賈梧桐，韋楚來，符向前

（1. 武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072；2. 肇慶市景豐聯(lián)圍管理局，廣東 肇慶 526000）

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泵站信息化的評價體系與指標的研究

賈梧桐1，韋楚來2，符向前1

（1. 武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072；2. 肇慶市景豐聯(lián)圍管理局，廣東 肇慶 526000）

摘 要：通過對現(xiàn)階段已有的信息評價體系的研究和改進，建立一種三級泵站信息化評價體系，并分析各種權(quán)重確定方法的優(yōu)劣，采用層次分析法確定各級指標權(quán)重。并采用層次分析法和賦值法，將該信息化評價體系應(yīng)用在景豐聯(lián)圍泵站信息化，形成一套完整的泵站信息化評價體系與指標。

關(guān)鍵詞：泵站信息化；評價體系與指標；層次分析法

1　泵站信息化評價體系的國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

20 世紀 90年代左右，我國開始提出信息化建設(shè)的概念［1］。2001年，我國公布了包括水利信息化等關(guān)系到國家經(jīng)濟和社會生活各方面的信息化評價指標［2］。經(jīng)過十幾年的信息化建設(shè)，我國水利信息化建設(shè)取得了一定的成就并積累了豐富的經(jīng)驗。水利信息化有效提高了業(yè)務(wù)效率，規(guī)范了管理制度，但因為缺乏有效的評價體系和一定的評價指標而陷入了困境。我國泵站信息化發(fā)展更是因為長期缺乏科學(xué)統(tǒng)一的建設(shè)、管理和經(jīng)營模式，缺乏相應(yīng)的評價體系和指標，導(dǎo)致泵站信息化建設(shè)過程中出現(xiàn)了一定的盲目性和不合理性，造成了大量浪費。

泵站信息化評價體系是指建立一套適合各地泵站信息化建設(shè)和應(yīng)用的指標體系，以指導(dǎo)各地泵站的信息化建設(shè)；同時建立一套有效的泵站信息化評價模型和系統(tǒng)，客觀地用評價指標評價各地泵站信息化發(fā)展水平，為泵站信息化建設(shè)和發(fā)展提供科學(xué)的決策依據(jù)［3］。隨著信息化建設(shè)的發(fā)展，信息化的評價體系與指標在各行各業(yè)建立［4］。建立一套適合我國泵站信息化實際需求的評價體系與綜合評價指標，已刻不容緩。

2　泵站信息化評價體系與指標的建立與計算方法

2.1建立原則

泵站信息化評價體系與指標的建立一般需要以下幾個原則：適用性、客觀性、可比性、通用性和可擴展性等［5］。評價系統(tǒng)具有可操作性，評價指標統(tǒng)一性，能適用于我國的大部分泵站；評級體系和指標符合客觀實際、具體、量化；各級泵站可縱向比較，也可與同級泵站橫向比較；所建立的評價體系與指標能滿足不同泵站的需求；評價系統(tǒng)和指標可以擴展以滿足未來需求。

2.2體系設(shè)計

泵站體系指標一般分級設(shè)定，一般有單層和多層信息化指標體系［6］。目前，由于單層信息化指標體系內(nèi)容過于繁雜，需要統(tǒng)計的項目繁多復(fù)雜，不易準確地反映信息化結(jié)果。因此大部分信息化評價體系都采用多層信息化指標體系［7］。但是三層以上的信息化指標體系又過于復(fù)雜，適用于大型項目［8］。對于泵站，可以優(yōu)先考慮三級信息化指標體系。

