水资源多目标投影寻踪模型通用可视化界面计算软件的开发

水资源多目标投影寻踪模型通用可视化界面计算软件的开发

在水资源评价和多目标规划中，有许多模式的优化和比较。国内学者较多采用层次分析法、模糊数学评判等,但都涉及到权重矩阵,而权重矩阵大多由专家凭经验给出,存在较大的主观性和人为干扰因素。目前,一种新的基于实码加速遗传算法的多目标投影寻踪等级评判分类模型(RealcodingbasedAcceleratingGeneticAlgorithm-ProjectingPursuitClassification,RAGA-PPC)已经得到广泛应用。但由于其数学建模及编程的复杂性,因此短时间内很难得到一个通用性较强的程序。笔者利用VisualBasic6.0编程语言,生成了一个可执行的“.exe”文件,从而建立模型的可视化界面,通过黄河水资源配置方案选择的实例应用,表明该通用软件能够使得在利用同类模型进行评价分析时更加快速准确、直观方便。1多目标评价的综合结晶该通用软件具体应用到分析计算中时,首先是将指标体系(高维数据)投影到一维子空间上,然后借助于RAGA算法建立投影寻踪分类模型,经过多次运算后寻找最佳投影方向,最终形成评价指标值并进行排序。同时,还建立了用于对比和辅助评价的物元分析法和灰色关联度法。由于各种模型对评价数据所提供信息的利用率不同,因此评价结果提供的信息量也有所区别。为了使评价结论更加趋于真实可靠,通用软件还将多目标投影寻踪、物元分析和灰色关联度3种评价方法作了综合集结。其基本原理是运用概率论把各种评价方法所得到的结果进行综合集结。计算过程如下:(1)进入计算主界面。(2)输入参数。(3)在计算过程中,计算主界面下方会出现一个显示计算的进度条。在结果显示列表中可以切换不同的页面查看并对比3种评价方法的计算结果,在图例对照中均以柱状图显示。(4)对各个评价计算结果进行整理,得出最终结论。在该窗口中可以看到各指标值的权重,可以对各指标给出一个宏观上的参考。另外,在整个计算过程中,添加了数据分析(作为辅助功能)。该图中包括各指标投影方向图和各方案归一化之后的指标值。(5)保存评价计算结果。2使用示例2.1组干支流配置方案比选黄河水资源配置是基于供需严重不平衡的缺水配置,基本思路是:①以维持黄河健康生命为出发点;②协调好生活、生产、生态用水的关系;③上、中、下游统筹兼顾;④在配置方案中包括引水和耗水指标;⑤保证干支流主要断面维持一定的下泄量。现以规划水平年(2020年)黄河沿岸各省(区)二级区套省的4种方案水资源配置表为算例,在对各种方案进行评价的同时说明可视化界面计算软件的运行过程。黄河水资源配置的主要影响因素为多年平均入海水量和各省(区)的缺水比例以及现状用水情况。以2020年为配置水平年,下垫面条件变化减少地表径流量15亿m3。初步拟订以下4种方案。方案12方案3水资源的下泄量评价根据水资源配置的总体思路,如何选择评价指标来刻划4种方案的特点和本质,需要对所提出的这些配置方案进行综合评价。此次水资源规划选择黄河沿岸各省(区)二级区套省的缺水率及配置后各关键断面的下泄量作为评价指标。其主要原因有二:一是缺水率指标是供需平衡后计算出的终极指标,已基本反映了整个黄河流域的配水情况;二是下泄量是维持黄河健康生命的重要指标,也是这次黄河水资源规划的突出特点。有关数据见表1。2.2计算各方案的可视化界面评价由于相同或者为0的数据对方案的优选计算不会产生任何影响,而且在计算中还会造成数据的溢出,因此对这类数据以空白表示,且不参与评价计算。根据表1,取配置后的河道下泄量作为越大越优指标,取缺水率作为越小越优指标,各个方案共有29个指标。可视化界面计算软件操作步骤如下:进入计算主界面之后,输入相关的基本参数及数据,包括方案个数4、越大越优指标7、越小越优指标22,点击“下一步”,软件开始运算。由于RAGA-PPC算法需要产生大量的随机数,因此计算过程会花费一定的时间。计算完成后,经过各方案的综合集结,得出最终的评价结果。通过初步分析可知,黄河沿岸各省(区)的二级区套省4种方案的优劣排序依次为方案1、方案3、方案4、方案2。另外,还可以选择保存最终评价结果,以便深入进行方案对比,供决策之用。3黄河流域经济发展水平黄河水资源配置方案选择的实例应用,计算结果误差在5%之内,说明可视化界面计算软件在多方案优选评价分析上具有一定的优越性。另外,该软件还给出了两种辅助评价手段,即物元分析和灰色关联度,使得评价结论更具实用价值。为了尽可能减少黄河下游河道的淤积和塑造中水河槽,同时考虑国民经济发展对黄河水资源的需求,在南水北调西线工程生效以前,多年平均入海水量按200亿m3控制;黄河可向河道外配置的地表径流量为320亿m3。考虑到在南水北调西线工程生效以前,流域国民经济生产用水缺水比例较大,黄河下游生态环境用水量(即入海水量)也适当留有一定的缺口,多年平均入海水量按185亿m3控制,比黄河下游最低生态环境需水量200亿m3少7.5%;黄河可向河道外配置的地表径流量为335亿m3。多年平均入海水量按200亿m3考虑,黄河可分