地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质技术方案

本发明专利技术属于地表水质量评价技术领域，具体涉及地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质，方法包括：选取地表水的水质评价指标；采集水质评价指标实测值；采用主观赋权法层次分析法、客观赋权法CRITIC赋权法以及投影寻踪法获得各个水质评价指标的三组权重向量；基于博弈论组合赋权法得到水质评价指标的组合权重；计算正态云模型特征参数，计算各水质评价指标的等级确定度；计算待评价水质样本的总体等级确定度，确定待评价水质样本的等级。本发明专利技术采用的CRITIC赋权法相比熵值法更具优势，它可以考虑指标变异性大小的同时兼顾指标之间的相关性，完全利用数据自身的客观属性进行科学评价，使得组合权重计算更为科学合理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质


[0001]本专利技术属于地表水质量评价
，具体涉及地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质。

技术介绍

[0002]地表水是城乡居民生活用水的重要来源，地表水水质安全关系到整个社会的发展和稳定。然而，随着工业的不断发展和人们生活水平的提高，废弃物排放量不断增加，地表水水质受到严重的污染威胁。因此，需要科学合理的水质评价方法评估水质污染状况，保证饮用水源的水质安全。
[0003]水质综合评价指标与相应标准皆具有一定的随机性和模糊性，因此还很难解决地表水水质评价问题，而云模型理论作为在模糊学基础上发展起来的一门新兴学科，可高效识别事件中的随机性和模糊性等，具有良好的普适性，已在相关学科领域成功运用，取得了较好的结果。
[0004]传统的地表水水质评价方法有单因子评价法、水质指数法、模糊综合评价法、灰色系统理论方法等，这些方法对于水质评价起到了一定的积极作用。然而，单因子评价法根据最差的单项指标水质来判定整体水质类别，存在以偏概全的缺陷和过保护问题。在水质指数法、模糊综合评价法、灰色系统理论方法中，各指标权重通常仅仅根据污染物的超标程度确定，或者经专家评审确定，考虑因素不全面，权重计算不够科学。中国授权专利技术公告号CN 102565297 B提供了基于组合权重的地表水水质评价方法，包括步骤1)首先选取实际监测水质指标中的溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、化学需氧量、五日生化需氧量、重金属铜、重金属铬、重金属铅、氰化物、氟化物、硝酸盐、挥发酚、石油类、粪大肠菌群，建立水质评价体系，然后使用主观赋权法层次分析法、客观赋权法熵值法和超标加权法获取水质指标的三组权重向量，并且使用基于理想点法的权重合成方法进行权重合成，确定水质指标的组合权重；2)将所选取的水质指作为一组证据，计算各个证据对于各水质类别的基本信任分配，然后使用基于组合权重的证据加性合成规则进行证据合成；3)根据证据合成结果，选取信任度最高的水质类别作为该水质评价类别，并根据各水质类别的信任度变化进行水质变化趋势的分析。虽然该专利技术专利采用了主观赋权法层次分析法、客观赋权法熵值法和超标加权法获取水质指标的三组权重向量，但是其没有考虑各指标之间的相关系，组合权重计算方式不够科学。
[0005]为了更加科学合理地评价地表水水质，克服传统评价方法中水质指标权重确定存在的问题，并且利用水质综合评价中的模糊性，本专利技术提出了地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了地表水质量综合评价方法、系统、电子设备和存储介质，具体技术方案如下：
[0007]地表水质量综合评价方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1，根据《地表水环境质量标准》(GB3838
‑
2002)选取地表水的水质评价指标，建立水质综合评价体系；设选取的水质评价指标有N个；
[0009]步骤S2，采集水质评价指标实测值，作为待评价水质样本，设水质样本个数为M，则待评价水质样本实测值矩阵B为：
[0010][0011]其中，b
ij
为第i个水质样本的第j个水质评价指标的实测值；i＝1,2,...,M；j＝1,2,...,N；
[0012]步骤S3，采用主观赋权法层次分析法、客观赋权法CRITIC赋权法以及投影寻踪法获得各个水质评价指标的三组权重向量；
[0013]步骤S4，基于博弈论组合赋权法对三组权重进行组合，得到水质评价指标的组合权重；
[0014]步骤S5，根据所选水质评价指标，计算正态云模型特征参数，进一步根据水质评价指标实测值计算各水质评价指标的等级确定度；
[0015]步骤S6，根据各水质评价指标的组合权重以及等级确定度，计算待评价水质样本的总体等级确定度，从而确定待评价水质样本的等级，得出评价结果。
[0016]优选地，还包括对待评价水质样本进行无量纲处理，得到待评价水质样本实测值归一化矩阵E，具体如下：
[0017]对于水质评价指标中的正向指标，采用以下公式(2)进行归一化：
[0018]e
ij
＝(b
ij
‑
b
jmin
)/(b
jmax
‑
b
jmin
)；
ꢀꢀꢀ
(2)
[0019]对于水质评价指标中的逆向指标，采用以下公式(3)进行归一化：
[0020]e
ij
＝(b
jmax
‑
b
ij
)/(b
jmax
‑
b
jmin
)；
ꢀꢀꢀ
(3)
[0021]其中，e
ij
为第i个水质样本的第j个水质评价指标的实测值b
ij
无量纲处理后的数据；b
jmax
、b
jmin
分别代表第j个水质评价指标的M个水质样本实测值中的最大值和最小值；
