唐维阳

(江苏省工程勘测研究院有限责任公司，江苏 扬州 225002)

随着各地区经济和科技的发展，水电行业迅速发展壮大，各地区大兴水利，解决了国民水资源紧缺的问题。许多水利建设工程，因为水库的覆盖区域广阔、淹没面大的特征，给周边群众的生活造成了诸多不利影响，从而产生了大批的水库移民，水库移民的安置问题也因此出现。水库移民安置区的选址必须以人作为首要的考虑因素，以人为出发点，根据生态的可持续发展战略，选择适合水库移民生产生活的地点作为水库移民的安置区。怎样合理地安排水库移民，确定水库移民安置区的选址是亟待解决的问题。

传统的选址决策方法采用单一方式对水库移民安置区进行选址，计算出的水库移民安置区的效用值较低，往往制约着水利或水电工程的开发步伐。

为了解决这一问题，本文提出基于多目标粒子群的决策方法，对水库移民安置区选址进行设计和研究。

1 水库移民安置区选址决策方法设计

1.1 确定选址决策的可量化目标

通过分析水库移民安置区选址决策的影响因素，了解到应该通过具体数据计算来进行水库移民安置区选址决策方法的实际应用。决策影响因素分析的基础上对决策影响因素进行优化转化，将定性的决策影响因素转化为可以定量计算的决策目标，来确保文本研究方法的客观性。

考虑到水库移民安置区的距离问题，将安置区的距离量化为最近距离最小化目标，水库移民安置区的距离不应该离民众本身的居住地较远，还要考虑到安置区周边的经济发展和生活环境等问题。控制好水库移民安置区的成本，选择最合适的地点作为水库移民的安置区。由于水库移民安置区的多方面成本在各个地点之间差异不大，本文不考虑每个水库移民安置区的成本差异，所以将成本因素量化为水库移民安置区数量最小化目标。一个安置区在合理规划下最多可以容纳的水库移民人数，在符合规范的情况下对安置区进行最大化的利用，将安置区的容纳人数量化为覆盖最大化目标。水库移民应当得到就近安置，综合各方面考虑选择最优地点作为水库移民的安置区，将最优地点量化为总路程最小化目标。对可量化水库移民安置区选址问题的分析与总结见表1。

表1 可量化目标选址问题分析

1.2 数据标准化处理

水库移民安置区的相关数据信息根据准则量化为完全连续的变量后，用因子表示待考察的水库移民安置区选址周边的生活环境。由于每个待考察的安置区选址的占地面积不同，经济发展都不尽相同，对安置区进行选址决策方法设计会受到相应影响，不能直接进行安置区选址计算，所以将待考察的安置区选址表达为一个特定的数字区间(如从0到1，从0到10，从0到100等)，对数据进行标准化处理，指标的量化和标准化将直接影响选址的精度合理性[1]。

本文使用极值标准化法的方法对数据进行标准化处理，将水库移民安置区的标准控制在最大满足条件与最小满足条件之间，然后根据规则对安置区的信息数据进行线性处理，通过简单的线性变换把因子的范围值重新调整到公共的数值区间，标准化处理的公式为：

(1)

式中，Xi—最优的水库移民安置区选址；xi—因子i的初值(待选址的容纳人数的初始值)；mini—因子i的最小值(待选址的最少容纳人数)；maxi—因子i的最大值(待选址的最多容纳人数)。

1.3 基于多目标粒子群的权重计算

多目标粒子群算法是一种基于群智能的进化算法。在众多可供选择的水库移民安置区中，将每个安置区个体当作一个没有质量、体积的粒子。粒子依靠其适应函数值判定与最佳安置区的距离，粒子最终位置的确定根据选址的周边环境等因素确定[2]。在众多因素的影响下，不能简单地将目标进行处理，应当对周边环境等影响因素分析后，再根据安置区安置条件的具体要求进行目标求解，理想的求解过程如图1所示。

图1 理想的多目标求解过程

首先确定每个安置区中重要性最高与最低的两项指标要求，随后将其他每个安置区分别与最优与最劣安置区选址进行对比，得到2个比较向量，通过这2个比较向量最终确定安置区指标权重[3]。设j为任意安置区的选址指标，则其最优权重表示为：

(2)

式中，wg—最优的移民安置区选址；wj—最优权重；ww—最差的移民安置区选址；agj—最佳移民安置区选址相对于移民安置区的重要程度，若其等于1，则二者重要程度相同，若其等于9，则前者的重要程度高于后者；ajw—最差的移民安置区选址相对于移民安置区的重要程度，其在数值表示上与agj相同[4]。然后对数据进行最优化选择规划，具体规划过程如下所示：

