本技術涉及計算機，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：

1、水資源、能源和食品是經濟發(fā)展和人民生活的關鍵基礎資源。三種資源之間存在著復雜的相互作用關系。能源和食品生產依賴于可靠穩(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，糧食生產和食品加工都依賴于農藥、化肥、電力等能源驅動，資源間的依存關系緊密。

2、數據包絡分析(dea)方法是以數學規(guī)劃模型為基礎，對由決策單元構成的生產可能集進行相對效率評價的方法。該方法在水資源利用率、農業(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)外部的投入和產出，即忽略了內部各子系統(tǒng)及其關聯關系。此外，傳統(tǒng)dea模型大多是基于徑向假設，即假設投入和產出指標的增減都是按照相同的比例，但這與不同參數具有不同的調控比例的現實情景存在較大差異。

3、網絡dea方法能夠打開黑箱，能夠按照生產流程對“黑箱”系統(tǒng)進行解構，從而更加準確地描述系統(tǒng)內部結構及其聯系，在wef效率評價中得到關注。sbm模型可以解決傳統(tǒng)dea模型的局限，允許任意指標可以按照各自的比例變化。然而，網絡sbm-dea方法還存在以下兩點需要解決的問題。其一，盡管以往研究將網絡結構引入到wef效率研究，但是各子系統(tǒng)還是相互獨立的，這些研究假設某一個子系統(tǒng)產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)都是獨立運行的，子系統(tǒng)之間投入和產出完全一致的情況難以實現。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。但是網絡dea無法處理這樣的問題。其二，網絡dea模型難以處理不確定性信息。由于自然因素的隨機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據表示。

技術實現思路

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

2、為實現上述目的，本技術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、結合三個子系統(tǒng)之間的關聯關系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標體系；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)域內的所述子系統(tǒng)各自的外部投入數據和外部產出數據，以及所述子系統(tǒng)之間的內部投入數據和內部產出數據，得到輸入數據；其中，具有不確定性的評價指標對應的數據采用模糊值表示；

5、根據所述效率評價體系建立模糊關系型網絡數據包分析模型，得到第一模型；其中，所述第一模型以所述子系統(tǒng)各自的外部投入產出關系以及所述子系統(tǒng)之間的內部關聯關系進行約束；

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

7、在一些實施例中，所述結合三個子系統(tǒng)之間的關聯關系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標體系，包括以下步驟：

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

9、構建外部產出指標；其中，所述外部產出指標包括所述水資源子系統(tǒng)中與水相關的第二產業(yè)產值指標和第三產業(yè)產值指標；所述外部產出指標還包括所述能源子系統(tǒng)中與能源相關的第二產業(yè)產值指標和第三產業(yè)產值指標；所述外部產出指標還包括所述食品子系統(tǒng)中的第一產業(yè)總產值指標；

10、構建內部投入產出指標；其中，所述內部投入產出指標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和農業(yè)用水指標；所述內部投入產出指標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)提供水資源生產用能和農業(yè)生產用能的指標。

11、根據所述外部投入指標、所述外部產出指標和所述內部投入產出指標，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標體系。

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

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

14、獲取第一產業(yè)總產值、與水相關的第二產業(yè)產值和第三產業(yè)產值，以及與能源相關的第二產業(yè)產值和第三產業(yè)產值，得到外部產出數據；

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)提供的農業(yè)生產用能量，得到內部投入產出數據；

16、將所述外部投入數據、所述外部產出數據和所述內部投入產出數據作為輸入數據。

17、在一些實施例中，所述根據效率評價體系建立模糊關系型網絡數據包分析模型，得到第一模型，包括以下步驟：

18、根據所述水資源子系統(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出無效性的比值，確定目標函數；

19、根據所述子系統(tǒng)各自的外部投入產出關系和所述子系統(tǒng)的內部關聯關系，確定約束條件；

20、根據所述目標函數、所述約束條件和所述關聯關系，建立模糊關系網絡數據包分析模型，得到第一模型。

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

22、采用charnes-cooper變換，將所述第一模型轉化為目標函數線性化的模型，得到第二模型；

23、基于模糊理論，將所述輸入數據中的所述模糊值轉換為確定性數據，得到中間數據；

24、根據水-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出最大；所述下限條件為投入最大并且產出最??；

25、根據所述中間數據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)的效率評估結果。

26、在一些實施例中，所述目標函數的表達式為：

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個外部投入數據；rk表示子系統(tǒng)k有rk個外部產出數據；為子系統(tǒng)k外部投入數據的模糊值；為子系統(tǒng)k外部產出數據的模糊值；表示子系統(tǒng)k外部投入數據i的松弛變量；表示子系統(tǒng)k外部產出數據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、為實現上目的，本技術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，用于結合三個子系統(tǒng)之間的關聯關系，建立水-能源-食品紐帶系統(tǒng)的效率評價指標體系；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)域內的所述子系統(tǒng)各自的外部投入數據和外部產出數據，以及所述子系統(tǒng)之間的內部投入數據和內部產出數據，得到輸入數據；其中，具有不確定性的評價指標對應的數據采用模糊值表示；

32、第三模塊，用于根據所述效率評價體系建立模糊關系型網絡數據包分析模型，得到第一模型；其中，所述第一模型以所述子系統(tǒng)各自的外部投入產出關系以及所述子系統(tǒng)之間的內部關聯關系進行約束；

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

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

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

36、本技術實施例至少包括以下有益效果：本技術實施例結合了區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)之間的關聯性，建立模糊關系的網絡模型，可以量化區(qū)域水-能源-食品紐帶系統(tǒng)中子系統(tǒng)之間的關聯關系，提升了處理各個子系統(tǒng)之間關聯關系的能力，從而對該紐帶系統(tǒng)的效率進行真實準確的評估。本技術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確性。