基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的煤礦總圖設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

李學(xué)東

(天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的煤礦總圖設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

李學(xué)東

(天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

通過(guò)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及其計(jì)算方法，建立了改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)模型。以某1.5Mt/a的煤礦為研究案例，應(yīng)用改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，結(jié)果表明：模型計(jì)算結(jié)果與評(píng)審專(zhuān)家意見(jiàn)一致，比傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法更準(zhǔn)確，表明所建立的改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型在煤礦總圖方案的選擇評(píng)價(jià)中具有一定的適用性。

灰色關(guān)聯(lián)分析；總圖設(shè)計(jì)；層次分析法；熵值法

OptimizationofCoalmineGeneralDrawingDesignProjectionBasedonModifiedGrayCorrelationAnalysisMethod

隨著煤炭市場(chǎng)持續(xù)低迷，煤炭?jī)r(jià)格連續(xù)下跌，煤炭企業(yè)效益同比急速下滑，甚至部分骨干企業(yè)也出現(xiàn)虧損。嚴(yán)峻的形勢(shì)使得煤炭企業(yè)在新建礦井時(shí)不得不充分考慮其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，而總圖方案直接影響工程投資、整體運(yùn)營(yíng)效果以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。因此，運(yùn)用合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)方法，選出最優(yōu)的總圖設(shè)計(jì)方案，對(duì)于發(fā)揮煤礦的整體效率及經(jīng)濟(jì)效益尤為重要。

煤礦總圖方案評(píng)價(jià)需要綜合考慮總平面布置、運(yùn)輸設(shè)施布置、豎向設(shè)計(jì)、綠化布置、管線(xiàn)綜合布置等方面影響因素，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和選擇合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)方法。這方面國(guó)內(nèi)已有不少研究成果：王秋平[1]用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)總圖設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；吳進(jìn)樸[2]用2種不同的灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算方法對(duì)煤礦總圖設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)選；白淑娟[3]應(yīng)用系統(tǒng)布置方法對(duì)煤炭企業(yè)總平面布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并運(yùn)用多層次模糊綜合評(píng)判方法進(jìn)行總圖方案優(yōu)選；疏義勝[4]用模糊層次評(píng)價(jià)方法對(duì)鋼鐵企業(yè)總圖方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；劉苗[5]提出一種基于層次—灰色關(guān)聯(lián)分析法的總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方法；李云銘[6]將線(xiàn)性加權(quán)法應(yīng)用到總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)當(dāng)中；張琦[7]將可拓工程理論引入總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)，提出以處于可行方案經(jīng)典集合外的“理想解”為方案評(píng)價(jià)標(biāo)尺的拓展量化分析思路；丁威[8]用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)總圖方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。上述方法既有優(yōu)點(diǎn)，也有各自的不足之處，如：層次評(píng)價(jià)法主要是依靠專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和主觀(guān)意識(shí)來(lái)判斷方案的優(yōu)劣，不夠科學(xué)和客觀(guān)；傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法的不足之處在于平均關(guān)聯(lián)度未考慮序列中各指標(biāo)的權(quán)重，可能導(dǎo)致結(jié)論不合理，而且如果關(guān)聯(lián)度總和不變，則無(wú)論每個(gè)關(guān)聯(lián)度如何變化，平均關(guān)聯(lián)度均不變，這顯然不合常理。

1 改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型

1.1 改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型概述

改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法是在傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)模型基礎(chǔ)上修改而得到的。首先，選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，既要全面，又要有主次輕重，包括定性和定量指標(biāo)，以便更好地反映各方案特性；其次，運(yùn)用層次分析法和熵值法相結(jié)合的組合賦權(quán)法來(lái)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；最后，與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)綜合評(píng)判各方案的優(yōu)劣。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算步驟

(1)確定分析序列 由于采用多設(shè)計(jì)方案比選的方法，令xij為第i個(gè)設(shè)計(jì)方案的第j項(xiàng)指標(biāo)；m為比選方案?jìng)€(gè)數(shù)，每個(gè)方案有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。原始數(shù)據(jù)矩陣為：xij=[xi1,xi2,…，xin]，1≤i≤m。

(2)原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化處理 對(duì)于定性指標(biāo)根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，采用方案兩兩打分法，五級(jí)標(biāo)度即優(yōu)、良、一般、較差、差，分別采用10,9,8,7,6。假定評(píng)價(jià)指標(biāo)j的理想值為xoj，其中對(duì)于正向指標(biāo)，取極大值xjmax,對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，取極小值xjmin，即

(1)

(2)

式中，xoj表示理想值。

則標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到矩陣Y=(yij),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣進(jìn)行歸一化處理，得：

(3)

(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù) 根據(jù)下列公式計(jì)算出差序列Δij、最大差Δ(max)和最小差Δ(min)。

Δij=∣yij-1∣

(4)

關(guān)聯(lián)系數(shù)：

ξij=[Δ(min)+ρΔ(max)]/[Δij+ρΔ(max)]

(5)

式中，ξij為第i個(gè)方案的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與理想序列中第j個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ為分辨系數(shù) (0<ρ<1)，一般ρ取 0.5。

(4)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值

(6)

式中，k=1/lnm；

(5)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的差異系數(shù)

hj=1-ej， 1≤j≤n

(7)

(6)利用熵值法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，得指標(biāo)的權(quán)重向量

b=(b1，b2，…，bj，…，bn)

(8)