本研究將泵站體系指標設(shè)為三級。其中，三級指標為底層指標，底層指標的內(nèi)容是最具體和基本的，包括泵站信息化項目中具體的、可以測得的參數(shù)，以及經(jīng)統(tǒng)計得到的具體數(shù)目等，底層指標的上層指標值值可通過評價體系以底層指標為基礎(chǔ)計算得到［9］。初步確定的一級指標有 4 個：泵站信息化體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、應(yīng)用水平、系統(tǒng)運行持續(xù)性和經(jīng)濟效益評價。一級指標是泵站信息化的評價體系中最高級的評價指標，是泵站信息化評價指標中的 4 個大類。二級指標是連通一級和二級指標的中間過渡通道，二級指標由基礎(chǔ)指標算出后，再經(jīng)過權(quán)重，即可算出各項一級指標。

指標等級及內(nèi)容如表 1 所示。高層指標可以通過評價模型中的權(quán)重系數(shù)，按照一定的計算規(guī)則由基礎(chǔ)指標推算而得。

表1　泵站信息化主要指標

2.3評價指標基礎(chǔ)分值計算方法

評價指標的分值由基礎(chǔ)指標的分值通過評價模型中相關(guān)權(quán)重及算法計算而得，基礎(chǔ)指標的計算方法為

式中：分母部分是由項目啟動時，簽訂的項目合同書確定，分子是項目結(jié)束后，由驗收單位對項目實際成果進行驗收后確定得到的結(jié)果。權(quán)重的設(shè)定是計算各指標分值的關(guān)鍵，下文詳述評價指標的權(quán)重確定部分。

由體系的設(shè)計方法可知，將每一組的三級指標基礎(chǔ)分值算出之后，即可求得二級指標基礎(chǔ)分值。二級指標基礎(chǔ)分值的計算方法為

式中：三級指標由式（1）確定，二級指標基礎(chǔ)分值等于該二級指標下屬的各項三級指標基礎(chǔ)分值與權(quán)重之積的和。

同理，一級指標基礎(chǔ)分值的計算指標為

這樣，就得到了泵站信息化體系各級指標的基礎(chǔ)分值。

2.4泵站信息化評價指標權(quán)重的確定

總體來說泵站信息化評價指標權(quán)重有 2 種確定方法，客觀和主觀賦值法。其中客觀賦權(quán)法又分為主成分分析法、熵權(quán)法和標準離差法，主觀賦值法又分為專家咨詢法、專家排序法、層次分析法。客觀賦值法能充分挖掘原始數(shù)據(jù)的信息，結(jié)果相對比較客觀，但由于沒有專家和決策者的意見，有時得到的權(quán)重可能與實際重要程度不符，不能反映出真實情況，并且客觀賦值法對數(shù)據(jù)要求較高，并且要求在賦值之前對所有數(shù)據(jù)進行采集。主觀賦值法充分表達了專家的知識和經(jīng)驗，以及決策者的意見和偏好，具有一定的主觀隨意性，但主觀賦值法對于采集數(shù)據(jù)先于或后于賦值并無影響，而且即使數(shù)據(jù)存在少量誤差，也不會對信息化評價指標的權(quán)重產(chǎn)生影響。

由于泵站信息化評價體系既有定量指標又有定性指標，所以應(yīng)該采用一種定量和定性分析相結(jié)合的方法。采用層次分析法，對泵站信息化的各項指標進行科學(xué)地劃分，能得到相對較為準確的權(quán)重值。層次分析法的計算步驟如下所示：

1）構(gòu)造判斷矩陣。要得到較為準確的權(quán)重值，就需要構(gòu)造出 1 個判斷矩陣，確定問題的重要性。本文采用 1～9 標度法，讓專家和決策者做出判斷，將相關(guān)因素的重要性進行數(shù)字化的比較。1～9 標度的含義如表 2 所示。設(shè) n 個被比較的元素形成 1 個兩兩比較矩陣為

表2　1～9標度的含義

2）層次分析法的層次單排序及其一致性檢驗。層次單排序是指通過計算判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，得到每一層的各個因素相對于上一層某因素的相對重要性系數(shù)。為進行判斷矩陣 A 的一致性檢驗，需要計算衡量矩陣 A 的不一致程度的數(shù)量指標，即一致性指標 C. I。C. I 的計算公式為

