CN114186862A - 基于熵权topsis模型的双层能源绩效评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,基于计算机技术搭建的平台,利用数据处理及计算的工具从相关技术和经济数据中有效提取能够进行能源绩效评估的信息从而获得对新能源技术发展起客观表征作用的评价指标,其主要运行机制包括通过熵值法分别确定经济水平评价指标权重与不同目标层下能源分项绩效评价权重,再将经济指标分别与不同目标层下的能源指标结合,确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重,利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数;将第一层能源绩效评价指数作为客观指标,再次利用熵权法确定不同维度指数的权重,并利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数。
Description
技术领域
本发明属于大数据信息处理、新能源、环境科学等技术领域,尤其涉及一种基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统。
背景技术
构建“清洁低碳安全高效”能源体系,推进能源高效利用,既是落实“双碳”目标的有效路径,也是进一步推进社会高质量发展的重要抓手。目前,没有有效的工具能够实现能源绩效评价;也没有现有技术能够从相关技术和经济数据中有效提取能够进行能源绩效评估的信息。
发明内容
有鉴于此,为了克服现有技术的缺陷和不足,本发明的目的在于提供一种基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,基于计算机技术搭建的平台,利用数据处理及计算的工具从相关技术和经济数据中有效提取能够进行能源绩效评估的信息从而获得对新能源技术发展起客观表征作用的评价指标,以进一步推动能源转型。
该系统的主要运行机制包括通过熵值法分别确定经济水平评价指标权重与不同目标层下能源分项绩效评价权重,再将经济指标分别与不同目标层下的能源指标结合,确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重,利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数,并得到不同目标层下的最终绩效排序;将第一层能源绩效评价指数作为客观指标,再次利用熵权法确定不同维度指数的权重,并利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数,得到最终绩效排序。
本发明在兼顾经济发展的基础上,不仅能够综合评估目标区域能源绩效,还可以得到不同维度下的能源分项绩效评价,使得测算结果更具有现实意义,也提高了能源绩效评价体系的全面性。
基于以上研究和设计,本发明具体采用以下技术方案:
一种基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于,基于计算机系统,包括:数据输入和处理模块、权重计算模块、第一层能源分项绩效评估模块、以及第二层能源分项绩效评估模块;
所述数据输入和处理模块用于以表格化的形式输入经济评价指标和能源评价指标的数据,并执行数据标准化处理;
所述权重计算模块通过熵值法分别确定经济水平评价指标权重与不同目标层下能源分项绩效评价权重,再将经济指标分别与不同目标层下的能源指标结合,确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重;
所述第一层能源分项绩效评估模块根据数据输入和处理模块传输的数据以及权重计算模块确定的权重,利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数,并得到不同目标层下的最终绩效排序;
所述第二层能源分项绩效评估模块用于将第一层能源绩效评价指数作为客观指标,再次利用熵权法确定不同维度指数的权重,并利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数,得到最终绩效排序。
进一步地,所述第一层能源分项绩效评估模块和第二层能源分项绩效评估模块分别通过表格的形式输出计算结果。
进一步地,数据输入和处理模块的数据输入表格中,包括有z个样本区域的维度、M个经济评价指标的维度、以及N个能源子体系h评价指标,h=1,2,3,4;其中h对应清洁、低碳、安全、高效四个子体系。
进一步地,所述数据输入和处理模块对经济评价指标进行数据标准化处理采用的算法为:X=(xij)z×m(i=1,2,3,...,z;j=1,2,3,...,m);其中xij表示第i个地区,第j个经济指标,x′ij表示标准化后的xij;
对能源分项绩效评价指标进行数据标准化处理采用的算法为:Y=(yig)z×n(i=1,2,3,...,z;g=1,2,3,...,n);其中yig表示第i个地区,第g个能源子体系h指标,y′ig表示标准化后的yig。
确定经济发展与第h个子体系能源绩效的综合权重采用的算法为:
首先考察目标区域GDP与目标区域能源子体系h代表指标的相关关系,并得到结果r,则经济评价指标占比为r/(1+r),能源子体系h占比为1/(1+r),则经济指标xij的权重为r/(1+r)*ωj,第h个能源子体系指标权重为1/(1+r)*ωg;其中,r为目标区域GDP与目标区域能源子体系h代表指标的相关系数,ωj表示经济评价体系中,第j个经济指标的权重,ωg表示能源子体系h评价体系中,第g个能源指标的权重。
