專利名稱：基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法
技術領域：
本發(fā)明為基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，主要包括屬性查詢、專題 地圖、空間分析、模擬分析、預測分析以及氣象服務效益評估功能。相關的知識包括地理信 息系統(tǒng)、氣象科技、計算機技術、計算機制圖、數(shù)據(jù)庫技術、統(tǒng)計學等。
背景技術：
1994年9月世界氣象組織(WM0)召開了二十世紀九十年代第二次氣象水文服務效 益評估的專門會議，會議認為氣象服務效益評估是一項重要的和有價值的工作，也是一個 難度較大的課題。美國、前蘇聯(lián)、英國等國家的專家，從不同角度對氣象服務效益進行過分 析和評價，但迄今尚未形成一種國際公認的的評價方法和評價模式。國內(nèi)不少專家也曾探索過氣象服務經(jīng)濟效益問題，在1983年、1987年分別由中國 氣象局組織了《氣象科技經(jīng)濟效益研究》和《氣象服務經(jīng)濟效益評價方法》研究。但由于條 件限制和可操作性不強，研究成果未能推廣使用。隨著氣象服務水平的不斷提高，氣象服務 效益評估的研究顯得越來越重要，怎樣用科學、合理的方法來進行氣象服務效益評估的研 究，是擺在許多研究人員面前的一個難題。目前國內(nèi)尚無該類基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估地理信息系統(tǒng)方法。本 發(fā)明將地理系統(tǒng)系統(tǒng)等技術應用于氣象服務效益評估中，利用GIS強大的地理數(shù)據(jù)管理分 析、可視化和科學計算、快速分析與評估災害損失、監(jiān)測和模擬洪水淹沒、以及建立防災預 案功能，為各部門提供良好的輔助決策數(shù)據(jù)，旨在提高氣象服務效益評估的決策水平和服 務效率。參考文獻[1]經(jīng)濟效益編譯組.氣象服務經(jīng)濟效益譯文集[C].北京氣象出版社，1986.[2]黃宗捷.氣象服務效益概論[M].氣象出版社，1996.[3]中國氣象局.公眾氣象服務效用定量評估實施方案[G].北京，2006.[4]許自達，關業(yè)祥.洪水災害對策及其效益評估[M].南京河海大學出版社， 1996.[5]王新生，陸大春等.安徽省公眾氣象服務效益評估[J].氣象科技，2007， 35(6) 853-857.[6]Wang Xinsheng, Lu Dachun, Wang Labao. Hu ffujiuBenefit Analysis and Assessment ofPublic Meteorological Service in Anhui Provinc[J]. Meteorological Science andTechnology,2007,35(6) :853_857.[7]李峰等.山東公眾氣象服務效益評估[J].山東氣象，2007，27(1) =22-24.[8]濮梅娟，解令運，劉立忠等.江蘇省氣象服務效益研究(1)_公眾氣象服務效益 評估[J].氣象科學，1997，17 (2) 196-202.[9]中國氣象局.公眾氣象服務效益評估報告[C].全國氣象服務效益評估研討會 文集 2006 326-380.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以地圖數(shù)據(jù)庫和遙感數(shù)據(jù)為基礎地理數(shù)據(jù)，利用人口數(shù)據(jù)、災害損失數(shù)據(jù)、 氣象水文專題數(shù)據(jù)，基于GIS技術和數(shù)據(jù)庫技術，采用集中管理維護的設計模式，對研究地 區(qū)內(nèi)的水文信息、氣象信息、人文信息進行統(tǒng)一的控制和管理。該發(fā)明實現(xiàn)圖文并貌一體 化的維護管理、綜合查詢、空間分析、專題地圖、三維模擬、預測分析和氣象服務效益評估功 能，為氣象水文管理和氣象服務效益評估提供輔助決策依據(jù)。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案1)空間數(shù)據(jù)的獲取利用相應的GIS軟件對已有的柵格數(shù)據(jù)或不規(guī)范地圖數(shù)據(jù)進 行數(shù)字化處理，制成一幅數(shù)字化地圖；2)屬性數(shù)據(jù)的獲取包括氣象服務效益評估所需的水文數(shù)據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)、洪 澇災害損失數(shù)據(jù)；3)利用地理信息技術和數(shù)據(jù)庫技術，根據(jù)篩選、統(tǒng)計處理后的水文數(shù)據(jù)、社會調(diào)查 數(shù)據(jù)、洪澇災害損失數(shù)據(jù)，建立相應的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫；4)利用社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行影子價格法、自愿付費法、節(jié)省費用法氣象 服務評估模型的構建；5)運用神經(jīng)網(wǎng)絡法、層次分析法、結構方程法、灰色系統(tǒng)法、數(shù)據(jù)包絡法，利用相應 的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行氣象服務效益評估和分析。