CN113780653A - 一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及输电线路路径方案评估技术领域，提供了一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法，结合输电线路建设过程中和建成后对各社会以及自然各方面的影响，构建了影响方案优选的指标体系，运用基于COWA算子的三角模糊层次分析法实现各层次指标权重值的确定，利用云物元理论，根据综合等级关联度确定方案的评价等级结果，进而更具科学性、全面性及合理性地进行输电线路路径方案优选。所以本发明在综合考虑专家对各影响因素重要性的判断中存在的不确定性，以及可获得信息的不完整与模糊性的基础上，建立输电线路路径方案优选的云物元模型。

Description

一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法
技术领域
本发明涉及输电线路路径方案评估技术领域，具体涉及一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法。
背景技术
输电线路设计是一项包含了路径选择、杆塔定位、电气设计等多个设计工作的系统工程，其中，路径选择是整个线路设计的基础，路径方案优选直接关系整个工程的造价、施工和安全。随着社会的进步和管理科学的发展，在可行性研究阶段进行输电线路路径方案优选是节约投资，保证项目顺利建设、投运的关键环节，它是一项综合性的系统工程，涉及发展策划、基建、设计、建管、运维等多部门和单位，其中相关因素相互交错，早已不再是依据某个单一的准则进行，而是变得更为复杂，不得不考虑多种相互制约和相互联系的因素或准则。除了需要考虑线路长度等经济性因素外，还要考虑输电线路沿线的地形、地质、人为建筑、公路等自然和社会因素，一旦决策失误会严重阻碍项目的顺利实施，因此，在电网建设过程中，用科学的方法选出最优的路径方案是十分必要的。
目前有关于选择输电线路路径方案的研究存在两方面的问题，一是指标权重计算受主观影响严重，评判标度过于单一和僵化，对人的认知不确定性考虑不全；二是计算理论不能全面反映影响方案的各选择因素之间的关系，不能明显体现各方案的优劣程度。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法。
本发明提供了一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤S1，构建多层次的输电线路路径方案优选指标体系，其中，输电线路路径方案优选指标体系中包括一级评价指标，一级评价指标均包含二级评价指标；步骤S2，采用基于COWA算子的三角模糊层次分析法确定输电线路路径方案优选指标模型中全部评价指标的权重值；步骤S3，设置若干个适宜建设性定量等级，根据若干个适宜建设性定量等级对数个二级评价指标进行适宜建设性定量分级，得到数个分级量化后的二级评价指标；步骤S4，利用德尔菲法得到分别得到多个备选方案中的二级评价指标的建设适宜值；步骤S5，划分方案建设适宜性等级；步骤S6，将方案建设适宜性等级作为待评价目标层物元，即总物元，将一级评价指标作为准则层物元，并确定待评价物元的节域和经典域；步骤S7，根据节域和经典域实现区间评价数值到标准云的转化；步骤S8，计算并得到数个二级评价指标关于适宜建设性定量等级的关联度，并根据步骤S2中得到全部评价指标的权重值计算得到待评价物元与若干个适宜建设性定量等级的准则层关联度；步骤S9，计算并得到待评价目标层物元与若干个适宜建设性定量等级的关联度，作为总物元关联度，根据最大隶属度原则，确定备选方案的方案建设适宜性等级，从而得出最优方案。
在本发明提供的基于云物元的输电线路路径方案优选方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S8中，通过如下公式计算二级评价指标关联度：
Figure BDA0003249740800000031
式中，x表示备选方案中待评价的二级评价指标的适宜建设性定量值，Ex表示期望值，E′n表示通过云物元模型中的熵和超熵生成的正态随机数，超熵的取值为0.008。
在本发明提供的基于云物元的输电线路路径方案优选方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S8中，通过如下公式计算准则层关联度：
Figure BDA0003249740800000032
式中：n为各准则对应的二级指标个数，W代表适宜建设性等级类别，FW(Ri)代表第i个二级评价指标关于W的关联度，FW(Iip)代表第i个要评价的准则层物元所包含的第ip个二级评价指标关于W的关联度，wip代表该二级指标关于第i个待评价的准则层物元的权重。
