CN112766799A - 一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法 - Google Patents

Abstract

一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，包括如下步骤：①构建生态边坡方案的决策评价指标体系；②收集评价指标数据，采用广义灰数或二元定量比较方法表征评价指标值，构建原始评价矩阵；③将数据适当变换进行规范化处理，得到决策矩阵；④构建灰靶模型；⑤基于熵权法计算出各评价指标对总目标的权重，并组建权重向量；⑥利用加权欧式距离法求取靶心距；⑦对评价结果进行排序，决策出最优生态边坡方案。该方法可对滞洪区内的公路边坡的生态性、安全性、经济性方面的需求对于不同方案进行全面、有效的综合评价，且整个建模和具体应用过程简洁、算法快速、结果直观。

Description

一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法

技术领域

本发明涉及路基边坡生态防护技术领域，具体为一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法。

背景技术

在绿色公路建设过程中，边坡治理是至关重要的环节，对公路的稳定性、安全性、生态性产生重要的影响。尤其是滞洪区公路路基边坡，洪水期受到洪水的冲刷和浸泡，枯水期需要生态绿化，所需功能繁多。目前用于滞洪区公路生态边坡的方法较多，如三维植被毯、生态袋、生态混凝土砌块、喷播等，研究重点集中于生态护坡的内涵、类型、材料、功能与成本的定性描述，对于生态护坡方案的综合评价研究较少。同时生态边坡方案评价指标多具有不确定性或模糊性，存在难以量化特点，目前评价多采用层次分析法、专家打分、灰靶理论等单一方法，存在权重较难确定、主观性强、指标体系不全面等不足，故现阶段缺乏有效的方法和科学的标准来评价决策滞洪区公路生态边坡方案，需要研究一种全面、合理、有效的方法来指导滞洪区公路生态边坡方案比选全过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，该方法基于多元混合数据的熵权-灰靶理论对滞洪区内的公路边坡的生态性、安全性、经济性方面的需求对于不同方案进行全面、有效的综合评价，且整个建模和具体应用过程简洁、算法快速、结果直观，为护坡方案决策提供科学依据。

如上构思，本发明的技术方案是：一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，包括如下步骤：

(1)构建生态边坡方案评价指标体系，将经济性评价指标、技术性评价指标和社会性评价指标作为准则层；

(2)收集评价指标数据；

(3)构建原始评价矩阵A：设存在n个待评价方案，每种方案有m个评价指标，则A_i＝{a_i1,a_i2,…，a_im}为方案i的m个原始数据，a_ij表示方案i的第j个评价指标值，构成评价矩阵：

(4)对矩阵A进行规范化处理得到决策矩阵R：指标按属性分为成本型指标和效益型指标，将数据变换进行无量纲化处理，

效益型指标令

成本型指标令

因此得到规范化后的决策矩阵R为：

(5)利用决策矩阵R确定最优决策向量(靶心)，构建灰靶模型：筛选规范化决策矩阵R中最优型指标，得到最优决策向量(靶心)为：

(6)利用熵权法计算出各评价指标对总目标的权重，并组建权重向量；对于m个评价指标，n个待评价方案，第j个评价指标的熵H_j定义为：

式中：

其指标权重为：

(7)基于加权欧式距离法建立靶心距计算模型，求取各方案靶心距d_i：

(8)方案排序决策：将方案靶心距d_i从小到大排序，d_i值越高则方案越劣，d_i值越低方案越优，对生态边坡比选方案做出相应的决策。

进一步，所述步骤(1)的经济性评价指标具体包括①建设期成本，②后期维护成本两个指标。

进一步，所述步骤(1)的技术性评价指标细分为以下9个指标：①抗冲刷能力；②耐浸泡性；③防渗透性；④安全稳定系数；⑤耐久性；⑥植被覆盖率；⑦施工难易程度；⑧施工风险；⑨工期。

进一步，所述步骤(1)的社会性评价指标细分为以下3个指标：①景观性；②环境影响；③公众满意度。

进一步，所述步骤(2)针对建设期成本、后期维护成本、安全稳定系数、植被覆盖率和工期5个指标为定量指标，即准确值或区间数，设区间数(r_k)∈[a_k,b_k]，b_k≥a_k，k＝1,2，…，将(r_k)转换为(r_k)＝a_k+c_kμ的广义灰数形式，其中：c_k＝b_k-a_k，μ∈[0,1]。

进一步，所述步骤(2)针对抗冲刷能力、耐浸泡性、防渗透性、耐久性、施工难易程度、施工风险、景观性、环境影响和公众满意度9个指标为定性指标，采用二元定量比较法，设有n个方案两两比较，定义e_ij、e_ji为两个方案比较值，若两方案同样优劣水平相当，则e_ij＝e_ji＝0.5；若前者更为优越，则e_ij＝1，e_ji＝0；若后者更为优越，则e_ij＝0，e_ji＝1(i，j＝1，2，…，n)，最终得到二元比较矩阵