6)以氣象服務效益評估方法為核心模塊構建系統(tǒng)，設計和開發(fā)氣象服務效益評估 地理信息系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述影子價格法氣象服務效益評估模型的構建方法如下 式中參數(shù)P為電視覆蓋率；C為影子價格；T為時間擴展系數(shù)諷表示市鎮(zhèn)居民 數(shù)；M2表示鄉(xiāng)村居民數(shù)而表示市鎮(zhèn)居民收聽收看天氣預報的總次數(shù)；G2表示鄉(xiāng)村居民收聽 收看天氣預報的總次數(shù)諷表示實際回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣 調(diào)查表中鄉(xiāng)村居民數(shù)。優(yōu)選地，所述自愿付費法氣象服務效益評估模型的構建方法如下 式中參數(shù)W 公眾氣象服務評估效益；P為電視覆蓋率諷表示市鎮(zhèn)居民數(shù);M2表 示鄉(xiāng)村居民數(shù)諷表示實際回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查表中 鄉(xiāng)村居民數(shù)；Ci表示每個自愿付費等級的中值取值氓表示每個付費等級中的市鎮(zhèn)居民數(shù)； B2表示每個付費等級中的鄉(xiāng)村居民數(shù)；n表示自愿付費的等級數(shù)。優(yōu)選地，所述節(jié)省費用法氣象服務效益評估模型的構建方法如下①按人口計算數(shù)學模型 式中參數(shù)P為電視覆蓋率諷表示市鎮(zhèn)居民數(shù);M2表示鄉(xiāng)村居民數(shù)諷表示實際 回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查表中鄉(xiāng)村居民數(shù)；n 表示節(jié)省費用的等級數(shù)諷=C,節(jié)省費用等級劃分同自愿付費等級劃分；每個節(jié)省費用等級中的 市鎮(zhèn)居民數(shù)；E2i 每個節(jié)省費用等級中的鄉(xiāng)村居民數(shù)；②按戶計算數(shù)學模型 式中系數(shù)ff 氣象服務效益評估效益；F 家庭戶數(shù)諷節(jié)省費用法的等級中值；n 表示節(jié)省 費用的等級數(shù)；M 回收調(diào)查表數(shù)洱每個節(jié)省費用等級中的居民數(shù)。優(yōu)選地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6012初始化參數(shù)；步驟6013輸入訓練樣本；步驟6014計算隱層和輸出層各神經(jīng)元輸出；步驟6015計算網(wǎng)絡誤差；步驟6017計算各層誤差信號；步驟6018調(diào)整各層權值；步驟6019a檢驗網(wǎng)絡總誤差是否達到精度要求，若是則執(zhí)行步驟60191 ；否則轉(zhuǎn)步 驟60190。優(yōu)選地，所述層次分析法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6021確立思維判斷定量化的標度；步驟6022建立層次結構模型，該模型包括目標層，準則層，方案層；步驟6023構造判斷矩陣，運用兩兩相比較的方法，對各相關元素進行兩兩比較評 分，根據(jù)中間層的若干指標，可得到若干兩兩比較判斷矩陣；步驟6024計算單排序權向量并作一致性檢驗；對每個成對比較矩陣計算最大特征值及其對應的特征向量，利用一致性指標、隨 機一致性指標和一致性比率做一致性檢驗若檢驗通過，歸一化后的特征向量即為權向量； 若不通過，重新構造成對比較矩陣；步驟6025計算總排序權向量并作一致性檢驗；計算最下層對最上層總排序的權向量，利用總排序一致性比率進行檢驗若通過， 則按照總排序權向量表示的結果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構造那些一致性 比率較大的成對比較矩陣。優(yōu)選地，所述結構方程法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6031實際問題分析；步驟6032提出研究假設；步驟6033構建模型選擇確定變量，分析因果關系，構建路徑圖；步驟6034問卷、抽樣與數(shù)據(jù)采集；步驟6035模型擬合求解模型參數(shù)；步驟6036模型評價；步驟6037模型修正；步驟6038結束。