1.3 指標(biāo)組合權(quán)重

為了準(zhǔn)確全面地反映各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，用層次分析法給出各指標(biāo)主觀(guān)權(quán)重值，再與熵值法給出的客觀(guān)權(quán)重組合賦權(quán)得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。組合賦權(quán)公式[11]為：

(9)

1.4 計(jì)算改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度

按照公式(10)計(jì)算改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度：

(10)

Ei的值越大，說(shuō)明方案越接近最優(yōu)。

2 實(shí)例分析

選取某1.5Mt/a的煤礦的3個(gè)總圖設(shè)計(jì)方案作為評(píng)價(jià)樣本，按照評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的原則，結(jié)合煤礦實(shí)際情況和煤礦領(lǐng)域總圖設(shè)計(jì)方案比選的側(cè)重點(diǎn)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)3個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1 原始數(shù)據(jù)整理計(jì)算

運(yùn)用上述計(jì)算方法將表1中的各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

表1 3個(gè)總圖設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

由公式(6)～(9)可算得相應(yīng)熵值、差異性系數(shù)和權(quán)重。

熵值ej=(0.9995, 0.9995,0.9990,0.9966, 0.9962, 0.9962, 0.9989, 0.9989)。

差異性系數(shù)hj=(0.0005,0.0003,0.0010,0.0034,0.0038,0.0038,0.0011,0.0011)。

權(quán)重ωj=(0.0279,0.0309, 0.0729, 0.2622, 0.1736, 0.3087, 0.059, 0.0649)。

由公式(4)和(5)可得關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij矩陣：

再由公式(10)可得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Ei=(0.0680, 0.1098, 0.0604)。

綜合評(píng)價(jià)值得分由大到小排序?yàn)榉桨?、方案1、方案3，即選取方案2的總圖設(shè)計(jì)方案作為最優(yōu)方案。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析驗(yàn)證

用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算這3個(gè)方案的灰色平均關(guān)聯(lián)度E1=0.8551，E2=0.9055，E3=0.8190。雖然其與用改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算出的綜合得分順序一致，但是，傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算出的得分差距僅為5%左右，方案2對(duì)于方案1的優(yōu)勢(shì)不是很明顯；由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中有一些定性指標(biāo)，故評(píng)價(jià)結(jié)果不能真實(shí)反映方案的優(yōu)劣。

改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法中對(duì)指標(biāo)權(quán)重運(yùn)用層次分析法和熵值法組合賦權(quán)，克服了傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法的不足，充分反應(yīng)了指標(biāo)權(quán)重對(duì)關(guān)聯(lián)度的影響，能更客觀(guān)科學(xué)地考慮主客觀(guān)因素，得出的結(jié)果也就更為準(zhǔn)確、客觀(guān)。

在項(xiàng)目方案評(píng)審中，經(jīng)過(guò)有關(guān)專(zhuān)家對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，多數(shù)專(zhuān)家選擇了方案2，這與改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法得出的結(jié)論一致?？梢?jiàn)，該方法用于煤礦總圖設(shè)計(jì)方案優(yōu)選是可行有效的。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了更客觀(guān)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)煤礦總圖設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，在灰色理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法和熵值法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重組合賦權(quán)，建立了改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)模型，并以某1.5Mt/a的煤礦的總圖設(shè)計(jì)方案比選為例，驗(yàn)證了改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，對(duì)類(lèi)似煤礦總圖布置方案的比選與確定具有一定的借鑒意義。

當(dāng)然，本文對(duì)改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的驗(yàn)證還只是一個(gè)案例，煤礦不同，影響煤礦總圖布置的因素也不盡相同，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系做更深入的剖析和更有針對(duì)性的權(quán)重判斷，這些問(wèn)題需要在實(shí)際的研究工作中進(jìn)一步分析、完善。

[1]王秋平.基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(6)：131-133.

[2]吳進(jìn)樸.總圖設(shè)計(jì)理論研究及其應(yīng)用[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2010.

[3]白淑娟.煤炭企業(yè)工業(yè)場(chǎng)地總平面設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

[4]疏義勝.鋼鐵企業(yè)總圖方案的模糊評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代冶金，2009，37(3)：74-75.

[5]劉 苗，樸日善，張維秀.基于層次-灰色關(guān)聯(lián)分析的總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)[J].化工設(shè)計(jì)，2011，21(3)：30-32.

[6]李云銘.線(xiàn)性加權(quán)法在總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)中的運(yùn)用[J].云南冶金，2008，37( 3)：70-72.

[7]張 琦，王秋平.基于可拓工程理論的工業(yè)企業(yè)總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)[J].工業(yè)工程，2012，15(3)：110-113.

[8]丁 威，張永奇.工業(yè)企業(yè)總圖布置方案灰色系統(tǒng)的優(yōu)選方法[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34(1)：116-119.

[9]劉思峰，黨耀國(guó)，方志耕，等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M]. 北京：科技出版社，2004.

[10]鄧聚龍.灰色理論基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

[11]張 浩，俞 斌，肖英杰，等.船舶定線(xiàn)制設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(3)：5-9.

[責(zé)任編輯：周景林]

2014-03-12

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.007

李學(xué)東(1982-)，男，山西大同人，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事煤炭工業(yè)總圖、地面運(yùn)輸設(shè)計(jì)研究工作。

李學(xué)東.基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的煤礦總圖設(shè)計(jì)方案優(yōu)選[J].煤礦開(kāi)采，2014，19(4)：25-27.

TD214

B

1006-6225(2014)04-0025-03