式中：λmax是一致性矩陣的最大特征根。

在階數(shù)比較大時，還需要采用 R. I 來修正 C. I，R. I 是平均隨機一致性指標，其計算公式為

當隨機一致性比率 C. R = C.I / R. I ＜ 0.10 時，認為相對權(quán)重有滿意的一致性，否則需要重新賦值，認真修正，直到通過一致性檢驗。

3）計算判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量。通過計算判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，可以得到每一層的各個因素相對于上一層某因素的相對重要性系數(shù)。

a. 將判斷矩陣的每一行元素相乘，其乘積結(jié)果用 Mi表示為

式中：Bij分別為 Aj的相對權(quán)重。

b. 然后將 Mi開 n 次方，其計算結(jié)果用 Wi表示為

d. 最后，根據(jù) Wi的計算結(jié)果，求出判斷矩陣的最大特征根 λmax為

3　泵站信息化的評價體系與評價指標在景豐聯(lián)圍的應(yīng)用

景豐聯(lián)圍位于西江干流左岸肇慶市境內(nèi)，有石咀、廣利、波羅竇、羅隱、羚山、橫槎、石溪、貝水等 8 處大型泵站。泵站現(xiàn)有建設(shè)管理信息系統(tǒng)：包括泵站內(nèi)、外水位和流量等的水情采集系統(tǒng)。各泵站運行監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)視機電設(shè)備運行工作狀況和泵站啟閉時周邊環(huán)境，并具有異常工況預(yù)警、報警功能。泵站信息化的評價體系與指標應(yīng)用到景豐聯(lián)圍可大大提高泵站信息化的運行效率，突出信息化建設(shè)的重點項目，對泵站信息化形成直觀的表述。景豐聯(lián)圍作為國家大型灌區(qū)節(jié)水技術(shù)及設(shè)備研究與示范項目子題——大中型排灌泵站改造與高效運行關(guān)鍵技術(shù)研究項目的一個試點，將泵站信息化評價體系應(yīng)用到石溪泵站有利于指導(dǎo)該泵站的信息化建設(shè)，并客觀地評價各其信息化發(fā)展水平，為該泵站信息化建設(shè)和發(fā)展提供科學(xué)的決策依據(jù)。

由于景豐聯(lián)圍石溪泵站是已知泵站，并由專家進行過評估，故信息化一級指標的權(quán)重宜采用專家賦值的方法，經(jīng)查專家賦值，得出泵站信息化體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平評價 A、泵站信息化應(yīng)用水平評價 B、泵站信息化系統(tǒng)運行持續(xù)性評價 C、泵站信息化經(jīng)濟效益的評價的權(quán)重 D 分別為：40%，30%，17%，13%，由此，該泵站信息化評價體系的最終指標分值 Z 可求得：

式中：Z 為景豐聯(lián)圍總體泵站信息化指數(shù)。

二級指標取硬件設(shè)施、監(jiān)測系統(tǒng)安裝情況、信息化投入比重、人才與資金投入，分別為 A1，A2，A3，A4；每百人計算機擁有量、網(wǎng)絡(luò)性能水平、計算機聯(lián)網(wǎng)率分別為 A11，A12，A13；泵站前池斷面平均每平方米測速裝置安裝率、泵站水位監(jiān)測點（進水池、出水池）傳感器安裝率、水泵機組流量監(jiān)測點（進口、出口法蘭）傳感器安裝率、泵站現(xiàn)場視頻監(jiān)測覆蓋率分別為 A21，A22，A23，A24；泵站信息化建設(shè)占總投資比重比例為 A31；資金鏈流動情況、資金按時到位情況、人才流動情況分別為 A41，A42，A43。根據(jù)專家經(jīng)驗和決策者意見，按照 1～9 標度含義表對各層次各指標的相對重要性進行判斷賦值，建立兩兩比較的判斷矩陣。為了便于運用層次分析法，用公式（4）對專家打分值 x 進行處理，將專家判斷后得到的分數(shù)四舍五入取整，即如果是小于 1的數(shù)將倒數(shù)取整再求倒數(shù)。