7
如

圖1所示，本發(fā)明包括如下步驟步驟20獲取空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。利用相應的GIS軟件對柵格數(shù)據(jù)或不規(guī)范地 圖數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，制成一幅具有實際應用價值的數(shù)字化地圖。屬性數(shù)據(jù)包括氣象服 務效益評估所需的水文數(shù)據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)、洪澇災害損失數(shù)據(jù)；步驟30利用地理信息系統(tǒng)技術和數(shù)據(jù)庫技術，根據(jù)篩選、統(tǒng)計處理后的水文數(shù) 據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)、洪澇災害損失數(shù)據(jù)，建立相應的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫；步驟40構建氣象服務效益評估模型，包括定量氣象服務效益評估模型和定性氣 象服務評估模型；步驟50根據(jù)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行定量氣象服務效益評估方法的構建 (公眾氣象服務效益評估)；根據(jù)圖1公眾氣象服務效益評估主要包括的內(nèi)容為步驟501影子價格法氣象服務效益評估模型的構建；根據(jù)對公眾每天收聽收看天氣預報次數(shù)的調(diào)查，計算出每年收聽收看天氣預報的 總次數(shù)，用影子價格算出每年公眾氣象服務的效益。①數(shù)學模型 式中參數(shù)P為電視覆蓋率；C為影子價格；T為時間擴展系數(shù)，以年為單位，取值 為365。Mi表示市鎮(zhèn)居民數(shù)；M2表示鄉(xiāng)村居民數(shù)而表示市鎮(zhèn)居民收聽收看天氣預報的總次 數(shù)；G2表示鄉(xiāng)村居民收聽收看天氣預報的總次數(shù)諷表示實際回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民 數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查表中鄉(xiāng)村居民數(shù)。步驟502自愿付費法氣象服務效益評估模型的構建；①數(shù)學模型 式中參數(shù):W 公眾氣象服務評估效益AMpMd^同影子價格數(shù)學模型而每 個自愿付費等級的中值取值辦每個付費等級中的市鎮(zhèn)居民數(shù)；B2 每個付費等級中的鄉(xiāng) 村居民數(shù)；n 表示自愿付費的等級數(shù)。步驟503節(jié)省費用法氣象服務效益評估模型的構建。對“在日常生活中，您認為天氣預報每年可為您個人或家庭節(jié)省多少費用”。有兩 種方法按人口計算和按戶計算。①按人口計算數(shù)學模型
式中參數(shù)P.Mj.M^N^^同影子價格法；n 表示節(jié)省費用的等級數(shù)；D, = C,節(jié)省費用等級劃分同自愿付費等級劃分；En 每個節(jié)省費用等級中的市鎮(zhèn)居民數(shù)；E2i 每個節(jié)省費用等級中的鄉(xiāng)村居民數(shù)。②按戶計算數(shù)學模型
式中系數(shù)W 氣象服務效益評估效益；F 家庭戶數(shù)諷節(jié)省費用法的等級中值；n 表示節(jié)省 費用的等級數(shù)；M 回收調(diào)查表數(shù)洱每個節(jié)省費用等級中的居民數(shù)。步驟60根據(jù)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行定性氣象服務效益評估方法的構建。 綜合運用神經(jīng)網(wǎng)絡法、層次分析法、結構方程法、灰色系統(tǒng)法統(tǒng)計分析方法，利用相應的社 會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行氣象服務效益評估方法和技術的構建。步驟601神經(jīng)網(wǎng)絡法氣象服務效益評估模型的構建。結合圖2神經(jīng)網(wǎng)絡法的步驟 如下神經(jīng)網(wǎng)絡法輸入向量為X = (Xl，x2，. . .，xn)T ；隱層輸出向量為Y = (Yl, y2，...， yffl)T ；輸出層輸出向量0 = (0l，o2，...，0l)T ；期望輸出向量為d =(屯，d2，...，屯)1。輸入 層到隱層之間的權值矩陣用v表示，V = (Vi，V2，. . .，VJ，其中列向量Vj(l≤j≤m)為隱層第j個神經(jīng)元對應的權向 量；隱層到輸出層之間的權值矩陣用W表示，W= (Wi^，...為)，其中列向量Wk(l≤k≤1) 為輸出層第k個神經(jīng)元對應的權向量。對于以上各向量滿足以下關系對于輸出層，有ok= f(netk) (k = 1,2, ... , 1)和 對于隱層，有…=f(netj)(j = 1，2， ，m)和 轉(zhuǎn)移函數(shù)選式選擇單極性S函數(shù)。即
