本技術(shù)涉及計算機(jī)，尤其涉及一種區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、水資源、能源和食品是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的關(guān)鍵基礎(chǔ)資源。三種資源之間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系。能源和食品生產(chǎn)依賴于可靠穩(wěn)定的水資源供給。水資源的開發(fā)、取用和回收處理都離不開能源的支撐，糧食生產(chǎn)和食品加工都依賴于農(nóng)藥、化肥、電力等能源驅(qū)動，資源間的依存關(guān)系緊密。

2、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dea)方法是以數(shù)學(xué)規(guī)劃模型為基礎(chǔ)，對由決策單元構(gòu)成的生產(chǎn)可能集進(jìn)行相對效率評價的方法。該方法在水資源利用率、農(nóng)業(yè)生態(tài)效率和能源利用率評價等方面取得了豐富的研究成果。隨著水-能源-食品(water-energy-food,wef)紐帶系統(tǒng)研究的興起，dea系列方法在wef紐帶系統(tǒng)效率評價研究中逐漸得到關(guān)注。利用傳統(tǒng)的dea方法，往往將wef系統(tǒng)概化為一個黑箱，僅考慮系統(tǒng)外部的投入和產(chǎn)出，即忽略了內(nèi)部各子系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系。此外，傳統(tǒng)dea模型大多是基于徑向假設(shè)，即假設(shè)投入和產(chǎn)出指標(biāo)的增減都是按照相同的比例，但這與不同參數(shù)具有不同的調(diào)控比例的現(xiàn)實情景存在較大差異。

3、網(wǎng)絡(luò)dea方法能夠打開黑箱，能夠按照生產(chǎn)流程對“黑箱”系統(tǒng)進(jìn)行解構(gòu)，從而更加準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，在wef效率評價中得到關(guān)注。sbm模型可以解決傳統(tǒng)dea模型的局限，允許任意指標(biāo)可以按照各自的比例變化。然而，網(wǎng)絡(luò)sbm-dea方法還存在以下兩點需要解決的問題。其一，盡管以往研究將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入到wef效率研究，但是各子系統(tǒng)還是相互獨立的，這些研究假設(shè)某一個子系統(tǒng)產(chǎn)出的中間變量完全等于另一個子系統(tǒng)的投入。然而，由于水、能源和食品子系統(tǒng)都是獨立運(yùn)行的，子系統(tǒng)之間投入和產(chǎn)出完全一致的情況難以實現(xiàn)。往往是要求子系統(tǒng)的供給要大于或者等于另一個子系統(tǒng)的需求。但是網(wǎng)絡(luò)dea無法處理這樣的問題。其二，網(wǎng)絡(luò)dea模型難以處理不確定性信息。由于自然因素的隨機(jī)性和主觀判斷的模糊性，不確定性廣泛存在，并且難以利用確定性數(shù)據(jù)表示。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題至少之一，本技術(shù)實施例提出一種區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估方法及裝置，旨在實現(xiàn)高效準(zhǔn)確的效率估計。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實施例的一方面提出了一種區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估方法，所述方法包括：

3、結(jié)合三個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標(biāo)體系；其中，三個所述子系統(tǒng)為水資源子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和食品子系統(tǒng)；

4、獲取區(qū)域內(nèi)的所述子系統(tǒng)各自的外部投入數(shù)據(jù)和外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，以及所述子系統(tǒng)之間的內(nèi)部投入數(shù)據(jù)和內(nèi)部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，得到輸入數(shù)據(jù)；其中，具有不確定性的評價指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)采用模糊值表示；

5、根據(jù)所述效率評價體系建立模糊關(guān)系型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析模型，得到第一模型；其中，所述第一模型以所述子系統(tǒng)各自的外部投入產(chǎn)出關(guān)系以及所述子系統(tǒng)之間的內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行約束；

6、將所述輸入數(shù)據(jù)輸入到所述第一模型中進(jìn)行求解，得到區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)效率評估結(jié)。

7、在一些實施例中，所述結(jié)合三個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標(biāo)體系，包括以下步驟：

8、構(gòu)建外部投入指標(biāo)；其中，所述外部投入指標(biāo)包括各個子系統(tǒng)的資本投入指標(biāo)、勞動力投入指標(biāo)；所述外部投入指標(biāo)還包括水資源子系統(tǒng)的水資源用量指標(biāo)、能源子系統(tǒng)的能源消費(fèi)總量指標(biāo)，以及食品子系統(tǒng)的灌溉面積指標(biāo)；

9、構(gòu)建外部產(chǎn)出指標(biāo)；其中，所述外部產(chǎn)出指標(biāo)包括所述水資源子系統(tǒng)中與水相關(guān)的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)；所述外部產(chǎn)出指標(biāo)還包括所述能源子系統(tǒng)中與能源相關(guān)的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)；所述外部產(chǎn)出指標(biāo)還包括所述食品子系統(tǒng)中的第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值指標(biāo)；

10、構(gòu)建內(nèi)部投入產(chǎn)出指標(biāo)；其中，所述內(nèi)部投入產(chǎn)出指標(biāo)包括所述水資源系統(tǒng)向所述能源子系統(tǒng)和所述食品子系統(tǒng)提供的能源用水指標(biāo)和農(nóng)業(yè)用水指標(biāo)；所述內(nèi)部投入產(chǎn)出指標(biāo)還包括所述能源子系統(tǒng)向所述水資源子系統(tǒng)和所述食品子系統(tǒng)提供水資源生產(chǎn)用能和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用能的指標(biāo)。

