基于Fuzzy-AHP的输变电工程评价系统设计

蒋 宇， 单鸿涛， 施一萍， 袁建平， 贾日晶

(上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201600)

0 引言

对输变电工程项目进行评价是电网企业提高决策水平的重要途径。通过对已有的工程项目进行总结分析，吸取实施过程中的经验教训，一方面，为未来决策提供量化指标，规避风险；另一方面有助于电网企业对后续的工程项目进行改进，改善项目投资，提高项目决策水平[1]。目前已有很多学者对输变电工程项目进行了评价研究，如文献[2～4]运用模糊综合评价法分别对输变电工程的环境效益、安全性与项目风险进行了评价研究，缺乏综合性的评价；此外，由于输变电工程评价指标的复杂性，考虑评价过程中产生的评价数据的多样性与数据处理的复杂性，目前，缺乏一套完整的可供相关专家对输变电工程进行评价的系统；涉及输变电工程的大部分评价还是以传统的手工计算的形式。基于此，本文运用模糊数学理论与AHP(层次分析法)相结合建立评价综合模型，由该模型设计评价系统软件；考虑评价软件制作通常需要制作者具备专业的计算机编程能力，开发成本高，维护成本同样很高；运用Microsoft Office Access数据库管理技术与Excel技术相结合[5],利用Access强大的数据统计分析能力[6]以及Excel精确快速的数据处理能力[7]，制作新一代的输变电工程评价系统软件。该评价系统的开发相对简单、制作成本低、方便维护，给相关评价软件的设计开发提供一种借鉴与参考。

1 构建Fuzzy-AHP综合评价模型

1.1 输变电工程评价指标体系的构建

构建科学完善的评价指标体系是建立评价模型的第一步。结合输变电工程项目自身的特点[8]，遵循评价指标体系的建立原则[9]；通过广泛征求专家意见，根据项目全寿命周期理论，将整个输变电工程分为准备工作、施工、后期评价3个阶段，以时间跨度为分段基准进行指标体系的构建[10]。该评价指标体系共分为4层，其中第4层有24个定性指标。

具体指标选取构建的评价指标体系如图1所示。

图1 输变电工程综合评价指标体系

1.2 AHP确定指标权重

AHP(层次分析法)是一种将定量与定性相结合的、系统化的、层次化的主观赋权方法[11]。利用层次分析法来计算评价因素的权重，基本流程如下：

(1)建立评价的层次结构模型[12]，确定评价指标集(如图1所示)。

(2)采用1-9标度法[13](如表1所示)，通过两两比较来构造相对重要性判断矩阵[14]。

表1 指标标度的含义

表2 RI取值

(4)采用基于特征值法的组合赋权法求取权重[18]。将乘积方根法与列和求逆法计算的指标权重进行加权平均，由此得出最终的指标权重。该方法大大提高了指标赋权的客观性与准确性，具体计算步骤如下所示。

①采用乘积方根法求取权重[19]。即设n阶判断矩阵为：

②采用列和求逆法求取指标权重。

最后，加权平均乘积方根法与列和求逆法计算的指标权重，得出最终权重w，w=(wj+wj′)/2。

1.3 模糊综合评价

模糊综合评价是模糊数学理论实际应用的一种表现形式，主要应用于多因素影响事物全面评价中。评价模型构建流程如下:

(1)建立评价因素集(指标集)，U={U1,U2,…,Um}。

(2)建立权重集[20]，对各个因素Ui(i=1,2,…,n)赋予一相应的权数wi(i=1,2,…,n)，各权数所组成的集合W={w1,w2,…,wm}称为因素权重集，各个指标的权重通过AHP法确定。

(3)建立评语集V={v1,v2,…,vm}=(优，良，中，差)[21]。

(5)建立综合评价模型[22]。B=w∘R其中∘为模糊算子[23]，w为权重向量[24]，B为每一层评价后的结果。得到综合评价结果后依据最大隶属度原则[25]，就可以判定最终的评价结果。