得f' (x) =f(x)[l-f(x)]。步驟6012初始化參數(shù)；對權值矩陣W、V賦隨機數(shù)，將樣本模式計數(shù)器p和訓練次數(shù)計數(shù)器q置1，誤差E 置0，學習率n設為(o，i)的小數(shù)，網(wǎng)絡訓練后達到的精度Emin設為一正的小數(shù)。步驟6013輸入訓練樣本，計算各層輸出用當前樣本XP、dP對向量組X、d賦值，用 ok = f(netk) (k= 1，2，...，1)和 y」=f(netj) (j = 1，2，...，m)公式，計算 0和 Y 中的各
分量；步驟6014計算隱層和輸出層各神經(jīng)元輸出；步驟6015計算網(wǎng)絡誤差設共有P對訓練樣本，網(wǎng)絡對應不同的樣本有不同的誤差 EP，可用其中最大者E_代表網(wǎng)絡的總誤差。網(wǎng)絡誤差公式 步驟6017計算各層誤差信號；應用公式 步驟6018調(diào)整各層權值；應用公式
計算 W、V 中
的各分量。
步驟6019a檢驗網(wǎng)絡總誤差是否達到精度要求，若是則執(zhí)行步驟60191 ；否則轉(zhuǎn)步 驟60190。步驟602層次分析法氣象服務效益評估模型的構建。結合圖3層次分析法步驟如 下步驟6021確立思維判斷定量化的標度；結構方程法(AHP)方法在對指標的相對重要程度進行測量時，一般按照心理學的 要求引入九分位的相對重要的比例標度，構成一個判斷矩陣A，矩陣A中各元素表示橫 向指標對各列指標Pi的相對重要程度的兩兩比較值(P為A的下一級指標)。步驟6022建立層次結構模型，該模型包括目標層，準則層，方案層；步驟6023構造判斷矩陣；運用兩兩相比較的方法，對各相關元素進行兩兩比較評分，根據(jù)中間層的若干指 標，可得到若干兩兩比較判斷矩陣。步驟6024計算單排序權向量并作一致性檢驗；對每個成對比較矩陣計算最大特征值及其對應的特征向量，利用一致性指標、隨 機一致性指標和一致性比率做一致性檢驗。若檢驗通過，特征向量(歸一化后)即為權向 量；若不通過，需要重新構造成對比較矩陣。
①首先將判斷矩陣的每一列元素作歸一化處理，其元素的一般項為
②將各列歸一化后的判斷矩陣按行相加
③再將向量示=[巧,巧,^^歸一化，得到 w /、
得到的W = [Wi, W2, , Wn]T即為所求特征向量。
④計算判斷矩陣的最大特征根為 , + (PWY
式中(PW) i為PW的第i個分量素。
⑤進行一致性檢驗。 計算一致性指標CI。
計算隨機一致性指標CR。
一般而言CR愈小，判斷矩陣的一致性愈好，通常認為CR < 0. 1時，判斷矩陣滿足一致性檢驗；否則，應對判斷矩陣進行適當調(diào)整。式中RI為平均隨機一致性指標，是足夠多 個根據(jù)隨機發(fā)生的判斷矩陣計算的一致性指標的平均值。步驟6025計算總排序權向量并作一致性檢驗。計算最下層對最上層總排序的權向量。利用總排序一致性比率進行檢驗。若通過， 則可按照總排序權向量表示的結果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構造那些一致 性比率較大的成對比較矩陣。步驟603結構方程法氣象服務效益評估模型的構建。結合圖4結構方程法步驟如 下步驟6031實際問題分析；對氣象服務評估進行分析，確定相應的研究方案。此步驟為模型發(fā)展階段。結構 方程的出發(fā)點是為觀察變量間假設的因果關系建立起具體的因果模型，也就是可以用路徑 圖明確指定變量間的因果聯(lián)系。步驟6032提出研究假設；此步驟為模型假設階段，是用線性方程系統(tǒng)表示出理論模型。步驟6033構建模型選擇確定變量，分析因果關系，構建路徑圖；①結構模型對于潛變量之間的關系，可寫成如下結構方程n = B n + r ^ + ^ ,其中，n是內(nèi)生潛變量(Endogenous Observable，模型中受到其他變量的影響)， I是外生潛變量(Exogenous Observable，模型中自身不受其他變量影響，只影響其他變 量)；B為內(nèi)生潛變量系數(shù)矩陣，描述了內(nèi)生潛變量n之間的關系；r為外生潛變量系數(shù)矩 陣，描述了外生潛變量I對內(nèi)生潛變量n的影響；(為結構方程的殘差項，反映了 n在 方程中未能被解釋的部分。