11、根據(jù)所述外部投入指標(biāo)、所述外部產(chǎn)出指標(biāo)和所述內(nèi)部投入產(chǎn)出指標(biāo)，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標(biāo)體系。

12、在一些實施例中，所述獲取區(qū)域內(nèi)的所述子系統(tǒng)各自的外部投入數(shù)據(jù)和外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，以及所述子系統(tǒng)之間的內(nèi)部投入數(shù)據(jù)和內(nèi)部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，得到輸入數(shù)據(jù)，包括：

13、獲取每個所述子系統(tǒng)的資本投入數(shù)據(jù)和勞動力數(shù)據(jù)、所述水資源子系統(tǒng)的水資源用量數(shù)據(jù)、所述能源子系統(tǒng)的能源消費(fèi)總量數(shù)據(jù)，以及所述食品子系統(tǒng)的灌溉面積數(shù)據(jù)，得到外部投入數(shù)據(jù)；

14、獲取第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、與水相關(guān)的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，以及與能源相關(guān)的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，得到外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)；

15、獲取所述水資源子系統(tǒng)向所述能源子系統(tǒng)提供的能源用水量、所述水資源系統(tǒng)向所述食品子系統(tǒng)提供的農(nóng)業(yè)用水量、所述能源子系統(tǒng)向所述水資源子系統(tǒng)提供的水資源生產(chǎn)用能量，以及所述能源子系統(tǒng)向所述食品子系統(tǒng)提供的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用能量，得到內(nèi)部投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)；

16、將所述外部投入數(shù)據(jù)、所述外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)和所述內(nèi)部投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)。

17、在一些實施例中，所述根據(jù)效率評價體系建立模糊關(guān)系型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析模型，得到第一模型，包括以下步驟：

18、根據(jù)所述水資源子系統(tǒng)、所述能源子系統(tǒng)和所述食品子系統(tǒng)各自的外部投入無效性和外部產(chǎn)出無效性的比值，確定目標(biāo)函數(shù)；

19、根據(jù)所述子系統(tǒng)各自的外部投入產(chǎn)出關(guān)系和所述子系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定約束條件；

20、根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)、所述約束條件和所述關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立模糊關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析模型，得到第一模型。

21、在一些實施例中，所述將所述輸入數(shù)據(jù)輸入到所述第一模型中進(jìn)行求解，得到區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估結(jié)果，包括以下步驟：

22、采用charnes-cooper變換，將所述第一模型轉(zhuǎn)化為目標(biāo)函數(shù)線性化的模型，得到第二模型；

23、基于模糊理論，將所述輸入數(shù)據(jù)中的所述模糊值轉(zhuǎn)換為確定性數(shù)據(jù)，得到中間數(shù)據(jù)；

24、根據(jù)水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的上限條件和下限條件，將所述第二模型轉(zhuǎn)化為上限子模型和下限子模型；其中，所述上限條件為投入最小并且產(chǎn)出最大；所述下限條件為投入最大并且產(chǎn)出最?。?/p>

25、根據(jù)所述中間數(shù)據(jù)求解所述上限子模型和所述下限子模型的最優(yōu)解，得到區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估結(jié)果。

26、在一些實施例中，所述目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為：

27、

28、其中，表示dmuo的模糊效率，dmu為區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)；ik表示子系統(tǒng)k有ik個外部投入數(shù)據(jù)；rk表示子系統(tǒng)k有rk個外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)；為子系統(tǒng)k外部投入數(shù)據(jù)的模糊值；為子系統(tǒng)k外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)的模糊值；表示子系統(tǒng)k外部投入數(shù)據(jù)i的松弛變量；表示子系統(tǒng)k外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)r的剩余變量；各個變量中，k＝1時表示水資源子系統(tǒng)的變量，k＝2時表示能源子系統(tǒng)的變量，k＝3時表示食品子系統(tǒng)的變量。

29、為實現(xiàn)上目的，本技術(shù)實施例的另一方面提出了一種區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評估裝置，所述裝置包括：

30、第一模塊，用于結(jié)合三個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標(biāo)體系；其中，三個所述子系統(tǒng)為水資源子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和食品子系統(tǒng)；

31、第二模塊，用于獲取區(qū)域內(nèi)的所述子系統(tǒng)各自的外部投入數(shù)據(jù)和外部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，以及所述子系統(tǒng)之間的內(nèi)部投入數(shù)據(jù)和內(nèi)部產(chǎn)出數(shù)據(jù)，得到輸入數(shù)據(jù)；其中，具有不確定性的評價指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)采用模糊值表示；

32、第三模塊，用于根據(jù)所述效率評價體系建立模糊關(guān)系型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析模型，得到第一模型；其中，所述第一模型以所述子系統(tǒng)各自的外部投入產(chǎn)出關(guān)系以及所述子系統(tǒng)之間的內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行約束；

33、第四模塊，用于將所述輸入數(shù)據(jù)輸入到所述第一模型中進(jìn)行求解，得到區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)效率評估結(jié)果。

34、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實施例的另一方面提出了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)前面所述的方法。

35、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實施例的另一方面提出了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前面所述的方法。

36、本技術(shù)實施例至少包括以下有益效果：本技術(shù)實施例結(jié)合了區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，建立模糊關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)模型，可以量化區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)中子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提升了處理各個子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的能力，從而對該紐帶系統(tǒng)的效率進(jìn)行真實準(zhǔn)確的評估。本技術(shù)實施例還能夠處理表示為模糊集的不確定性，從而提升了系統(tǒng)效率評估的真實性和準(zhǔn)確性。