一种海绵城市规划建设的决策评估方法及其系统

1.本发明涉及城市规划建设评估的研究领域，特别涉及一种海绵城市规划建设的决策评估方法及其系统。


背景技术：

2.海绵城市是指借助低影响开发技术，管理城市的雨水资源，形成良性水文循环的城市建设模式。在海绵城市规划建设中，往往涉及不同的建设方案，在方案的决策评估过程需要借助一套系统的评估方法来分析各个方案的优劣并选出最优方案。
3.一个完善的评估流程包含两个阶段，一是评估建设方案在多个评价指标中的得分，二是基于一定的权重，求出建设方案的加权得分。在评价指标得分阶段，现有的决策评估方法更多是从技术、经济两方面进行定量计算，如计算方案的径流控制率、生命周期成本等。对于其他方面的影响因素，如环境生态影响，社会影响，政策考量等，往往采用主观的定性分析，如通过专家采访的方式进行主观评级。在评价指标加权阶段，指标的权重分配往往也是基于专家采访，比如技术指标权重分配1/3，经济指标分配1/3，其他指标分配1/3。最后，基于指标得分和权重分配，计算出方案的最终得分。
4.海绵城市规划建设是一类综合项目，决策者往往需要考虑技术、经济、环境、生态、社会、政策等多个领域的指标，并权衡来自政府，技术部门，和公众等多个利益相关方的意见和偏好。在此情况下，决策者在方案评估过程中需要兼顾评估的全面性、客观性、普适性，而现有的决策评估方法难以实现这一点。一方面，现有的决策评估方法只对技术、经济指标进行客观的定量计算，其他方面的指标采用主观的定性分析，这样难以与技术经济的客观评估相结合。另一方面，不同利益相关方对指标的权重分配偏好不同。比如政府部门注重经济成本，技术部门注重技术效果，而公众更看重环境和生态。因此，单个利益相关方分配的权重可能不适用于反映其他利益相关方的偏好，这样评选出来的最优解难以同时获得多方的认可。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种海绵城市规划建设的决策评估方法及其系统。
6.本发明的第一目的在于提供一种海绵城市规划建设的决策评估方法；
7.本发明的第二目的在于提供一种海绵城市规划建设的决策评估系统。
8.本发明的目的通过以下的技术方案实现：
9.一种海绵城市规划建设的决策评估方法，，包括以下步骤：
10.通过数据获取模块收集海绵城市规划建设现状数据，通过相应的量化计算方法，确定评估指标体系的构建原则，进而构建海绵城市规划建设的评估指标；
11.采用数据分析方法，获取各利益方对指标权重偏好，基于层次分析方法，结合运筹学知识，整合各利益方的权重偏好并计算出全局权重；
12.针对海绵城市规划，设定不同建设方案；
13.对该区域的海绵城市规划进行地理信息建模，通过建模分析不同建设方案在评估指标中的结果；
14.对不同建设方案在评估指标中的结果转化为标准化得分；
15.结合各评估指标的权重，计算不同建设方案的加权得分，得分最高的建设方案则为最优解。
16.进一步地，所述建设现状数据，具体包括：地形数据、土地利用数据、排水管网数据、历时水文数据。
17.进一步地，所述评估指标体系从技术领域、社会经济领域、生态领域、政策领域进行评估；所述评估指标具体包括：水力层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性、水质层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性、生命周期成本、水力破坏成本、水质破坏成本、娱乐性、群落生境面积比、空间一致性。
18.进一步地，所述获取各利益方对指标权重偏好具体为：通过采访和问卷获取各利益方偏好，确定各利益方对评估指标的优先级排序，所述各利益方包括：第一利益方、第二利益方、第三利益方。
19.进一步地，所述整合各利益方的权重偏好并计算出全局权重具体为：根据各利益方对评估指标的优先级排序，利用层次分析方法，搭建运筹学跨框架，具体如下：
[0020][0021]
其中，rrvh为水力层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性，rrve为水质层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性，lcc为生命周期成本，dch为水力破坏成本，dce为水质破坏成本，rf为娱乐性，bar为群落生境面积比，sc为空间一致性；
[0022]
权重计算如下：
[0023]
借助运筹学框架，计算出每个指标的全局权重，公式如下：