在本发明提供的基于云物元的输电线路路径方案优选方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S9中，通过如下公式计算总物元关联度：
Figure BDA0003249740800000033
式中，W代表适宜建设性等级类别，FW(R)代表待评价目标层物元关于W的关联度，FW(Ii)代表第i个待评价的准则层物元关于W的关联度，wi代表该一级评价指标关于总物元的权重，取关联度最大值作为待评价目标层物元R最终的建设适宜性等级W。
在本发明提供的基于云物元的输电线路路径方案优选方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S1中，输电线路路径方案优选指标体系有3层，第1层为方案的综合评价目标；第2层为准则层，即一级指标层；第3层为准则层对应的二级具体评价指标层。多个一级评价指标包括工程建设指标、运行安全指标、社会协调指标以及生态保护指标，工程建设指标包括的二级评价指标为路径长度、本体投资、曲折系数、地形地质、交通状况、交叉跨越以及气象条件，运行安全指标包括的二级评价指标为运行可靠性、运维费用以及运维难度，社会协调指标包括的二级评价指标为土地协调难度、占用地情况以及对规划的影响，生态保护指标包括的二级评价指标为电磁干扰影响、水保影响、雷电影响以及保护区影响。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，因为结合输电线路建设过程中和建成后对各社会以及自然各方面的影响，构建了影响方案优选的指标体系，运用基于COWA(combination ordered weighted averaging)算子的三角模糊层次分析法实现各层次指标权重值的确定，利用云物元理论，根据综合等级关联度确定方案的评价等级结果，进而更具科学性、全面性及合理性地进行输电线路路径方案优选。所以本发明在综合考虑专家对各影响因素重要性的判断中存在的不确定性，以及可获得信息的不完整与模糊性的基础上，建立输电线路路径方案优选的云物元模型，解决了选择输电线路路径方案中评判标度僵化以及不能明显体现个方案的优劣的问题。
附图说明
图1是本发明的实施例中基于云物元的输电线路路径方案优选方法的流程图；
图2是本发明的实施例中输电线路路径方案优选的指标体系。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法作具体阐述。
图1是本实施例中基于云物元的输电线路路径方案优选方法的流程图，图2是本实施例中输电线路路径方案优选的指标体系。
如图1所示，一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法包括如下步骤：
步骤S1，构建多层次的输电线路路径方案优选指标体系，其中，输电线路路径方案优选指标体系中包括一级评价指标，一级评价指标均包含二级评价指标。
步骤S2，采用基于COWA算子的三角模糊层次分析法确定输电线路路径方案优选指标模型中全部评价指标的权重值。
在本步骤中，通过专家对各评价指标进行重要性判断比较，根据标度表构造出三角模糊互补判断矩阵，标度表如表1所示，再基于COWA算子构造期望值判断矩阵，最后根据各级指标间相对重要程度的模糊互补判断矩阵排序向量计算各指标权重值。
表1标度及其定义与说明
Figure BDA0003249740800000061
在本步骤中，设需要分析的一级评价指标集为B＝(B1,...,Bi,...,Bm)，对于某一级评价指标Bi所对应的一级评价指标集表示为Ci＝(Ci1,...,Cih,...,Cin)，其中n为Bi下二级评价指标个数。指标Bi与指标Bj对于输电线路路径方案优选影响程度进行比较时，用gij＝(aij,bij,cij)代表两者之间的相对重要程度。其中，aij和cij分别代表指标Bi对Bj的最悲观估计值和最乐观估计值，bij代表指标Bi对Bj最可能的相对重要程度值。同理，分别构建一级信息下各二级信息指标两两比较的模糊数，对于一级评价指标Bi下的一级评价指标Cih和Cil，两两比较可得模糊数gihl＝(ahl,bhl,chl)。然后引入COWA算子将三角模糊数gij＝(aij,bij,cij)转化成实数，构造期望值判断矩阵ExpQ(G)＝(ExpQ(gij))n×n，其中：
Figure BDA0003249740800000071
ExpQ(gji)＝1-ExpQ(gji) (2)
式中，λ(0≤λ≤1)为决策者的乐观程度；根据一级评价指标相对重要程度的模糊互补判断矩阵排序向量，计算某一级评价指标Bi的权重wi为：
Figure BDA0003249740800000072
式中，m为一级评价指标个数。同理，可计算二级评价指标Cih所属一级评价指标Bi的权重系数wih为：