②測量模型對于指標與潛變量之間的關系，通常寫成如下測量方程X = Axl + 8Y = Ay n+ ￡，其中X是外生潛變量I的觀測變量；AX為觀測變量X與外生潛變量I之間的 關系矩陣，由x在I上的因子載荷矩陣構成；S是x的測量誤差；Y是內(nèi)生潛變量n的觀 測變量；Ay為觀測變量Y與內(nèi)生潛變量n之間的關系矩陣，由Y在n上的因子載荷矩陣 構成；￡是Y的測量誤差。步驟6034問卷、抽樣與數(shù)據(jù)采集；此步驟是研究人員就某個(或某方面的)具體的問題來進行的，也就是要根據(jù)設 定的指標去抽樣并測量可以測量的數(shù)據(jù)，以作模型分析之用。步驟6035模型擬合求解模型參數(shù)；此過程也叫模型擬合(model fitting)或叫模型估計(model estimating)。本方 法使用最大似然估計法、最小二乘法去擬合模型。①最大似然估計法數(shù)學模型log E (9) |+tr[S E ( 9 ) ] "log | S | - (p+q),其中，tr[s E _i(e)]是矩陣[s E _i(e)]的對角線元素之和；log| E (e) |是矩陣| E (0)|的行列式的對數(shù)，log|S是矩陣S的行列式的對數(shù)；p、q分別是內(nèi)生和外 生觀測變量的個數(shù)。矩陣E (9)和 s 越接近，則
s 越接近，tr[s E _i(e)]則 越接近tr [I]，即越接近p+q，從而使逼近最小。采用最大似然估計法要求觀測變量為連續(xù)變量且服從正態(tài)分布，偏態(tài)分布會導致 參數(shù)估計效果很差以及錯誤的標準誤差和偏高的值。要使矩陣E (e)和s更接近，需要大 樣本且E (e)存在逆矩陣，如果E (0)不存在則無法求解。②最小二乘法數(shù)學模型 其中，S_ E (9)為殘差矩陣。使Fm達到最小的估計稱為非加權最小二乘估計。 要使FulS達到最小，必須使tr(S-E (e))2最小，也就是使矩陣E (0)中的每一個元素與 矩陣S中對應的元素差距最小。步驟6036模型評價；此步驟是在已有的證據(jù)和理論范圍內(nèi)，考察所提出的模型是否能最充分地對觀察 數(shù)據(jù)作出解釋。要修改一個擬合不好的模型，可以改變其測量模型(measurement model), 增力口結構參數(shù)(structural parameters),或者設定某些誤差項(measurement errors orstructural errors)相關，或者限制某些結構參數(shù)。步驟6037模型修正；此步驟是對模型進行相應的修改，再用同一樣的觀測數(shù)據(jù)去對這個新的模型進行 檢驗，直到找到一個合理的對數(shù)據(jù)擬合較好的，同時又能對事實做出合理解釋的模型。步驟6038結束。步驟604灰色系統(tǒng)法氣象服務效益評估模型的構建。結合圖5灰色系統(tǒng)法的步驟 如下步驟6041評價指標的分析；對氣象服務效益評估的指標進行分析。步驟6042評價指標權重的確定；對于權重的確定，首先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，計算變量之間的相關系數(shù)，形 成相關系數(shù)矩陣，接著計算特征值和特征向量，據(jù)此計算貢獻率和累積貢獻率，一般取累積 貢獻率達85%以上的特征值為對應的主成分，然后計算主成分載荷量，最后根據(jù)特征向量 和主成分載荷量計算各變量的主成分得分。步驟6043評價指標的分析處理；氣象服務效益評估指標冗，
XJ及其相應的權重禮，
，然后根據(jù)評估要求的等級灰類數(shù)s，將各個指標的取值范圍也相應地劃分為S 個灰類。例如，將X」指標的取值范圍[a!，as+1]劃分為 步驟6044建立三角白化權函數(shù)和隸屬度；對各項指標進行歸一化處理后，可以建立各評估指標關于相應等級灰類的三角白 化權函數(shù)，以及計算各評估指標關于相應氣象服務效益等級灰類的隸屬度。
令
屬于第k個等級灰類的白化權函數(shù)值為1， 2
級灰類的起點
和第(k+1)個等級灰類的終點ak+2鏈接，得到X」指標關于第k個等級灰 類的三角白化權函數(shù)f/(I)，j = l，2...，m，k= l，2，...，s，其表達式如下所示。 其中，人= +2 +1，計算各評估指標Xj (j = l，2，...，m)屬于等級灰類k(k= 1，
2，...S)隸屬度<(^0)。
步驟6045評估等級確定。
，s)的綜合聚類系數(shù)5 \
如下

假設有n
計算被評估等級灰類k(k = 1,2,
其中，、為評估指標Xj(j = l，2，...，m)在綜合聚類中的權重。 由
#判斷被評估等級灰度k。
\<k<s
步驟605數(shù)據(jù)包絡法氣象服務效益評估模型的構建。結合圖6數(shù)據(jù)包絡法的步驟
步驟6051確定評價目的； 步驟6052選擇決策單元； 步驟6053建立輸入輸出指標體系； 步驟6054選擇數(shù)據(jù)包絡法模型；
