指标体系中各指标权重的过程进一步为：步骤31.标准化新指标数据矩阵Y＝(yij)m×p，yij*=(yij-yjmin)/(yjmax-yjmin)yij*=(yimax-yij)/(yjmax-yjmin),]]>式中，yij和yij*分别为综合指标计算值和标准化值；yjmax和yjmin分别为第j个综合指标的最大值和最小值；步骤32.计算各评价指标的熵值，其中计算第j个评价指标的熵值Hj的过程为；Hj=-1lnmΣi=1mfijlnfij,fij=yij*/Σi=1myij*,]]>式中，当fij＝0时，取lnfij＝0，步骤33.利用所述熵值计算评价指标的熵权，其中j个评价指标的熵权wj通过以下公式计算；wj=Σs=1nHs+1-2HjΣl=1n(Σs=1nHs+1-2Hl),]]>通过上述步骤，求得p个综合指标的权重向量为E＝(w1,w2,…,wp)。优选的，所述步骤4进一步为：步骤41.标准化新指标数据矩阵Y＝(yij)m×p，得到标准化决策矩阵Z＝(zij)m×p，zij=yijΣi=1myij2;]]>步骤42.将所述标准化决策矩阵Z＝(zij)m×p和权重向量E＝[w1,w2,…,wp]相乘，得到加权决策矩阵B＝(bij)m×p，其中bij＝zij·wj，wj为第j个指标的权重；步骤43.确定正理想解方案S+＝[s1+,s2+,…,sp+]和负理想方案S-＝[s1-,s2-,…,sp-]，sj+=max1≤i≤m{bij本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.构建水库群防洪调度方案的指标体系；步骤2.采用相关性分析方法衡量指标体系中各个指标之间的相关性程度，采用主成分分析法将所述指标体系转化为各指标之间相互独立的新指标体系，降低原指标体系的维度；步骤3.采用改进的熵权法计算新指标体系中各指标的权重；步骤4.将新指标体系及其权重作为优劣解距离法的输入，分析各调度方案的优劣程度。

【技术特征摘要】
1.一种考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，其特征在于，包括如下步
骤：
步骤1.构建水库群防洪调度方案的指标体系；
步骤2.采用相关性分析方法衡量指标体系中各个指标之间的相关性程度，采用主
成分分析法将所述指标体系转化为各指标之间相互独立的新指标体系，降低原指标体系
的维度；
步骤3.采用改进的熵权法计算新指标体系中各指标的权重；
步骤4.将新指标体系及其权重作为优劣解距离法的输入，分析各调度方案的优劣
程度。
2.如权利要求1所述的考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，其特征在
于，步骤1中的指标体系包括：
目标层，用于确定最终评价方向，即以最优的水库群防洪调度方案为该目标层的指
标；
准则层，用于确立评价过程中需要遵循的各项准则，包括水库防洪安全准则和防洪
对象安全准则；
指标层，用于反映准则层的具体内容，即评价过程中需要采用的评价指标；
其中，水库防洪安全准则层包括调洪最高水位(Zmax)、调度期末水位(Ze)和占用
防洪库容比例(Rv)；防洪对象安全准则层包括防洪点最大流量(Qmax)、防洪点超过安
全泄量的历时(T)和防洪点超额洪量(W)。
3.如权利要求2所述的考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，其特征在
于，所述步骤1进一步为：
基于指标体系，构造指标数据矩阵X，
X=x11...x1n......xm1...xmn]]>式中，xij为第i个防洪调度方案的第j个指标的计算值，其中，i＝1，2，…，m；j＝1，
2，…，n，该指标体系包含n个参评指标，有m个待评价的水库群防洪调度方案。
4.如权利要求3所述的考虑指标相关性的水库群防洪调度方案优选方法，其特征在
于，所述步骤2进一步为：
步骤21.标准化所述指标数据矩阵，以消除指标之间量纲差异的影响；
xij*=xij-xj‾σj]]>式中，xij和xij*分别为原始指标计算值和标准化值，和σj分别为第j个指标的均
值和标准差；
步骤22.计算相关矩阵R，
R＝(rij)n×n，
rij=Σk=1m(xki-xi‾)(xkj-xj‾)Σk=1m(xki-xi‾)2Σk=1m(xkj-xj‾)2,]]>式中，xki和xkj分别为第k个调度方案的第i、j个指标计算值；和分别为第i、
j个指标数据的平均值；
步骤23.计算所述相关矩阵R的特征值和特征向量，所述特征值为λ1，λ2，…，λn，
所述特征向量为e1，e2，…，en；将特征值降序排列，并相应调整特征向量的顺序；
步骤24.计算累计方差贡献率Em，并根据累计方差贡献率Em的阈值，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱非林，钟平安，陈娟，张宇，刘强，刘畅，汪曼琳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32