R语言:TOPSIS综合评价法进行多属性最优方案选择

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R语言:TOPSIS综合评价法进行多属性最优方案选择,第1张

一般地, TOPSIS综合评价法 主要包含两个步骤:计算权重和计算相对接近度。如需详细了解 TOPSIS综合评价法 的原理和方法,请自行百度,网上有许多非常详尽的原理说明和案例讲解。

根据熵权法确定各个指标的权重;计算各指标信息熵,指标的信息熵越小,则该指标表达信息的不确定性小,在综合评价中对决策的帮助更大,即应该有较大的权重。熵权法是一种客观的赋予权重的方法,它通过各个指标所提供的信息不确定性来确定各指标的权重

根据权重加权规范化指标属性矩阵后,确定正理想方案Amax和负理想方案 Amin,计算各备选方案与Amax 、Amin的距离,以评估与正负理想方案的接近程度,根据相对接近度确定优先次序。其中计算距离一般使用欧式距离。

按照惯例,导入需要使用的包 data.table 、 plyr 。然后载入使用的数据,我们简单看一下案例数据情况。

其中的字段target即为目标字段,我们需要对其含有的8个方案(A~H)进行综合评价排序,选择其中的最优方案。该数据集中的指标均为正向指标。正向指标表示指标的数值越高越好,负向指标则表示指标的数值越低越好,这决定了该指标在进行权重计算时的处理方式。

计算权重的第一步是计算各个指标的熵值,由于我们用到的指标均是正向指标,所以选择自定义函数 entropy_positive 即可。如果指标既存在正向指标又存在负向指标,则可分开进行计算。自定义函数情况如下:

调用函数并完成权重的计算,x1~x8的权重依次为:11.10%、6.61%、28.19%、7.08%、11.88%、8.11%、11.94%、15.09%,计算过程如下:

在将指标向量规范化后,利用熵值法得到的权重计算得到加权标准化矩阵,然后提取正理想方案和负理想方案并计算出各个方案距离正负理想方案的距离,最终根据计算得到距离比值进行排序。具体计算过程如下:

至此,我们就完成了用 TOPSIS综合评价法 进行多对象多指标的最优对象选择,输出的结果如下,显然在这八个方案中,方案A为最优方案。

熵的概念源于热力学,现已在工程技术、社会经济等领域得到了广泛的应用,基于熵概念的熵权系数法是一种多目标决策的有效方法。熵是系统不确定性的一个度量。利用熵对油气长输管道能耗进行多指标综合评价,避免了以往评价中指标赋权的主观性,可以充分利用评价对象的固有信息获得评价权值。此外,将熵权和决策者主观判断权值结合,将二权值结合成一个实用权值,是一种主观、客观评价相结合的方法。

不难看出,熵权系数法是一种信息量权重计算方法。其本质仍然是各单项指标的离散程度,离散程度越大,则熵值越小而熵权却越大。此外,熵权法要求有一定量的样本单位才能使用,且熵权与指标值本身大小关系十分密切,因此只适用于相对评价而不适用于绝对评价。

因此,基于熵权系数法的特点,以站场能耗数据构建评价矩阵,利用此方法分析各能耗指标、影响因素的敏感度。即:以不同周期之间管道站场能耗数据为基础构建评价矩阵,确定各周期内各站场能耗指标及站场的权重。

将采用熵权系数法进行分析评价的数学模型简述如下:

1.确定周期内各站场内各指标(影响因素)的权重

设已选定m个供能站场,每个供能站场包含l个能耗指标或影响因素,对应于某长输管道的n组待评价对象,每个评价对象应包括m×l个能耗指标,从而构成评价矩阵R:

油气管道能效管理

k=1,2,…,lj=1,2,…,n。

第m×l个指标下对应第j组数据指标值的比重Pij为:

油气管道能效管理

i=1,2,…,m×lj=1,2,…,n。

处理这一步的过程中可能会遇到rij=0的情况,为了不影响下一步分析计算,此时可取rij=10-5。

第i个指标的熵值为:

油气管道能效管理

i=1,2,…,m×lj=1,2,…,n。

第i个指标的客观权重为:

油气管道能效管理

i=1,2,…,m×l。

为全面反映评价指标的重要性,考虑决策者的经验判断能力,将决策者对各指标给出的主观权重ωi与客观权重θi=1,2,…,m×l相结合,由此可最终确定各指标的权重为:

油气管道能效管理

i=1,2,…,m×l。

2.确定周期内各站场的权重

利用已经确定的各指标权重Yi计算各站场的权重。

各供能站场的权重:

油气管道能效管理

h=1,2,…,m。

管道能耗影响因素的筛选直接影响熵权系数法的评价矩阵。

3.天然气管道指标及影响因素的筛选

1)输量对管道能耗的影响——周转量。输量是影响长输管道能耗的主要因素之一,但是对于存在分输或者注入的管道,各管段输量分布不均匀,因此,使用周转量这个概念可以更好地体现管道负荷率的大小。

2)生产能耗对管道总体能耗的影响——生产能耗。生产能耗属于能直观体现各管道能耗的数据,各部分的变化对总体能耗的影响也各不相同,所以有必要作为单独指标值被提出。

3)压缩机运行情况对管道能耗的影响——压缩机利用率。各压缩机站单台压缩机的运行效率以及整个管道的压缩机组的配置,都直接影响站场及整个管道能耗水平。从SCADA系统和能耗数据采集的现场情况来看,压缩机运行时间和转速数据容易获取。因此,利用压缩机运行时间和转速来定义利用率,可间接反映管道系统中压缩机运行、效率及配比情况。

4)管存对管道能耗的影响——各段管存。管存实际上反映了该管段压力大小,直接影响压缩机运行和配比情况,因此管存对站场、管道能耗有直接影响。对于末端管段,管存一方面反映了末端储气能力大小;另一方面,也反映了向用户供气的可靠性程度(如持续供气时间、供气压力)。因此,管存不仅对天然气管道运行意义重大,对于管道能耗也有直接的影响,对管道节能挖潜具有重要意义,宜选择各段管存作为影响因素进行分析。

5)管道运行平稳度对管道能耗的影响——平稳性系数。相同条件下,管道运行平稳程度不同,则管道运行能耗不同。管道运行越平稳,则能耗相应越少。管道运行平稳性,即管道供气平稳性系数,定义为待评价周期实际周转量(以时、日、周、月为时间粒度)数值的均方百分比偏差,用来描述管道运行平稳程度。与管道沿线用户用气不均匀系数反映用户用气平稳性相对应。由于管道运行平稳性系数不但是衡量管道运行是否平稳的主要指标,直接体现在管道日常运行控制上,对于分析、评价管道运行状况具有重要意义,且对能耗也有很大影响,是管道节能挖潜的措施之一。因此,将管道运行平稳性系数作为影响因素,对其进行分析。

6)用户用气平稳性对管道能耗的影响。用户用气平稳性,即管道沿线用户用气不均匀系数,用来描述管道沿线用户用气不均匀状况。由于用户不均匀性,会间接导致管道输送过程不平稳,从而使管道能耗发生变化。用户用气平稳性本身不在管道运营的控制领域之内,无法采取具体的措施进行调整;只能根据用户用气需求调整供气方案(包括压缩机配比、管存调整等),对能耗仅有间接影响。此外,用户用气平稳性的影响,已经通过供气平稳性和压缩机配比情况、管存情况有所反映。因此,可以排除用户用气平稳性影响,而采用与之相关的因素(压缩机配比和供气平稳性)代替。

7)温度对管道能耗的影响。温度对能耗的影响是显而易见的。从温度本身的含义看,一方面,温度影响可指由于季节性温度变化,导致用户用气不均匀性(如前所述),从而引起能耗变化。此时,温度为间接影响因素,与用户用气不均匀性导致的管道能耗变化相一致。另一方面,温度影响可指由于地温、气温等温度的变化,导致管道输送过程能耗变化(如地温变化,导致加热炉投运与停运,或者沿线散热量变化)。此时温度为直接影响。无论是何种影响,温度均属于不可控自然因素。若以邻近历史数据进行对比分析时,温度相差较小,其间接和直接影响甚微,因此可忽略温度的影响。但对于不同季节的对比分析,则需要将其纳入影响因素进行分析。

8)首站进气压力对管道能耗的影响。对于单点注气的管道系统,首站进气压力直接影响首站能耗。当首站进站压力增大,供气量增长时,沿线各站进站压力、出站压力均有所提高;输气管道通过能力增大,水力坡降线将抬高,各管段管存增加。当首站进气压力减小,供气量下降时,趋势与之相反。但对于具体的管道,首站进气压力变化对管道运行、能耗的影响还受到该站控制方式的影响,不可一概而论。对于多点注气的管道系统,首站进气压力实质为各注气站的进气压力。其变化对管道系统的影响更为复杂。仅单独讨论注气点进站压力对能耗的影响较为困难。此外,需要特别指出,由于管道水力、热力上为一个统一、连续的系统。下游站场、用户用气等情况千变万化。某些情况下,注气点进站压力影响可能导致管道能耗较明显的变化。但在某些条件下,管道系统生产单耗对此项并不敏感。因此,可将首站进站压力与其出站压力相结合,与其他各压气站划归为相同的类型,统一按站场压比来考虑,分析站场压比对管道能耗的影响。