将E按列求和后排序，数值最高的方案与其他方案两两对比，采用“显著”、“较为”、“同等”语气算子表示优劣水平对比结果。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、本发明针对生态边坡多元混合数据不确定性决策问题，引入了广义灰数、二元定量比较方法对指标属性值进行统一表征，解决了不确定性或模糊性指标值的量化与决策问题；

2、本发明提出的熵权法和灰靶理论相结合的决策模型，客观赋予指标权重，改进了层次分析法、专家打分法、灰靶理论确定权重主观性强、评价结果片面的不足，也克服了单一评价方法体系不全面、不科学问题，加强了评价的可靠性。

总体而言，本发明整个建模和具体应用过程较为简洁、算法快速、结果直观，可为滞洪区公路生态边坡方案决策提供科学、可靠依据。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明的评价指标体系结构图；

图3是语气算子与定量标度相对隶属度关系图。

具体实施方式

为使本发明的实施的目的、技术方案等更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更加详细的补充描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种基于多元混合数据的熵权-灰靶理论滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，包括如下步骤S01-S08：

S01：构建生态边坡方案评价指标体系：边坡的稳定性是公路质量保证的重要基础，引入绿色、生态概念，形成滞洪区绿色公路工程的可持续发展统一整体。生态边坡方案的选择是一个典型的多目标决策问题，评价指标的选取应满足科学性、独立性、层次性和预测性，构建滞洪区绿色公路生态边坡综合评价指标体系，如图2所示。这里将滞洪区绿色公路生态边坡综合评价作为总目标，以经济性评价、技术性评价、社会性评价三方面作为准则层，其后形成定性、定量具体指标14项。

经济性评价指标主要体现为在最低成本下实现最优效益。在经济性评价中应充分考虑生态边坡全寿命周期内的建设成本、后期维护成本等因素，实现绿色生态效益增加，造价不提升的目标，具体包括①建设期成本，②后期维护成本两个指标。

技术性评价指标主要反映生态边坡的设计理念、防护效果、施工复杂程度等方面。修建在滞洪区的公路，行洪时在洪水的冲刷、浸泡作用下，易遭受严重的水损害，破坏路基整体结构，因此滞洪区内边坡防护需要具备抗冲刷、耐浸泡、防渗透、安全耐久等特性。随着绿色公路建设理念的发展，边坡防护还需考虑与周边自然环境的和谐统一，具有一定的生态性。此外生态边坡防护结构的施工难易程度、施工风险以及施工周期也是影响方案决策的重要因素。故技术性评价指标可以细分为以下9个指标：①抗冲刷能力；②耐浸泡性；③防渗透性；④安全稳定系数；⑤耐久性；⑥植被覆盖率；⑦施工难易程度；⑧施工风险；⑨工期。

社会性评价指标主要体现在护坡形式及植被栽种设计是否美观，材料的环保性能及施工期、运营期对周围环境的扰动及破坏，公众对于护坡形式的满意程度等方面。故社会性评价指标可以细分为以下3个指标：①景观性；②环境影响；③公众满意度。

通过上述评价指标体系可以有针对性地对滞洪区内公路生态边坡进行综合、全面的评价。

S02：收集数据，采用不同方式表征指标评价值：生态边坡决策问题属于多元混合数据不确定性决策问题，各指标蕴含的意义、量纲以及性质各不相同，需要将原始属性值转化为一致效果测度，便于科学、合理比较决策方案优劣。如建设期成本、后期维护成本、安全稳定系数、植被覆盖率、工期5个指标为定量指标，一般为准确值或区间数。设区间数(r_k)∈[a_k,b_k]，b_k≥a_k，k＝1,2，…，可将(r_k)转换为(r_k)＝a_k+c_kμ的广义灰数形式，其中：c_k＝b_k-a_k，μ∈[0,1]。而抗冲刷能力、耐浸泡性、防渗透性、耐久性、施工难易程度、施工风险、景观性、环境影响、公众满意度9个指标为定性指标，较难用准确值或者区间数表示。因此，对于不同生态护坡方案在同一定性指标下的比较，可以采用二元定量比较法。设有n个方案两两比较，定义e_ij、e_ji为两个方案比较值，若两方案同样优劣水平相当，则e_ij＝e_ji＝0.5；若前者更为优越，则e_ij＝1，e_ji＝0；若后者更为优越，则e_ij＝0，e_ji＝1(i，j＝1，2，…，n)。最终得到二元比较矩阵

将E按列求和后排序，数值最高的方案与其他方案两两对比，采用“显著”、“较为”、“同等”等语气算子表示优劣水平对比结果。图3为语气算子与定量标度的对应关系，可将定性指标转为定量评价值及相对隶属度。

S03：构建评价矩阵：设存在n个待评价方案，每种方案有m个评价指标，则A_i＝{a_i1,a_i2,…，a_im}为方案i的m个原始数据，通过步骤(2)两种方式得到定性、定量指标值用a_ij(方案i的第j个评价指标值)表示，构成评价矩阵：