Figure BDA0003249740800000073
式中，n为Cih所属信息层Bi下的指标个数。
在本步骤中，通过专家对各评价指标进行重要性判断比较，根据标度表构造出三角模糊互补判断矩阵，标度表如表1所示，再基于COWA算子构造期望值判断矩阵，最后根据各级指标间相对重要程度的模糊互补判断矩阵排序向量计算各指标权重值。
步骤S3，设置若干个适宜建设性定量等级，根据若干个适宜建设性定量等级对数个二级评价指标进行适宜建设性定量分级，得到数个分级量化后的二级评价指标。
通过ArcGIS地理信息平台分析整合备选方案的各指标数据信息，结合实际情况与工程特点对各二级指标进行建设适宜性定量分级，详细相关分级规则如表2所示。
表2二级指标分级量化规则
Figure BDA0003249740800000081
Figure BDA0003249740800000091
步骤S4，利用德尔菲法得到分别得到多个备选方案中的二级评价指标的建设适宜值。
步骤S5，划分方案建设适宜性等级如表3所示。
表3方案适宜建设性等级
适宜建设等级 差 较差 一般 较好 好
等级区间 (0,0.2) (0.2,0.4) (0.4,0.6) (0.6,0.8) (0.8,1)
步骤S6，将方案建设适宜性等级作为待评价目标层物元，即总物元，将一级评价指标作为准则层物元，并确定待评价物元的节域和经典域。结合输电线路路径方案优选指标体系，把路径方案的适宜建设性等级视为待评价目标层物元，作为总物元，包括工程建设、运行安全、社会协调、生态保护适宜建设性指标。把各一级风险评价指标作为准则层物元，当作要评价的准则层物元。每个待评价准则层物元分别包含相关若干二级适宜建设性指标。准则层物元表示如下：
Figure BDA0003249740800000092
式中，Ii(i＝1,2,3,4)代表待评价指标层物元；Iip(p＝1,2,...,n)代表准则层物元Ii所包含的若干二级适宜建设性指标；vip是准则层物元关于适宜建设性指标Iip的量化值。
方案适宜建设性不同等级经典域表示为：
Figure BDA0003249740800000101
式中，wj(j＝1,2,...,m)分别表示1,2,...,j类不同方案评价等级；Ii(i＝1,2,...,n)分别代表二级评价指标；区间vji＝(aji,bji)代表wj对应不同评价等级ci的量化值的取值范围。因节域为所有经典域取值范围之和，所以节域为：
Figure BDA0003249740800000102
式中，W代表全部评价等级之和；vWip(p＝1,2,...,n)分别表示W对应Iip(p＝1,2,...,n)的取值范围，就是W的节域，为(0,1)。
步骤S7，根据节域和经典域实现区间评价数值到标准云的转化。
根据步骤S6得到的待评价物元的节域和经典域，结合式(1)和式(2)实现评价区间数值(cmax,cmin)向标准云的转化，即求得云模型表示各适宜建设性等级的Ex和En，根据对云模糊性和随机性的要求，经综合考虑后选取He＝0.008时的评价云；
Figure BDA0003249740800000103
Figure BDA0003249740800000111
式中，Ex表示期望值，En表示云物元模型中的熵。
步骤S8，计算并数个二级评价指标关于适宜建设性定量等级的关联度，并根据步骤S2中得到评价指标的权重值计算得到准则层物元与若干个适宜建设性定量等级的关联度。
在步骤S8中，通过如下公式计算二级评价指标关于若干个适宜建设性定量等级的关联度：
Figure BDA0003249740800000112
式中，x表示备选方案中待评价的二级指标适宜建设值，Ex表示期望值，E′n表示通过云物元模型中的熵和超熵生成的正态随机数，超熵的取值为0.008。
在步骤S8中，通过如下公式计算各待评价准则层物元与若干个适宜建设性定量等级的关联度：
Figure BDA0003249740800000113
式中：n为各准则对应的二级指标个数，W代表适宜建设性等级类别，FW(Ri)代表第i个二级评价指标关于W的关联度，FW(Iip)代表第i个要评价的准则层物元所包含的第ip个二级评价指标关于W的关联度，wip代表该二级指标关于第i个待评价的准则层物元的权重。
步骤S9，计算并得到待评价目标层物元与若干个适宜建设性定量等级的关联度，根据最大隶属度原则，确定备选方案的方案建设适宜性等级，从而得出最优方案。
通过一级指标物元对W的关联度加权求得总物元对W的关联度：
Figure BDA0003249740800000121
式中，FW(R)代表待评价目标层物元关于W的关联度，FW(Ii)代表第i个待评价的准则层物元关于W的关联度，wi代表此一级指标关于总目标物元的权重，W代表适宜建设性等级类别。最后，取关联度最大值作为物元R最终的建设适宜性等级W：