进一步地,所述第一层能源分项绩效评估模块利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数所采用的算法为:对于能源子体系h,计算加权矩阵并确定最优解与最劣解:R=(rij)z×(m+n),rij=ωj·x′ij(i=1,2,3,...,z;j=1,2,3,...,m+n); 其中,最优解表示所有方案中的最优方案;最劣解表示所有方案中的最差方案,rij表示能源子体系h中,考虑熵权并标准化后第i个地区,第j个指标;不同项目和最优解、最劣解之间的欧式距离表示为:计算分项评价指数Ci:最后对指数进行排序,Ci表示评价地区i与最优解的接近程度。
进一步地,在所述第一层能源分项绩效评估模块和第二层能源分项绩效评估模块设置有中间处理模块,用于利用熵权法对第一层各能源分项指数进行权重计算:首先对各维度指数指标进行数据标准化处理:D=(dif)z×m(i=1,2,3,...,z;f=1,2,3,4);;其中dif表示第i个地区,第f个能源分项指数指标,d′if表示标准化后的dif;之后利用熵值法测算不同能源的指标权重:且每个指标权重为:且ωf∈[0,1],
进一步地,所述第二层能源分项绩效评估模块利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数所采用的算法为:计算加权矩阵并确定最优解与最劣解其中,最优解表示所有方案中的最优方案;最劣解表示所有方案中的最差方案,rif表示评价体系中,考虑熵权并标准化后第i个地区,第f个能源分项指数指标:R=(rif)z×4,rif=ωf·d′if(i=1,2,3,...,z;f=1,2,3,4);不同项目和最优解、最劣解之间的欧式距离:计算综合评价指数Ci:最后对指数进行排序,Ci表示评价地区i与最优解的接近程度。
与现有技术相比,本发明及其优选方案所设计系统有效做到了对信息数据的提取,在能源绩效评价过程中,并且通过双层能源绩效评价方式,多维全面的刻画了目标区域的能源绩效水平。经过系统的自动处理,能够得到客观的能源清洁、能源低碳、能源安全、能源高效的分项绩效指数,还能够得到能源综合绩效指数,这能够为相关能源政策的制定提供有益参考,同时也为能源绩效的全面评估提供了新的工具。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明:
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,作详细说明如下:
下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处的附图中的描述和示出的组件可以以不同配置来组合设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的选定实施例的详细描述并非为了限制要求保护的本发明的范围,而是仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示,本实施例从工作机理和流程的角度对本发明所提出基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统的设计过程和工作机制进行进一步的介绍,其采用计算机程序的形式实现:
步骤S1:确定样本区域,构建经济发展评价体系,基于“清洁、低碳、安全、高效”四个维度,建立能源分项绩效评估的第一层指标体系,并收集数据;
步骤S2:分别对经济评价指标、能源评价指标进行数据标准化处理,并分别利用熵值法测算两个评价体系下的指标权重;
步骤S3:分别确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重;
步骤S4:利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数,并得到不同目标层下的最终绩效排序;
步骤S5:利用熵权法对各个地区第一层各能源分项指数进行权重计算;
步骤S6:利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数,得到最终绩效排序。
本实施例中,步骤S1设计的具体内容为:作为样例的样本区域为福建省、广东省、江苏省、浙江省,经济发展评价体系与能源发展评价体系如表1所示:
表1经济发展评价体系与能源发展评价体系
进一步地,本实施例中,步骤S2的具体内容为:分别对经济评价指标、能源评价指标进行数据标准化处理,并分别利用熵值法测算两个评价体系下的指标权重,其中数据处理说明如表2-1、表2-2所示,权重说明如表3所示:
表2-1初始数据
表2-2标准化处理
表3:权重说明(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
人均GDP | 70.05 | 69.96 | 66.39 | 37.91 | 53.69 |
产业结构 | 29.95 | 30.31 | 33.61 | 62.09 | 46.31 |
产销比 | 34.86 | 36.36 | 40.21 | 45.36 | 53.70 |