S04：对矩阵A进行规范化处理得到决策矩阵：根据图2，在本发明公开的滞洪区绿色公路生态边坡综合评价体系中建设期成本、后期维护成本、施工难易程度、施工风险、工期、环境影响6个指标为值越小越优越的成本型指标；抗冲刷能力、耐浸泡性、防渗透性、安全稳定系数、耐久性、植被覆盖率、景观性、公众满意度8个指标为值越大越优越的效益型指标。为消除不同量纲对决策结果的影响，对评价矩阵A进行处理，方法如下：效益型指标令

成本型指标令

得到规范化处理决策矩阵

S05：构建灰靶模型，确定最优决策向量(靶心)：选取规范化决策矩阵R中最优型指标。其中效益型指标对应的最高值为最优，即

成本型指标对应的最低值为最优，即

得到最优决策向量(靶心)为：

S06：利用熵权法确立评价指标权重：对于m个评价指标，n个待评价方案，第j个评价指标的熵H_j可定义为：

式中：

其指标权重为：

各指标权重形成的矩阵

S07：基于加权欧式距离法建立靶心距计算模型，求取各方案靶心距：

S08：方案排序决策：将方案靶心距d_i从小到大排序，d_i值越高则方案越劣，d_i值越低方案越优，决策出最优滞洪区公路生态边坡方案。

本发明有效克服了传统评估单一方法的片面性，弱化了指标权重选取的主观性，增强了评价体系的科学性和可靠性。针对滞洪区的公路生态边坡建立评价体系，弥补了国内目前针对滞洪区公路生态边坡评价研究的空白，为类似情况下生态边坡方案决策提供了有利支撑。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)构建生态边坡方案评价指标体系，将经济性评价指标、技术性评价指标和社会性评价指标作为准则层；

(2)收集评价指标数据；

(3)构建原始评价矩阵A：设存在n个待评价方案，每种方案有m个评价指标，则A_i＝{a_i1,a_i2,…，a_im}为方案i的m个原始数据，a_ij表示方案i的第j个评价指标值，构成评价矩阵：

(4)对矩阵A进行规范化处理得到决策矩阵R：指标按属性分为成本型指标和效益型指标，将数据变换进行无量纲化处理，

效益型指标令

成本型指标令

因此得到规范化后的决策矩阵R为：

(5)利用决策矩阵R确定最优决策向量(靶心)，构建灰靶模型：筛选规范化决策矩阵R中最优型指标，得到最优决策向量(靶心)为：

(6)利用熵权法计算出各评价指标对总目标的权重，并组建权重向量；对于m个评价指标，n个待评价方案，第j个评价指标的熵H_j定义为：

式中：

其指标权重为：

(7)基于加权欧式距离法建立靶心距计算模型，求取各方案靶心距d_i：

(8)方案排序决策：将方案靶心距d_i从小到大排序，d_i值越高则方案越劣，d_i值越低方案越优，对生态边坡比选方案做出相应的决策。

2.根据权利要求1所述的一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：所述步骤(1)的经济性评价指标具体包括①建设期成本，②后期维护成本两个指标。

3.根据权利要求1所述的一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：所述步骤(1)的技术性评价指标细分为以下9个指标：①抗冲刷能力；②耐浸泡性；③防渗透性；④安全稳定系数；⑤耐久性；⑥植被覆盖率；⑦施工难易程度；⑧施工风险；⑨工期。

4.根据权利要求1所述的一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：所述步骤(1)的社会性评价指标细分为以下3个指标：①景观性；②环境影响；③公众满意度。

5.根据权利要求2或3所述的一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：针对建设期成本、后期维护成本、安全稳定系数、植被覆盖率和工期5个指标为定量指标，即准确值或区间数，设区间数(r_k)∈[a_k,b_k]，b_k≥a_k，k＝1,2，…，将(r_k)转换为(r_k)＝a_k+c_kμ的广义灰数形式，其中：c_k＝b_k-a_k，μ∈[0,1]。

6.根据权利要求3或4所述的一种滞洪区绿色公路生态边坡综合评价方法，其特征在于：针对抗冲刷能力、耐浸泡性、防渗透性、耐久性、施工难易程度、施工风险、景观性、环境影响和公众满意度9个指标为定性指标，采用二元定量比较法，设有n个方案两两比较，定义e_ij、e_ji为两个方案比较值，若两方案同样优劣水平相当，则e_ij＝e_ji＝0.5；若前者更为优越，则e_ij＝1，e_ji＝0；若后者更为优越，则e_ij＝0，e_ji＝1(i，j＝1，2，…，n)，最终得到二元比较矩阵

将E按列求和后排序，数值最高的方案与其他方案两两对比，采用“显著”、“较为”、“同等”语气算子表示优劣水平对比结果。

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