選取同時評價技術有效和規(guī)模有效的綜合評價模型C2R。C2R的原始模型如下式， 個DMU，每個DMU有m種輸入和s種輸出，DMU,.的輸入和輸出為
=(x”，
max 含義是在滿足條件下使目標函數(shù)^最大，v = (vi; v2,
(Ul，u2，. . .，us)T分別表示m種輸入和s種輸出的權系數(shù)。上式通過等價的對偶線性規(guī)劃可轉(zhuǎn)化為下式 為了方便求解，主要運用經(jīng)過對偶線性規(guī)劃轉(zhuǎn)換，又經(jīng)非Archimedes無窮小(￡ ) 處理之后的模型，如下式 其中 eT = (1,1,…，1)T，若最優(yōu)解 0。，A0JAoJ, j = 1,2, ，n，s_，s+滿足 eo =l,s- = 0,s+ = 0則稱DMUjQ為數(shù)據(jù)包絡法(DEA)有效。
步驟6055進行數(shù)據(jù)包絡法評價分析；步驟6056調(diào)整輸入輸出指標體系；步驟6057給出綜合評價分析結論。步驟70以氣象服務效益評估方法為核心模塊設計系統(tǒng)，設計和開發(fā)基于地理信 息系統(tǒng)的氣象服務效益評估業(yè)務平臺。結合圖7氣象服務效益評估地理信息系統(tǒng)實施步驟 如下步驟701需求分析；確定氣象服務效益評估地理信息系統(tǒng)，必須完成哪些工作，也就是對該系統(tǒng)提出 完整、準確、具體的要求。步驟702可行性分析與初步設計；可行性分析主要從技術可行性、經(jīng)濟可行性、社會可行性三方面入手。步驟703詳細設計；本步驟是確定應該怎樣具體地實現(xiàn)所要求的系統(tǒng)，得出對目標系統(tǒng)的精確描述， 從而設計出程序的“藍圖”，以后可根據(jù)這個藍圖編寫出實際的程序代碼。步驟704數(shù)據(jù)庫設計；主要包括邏輯結構設計和物理結構設計等。步驟705軟件開發(fā)；步驟706建立數(shù)據(jù)庫；步驟707程序編制；步驟708軟件測試、調(diào)試、驗收。該步驟對功能模塊進行測試，主要包括單元測試、集成測試、確認測試等；對程序 存在的錯誤進行調(diào)試；測試通過的系統(tǒng)到相關部門安裝驗收。本發(fā)明圖文一體化的多功能操作界面
本發(fā)明將GIS技術應用于氣象服務效益評估中，利用GIS強大的地理數(shù)據(jù)管理分 析、可視化和科學計算、快速分析以及評估災害損失、監(jiān)測和模擬洪水淹沒以及建立防災預 案功能，為各部門提供良好的輔助決策數(shù)據(jù)，從而提高氣象服務效益評估的輔助決策水平 和服務效率。本發(fā)明空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的有機結合本發(fā)明以地圖數(shù)據(jù)庫和相應遙感數(shù)據(jù)為基礎地理數(shù)據(jù)，利用人口數(shù)據(jù)、災害損失 數(shù)據(jù)、氣象水文專題數(shù)據(jù)，基于GIS技術和數(shù)據(jù)庫技術，采用集中管理維護的設計模式，對 研究區(qū)域內(nèi)的綜合數(shù)據(jù)進行有效的組織和管理，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的有機結
口 o本發(fā)明基本操作模塊1)文件操作包括打開工作區(qū)、關閉工作區(qū)、保存、另存為、添加數(shù)據(jù)、打印圖表、 退出。2)地圖編輯包括復制、撤銷、剪切、粘貼、重復、刪除操作。3)地圖操作包括圖層控制、新建窗口、放大、縮小、漫游、全圖顯示操作。本發(fā)明空間分析和屬性查詢模塊1)空間分析包括疊加分析、緩沖分析、空間測量。其中，疊加分析完成對各種空間實體的疊加分析操作；緩沖分析完成對研究區(qū)域 內(nèi)實體緩沖影響相關分析；空間測量包括面積量算和距離量算。2)屬性查詢包括模糊查詢、SQL查詢、空間位置查詢。模糊查詢輸入表示實體名稱或號碼，即可進行查詢；SQL查詢是查詢中常見的 一種查詢，在查詢界面內(nèi)設置相應的條件和語句后進行查詢；空間位置查詢主要針對空 間位置關系進行查詢。本發(fā)明專題地圖和模擬分析模塊1)專題地圖包括單值專題圖、范圍分段專題圖、點密度專題圖、統(tǒng)計專題圖、等 級符號專題圖、標簽專題圖以及自定義專題。2)模擬分析完成對研究區(qū)域內(nèi)的洪水淹沒模擬，洪水淹沒范圍計算以及氣象水 文等相關信息的三維場景瀏覽、查詢、定位。本發(fā)明預測分析模塊預測分析提取數(shù)據(jù)的描述模型，用于預測未來的趨勢。該模塊可以對相關的氣象 災害進行時間序列預測，為各部門提供相應的決策依據(jù)；也可根據(jù)現(xiàn)有的氣象服務效益評 估的數(shù)據(jù)和結果來預測未來一定時間內(nèi)相應的數(shù)據(jù)變化情況，本發(fā)明根據(jù)氣象服務信息系 統(tǒng)和業(yè)務的需要，主要涉及到的算法有神經(jīng)網(wǎng)絡法、灰色系統(tǒng)法、基因表達式編程，但不限 于這幾種算法。本發(fā)明氣象服務效益評估模型主要包括定性評估和定量評估兩種氣象服務效益評估方法。本發(fā)明采用的定性評 估方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡法、層次分析法、結構方程法、灰色系統(tǒng)法、數(shù)據(jù)包絡分析法，但不限于 這五種方法；定量評估方法包括節(jié)省費用法、自愿付費法、影子價格法，但不限于這三種方 法。