人均用电量 | 65.14 | 63.65 | 59.79 | 54.64 | 46.30 |
可再生能源占比 | 52.90 | 56.01 | 56.57 | 55.03 | 53.20 |
森林面积 | 47.11 | 43.99 | 43.44 | 44.97 | 46.80 |
CO<sub>2</sub>排放 | 60.29 | 67.12 | 68.69 | 67.27 | 67.16 |
SO<sub>2</sub>排放 | 39.71 | 32.88 | 31.31 | 32.73 | 32.84 |
绿色专利申请量 | 39.55 | 49.17 | 41.43 | 47.00 | 48.23 |
单位GDP能耗 | 60.45 | 50.83 | 58.66 | 53.00 | 51.77 |
进一步的,本实施例中,步骤S3的具体内容为:分别确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重,结合实际,本实施例选择GDP代表经济发展,并用人均用电量、可再生能源占比、二氧化碳排放、单位GDP能耗分别代表能源安全、低碳、清洁、高效,具体相关系数说明如表4所示:
表4:经济发展与能源分项指标的相关系数(绝对值)
能源安全 | 能源低碳 | 能源清洁 | 能源高效 | |
经济发展 | 0.2007 | 0.6548<sup>***</sup> | 0.9638<sup>***</sup> | 0.0370<sup>**</sup> |
(注:***、**、*分别表示在1%、5%、10%的水平上显著)
相关系数结果表明,能源低碳、清洁、高效体系下应考虑与经济发展的影响,结合相关系数,经济发展在能源低碳、清洁、高效体系下分别占比为:0.3957、0.4908、0.0357。则具体权重如表5-1至5-3所示:
表5-1:能源安全指标权重(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
产销比 | 34.86 | 36.36 | 40.21 | 45.36 | 53.70 |
人均用电量 | 65.14 | 63.65 | 59.79 | 54.64 | 46.30 |
表5-2:能源低碳指标权重(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
人均GDP | 27.72 | 27.68 | 26.27 | 15.00 | 21.25 |
产业结构 | 11.85 | 11.99 | 13.30 | 24.57 | 18.32 |
可再生能源占比 | 31.96 | 33.85 | 34.18 | 33.25 | 32.15 |
森林面积 | 28.47 | 26.59 | 26.25 | 27.18 | 28.28 |
表5-3:能源清洁指标权重(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
人均GDP | 34.38 | 34.34 | 32.58 | 18.61 | 26.35 |
产业结构 | 14.70 | 14.87 | 16.50 | 30.47 | 22.73 |
CO<sub>2</sub>排放 | 30.70 | 34.18 | 34.98 | 34.26 | 34.20 |
SO<sub>2</sub>排放 | 20.22 | 16.74 | 15.94 | 16.67 | 16.72 |
表5-4:能源高效指标权重(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
人均GDP | 2.50 | 2.50 | 2.37 | 1.35 | 1.92 |
产业结构 | 1.07 | 1.08 | 1.20 | 2.22 | 1.65 |
绿色专利申请量 | 38.14 | 47.41 | 39.95 | 45.32 | 46.51 |
单位GDP能耗 | 58.29 | 49.02 | 56.56 | 51.11 | 49.92 |
进一步地,本实例中,步骤S4的具体内容为:利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数,并得到不同目标层下的最终绩效排序以及相对接近度,并以相对接近度作为指数,具体如表6-1至6-4所示;
表6-1:能源安全指数及排序
表6-2:能源低碳指数及排序
表6-3:能源清洁指数及排序
表6-4:能源高效指数及排序
上述结果可用来从不同维度进行分析。例如,整体而言,广东的能源安全指数、能源高效指数比较高,福建的能源清洁、能源低碳指数比较高。浙江的能源清洁水平要高于其他三项,并且能源安全是浙江最为明显的短板。江苏的能源高效水平比较高,能源安全相对平稳,但是能源低碳及清洁方面亟待加强。
进一步地,本实例中,步骤S5的具体内容为:利用熵权法对各个地区第一层各能源分项指数进行权重计算,具体如表7:
表7:能源分项指数熵权说明(%)
2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | |
能源高效 | 45.67 | 30.24 | 44.32 | 45.74 | 44.03 |
能源安全 | 2.84 | 33.16 | 2.30 | 4.41 | 11.06 |
能源低碳 | 19.34 | 18.97 | 24.75 | 23.54 | 22.50 |