[0024][0025]
其中，w
i
是第i个指标的全局权重，而a
ij
是运筹学框架中第j列中第i个指标的相对优先级。
[0026]
进一步地，所述针对海绵城市规划，设定不同建设方案具体包括：单种海绵城市措施方案、多种海绵城市措施组合方案、海绵城市措施与传统管网措施组合方案。
[0027]
进一步地，所述对该区域的海绵城市规划进行地理信息建模，通过建模分析不同建设方案在评估指标中的结果，具体为：基于gis的地理信息平台，将各类现状数据，包括地形数据、土地利用数据、排水管网数据、历时水文数据，处理整合到水力模型软件如swmm,mike等中，并涉及多种水文水质场景进行数值模拟，对不同方案下的径流量，峰值流量，面源污染负荷，经济成本，破坏成本，绿地空间分布等指标进行评估。
[0028]
进一步地，所述对不同建设方案在评估指标中的结果转化为标准化得分，具体为：
[0029]
由于不同指标的单位和数量级均不同，因此需要对其得分进行标准化，以换算成统一的数量级和量纲，方法如下：
[0030][0031]
其中x
′
si
是方案s的指标i的标准化结果值；x
si
是方案s的指标i的原始结果值；是所有方案的指标i的平均结果值；σ
i
是所有方案的指标i的结果的标准差；if
i
是指标i的影响因子，表明指标对评估结果的正面或负面影响；对于rrvh，rrve，rf，bar和sc分配为1，对于lcc，dch和dce分配为
‑
1。
[0032]
进一步地，所述结合各评估指标的权重，计算不同建设方案的加权得分，得分最高的建设方案则为最优解，具体为：
[0033]
结合指标的标准化得分值和指标全局权重，进行加权计算得到加权得分，方法如下：
[0034][0035]
其中，sl
s
是方案s的可持续性指标，w
i
是指标i的全局权重，x
′
si
是指标i对方案s的标准化结果值。
[0036]
本发明的第二目的通过以下技术方案实现：
[0037]
一种海绵城市规划建设的决策评估系统，包括：
[0038]
技术分析模块：技术分析模块通过基于现状数据的地理信息建模，代入不同的水文水质场景以及海绵城市建设方案进行数值模拟，并根据模拟结果分析各项指标；
[0039]
权重分析模块：权重分析模块通过了解各利益方对评估框架内各项评估指标的权重偏好，基于运筹学框架计算出每个指标的全局权重；
[0040]
决策分析模块：决策分析模块将技术分析模块中的各项海绵城市建设决策的模拟结果。
[0041]
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0042]
本发明有三项主要效果，一是实现了决策评估的全面性，综合考虑了技术、经济、社会、生态、政策五大领域的八项评估指标，基本涵盖了海绵城市规划建设过程中涉及的各项影响因素；二是实现了决策评估的客观性，通过对每个指标进行量化计算，避免了定性分析过程的主观影响，使得评估结果有更高的可信度；三是实现了决策评估的普适性，借助运筹学框架，整合了不同利益相关方偏好，使得指标权重的分配结果在政府、技术部门、公众等多方均得以适用和认可，保证了决策更广泛的接受度。
附图说明
[0043]
图1是本发明一种海绵城市规划建设的决策评估方法的流程图；
[0044]
图2是本发明所述实施例1中决策评估方法的技术路线图；
[0045]
图3是本发明所述实施例1中传统管网方案评估效果图；
[0046]
图4是本发明所述实施例1中海绵城市方案评估效果图；
[0047]
图5是本发明所述实施例1中传统管网与海绵城市组合方案评估效果图。
具体实施方式
[0048]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0049]
实施例1
[0050]
一种海绵城市规划建设的决策评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0051]
通过数据获取模块收集海绵城市规划建设现状数据，括地形数据、土地利用数据、排水管网数据、历时水文数据，通过相应的量化计算方法，确定评估指标体系的构建原则，从技术、社会经济、生态、政策四个方面进行评估，进而构建海绵城市规划建设的评估指标，包括水力层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性、水质层面的韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性、生命周期成本、水力破坏成本、水质破坏成本、娱乐性、群落生境面积比、空间一致性；