[0022]则得到待评价水质样本实测值归一化矩阵E如下式(4)所示：
[0023][0024]优选地，所述步骤S3中采用客观赋权法CRITIC赋权法获得各个水质评价指标的权重向量具体包括以下步骤：
[0025](1)根据待评价水质样本实测值归一化矩阵E计算第j个水质评价指标的标准差：
[0026][0027][0028]其中，表示第j个水质评价指标的M个水质样本实测值的平均值，即待评价水质样本实测值归一化矩阵E中的第j列数据的平均值；
[0029](2)计算第j个和第n个水质评价指标之间的相关系数r
j,n
：
[0030][0031]其中，σ
n
分别表示第n个水质评价指标的变异性代表值标准差，采用公式(5)计算，n＝1,2,
…
,N；COV(j,n)表示第j个和第n个水质评价指标的协方差，计算公式如下式(8)所示：
[0032][0033]其中，e
n
分别表示第n个水质评价指标的M个水质样本实测值的平均值，采用公式(6)计算；
[0034](3)计算第j个水质评价指标的冲突性代表值R
j
：
[0035][0036](4)计算第j个水质评价指标的信息量H
j
：
[0037][0038](5)根据第j个水质评价指标的信息量H
j
计算第j个水质评价指标的权重w
j
：
[0039][0040]优选地，所述步骤S3中采用投影寻踪法获得各个水质评价指标的权重向量具体包括以下步骤：
[0041](1)设a＝(a1,a2,
…
,a
N
)为水质评价指标的单位投影方向向量，则矩阵E的一维投影特征值z
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.地表水质量综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据《地表水环境质量标准》(GB3838
‑
2002)选取地表水的水质评价指标，建立水质综合评价体系；设选取的水质评价指标有N个；步骤S2，采集水质评价指标实测值，作为待评价水质样本，设水质样本个数为M，则待评价水质样本实测值矩阵B为：其中，b
ij
为第i个水质样本的第j个水质评价指标的实测值；i＝1,2,
…
,M；j＝1,2,
…
,N；步骤S3，采用主观赋权法层次分析法、客观赋权法CRITIC赋权法以及投影寻踪法获得各个水质评价指标的三组权重向量；步骤S4，基于博弈论组合赋权法对三组权重进行组合，得到水质评价指标的组合权重；步骤S5，根据所选水质评价指标，计算正态云模型特征参数，进一步根据水质评价指标实测值计算各水质评价指标的等级确定度；步骤S6，根据各水质评价指标的组合权重以及等级确定度，计算待评价水质样本的总体等级确定度，从而确定待评价水质样本的等级，得出评价结果。2.根据权利要求1所述的地表水质量综合评价方法，其特征在于，还包括对待评价水质样本进行无量纲处理，得到待评价水质样本实测值归一化矩阵E，具体如下：对于水质评价指标中的正向指标，采用以下公式(2)进行归一化：e
ij
＝(b
ij
‑
b
jmin
)/(b
jmax
‑
b
jmin
)；(2)对于水质评价指标中的逆向指标，采用以下公式(3)进行归一化：e
ij
＝(b
jmax
‑
b
ij
)/(b
jmax
‑
b
jmin
)；(3)其中，e
ij
为第i个水质样本的第j个水质评价指标的实测值b
ij
无量纲处理后的数据；b
jmax
、b
jmin
分别代表第j个水质评价指标的M个水质样本实测值中的最大值和最小值；则得到待评价水质样本实测值归一化矩阵E如下式(4)所示：3.根据权利要求2所述的所述的地表水质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤S3中采用客观赋权法CRITIC赋权法获得各个水质评价指标的权重向量具体包括以下步骤：(1)根据待评价水质样本实测值归一化矩阵E计算第j个水质评价指标的标准差：
其中，表示第j个水质评价指标的M个水质样本实测值的平均值，即待评价水质样本实测值归一化矩阵E中的第j列数据的平均值；(2)计算第j个和第n个水质评价指标之间的相关系数r
j,n
：其中，σ
n
分别表示第n个水质评价指标的变异性代表值标准差，采用公式(5)计算，n＝1,2,
…
,N；COV(j,n)表示第j个和第n个水质评价指标的协方差，计算公式如下式(8)所示：其中，分别表示第n个水质评价指标的M个水质样本实测值的平均值，采用公式(6)计算；(3)计算第j个水质评价指标的冲突性代表值R
j
：(4)计算第j个水质评价指标的信息量H
j
：(5)根据第j个水质评价指标的信息量H
j
计算第j个水质评价指标的权重w
j
：4.根据权利要求2所述的地表水质量综合评价方法，其特征在于，所述步骤S3中采用投影寻踪法获得各个水质评价指标的权重向量具体包括以下步骤：(1)设a＝(a1,a2,
…
,a
N
)为水质评价指标的单位投影方向向量，则矩阵E的一维投影特征值z
i
表示为：其中，a
j
为水质评价指标的单位投影方向向量a中第j个元素；(2)构造投影指标函数Q(a)，寻求最优投影方向向量a，具体如下：Q(a)＝S
a
·
D
a
；(13)其中，S
a
为类间距离，D
a
为类内密度；类间距离S
a
用投影特征值z
i
的方差计算，具体如下公式(14)所示：
其中，表示M个投影特征值z
i
的平均值；类内密度D
a
的计算方式如下：其中，R为估计局部散点密度的窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祖海，龙伟，张洋，沙明，李俊庆，冯志欣，潘平，陶新华，李福贺，李晟，朱淑兰，周国友，王勇，吴少鑫，唐帮群，
申请(专利权)人：中铁交通投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：