權利要求
一種基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，其特征在于1)空間數(shù)據(jù)的獲取利用相應的GIS軟件對已有的柵格數(shù)據(jù)或不規(guī)范地圖數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，制成一幅數(shù)字化地圖；2)屬性數(shù)據(jù)的獲取包括氣象服務效益評估所需的水文數(shù)據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)、洪澇災害損失數(shù)據(jù)；3)利用地理信息技術和數(shù)據(jù)庫技術，根據(jù)已篩選、統(tǒng)計處理后的水文數(shù)據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)、洪澇災害損失數(shù)據(jù)，建立相應的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫；4)利用社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行影子價格法、自愿付費法、節(jié)省費用法氣象服務評估模型的構建；5)運用神經(jīng)網(wǎng)絡法、層次分析法、結構方程法、灰色系統(tǒng)法、數(shù)據(jù)包絡法，利用相應的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行氣象服務效益評估和分析。
2.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述影子價 格法氣象服務效益評估模型的構建方法如下 式中參數(shù)P為電視覆蓋率；C為影子價格；T為時間擴展系數(shù)諷表示市鎮(zhèn)居民數(shù)；M2 表示鄉(xiāng)村居民數(shù)^表示市鎮(zhèn)居民收聽收看天氣預報的總次數(shù)；G2表示鄉(xiāng)村居民收聽收看 天氣預報的總次數(shù)^表示實際回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查 表中鄉(xiāng)村居民數(shù)。
3.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述自愿付 費法氣象服務效益評估模型的構建方法如下 式中參數(shù):W 公眾氣象服務評估效益；P為電視覆蓋率諷表示市鎮(zhèn)居民數(shù);M2表示鄉(xiāng) 村居民數(shù)^表示實際回收抽樣調(diào)查表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查表中鄉(xiāng)村 居民數(shù)而表示每個自愿付費等級的中值取值氓表示每個付費等級中的市鎮(zhèn)居民數(shù)；B2表 示每個付費等級中的鄉(xiāng)村居民數(shù)；η表示自愿付費的等級數(shù)。
4.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述節(jié)省費 用法氣象服務效益評估模型的構建方法如下①按人口計算數(shù)學模型 式中參數(shù)P為電視覆蓋率軋表示市鎮(zhèn)居民數(shù);M2表示鄉(xiāng)村居民數(shù)^表示實際回收抽樣調(diào)查 表中市鎮(zhèn)居民數(shù)；N2表示實際回收抽樣調(diào)查表中鄉(xiāng)村居民數(shù)；η 表示節(jié)省費用的等級數(shù)； Di = Ci 節(jié)省費用等級劃分同自愿付費等級劃分；Eli 每個節(jié)省費用等級中的市鎮(zhèn)居民數(shù)； E2i 每個節(jié)省費用等級中的鄉(xiāng)村居民數(shù)；②按戶計算數(shù)學模型 式中系數(shù)W 氣象服務效益評估效益；F 家庭戶數(shù)；Di節(jié)省費用法的等級中值；η 表示節(jié)省費用 的等級數(shù)；M 回收調(diào)查表數(shù)洱每個節(jié)省費用等級中的居民數(shù)。