[0052]
采用数据分析方法，获取各利益方对指标权重偏好，基于层次分析方法，结合运筹学知识，整合各利益方的权重偏好并计算出全局权重；这里各利益方包括第一利益方、第二利益方、第三利益方，其中，第一利益方为政府部门，第二利益方为技术部门，第三利益方为公众；通过对政府部门决策者、技术部门设计者、以及公众进行采访或者问卷来获取偏好；
[0053]
针对海绵城市规划，设定不同建设方案；包括但不限于：单种海绵城市措施方案，多种海绵城市措施组合方案，海绵城市措施与传统管网措施组合方案；
[0054]
对该区域的海绵城市规划进行地理信息建模即基于gis的地理信息平台，将各类现状数据，包括地形数据、土地利用数据、排水管网数据、历时水文数据，处理整合到水力模型软件如swmm,mike等中，并涉及多种水文水质场景进行数值模拟，对不同方案下的径流量，峰值流量，面源污染负荷，经济成本，破坏成本，绿地空间分布等指标进行评估，通过建模分析不同建设方案在评估指标中的结果；
[0055]
对不同建设方案在评估指标中的结果转化为标准化得分；由于不同指标的单位和数量级均不同，因此需要对其得分进行标准化，以换算成统一的数量级和量纲，方法如下：
[0056][0057]
其中x
′
si
是方案s的指标i的标准化结果值；x
si
是方案s的指标i的原始结果值；是所有方案的指标i的平均结果值；σ
i
是所有方案的指标i的结果的标准差；if
i
是指标i的影响因子，表明指标对评估结果的正面或负面影响；对于rrvh，rrve，rf，bar和sc分配为1，对于lcc，dch和dce分配为
‑
1。
[0058]
结合各评估指标的权重，计算不同建设方案的加权得分，加权得分计算方法如下：
[0059]
[0060]
其中，sl
s
是方案s的可持续性指标，w
i
是指标i的全局权重，x
′
si
是指标i对方案s的标准化结果值，得分最高的建设方案则为最优解。
[0061]
技术路线图如图2所示，具体如下：
[0062]
1、评估指标的确定：本发明的决策评估方法，具体包括八项评估指标：1)韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水力层面)，2)韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水质层面)，3)生命周期成本，4)水力破坏成本，5)水质破坏成本，6)娱乐性，7)群落生境面积比，8)空间一致性。
[0063]
2、量化方式的确定：每项评估指标的计算方法如下：
[0064]
1)韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水力层面)
[0065][0066]
其中，rrv
h
是韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水力层面)指标；nf是洪泛节点的数量；tf
i
是第i个洪泛节点的洪泛持续时间，小时为单位；t
n
是总经过时间，以小时为单位；hf
i
是第i个洪水节点的水深，以m为单位；hd
i
是第i个泛洪节点的设计深度，以m为单位。
[0067]
2)韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水质层面)
[0068][0069]
其中，rrve是韧性
‑
可靠性
‑
脆弱性(水质层面)指标；no是cso节点数toj是第j个cso节点的溢出持续时间，以小时为单位；tn是总经过时间，以小时为单位；lojk是第i个淹没节点处的污染物k的负荷(k＝cod，tn，tp)，以千克为单位；lajk是第i个扩散节点处污染物k的最大允许负荷，以kg为单位。
[0070]
3)生命周期成本
[0071][0072]
其中，pvc是生命周期成本的现值，以元为单位；c
o
是资本成本，以元为单位；c
a
是每年的费用，以元为单位；t是寿命，以年为单位；t是时间变化，以y为单位；r是折现率，根据中国基础设施的基准收益率确定为5％。
[0073]
4)水力破坏成本
[0074][0075]
其中，dc
h
是水力破坏成本，以元为单位；af
ij
是在土地利用类型j(j＝建筑物，道路，
…
，m)上以平方米为单位的深度为i米(i＝0.1，0.2，
…
，n)的洪水区域；cf
ij
是等级为i的深度的洪水的损失成本，单位为元每平方米。
[0076]
5)水质破坏成本
[0077][0078]