2 输变电工程评价系统的设计

Access与Excel都是微软公司旗下的产品[26]，其中Access是一个将数据库引擎的图形界面与其他软件开发工具相结合的数据库管理系统，它具有强大的统计分析能力，并可以直接导入或链接其他数据；而Excel是一款主流的办公软件，它的内部包含大量公式函数可选，具有高效而精确的数据计算能力。文中采用Microsoft Office Access2007版本与Excel相结合进行输变电工程评价系统软件设计，通过Access搭建数据库表格与软件评价界面，其中软件评价界面会将用户的评价数据收集到数据库表格进行保存，然后将其导入Excel中，在Excel中进行评价数据的处理，并最终得出评价结果。输变电工程评价系统结构设计如图2所示。

图2 输变电工程评价系统结构设计

2.1 系统数据库表格搭建

数据库表格用于接收Access软件评价时评价人员输入的数据，即主要用于评价数据的收集与保存工作。而在设计评价系统软件之前，建立好评价时所用的数据库表格是开始的第一步。根据Access软件设计功能需求与上文评价模型中构建的指标体系，输变电工程数据库表格的搭建步骤如下：

(1)搭建评价人员登录的表格。表格的内容有单位、工号、姓名和职位。主要存放评价人员的具体信息。

(2)对一到四级指标进行数据库表格的搭建。分析各层指标的特性，一二级指标相对较少，因此可以将一二级指标的相关数据分别存放到一个表中；三级四级指标较多，若将两者存放到同一个表中，可能会导致表中数据较多，不利于分析情况，为此将三四级指标分成几块存放于数据表中。

综上所述，完成评价系统数据库表格的搭建。而在建立了相关的表格以后，要求相关字段中评价时填入相应的内容，因此要对相应表格中的字段做数据类型的设定。比如信息等字段所要填入的为文本信息，评价指标等字段要求输入的值为数字格式。而这些数据的格式，通过Access的“设计视图”功能块中的“数据类型”进行设置。评价系统部分数据库表格设计如图3所示。

图3 评价系统部分数据库表格设计

2.2 Access软件操作界面设计

窗体(即评价界面)是Access数据库的对象之一，它是用户和Access数据库交互的图形界面，便于用户进行数据输入，以及实现各项数据库的控制功能。输变电工程评价系统整体界面设计流程如图4所示。

图4 评价系统整体界面设计流程图

通过6个界面的设计，满足了通过Access评价软件进行评价人员信息的记录与评价数据的收集与保存工作。对应的评价信息，将被相应的保存在搭建好的数据库表格中。选取部分软件操作界面进行展示，如图所示：图5为评价系统欢迎界面。图6为评价系统权重评价界面。图7为评价系统子质量评价界面。

图5 评价系统欢迎界面

图6 评价系统权重评价界面

图7 评价系统子质量评价界面

2.3 Excel数据处理设计

结合前文所述Fuzzy-AHP评价模型，将评价算法进行算术拆分，在Excel工作簿中，通过在指定单元格所对应的函数栏中编辑公式函数来进行评价算法的设计。具体设计方法如下所示。

(1)通过选择Excel的“数据”菜单，导入评价完成的Access数据库表格，并将其设置在Excel工作簿中的特定单元格区域块内。

(2)利用Excel的公式函数，根据(1)中导入的Access数据库表格的位置，选择与之相对应的单元格，进行函数编辑。由于篇幅有限，以第一级指标评价权重求取方法为例，Excel单元格中的详细编辑方法与算法如下所示：

①根据一级指标Access数据库表格的格式，在Excel工作簿中，选择L、M、N、O四列导入一级指标数据库表格。L列为评价人员ID值，M、N、O三列分别记录评价数据。