能源清洁 | 32.15 | 17.62 | 28.62 | 26.31 | 22.41 |
进一步地,本实例中,步骤S6的具体内容为:利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的能源综合评价指数(相对接近度),得到最终绩效排序,具体如表8所示:
表8:能源综合指数及排序
上述结果可用来分析综合能源水平。例如,福建的综合水平相对较差,且近五年来的情况较为稳定;广东的综合水平很好,且多数情况都在最好水平;江苏的综合水平比较好,情况也比较稳定;浙江的综合水平则与福建相似,需要进一步提高自身水平。同时,各个省份的具体优化路径可参考各分项指数排名,明确短板,尽力发展。
本实施例提供的以上程序设计方案可以代码化的形式存储在计算机可读取存储介质中,并以计算机程序的方式进行实现,并通过计算机硬件输入计算所需的基本参数信息,并输出计算结果。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程、以及流程图中的流程结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程图中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
本专利不局限于上述最佳实施方式,任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于,基于计算机系统,包括:数据输入和处理模块、权重计算模块、第一层能源分项绩效评估模块、以及第二层能源分项绩效评估模块;
所述数据输入和处理模块用于以表格化的形式输入经济评价指标和能源评价指标的数据,并执行数据标准化处理;
所述权重计算模块通过熵值法分别确定经济水平评价指标权重与不同目标层下能源分项绩效评价权重,再将经济指标分别与不同目标层下的能源指标结合,确定经济发展与不同分项能源绩效的综合权重;
所述第一层能源分项绩效评估模块根据数据输入和处理模块传输的数据以及权重计算模块确定的权重,利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数,并得到不同目标层下的最终绩效排序;
所述第二层能源分项绩效评估模块用于将第一层能源绩效评价指数作为客观指标,再次利用熵权法确定不同维度指数的权重,并利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数,得到最终绩效排序。
2.根据权利要求1所述的基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于:所述第一层能源分项绩效评估模块和第二层能源分项绩效评估模块分别通过表格的形式输出计算结果。
3.根据权利要求1所述的基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于:数据输入和处理模块的数据输入表格中,包括有z个样本区域的维度、M个经济评价指标的维度、以及N个能源子体系h评价指标,h=1,2,3,4;其中h对应清洁、低碳、安全、高效四个子体系。
确定经济发展与第h个子体系能源绩效的综合权重采用的算法为:
首先考察目标区域GDP与目标区域能源子体系h代表指标的相关关系,并得到结果r,则经济评价指标占比为r/(1+r),能源子体系h占比为1/(1+r),则经济指标xij的权重为r/(1+r)*ωj,第h个能源子体系指标权重为1/(1+r)*ωg;其中,r为目标区域GDP与目标区域能源子体系h代表指标的相关系数,ωj表示经济评价体系中,第j个经济指标的权重,ωg表示能源子体系h评价体系中,第g个能源指标的权重。
6.根据权利要求5所述的基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于:所述第一层能源分项绩效评估模块利用TOPSIS模型计算不同目标层下最优方案的第一层能源绩效评价指数所采用的算法为:对于能源子体系h,计算加权矩阵并确定最优解与最劣解R=(rij)z×(m+n),rij=ωj·x′ij(i=1,2,3,...,z;j=1,2,3,...,m+n); 其中,最优解表示所有方案中的最优方案;最劣解表示所有方案中的最差方案,rij表示能源子体系h中,考虑熵权并标准化后第i个地区,第j个指标;不同项目和最优解、最劣解之间的欧式距离表示为:计算分项评价指数Ci:Ci∈[0,1],最后对指数进行排序,Ci表示评价地区i与最优解的接近程度。
8.根据权利要求7所述的基于熵权TOPSIS模型的双层能源绩效评估系统,其特征在于:所述第二层能源分项绩效评估模块利用TOPSIS模型计算目标的最优方案的第二层综合评价指数所采用的算法为:计算加权矩阵并确定最优解与最劣解其中,最优解表示所有方案中的最优方案;最劣解表示所有方案中的最差方案,rif表示评价体系中,考虑熵权并标准化后第i个地区,第f个能源分项指数指标:R=(rif)z×4,rif=ωf·d′if(i=1,2,3,...,z;f=1,2,3,4);不同项目和最优解、最劣解之间的欧式距离:计算综合评价指数Ci:Ci∈[0,1],最后对指数进行排序,Ci表示评价地区i与最优解的接近程度。
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