一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法技术

本发明专利技术公开了一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法，步骤1：构建城市污水管道实际健康度评价的多层指标体系，综合考虑城市污水管道的健康状态因素、工况因素、社会及环境因素，并在指标层中，考虑将水力模型模拟结果纳入健康度评价体系，这是以往被忽略的关键影响因子；步骤2：采用AHP初始权重和DEMATEL影响权重的组合模型来确定综合权重；步骤3：通过FCE方法确定每根污水管道实际健康状态等级。本发明专利技术构建更为全面的城市污水管道实际健康度评价指标体系，AHP和DEMATEL组合模型定权解决纳入水力模型模拟结果带来的权重复算问题；采用FCE综合评价每根污水管道的实际健康度等级，评价结果可反映当前健康等级低的污水管道。道。道。

【技术实现步骤摘要】
一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法

：
[0001]本专利技术涉及城市污水管道实际健康度多指标评价体系及方法，尤其涉及结合AHP
‑
DEMATEL和FCE法的城市污水管道实际健康状态多指标评价方法。

技术介绍
：
[0002]城市污水管网系统担负着收集和转输城市污水的重任，是保障城市水环境质量、城市安全运行的重要基础设施。近年来，随着城市化水平的提高和人口激增，其建设和管理的重要性显著增加。然而经年使用，由于各种因素的影响更易导致管道结构损伤、性能退化、堵塞、渗漏等问题。这类问题会导致污水甚至有害物质排放到环境中，严重威胁环境、基础设施、人类的健康状况。城市污水管道的日常修复与养护可以有效延长管道使用寿命，降低市政基础设施运营成本。开展城市污水管道健康评价可以全面评估污水管道的实际健康状态，包括管道的老化程度、损坏情况、安全性能等方面，识别需要紧急关注的管道，为确定城市污水管道维护优先次序和维护方案提供支撑。
[0003]一种排水系统健康性综合评价方法(公开号：CN 115204688 A)通过对研究对象的多源数据进行深度学习、挖掘与建模得出评价城市排水系统的健康性指标，结合综合权重，综合评价出城市排水系统的健康性，但整体的评估对城市管网日常的养护修复的参考性不强。
[0004]一种基于物联网技术的市政管网健康度在线监测系统(公开号：CN 115574266 A)是在预埋管道外部安装管路泄露检测器，内部安装压力检测装置，实时监测管路中数据异常情况及时抢修，但是在实际操作过程中，可操作性差且预算超支。对现有研究的回顾表明，城市污水管道健康度评价仍缺乏成熟完善的评价指标体系，评价体系缺少管道重要的水力状态子指标。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术针对城市污水管道实际健康状态的评价问题，构建更为综合且全面的多指标评价体系，创新性地纳入水力模型模拟结果子指标，这是以往被忽略的重要水力状态指标；然后，针对评估指标之间存在的相互影响关系，提供一种结合AHP
‑
DEMATEL定权的方法，识别关键子指标，解决评价指标存在的相互影响关系引入的权重复算问题；最后，针对以往研究中等级划分截断值设置的不合理性，提出适用于城市污水管道实际健康状态相关定量指标的隶属函数，采用FCE方法全面评估每根污水管道的健康状态等级，评价结果可反映当前健康等级低的污水管道，为确定片区内污水管道的维护优先次序提供新思路。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法，包括如下步骤：
[0008]S1：城市污水管道实际健康状态评价指标体系的构建：选取评估城市污水管道实际健康状态的关键影响因子，建立层次型指标体系；
[0009]S2：评价指标权重的确定：通过AHP确定各指标的初始权重，通过DEMATEL计算各指
标的“四度”，确定影响权重，结合初始权重与影响权重，得到各评价指标的综合权重；
[0010]S3：水力模型的构建：采用SWMM或InfoWorks ICM等模型软件，构建城市污水管网水力模型，模型应通过实际监测数据的率定和验证，得到城市污水管网实际健康状态的重要水力状态指标，如负荷状态、流速等；
[0011]S4：每根污水管道实际健康状态等级的确定：采用FCE，通过三角形及梯形隶属函数确定部分定量评价指标的隶属度，结合隶属度矩阵R与综合权重矩阵W结果，依据最大隶属度原则得到每根污水管道的实际健康状态等级。
[0012]进一步地，本专利技术的步骤S1中的建立层次型指标体系的具体方法为：
[0013]选取对城市污水管道健康状况关联最大的25个影响因子，建立层次型指标体系，将污水管道健康度评价指标体系划分为目标层，准则层和指标层。目标层为污水管道的实际健康状态A1，准则层综合考虑污水管网健康状态因素B1、工况因素B2、社会环境因素B3。
[0014]进一步地，将3个准则层细化形成对应的指标层，基于管网检测数据评价管网的健康状态因素B1，其中结构性缺陷C1，考虑腐蚀D1、破裂D2、变形D3、错口D4、脱节D5、侵入D6、渗漏D7；功能性缺陷C2，考虑积泥D8、结垢D9、杂物D
10
、洼水D
11
、封堵D
12
、树根D
13
；基于物理属性与运行状态评价的工况因素B2，其中管道基础属性C3，考虑管径D
14
、管长D
15
、管龄D
16
、管材D
17
、坡度D
18
、埋深D
19
；管道水力结果C4，考虑负荷状态D
20
