改进的PCA-LINMAP法在水利现代化后评价中的应用研究

2018-10-15代思龙伊紫函

水利规划与设计 2018年9期

代思龙，伊紫函

(1.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130021；2.吉林水投水业发展有限公司，吉林长春 130021)

项目后评价(简称EPE-Post Evaluaion)是指项目在建成投产并运行一段时期后，针对项目目的、前期准备、立项决策、可行性研究、规划设计、具体实施以及投产运营所带来的效益及影响等一系列全过程活动所进行的科学的、客观的系统性评价[1]。其目的在于评价水利项目的实际完成情况、运行状况，确定项目是否达到了规划的目标和预期的效益，评价建设决策是否正确，实施过程是否成功，以此指导未来类似的水利工程建设[2]。本文利用项目后评价及水利项目后评价的成功经验和理论，结合水利现代化规划的特点，采用目标评价指标体系和PCA-LINMAP模型相结合的方法，综合评价淮安水利现代化规划中期的项目目标水平。

1 PCA-LINMAP耦合模型

PCA-LINMAP耦合模型是基于主成分分析法(简称PCA法)和多维偏好分析的线性规划法(简称LINMAP法)的一种组合模型[3]。其基本思想是根据样本数据，先用PCA法求出能反映样本差异的主成分和优劣序对，再将样本优劣序对输入LINMAP模型，得出各指标的权重[4]。

1.1 PCA模型原理

主成分分析法是将多个研究变量化简为少数几个彼此独立的指标的一种统计分析方法[5]。对于n个样本的p维随机变量，可构造为矩阵形式如下：

(1)

式中，xij—第i组样本数据在第j个变量的值(i=1,2,|,n)。对指标进行标准化处理，得标准化矩阵Z，计算Z样本的相关系数阵，由式，可得p个特征值(λ1，λ2…λp)，各特征值对应的正交特征向量为γ1,γ2,|,γp，贡献率，定义贡献率85%以上的成分为主成分，则第i个主成分为Y=γ1iZ1+γ2iZ2+|+γpiZp，其中，i=1,2,|,p。

1.2 LINMAP模型原理

式中，wj—第j个指标的权重平方。

指标权重的平方wj可通过求解如下约束极值问题得到，即为LINMAP模型。

s.t.

(2)

式中，h—正数，λkl—有序对(k,l)的不一致度。

2 实例应用

淮安市为基本建成水利现代化综合保障体系，编制了《淮安市水利现代化规划(2011～2020)》(以下简称《规划》)。自实施起，《规划》便发挥着巨大的社会、经济效益。但淮安水情市情的变化，对原规划提出了更高要求。为了科学评价2011～2015年淮安水利现代化建设的经验与教训，淮安市按照《2015年江苏省水利规划工作安排意见》的要求，对《规划》进行中期评估。

2.1 构建评价指标体系

《规划》目标评价指标体系的构建以《淮安市水利现代化评价指标体系》为依据，通过整合分析，确定了6大类22个指标，详见表1。目标的实现程度用“优”、“良”、“中”、“差”4个等级表示，当得分在[85，100]时，将目标评定为优，得分在[85，70]时，将目标评定为良，得分在[70，60]时，将目标评定为中，得分在[60，0]时，将目标评定为差。

表1 《规划》目标评价指标体系

注：“*”代表关键性指标，其他为一般指标，下同。

2.2 确定指标权重

2.2.1 主观权重

考虑到目标评价体系是基于江苏省及淮安市水利发展要求构建的，与《规划》总体目标和发展布局相对应，具有一定的前瞻性和主观性。为此，参照《淮安市水利现代化评价指标体系》，结合专家打分法的结果，归纳出指标的主观权重，见表2。

表2 目标评价指标主观权重

2.2.2 客观权重

为客观评价淮安水利发展现状，通过PCALINMAP法对淮安市2011～2015年水利现状进行分析研究，计算指标的客观权重。以水资源供给与效率水平体系为实例，计算供水保证率、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量3个二级指标的客观权重。样本数据如见表3。

(1)由表3可知，x5、x6为成本性指标，应先将这两个指标正向化，再标准化，得到初始决策矩阵R。

表3 2011～2015年淮安市水资源供给与效率水平体系指标数值

(2)利用SPSS19.0软件算得的特征值、贡献率见表4。不难发现，第一主成分特征值为2.736，解释了总变异的91.211%，因此第一主成分可作为水资源供给与效率水平的描述指标。

表4 特征值及贡献率

(3)利用决策矩阵和表5中的数据，计算得到样本的有序对集，与原始数据基本符合。

表5 主成分分析结果

(4)将有序对集、标准化数据带入LINMAP模型，运用LINGO11.0软件求解最大最小化问题，指标权重结果见表6。

表6 水资源估计与效率平衡二级指标权重

同样地，运用PCA-LINMAP法可获得指标的客观权重集，见表7(注：水域面积率、水资源管理达标率2个指标连续5年没有变化，分别保持在100%、90%，不适合做主成分分析)。因此保留这两项指标的原始权重，作为客观权重。

表7 规划目标评价指标客观权重单位：%

2.2.3 综合权重

由于《淮安市水利现代化评价指标体系》得到的权重是按照发展要求得到的，具有一定的前瞻性、系统性；而PCA-LINMAP法计算的权重在实际现状基础上获得的，具有较强的客观性。因此，应将指导作用的主观权重和体现实际现状的客观权重相综合，以期新权重下的指标体系能切实评价和指导淮安市水利现代化的建设工作。考虑防洪减灾工程能力至关重要，取主观权重70%、客观权重30%；考虑水资源供给与效率水平现状良好，取主观权重50%、客观权重50%；考虑河湖健康、水生态的发展趋势，取主观权重70%、客观权重30%；考虑农田水利保障能力需满足可持续的发展要求，力争提高农业生产力，取主观权重50%、客观权重50%；考虑淮安市经济发展现状，水管理能力及发展保障能力的实施受到限制，取主观权重60%、客观权重40%；并对各指标权重做适当调整。详见表8。