其中，dc
e
是水质破坏成本，以元为单位；lpk是污染物的负荷k(k＝cod，tn，tp)，以千克为单位；cpk是污染物k的处置费用，以元每千克为单位。
[0079]
6)娱乐性
[0080][0081]
其中，gai是娱乐指数，无量纲；dist
i
是从地理空间位置到第i个小绿色空间边缘的最短距离，以米为单位；ap
i
是第i个小绿色空间的实际面积，以平方米为单位；ac
i
是与第i个小绿色空间相同的周长的圆的面积，以平方米为单位；ap
max
是面积最大的绿色空间，以平方米为单位。
[0082]
7)群落生境面积比
[0083]
bar＝0.2
×
a1+0.3
×
a2+0.5
×
a3+0.7
×
a4+a5[0084]
其中，bar是群落生境面积比，无量纲；a1是裸露的屋顶面积，单位为平方米；a2是指不带植物(例如，熟料砖，马赛克铺路或砾石底基)的可渗透表面面积，单位为平方米；a3是带植物的可渗透表面的面积，例如，带有草皮的砾石或铺有木块的铺面的面积，单位为平方米；a4是不与下面的土壤相连的植物表面的面积，单位为平方米；a5是与下面的土壤相连的植物表面的面积，单位为平方米。
[0085]
8)空间一致性
[0086][0087]
其中，sc是空间一致性，无量纲；gyc
i
是设计的灰色策略(排水管网系统)的规模，在第i个点与计划的灰色策略在空间上一致，以米为单位；gyp
i
是第i个点的计划灰色策略的规模，以米为单位；gnc
j
是设计的绿色策略(低印象开发技术)的规模(在空间上与第j点的计划的绿色策略一致)，以平方米为单位；gnp
j
是在第j点的已规划绿色策略的规模，以平方米为单位。
[0088]
3、指标偏好采访：采访来自政府、技术部门、公众的利益相关者，确定他们对这八个指标的优先级排序，以1
‑
4的整数用于表示前一个指标对后一个指标的优先级从同等重要到显着重要，而四个对应的倒数表示前一个指标对后一个指标的优先顺序相反。
[0089]
4、运筹学框架搭建：整理好上述各方的权重偏好，利用层次分析法，搭建运筹学跨框架如下：
[0090][0091]
5、权重计算：借助运筹学框架，计算出每个指标的全局权重，公式如下：
[0092][0093]
其中，w
i
是第i个指标的全局权重，而a
ij
是运筹学框架中第j列中第i个指标的相对优先级。
[0094]
6、指标得分标准化：由于不同指标的单位和数量级均不同，因此需要对其得分进行标准化，以换算成统一的数量级和量纲，方法如下：
[0095][0096]
其中x
′
si
是方案s的指标i的标准化结果值；x
si
是方案s的指标i的原始结果值；是所有方案的指标i的平均结果值；σ
i
是所有方案的指标i的结果的标准差；if
i
是指标i的影响因子，表明指标对评估结果的正面或负面影响；对于rrvh，rrve，rf，bar和sc分配为1，对于lcc，dch和dce分配为
‑
1。
[0097]
7、方案加权得分计算：结合各评估指标的权重，计算不同建设方案的加权得分，加权得分计算方法如下：
[0098][0099]
其中，sl
s
是方案s的可持续性指标，w
i
是指标i的全局权重，x
′
si
是指标i对方案s的标准化结果值，得分最高的建设方案则为最优解。
[0100]
本发明应用于学术研究。该研究以安徽省巢湖市为例，选取了市中心约10平方千米范围作为研究区域。针对该区域的水力水质现状，设计了九种海绵城市建设方案。为选取出最优方案，研究中采用了本次发明的决策评估方法。通过上述步骤，实现了对九种方案的评估，并通过地理信息建模技术，对评估结果进行可视化，见附图3
‑
5。研究发现，以排水管网为主的方案在内涝防治和政策拟合度上表现更好，以低影响开发技术为主的方案在水质和生态修复方面效果更好，而以传统排水管网结合低影响开发技术的海绵城市方案为综合最优方案。
[0101]
实施例2
[0102]
一种海绵城市规划建设的决策评估系统，包括：
[0103]
技术分析模块：技术分析模块通过基于现状数据的地理信息建模，代入不同的水文水质场景以及海绵城市建设方案进行数值模拟，并根据模拟结果分析各项指标；
[0104]
权重分析模块：权重分析模块通过了解各利益方对评估框架内各项评估指标的权重偏好，基于运筹学框架计算出每个指标的全局权重；
[0105]
决策分析模块：决策分析模块将技术分析模块中的各项海绵城市建设决策的模拟结果。
[0106]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。