(3)

通过上述式子对最优权重的加工计算后，再通过一致性比率的概念来衡量某一比较的一致性程度。根据下面的公式进行计算：

(4)

上述式子中ξ表示的是：移民安置区选址的一致性指标。然后进行一致性比率计算，计算公式为：

(5)

式中，φ—移民安置区选址比较的一致性比率；CI—一致性指数，其代表比较向量具有最大不一致性时的一致性指标值，其取值见表2。

表2 一致性指数表

一致性比率的范围在0到1之间，当其数值较小时，则此时的比较向量具有较高的一致性。

1.4 构建水库移民安置区选址决策模型

根据离散整数规划的数学思想，确定好各个决策目标的约束条件，然后各个决策目标模型应用的约束条件整合在一起，构建一个综合考虑多个决策目标的模型[5]。整合各个目标的约束条件，其中每个水库移民只能选择一个安置区进行安置，本文构建的水库移民安置区选址决策模型如下所示：

(6)

本文利用线性加权法进行计算，构建水库移民安置区选址决策模型。使用函数对目标进行简单的线性变换，对导函数和幂函数的求解[6]。这一模型的设计解决了水库移民安置区选址决策方法设计过程中，数据的计算目标较多的问题，降低了算法的复杂度，并且使水库移民安置区的选址更加地科学合理。

2 实验

本文结合水利工程的实际情况，将移民安置区分为本村就近、出村本镇和出镇外迁3种。本村安置在就近区域内距水库岸边100m以内的安全区域内；出村本乡安置在本镇，但是非本村的安全区域内；出镇外迁安置在本镇以外的安全区域内，这3类安置区以移民搬迁距离作为划分依据。使用本文的多目标粒子群的方法和传统的选址决策方法对水库移民的安置区进行选址研究。

2.1 实验环境

影响移民安置区的因素众多，涵盖许多不同领域，指标类型和性质也不尽相同，且一些指标不便于进行定量计算，因此在实际操作中，为保证计算的可行性和效率性，指标体系不宜太过复杂，要充分考虑数据的可获取性和可操作性。根据水库枢纽工程的实际情况，本文选取经济环境这个指标作为一级指标，再选择4个二级指标，然后将他们作为整个实验过程中的指标体系。本文实验研究的水库移民安置区优选的指标结构见表3。

表3 指标结构体系

综合实际情况，进行数据分析，本文构建100m×100m的网格模拟真实情况的基础实验区。根据生成的网格数据文件和网格中心点文件，确定实验区域内各指标因子的空间分布情况，模拟水库移民安置区选址的地理空间环境。以网格中心点作为水库移民安置区选址的中心，对周边的经济环境和自然环境进行空间搜索[7]。计算网格中心点环境设施的距离，计算原理如图2所示。

图2 设施服务可达性计算原理图

本文研究的水库移民安置点共计50个，其中包含了本村就近安置点23个、出村本镇安置点10个、出镇外迁安置点19个，其选址涉及多个乡镇。本文从上述三种类型的水库移民安置点中，选择4个典型的安置点作为本次实验研究的对象，然后做进一步的实验研究。根据水库移民安置区选址工程的资料与数据，整理得到各移民安置点的基本资料，建立了标准化决策矩阵和加权标准化决策矩阵，表4显示的是在各个等级指标体系下，相应的二级指标体系中对总体目标的权重。

利用表4中的水库移民安置点各指标权重，再进行规范化处理，得到加权规范化决策矩阵，然后进行结果的计算和分析。

表4 水库移民安置点的指标权重

2.2 实验结果

根据上表的矩阵分别计算各个水库移民安置区的效用值，得出本次实验的结果。再将使用两种不同的决策方法得出的水库移民安置区的效用值进行对比，见表5。

从表5可以看出，水库移民安置点Ⅰ的效用值，比Ⅲ的效用值高了0.133，水库移民安置点Ⅲ比Ⅱ的效用值高了0.740，水库移民安置点Ⅱ比Ⅳ的效用值高了0.102，所以水库移民安置点Ⅰ的经济环境优势最大。使用本文的决策方法得到的水库移民安置区选址，整体的效用值大于传统的决策选址方法。

表5 实验结果

3 结语

使用多目标粒子群的方法为水库移民安置区的选址提供了一个可建设性的研究方向，本文通过应用多目标粒子群的方法决策出的水库移民安置区，相比于传统的决策方法的效用值更高。本文研究的决策选址方法对水库移民安置区的选址具有重要意义，为水库移民的生产生活提供了较大的帮助。