式中：M 是該屬性綜合分值。

A，A1，A2，A4的判斷矩陣分別如表 3，4，5，6 所示。

同理可得 B，C，D 部分各級指標的權(quán)重，同時，專家對景豐聯(lián)圍三級指標完成情況進行打分（百分制），各個權(quán)重指標及三級打分情況如表 7 所示。

表3　A判斷矩陣

A 判斷矩陣的一致性比例 C. R = 0.096 5 ＜ 0.1，通過一致性檢驗。

A 判斷矩陣矩陣對上級目標的權(quán)重 WA= 0.4。

表4　A1判斷矩陣

A1判斷矩陣的一致性比例 C. R = 0.08 ＜ 0.1，通過一致性檢驗。

A1判斷矩陣矩陣對上級目標的權(quán)重 WA1=0.107 5。

表5　A2判斷矩陣

A2判斷矩陣的一致性比例 C. R = 0.06 ＜ 0.1，通過一致性檢驗。

A2判斷矩陣矩陣對上級目標的權(quán)重 WA2=0.278 3。

A3判斷矩陣因只有 1 個下級指標，故不需要判斷矩陣，A3判斷矩陣矩陣對上級目標的權(quán)重 WA3= 0.141 4。

表6　A4判斷矩陣

A4判斷矩陣的一致性比例 C. R = 0.05 ＜ 0.1，通過一致性檢驗。

A4判斷矩陣矩陣對上級目標的權(quán)重 WA4=0.472 8。

根據(jù)表 7 及式（1），（2），（3），（13）可得景豐聯(lián)圍信息化指數(shù)為 65.348 7。

4　結(jié)語

對泵站信息化的評價體系設(shè)計及評價指標的研究定是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)項目，要求研究者具備泵站的相關(guān)知識及熟悉信息化，本研究針對泵站評價指標較多的情況，建立了一種泵站信息化的三級評價體系，并應(yīng)用到景豐聯(lián)圍信息化評價系統(tǒng)中，通過層次分析法和專家賦值法對各級指標權(quán)重進行賦值，最終得出景豐聯(lián)圍信息化指數(shù)。從全國范圍來看，隨著水利信息化的進展，泵站信息化改造是未來的發(fā)展趨勢，建立一套適用于泵站的信息化評價系統(tǒng)勢在必行。建立一套合理、實用性強的泵站信息化評價系統(tǒng)符合國家水利信息化的戰(zhàn)略部署，同時，也能為水利信息化發(fā)展凝聚新的活力，進一步推動水利信息化的進程。

表7　景豐聯(lián)圍泵站信息化指標及其權(quán)重

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Study on Evaluation System and Index of Pumping Station Informatization

JIA Wutong1，WEI Chulai2，F(xiàn)U Xiangqian1
（1. Wuhan University，Wuhan 430072，China；2. Jingfenglianwei Authority of Zhaoqing，Zhaoqing 526000，China）

Abstract:Based on research and improvement of the existing information evaluation system at the present stage，a three-level pumping station information evaluation system is established. The article analyzes the various weight value to ensure the advantages and disadvantages of methods，and determines all levels of the index’s weight by analytic hierarchy process（AHP）. This informatizaion evaluation system is applied to the Jingfenglianwei pumping station informatization with the AHP and assignment method. It forms a complete pumping information evaluation system and index.

Key words:pumping station informatization；evaluation system and index；analytic hierarchy process

中圖分類號：TV675

文獻標識碼：B

文章編號：1674-9405（2016）03-0016-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.004

收稿日期：2015-11-28

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目大中型排灌泵站改造與高效運行關(guān)鍵技術(shù)研術(shù)（2012BAD08B03）；廣東省水利科技創(chuàng)新項目（2012-19）

作者簡介：賈梧桐（1991-），女，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向：水利信息化。