FW(R)＝maxW∈{差，较差，一般，较好，好}FW(R) (11)。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，因为结合输电线路建设过程中和建成后对各社会以及自然各方面的影响，构建了影响方案优选的指标体系，建立了各指标的评价模型，运用基于COWA算子的三角模糊层次分析法实现各层次指标权重值的确定，利用云物元理论，根据综合等级关联度确定方案的评价等级结果，进而更具科学性、全面性及合理性地进行输电线路路径方案优选。所以本发明在综合考虑专家对各影响因素重要性的判断中存在的不确定性，以及可获得信息的不完整与模糊性的基础上，建立输电线路路径方案优选的云物元模型，解决了选择输电线路路径方案中评判标度僵化以及不能明显体现个方案的优劣的问题。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于云物元的输电线路路径方案优选方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，构建多层次的输电线路路径方案优选指标体系，其中，所述输电线路路径方案优选指标体系中包括一级评价指标，所述一级评价指标均包含二级评价指标；
步骤S2，采用基于COWA算子的三角模糊层次分析法确定所述输电线路路径方案优选指标模型中所述全部评价指标的权重值；
步骤S3，设置若干个适宜建设性定量等级，根据若干个所述适宜建设性定量等级对数个所述二级评价指标进行适宜建设性定量分级，得到数个分级量化后的所述二级评价指标；
步骤S4，利用德尔菲法得到分别得到多个备选方案中的所述二级评价指标的建设适宜值；
步骤S5，划分方案建设适宜性等级；
步骤S6，将所述方案建设适宜性等级作为待评价目标层物元，即总物元，将所述一级评价指标作为准则层物元，并确定所述待评价物元的节域和经典域；
步骤S7，根据所述节域和所述经典域实现区间评价数值到标准云的转化；
步骤S8，计算数个所述二级评价指标关于所述适宜建设性定量等级的关联度，并根据所述步骤S2中得到所述评价指标的所述权重值计算得到所述准则层物元与若干个所述适宜建设性定量等级的关联度；
步骤S9，计算并得到待评价目标层物元与若干个所述适宜建设性定量等级的关联度，根据最大隶属度原则，确定所述备选方案的所述方案建设适宜性等级，从而得出最优方案。
2.根据权利要求1所述的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，其特征在于：
其中，在所述步骤S8中，通过如下公式计算所述二级评价指标关联度：
Figure FDA0003249740790000021
式中，x表示所述备选方案中待评价的所述二级评价指标的所述适宜建设值，Ex表示期望值，E′n表示通过云物元模型中的熵和超熵生成的正态随机数，超熵的取值为0.008。
3.根据权利要求2所述的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，其特征在于：
其中，在所述步骤S8中，通过如下公式计算所述准则层关联度：
Figure FDA0003249740790000022
式中，W代表适宜建设性等级类别，FW(Ri)代表第i个所述二级评价指标关于W的关联度，FW(Iip)代表第i个要评价的所述准则层物元所包含的第ip个所述二级评价指标关于W的关联度，wip代表该二级指标关于第i个待评价的所述准则层物元的权重，n为各准则对应的二级指标个数。
4.根据权利要求1所述的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，其特征在于：
其中，在所述步骤S9中，通过如下公式计算所述总物元关联度：
Figure FDA0003249740790000031
式中，W代表适宜建设性等级类别，FW(R)代表所述待评价目标层物元关于W的关联度，FW(Ii)代表第i个待评价的所述准则层物元关于W的关联度，wi代表该一级评价指标关于所述总物元的权重，取关联度最大值作为待评价目标层物元R最终的建设适宜性等级W。
5.根据权利要求1所述的基于云物元的输电线路路径方案优选方法，其特征在于：
其中，在所述步骤S1中，多个所述一级评价指标包括工程建设指标、运行安全指标、社会协调指标以及生态保护指标，
所述工程建设指标包括的所述二级评价指标为路径长度、本体投资、曲折系数、地形地质、交通状况、交叉跨越以及气象条件，
所述运行安全指标包括的所述二级评价指标为运行可靠性、运维费用以及运维难度，
所述社会协调指标包括的所述二级评价指标为土地协调难度、占用地情况以及对规划的影响，
所述生态保护指标包括的所述二级评价指标为电磁干扰影响、水保影响、雷电影响以及保护区影响。
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