②将Fuzzy-AHP评价模型中的权重算法进行拆分，分别进行单元格公式编辑。

第一步：求列平均。M1、N1、O1所对应的单元格函数栏中分别编辑公式“=AVERAGE(表_项目.accdb_1[[#全部],[准备工作阶段]])”、“=AVERAGE(表_项目.accdb_1[[#全部],[施工阶段]])”、“=AVERAGE(表_项目.accdb_1[[#全部],[后期评价]])”。三组公式的编辑，成功将Access数据库表格中的一级指标评价数据引入。

第二步：根据第一步的数据在指定位置构造判断矩阵，判断矩阵Excel工作簿中对应单元格所对应的函数栏编辑内容如表3所示。

表3 一级指标基于Excel函数的判断矩阵

第三步：由乘积方根法获取指标权重w1。方法如下：在M10-M12单元格对应的函数栏中分别编辑公式“=GEOMEAN(M6:O6)”、“=GEOMEAN(M7:O7)”、“=GEOMEAN(M8:O8)”求出行几何平均；在M13单元格对应的函数栏中编辑“=SUM(M10:M12)”求出平均和，最后通过在单元格M16-M18对应的函数栏中分别编辑公式“=M10/M13”、“=M11/M13”、“=M12/M13”，即可求出权重w1。

第四步：由列和求逆法获取指标权重w2。方法如下：在单元格M20-M22对应的函数栏中分别编辑“=1/SUM(M6:M8)”、“=1/SUM(N6:N8)”、“=1/SUM(O6:O8)”求取“1/列和”；然后在单元格M24-M26对应的函数栏中分别编辑“=M20/N20”、“=M21/N21”、“=M22/N22”即可求出权重w2。

最后，加权平均由M30-M32单元格所对应的函数栏中编辑“=(M16+M24)/2”、“=(M17+M25)/2”、“=(M18+M26)/2”即可求出最终权重w。

同理，根据在Excel工作簿中导入的Access数据库表格，在特定的单元格所对应的函数栏中进行对应公式函数的编辑，即可得到最终的评价结果。综上所述，结合Access与Excel的相关设计即可完成该输变电工程评价系统软件。

3 实例评价

以湖南长沙地区某220 kV输变电工程为例进行评价研究。该输变电工程占地5.32万m2，总投资达3.12亿元，于2011年1月开工，历时18个月修建，并于2012年9月投入运行。

笔者邀请国网湖南省电力公司经济技术研究院的5位电网专家利用本文制作的输变电工程评价系统软件对该输变电工程进行打分评价。而评价数据过于庞大，由于篇幅有限，选取一级指标评价数据与最后一级模糊综合评价数据为例进行分析。如表4，表5，表6所示。

表4 一级指标Access评分数据

表5 一级指标权重Excel计算数据

表6 最后一级模糊综合评价Excel计算数据

其中，表4为笔者整理的Excel工作簿中导入的一级指标Access评分数据。专家通过评价系统软件进行打分，数据汇总到Access数据库表格进行保存；将其导入Excel，得表4数据。表中ID值为5位专家的身份编号，M、N、O列中的数据为对应指标的打分情况。

表5为Excel工作簿中计算一级指标权重值的数据结果。根据前文所述，在Excel特定单元格对应的函数编辑栏中进行公式编辑，当评价数据导入之后，Excel立刻计算得出结果，该过程快速而准确。

而表6为Excel工作簿中最后一级模糊评价的数据。分析表格中的评价数据，根据表格最后一行的数据值，0.509 9为最大值，由最大隶属度原则可得该输变电工程的综合评价为良等级。

4 结论

本文结合AHP法与模糊数学理论，构建基于Fuzzy-AHP的输变电工程模糊综合评价模型。结合该模型，利用Microsoft Office Access数据库管理技术与Excel技术，完成了输变电工程评价系统软件的设计。该评价系统软件开发成本低，方便维护；具有良好的用户界面，操作方便。为相关专家进行输变电工程的评价工作提供了一个重要的平台。而结合实例评价分析，通过该软件得出的评价结果与实际情况一致，也证明了该软件的可行性，可以为输变电工程的评价系统软件设计提供一种参考与借鉴。

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