5.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述神經(jīng)網(wǎng) 絡法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6012初始化參數(shù)；步驟6013輸入訓練樣本，計算各層輸出；步驟6014計算隱層和輸出層各神經(jīng)元輸出；步驟6015計算網(wǎng)絡誤差；步驟6017計算各層誤差信號；步驟6018調(diào)整各層權值；步驟6019a檢驗網(wǎng)絡總誤差是否達到精度要求，若是則執(zhí)行步驟60191 ；否則轉(zhuǎn)步驟 60190。
6.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述層次分 析法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6021確立思維判斷定量化的標度；步驟6022建立層次結構模型，該模型包括目標層，準則層，方案層； 步驟6023構造判斷矩陣，運用兩兩相比較的方法，對各相關元素進行兩兩比較評分， 根據(jù)中間層的若干指標，可得到若干兩兩比較判斷矩陣； 步驟6024計算單排序權向量并作一致性檢驗；對每個成對比較矩陣計算最大特征值及其對應的特征向量，利用一致性指標、隨機一 致性指標和一致性比率做一致性檢驗若檢驗通過，歸一化后的特征向量即為權向量；若 不通過，重新構造成對比較矩陣。步驟6025計算總排序權向量并作一致性檢驗；計算最下層對最上層總排序的權向量，利用總排序一致性比率進行檢驗若通過，則按 照總排序權向量表示的結果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構造那些一致性比率 較大的成對比較矩陣。
7.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述結構方 程法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6031實際問題分析； 步驟6032提出研究假設；步驟6033構建模型選擇確定變量，分析因果關系，構建路徑圖；步驟6034問卷、抽樣與數(shù)據(jù)采集；步驟6035模型擬合求解模型參數(shù)；步驟6036模型評價；步驟6037模型修正；步驟6038結束。
8.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述灰色系 統(tǒng)法氣象服務效益評估模型的構建方法如下步驟6041評價指標的分析； 步驟6042評價指標權重的確定； 步驟6043評價指標的分析處理； 步驟6044建立三角白化權函數(shù)和隸屬度； 步驟6045評估等級確定。
9.如權利1所述的基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法，特征在于所述數(shù)據(jù)包 絡法氣象服務效益評估模型的構建方法如下 步驟6051確定評價目的； 步驟6052選擇決策單元； 步驟6053建立輸入輸出指標體系； 步驟6054選擇數(shù)據(jù)包絡法模型； 步驟6055進行數(shù)據(jù)包絡法評價分析； 步驟6056調(diào)整輸入輸出指標體系； 步驟6057給出綜合評價分析結論。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于地理信息系統(tǒng)的氣象服務效益評估方法。該方法綜合運用神經(jīng)網(wǎng)絡法、層次分析法、結構方程法、灰色系統(tǒng)法統(tǒng)計分析方法，利用相應的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，進行氣象服務效益的分析與評估。該方法以地圖數(shù)據(jù)庫和遙感數(shù)據(jù)為基礎地理數(shù)據(jù)，利用人口數(shù)據(jù)、災害損失數(shù)據(jù)、氣象水文專題數(shù)據(jù)，基于GIS技術和數(shù)據(jù)庫技術，采用集中管理維護的設計模式，對研究區(qū)域內(nèi)的水文信息、人文信息、氣象信息進行統(tǒng)一的控制和管理。本發(fā)明實現(xiàn)圖文并貌一體化的維護管理、綜合查詢、空間分析、專題地圖、模擬分析和氣象服務效益評估功能，提高氣象服務效益評估的信息化水平和輔助決策能力，為氣象水文管理和氣象服務效益評估提供輔助決策依據(jù)。
文檔編號G06F17/30GK101853290SQ20101018234
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者何曉慶, 梁靜濤, 畢碩本, 王啟富, 董學士 申請人:南京信息工程大學