9)用户供气压力对管道能耗的影响。用户供气压力大小与末端管存紧密相关,间接影响各站压缩机配置情况、管道管存情况。供气压力本身直接反映了向用户供气的可靠程度,供气压力实质上与管段末端储气(或末端管段充装率)相关联,其影响与管存一致。而管存已经作为影响因素纳入考虑范围,因此,无需再单独对供气压力进行分析。

4.原油管道指标及影响因素的筛选

1)输量对管道能耗的影响——周转量。选取理由同输气管道。

2)生产能耗对管道总体能耗的影响——生产能耗。选取理由同输气管道。

3)泵机组和加热炉配置对管道能耗的影响——泵利用率、炉利用率。各站泵/加热炉的配置以及整个管道泵/加热炉的配置,都直接影响站场及整个管道能耗水平。与天然气管道压缩机情况类似,定义泵机组利用率和加热炉利用率作为指标进行分析。

4)DRA(减阻剂)对管道能耗的影响— —DRA。我国各油田所产原油绝大部分属于三高(高含蜡、高凝点、高粘度)原油,为提高管输经济性,采用加剂输送。DRA的使用量对能耗的影响也比较明显,因此将DRA作为能耗的影响因素进行分析。在实际分析过程中,可直接利用DRA注入量作为影响因素进行分析。

5)管道运行平稳度对管道能耗的影响——平稳性系数。选取理由及处理方式同输气管道平稳性系数。

6)节流损失对管道能耗的影响——节流损失。在管道的能量供需发生变化时,为了维持管道的稳定运行,需要对管道系统进行调节。通常有改变泵工作特性曲线和管路特性曲线两种调节方式。改变管道工作特性曲线即是改变管道总的能量消耗。改变管道特性一般通过调节阀实现。因此,调节阀节流损失作为生产能耗中的一项额外输出,在一定程度上反映了泵机组运行情况,因此选择作为影响因素的指标进行分析。

7)温度对管道能耗的影响。选取理由同输气管道。

8)输送油品相似度。相同条件下,一个周期内输送的油品不同,所消耗的能量也不同。即由于输送油品物性不同(尤其是粘度),引起管道能耗差异。因此,可定义输送油品粘度系数,描述输送不同比例油品的粘度差异。

5.成品油管道指标及影响因素的筛选

1)输量对管道能耗的影响——周转量。选取理由同输气管道。

2)生产能耗对管道总体能耗的影响——生产能耗。选取理由同输气管道。

3)泵机组配置对管道能耗的影响——泵利用率。选取理由同原油管道。

4)DRA(减阻剂)对管道能耗的影响——DRA(减阻剂)。鉴于部分成品油管道也采取加剂输送方式。因此,与原油管道类似,利用DRA注入量作为影响因素进行分析。

5)管道运行平稳度对管道能耗的影响——平稳性系数。选取理由及处理方式同输气管道平稳性系数。

6)节流损失对管道能耗的影响——节流损失。选取理由及处理方式同原油管道节流损失。

7)温度对管道能耗的影响。选取理由同输气管道。

8)输送油品相似度。成品油管道一般均采用批次顺序输送。相同条件下,一个周期内输送的油品不同,所消耗的能量也不同。即由于输送油品物性不同(尤其是粘度),引起管道能耗差异。因此,可定义输送油品粘度系数,描述输送不同比例油品的粘度差异。

评价矩阵的确定:评价对象为在n个不同周期下的某一管道。该管道共包含m个站场(或压气站),各个站场(或压气站)包含li(i=1,2,…,m)个指标,按照管道类型,列表如下(表5-1、表5-2、表5-3)。

表5-1 天然气管道站场指标评价矩阵

表5-2 原油管道站场指标评价矩阵

表5-3 成品油管道站场指标评价矩阵

你好,决策模型和评价模型是不同的。评价模型只负责选择维度和打分,而决策模型需要基于真实的场景和问题驱动来确定权重,这才是做出最终选择的重要依据,评价的决策层不能太多,太多的话判断矩阵和一致性矩阵的差异可能会很大。 主观性比较强,难以得出准确结果,以上就是我对该问题的回答,希望能帮助到你。