灰色系统理论在环境评价、规划与管理中的研究与应用

摘要

当前，环境评价、规划与管理的方法有很多种，但是在实际的环境评价、规划与管理中针对多目标、多层次、多影响因素、少样本数据、少信息的复杂系统的方法仍处于研究阶段。由于生态破坏与环境污染现象的复杂性和资料信息的不足，近年来，很多学者对这些不确定性问题进行着广泛深入的研究。样本资料信息的不完全性实际上构成了灰色系统的基本特征，因此研究灰色系统理论建立环境模型对于分析少数据、少信息的样本特征，判定和筛选环境影响因子有很大的作用。相对于其它方法而言，灰色系统理论建立的环境系统模型具有较好的适应性和灵活性，在环境现状的分析和评价、环境的预测和规划以及环境管理等方面有广泛的应用价值。 本课题主要通过对灰色系统理论的基本原理和基本建模方法进行研究，将其应用到环境评价、规划与管理中。本课题的研究与应用主要从下述五个方面依次分别展开： 1.用灰色关联分析方法来确定参考数列和比较数列，并把加权后的环境质量分指数用于关联度分析中，以确定环境污染物评价指数的权值，再计算出关联度并排序比较得出结论； 2.用灰色聚类法来构造白化函数，求白化函数值，进而构造聚类向量，比较后确定评估环境要素的等级； 3.用灰色决策模型构造局势决策，通过分析各目标各局势下的效果白化值，计算出局势效果测度和综合效果测度，将多目标决策转化为单目标决策问题，从而选择最佳局势进行决策； 4.根据灰色模型理论，由h个变量n阶灰色微分方程的推导，得出一阶灰色数据序列构成的微分方程：dx(1)/dt+ax(1)=u拟合出灰色预测模型：(^x)(1)(t+1)=[x(0)(1)-u/a]×exp(-at)+u/a，并将(^x)(1)还原为x(0)，并求出相对误差E(0)和中值误差e1/2，以中值误差的10％作为模型的检验标准。在灰色一次拟合模型等级达不到标准时，采用二次拟合方法对模型进行改进，而模型并不是原始数列越多越好，随着系统的发展变化，必须对所建立的模型进行不断调整。通过该模型对环境状况进行定量预测； 5.灰色预测型线性规划的环境数学模型的目标函数为：f(x)=n∑j=1CX； 约束条件为：n∑j=1 aijX≤B，(i=1，2，……m)，Xij≥0，(j=1，2，……n) 由于约束条件B是用时间序列来描述的，且为灰数，记为“(×)”，用GM(1，1)模型求得预测值，并将其带入规划模型可求的在各约束条件下的规划解。 通过研究分析灰色系统理论及五种灰色模型的研究构建过程之后，将其分别运用到水环境质量评价、一个典型的废水处理站环境运营中的决策管理、水环境预测、大气环境规划中以分析检验其应用效果和阐述其实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.1.1环境问题的产生及世界环境现状

1.1.2我国环境现状

1.2课题的提出

1.3研究的内容及方法

第2章环境评价、规划与管理概述及国内外研究概况

2.1环境评价概述

2.1.1环境评价定义与分类

2.1.2环境评价方法

2.1.3国内外环评研究状况

2.2环境规划与管理概况

2.2.1环境规划与管理的定义与分类

2.2.2环境规划与管理的方法与程序

2.2.3国内外环境规划与管理状况

2.3环境数学模型

2.4环境综合评价、规划与管理的技术方法

2.4.1环境综合评价、规划与管理的主要方法

2.4.2综合技术方法应用实例

2.5本章小结

第3章灰色系统理论与灰色建模研究

3.1灰色理论概述

3.1.1灰色理论的提出

3.1.2灰色理论概念、基本原理与主要内容

3.1.3灰色理论与概率、模糊理论的对比

3.1.4灰色理论的体系方法

3.1.5灰色模型

3.2灰色关联分析

3.2.1灰关联分析的概念及性质

3.2.2灰色关联分析求解步骤

3.3灰色聚类评估

3.3.1灰色评估的定义及分类

3.3.2灰聚类评估的计算步骤

3.4灰色决策

3.4.1灰色局势决策概述

3.4.2灰色局势决策建模求解步骤

3.5灰色预测

3.5.1灰色预测概述

3.5.2灰色预测建模机理

3.5.3灰色预测模型GM(1，1)建模具体步骤

3.6灰色线性规划模型研究

3.6.1线性规划基本理论

3.6.2灰色线性规划

3.6.3模型的求解方法

3.7比例下降规划

3.8本章小结

第4章灰色系统理论研究的应用实例

4.1灰色关联分析的应用分析

4.1.1监测结果及质量标准的处理

4.1.2确定比较数列和参考数列

4.1.3求出各断面的绝对差△i(k)

4.1.4求出断面的最值

4.1.5计算各断面关联系数并比较关联度

4.1.6依据关联度大小得出综合评价结果

4.1.7结果分析

4.2灰色聚类评价的应用分析

4.2.1原始数据的搜集及处理

4.2.2构造标准权

4.2.3白化函数的构造及求解

4.2.4求聚类系数，构造聚类向量

4.2.5确定评价等级

4.3灰色局势决策模型在环境管理中的应用分析

4.3.1构造决策局势

4.3.2量化目标及其效果白化值

4.3.3计算不同目标的局势效果测度

4.3.4计算综合效果测度，将多目标决策问题化为单目标决策问题

4.3.5按最佳效果，选择最佳局势进行决策

4.3.6决策结论

4.4灰色预测模型GM(1，1)在环境质量预测的应用分析

4.4.1原始数据的处理

4.4.2建模过程

4.4.3预测结果及分析

4.5灰色预测线性规划的应用研究

4.5.1原始数据搜集

4.5.2灰色预测线性规划预测模型建立与求解

4.5.3灰色预测线性规划结果

4.6本章小结

第5章结论与展望

5.1课题研究结论

5.2后续研究展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录