、流速D
21
；基于管网所处的社会及环境因素评价的社会环境因素B3，其中社会环境C5，考虑管道功能D
22
、承压负荷D
23
；环境因素C6，考虑土壤类型D
24
、地下水位D
25
。
[0015]进一步地，本专利技术的步骤S2中的综合权重W确定的具体方法为：
[0016]1、应用AHP确定各指标的初始权重W1：
[0017]①
基于专家打分，对同层元素运用1～9标度法，得出比较标度(a
ij
)
n
×
n
，构建判断矩阵A
ij
，其中a
ij
是指a
i
(i＝1,2,3,
…
,n)对a
j
(j＝1,2,3,
…
,n)的重要程度；
[0018]②
计算判断矩阵的最大特征向量λ
max
，且通过一致性检验：
[0019]平均随机一致性指标值RI
[0020]n123456789101112131415RI000.520.891.121.261.361.411.461.491.521.541.561.581.59
[0021][0022][0023]式中：CI：一致性指标；RI：随机一致性指标；CR：随机一致性比率，若CI<0.1，则通过一致性检验，否则需重新调整该判断矩阵，直到一致性检验通过即可。
[0024]③
对判断矩阵进行归一化处理，采用算数平均法获得初始权重向量式中其中i＝1,2,
…
,n，n均为矩阵中因素的个数。
[0025]2、应用DEMATEL法确定各指标的影响权重W2：
[0026]①
构建直接影响矩阵G。设系统S有n个指标，即S＝(S1,S2,
…
,S
n
)，定义0～4分别表示两指标之间相互影响程度，对不同指标分别进行两两比较，从而确定各指标之间的直接
影响矩阵G＝(g
ij
)
n
×
n
，其中g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法，其特征在于，包括：1)识别城市污水管道实际健康状态的关键影响因子，构建综合且全面的城市污水管道实际健康度的多层评价指标体系；所述的城市污水管道实际健康度多层评价指标体系，综合考虑污水管网的健康状态因素、工况因素、社会及环境因素，并将水力模型模拟结果纳入健康度评价体系；2)评价模型采用AHP初始权重和DEMATEL影响权重来确定各评价指标的综合权重；3)采用FCE模型，基于每根污水管道的隶属度矩阵和综合权重矩阵，依据最大隶属度原则得到每根污水管道实际健康状态等级；具体步骤如下：S1：城市污水管道实际健康评价指标体系的构建：选取评估城市污水管道实际健康状态的关键影响因子，建立层次型指标体系，将污水管道实际健康度评价指标体系划分为目标层，准则层和指标层；目标层为污水管道的实际健康状态A1，准则层综合考虑健康状态因素B1、工况因素B2、社会环境因素B3；将3个准则层细化形成对应的指标层，基于管网CCTV检测数据评价管网的健康状态因素B1，其中结构性缺陷C1，考虑腐蚀D1、破裂D2、变形D3、错口D4、脱节D5、侵入D6、渗漏D7；功能性缺陷C2，考虑积泥D8、结垢D9、杂物D
10
、洼水D
11
、封堵D
12
、树根D
13
；基于物理属性与运行状态评价的工况因素B2，其中管道基础属性C3，考虑管径D
14
、管长D
15
、管龄D
16
、管材D
17
、坡度D
18
、埋深D
19
；管道水力结果C4，考虑负荷状态D
20
、流速D
21
；基于管网所处的社会及环境因素评价的社会环境因素B3，其中社会环境C5，考虑管道功能D
22
、承压负荷D
23
；环境因素C6，考虑土壤类型D
24
、地下水位D
25
；S2：评价指标权重的确定：通过AHP确定各指标的初始权重，通过DEMATEL计算各指标的“四度”，确定影响权重，结合初始权重与影响权重，得到各评价指标的综合权重；S3：水力模型的构建：采用SWMM或InfoWorks ICM模型软件，构建城市污水管网水力模型，模型应通过实际监测数据的率定和验证，得到城市污水管网实际健康状态的重要水力状态指标；S4：每根污水管道实际健康状态等级的确定：采用FCE，通过三角形及梯形隶属函数确定部分定量评价指标的隶属度，结合隶属度矩阵R与综合权重矩阵W结果，依据最大隶属度原则得到每根污水管道实际健康状态等级。2.根据权利要求1所述的一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法，其特征在于，2)中AHP确定指标的初始权重，具体方法为，基于专家打分，对同层元素运用1～9标度法，得出比较标度(a
ij
)
n
×
n
，构建判断矩阵A
ij
，其中a
ij
是指a
i
(i＝1,2,3,
…
,n)对a
j
(j＝1,2,3,
…
,n)的重要程度；计算判断矩阵的最大特征向量λ
max
，且通过一致性检验CI＝(λ
max
‑
n)/(n
‑
1)；对判断矩阵进行归一化处理，采用算数平均法获得初始权重向量式中其中i＝1,2,
…
,n，n均为矩阵中因素的个数。3.根据权利要求2所述的一种城市污水管道实际健康度多指标评价方法，其特征在于，2)中DEMATEL确定指标的影响权重，具体方法为，设系统S有n个指标，即S＝(S1,S2,
…
,S
n
),g
ij
表示指标S
i
对指标S
j
的直接影响程度，从而确定各指标之间的直接影响矩阵G＝(g
ij
)
n
×
n
，
对矩阵G进行规范化处理得到矩阵X，并构造综合影响矩阵T；根据矩阵T分别计算第i个指标的影响度f
i
和被影响度e

【专利技术属性】
技术研发人员：周晋军，庞亚莉，王昊，唐颖，杜伟，
申请(专利权)人：北京城市学院，
类型：发明
国别省市：