CNG加气站的评价与选址

1CNG加气站的评价与选址【摘要】本文针对CNG加气站的评价与选址问题，采用层次分析法和模糊物元理论研究了一种基于AHP的多方案、多特征的城市加气站选址决策方法。该方法通过建立多个备选点的多维复合模糊物元矩阵，经关联变换将不相容问题转化为相容问题，以实现对多个备选点的优选。对问题一与问题二，通过计算出影响选址的各项因素的相对权重，再用模糊物元法算出其关联度，进而得到各加气站建设与运行的合理性。通过计算出各加气站服务范围曲线,和车流量密度进行二重积分求出每个加气站服务的车次来对原来的模型进行进一步的优化与改进，并分时段讨论，更加贴近实际。另外本文还考虑了其他一些能给加气站带来更好经济和社会效益的因素，并将小组建议写信给天燃气公司。关键词层次分析法模糊物元理论二重积分优化选址2一、问题的重述压缩天然气（CNG）是一种新型的车用燃料，具有节能、环保的特点。目前国内各大城市都在公共交通领域大力推广CNG汽车。CNG加气站的建设需要考虑经济和社会效益。经济效益主要包括加气站平均每台加气枪的销售额和运营成本，其中销售额主要包括加气站所处地理位置、周边交通状况和加气站间相互距离等因素；运营成本主要包括偿还贷款、员工工资、设备维护等部分。社会效益包括社会贡献和社会成本，其中社会贡献包括节约能源、减少尾气排放等；社会成本包括对周边地区居民和设施带来的安全隐患、交通堵塞等不良影响，这些不良影响的程度与加气站规模、周边地区人口密度和土地用途密切相关。现分析某市现有7个CNG加气站的经济效益和社会效益的相关因素，建立数学模型对此7个CNG加气站建设与运行的合理性进行评价，并提供一个新的选址方案，然后给天然气公司写一封建议信。二、问题的假设1、全市的5400辆燃气出租车平均每天加两次气，每次加气18立方米，i加气站天然气销售额只由这5400辆出租车的一部分在i站的加气次数确定，且每天7个加气站总能满足这5400辆车的用气量，不漏加、不多加。2、直线距离在5公里以内的加气站相互之间产生竞争，5公里以外的不存在竞争。3、每日进入加气站的车次数只取决与加气站相互位置关系、周边交3通状况和距市中心距离，与其他因素无关。4、拟建站的贷款方式为总投资的全额贷款，还款方式与7个已建加气站一致，为等额本息法，且利率不变。5、判定拟建站的合理性，只在这3个拟建站的范围内讨论，不考虑7个已建站的影响。三、符号的约定ABCDEFG：已建成的七个CNG加气站HIJ：三个候选建址处iX：各加气站对每日能接入汽车量的相对权重M：每日需加气的总车数iN：每日进入i加气站的车次数iS气：i加气站年销售天然气利润iS纯：i加气站年纯盈利iQ：i加气站对社会的贡献值iP：i加气站的社会成本W、、：各因素权重四、模型建立及求解（一）对题目第一小问的讨论题目最终要解决现有的七个加油站的合理性问题，给出了两大限制性因素：经济效益和社会效益。经济效益我们用年纯盈利来衡量；社会效益又进一步受两大因素制约：社会贡献和社会成本。这样一来，整个加气站的合理性问题就转化成用该站“纯盈利”、“社会贡献”、“社4会成本”三大基本属性来权衡的问题了。我们用层次分析法来分别得到这三大指标中不同影响因素的权重，再用模糊物元法量化三大指标中不便于用数字表示的部分，最后用模糊物元法将七个加油站的合理性进行排序。1.层次结构图一2.确定最简模型2.1计算年纯利润①计算年销售额：加气站合理度年纯盈利社会贡献社会成本销售额运营费加气站地理位置周边交通状况加气站相互距离偿还贷款员工工资设备维护管理费用节约能源减少尾气降低污染安全隐患交通堵塞噪音污染5表1-1层次分析法重要性比例标度表：标度含义1表示两个元素相比，具有同等的重要性3表示两个元素相比，前者比后者稍重要5表示两个元素相比，前者比后者明显重要7表示两个元素相比，前者比后者强烈重要9表示两个元素相比，前者比后者极端重要2，4，6，8表示上述相邻判断的中间值根据加气枪销售额涉及的三个主要因素，运用层次分析法计算各自权重。表1-2位置距市中心距离车道数位置11/21/4距市中心距离211/2车道数421将表1-2化为矩阵表示，根据层次分析法元素相对权重的根法计算：11121321222331323311/21/40.1430.1430.143211/20.2860.2860.2864210.5710.5710.5710.4290.1430.8580.2861.7130.571aaaAaaaaaa列归一行和归一化60.1430.2860.571iW即为位置、距市中心距离、车道数对于该加气站通过车流量的权重。进行一致性检验：11/21/40.1430.429211/20.2860.8584210.5711.715AW最大特征值1()1niiiAWnw（1-1）10.4290.8581.7153.00130.1430.2860.571..1nCIn（1-2）3.00130.00052表1-3平均随机一致性指标R.I矩阵阶数12345678910R.I.000.520.891.121.261.361.411.461.49....CICRRI（1-3）0.00050.0010.10.527根据结果，通过了一致性检验。由以上计算得出各因素权重为：位置权重1w=0.143（位置因素由距i加气站5公里内的加气站个数决定）距市中心距离权重2w=0.286车道数权重3w=0.571图二对于根据题目附件2给出7个加气站位置坐标，做出简图，并用本论文附上的附件通过坐标计算距离软件，算得临近加气站间距离（超出5公里限定竞争距离的数据未标出），如图（单位：米）：由于距市中心的距离越短越好、i加气站附近的竞争加气站越少越好，而加气站附近车道数越多越好，考虑到要模糊物元法中从优原则可8同时处理越大越优和越小越优两种模式，故采用模糊物元法对其分析：表1-4ABCDEFG位置因素2112211距市中心距离8.18.19.34.13.287.9车道数108101012814据上表建立复合模糊物元矩阵：3,7R=12321122118.18.19.34.13.287.9108101012814ABCDEFGTTT通过从优变换得到隶属度矩阵：3,7R=1230.5110.50.5110.3950.3950.3440.7810.40.40.7140.5710.7140.7140.8570.5711ABCDEFGTTT把隶属矩阵ji作为关联系数ji，则得关联系数矩阵为3,7R=1230.5110.50.5110.3950.3950.3440.7810.40.40.7140.5710.7140.7140.8570.5711ABCDEFGTTT所使用的权重复合物元为wR=1230.1430.2860.571iTTTW计算关联度得9*kwRRR（1-4）=0.5920.5820.6490.7020.8470.5830.828jABCDEFGK将关联度jK做归一化处理为jK：jjjKKK（1-5）表1-5AKBKCKDKEKFKGK0.1240.1220.1360.1470.1770.1220.173则每日进入i加气站的车次数iN为：i2iNMK（1-6）表1-6ANBNCNDNENFNGN1339131714681587191113171868根据题目已知该市燃气公司与某油田签订的天然气协议价格为每立方米1.67元，车用燃气的销售价格为每立方米3.32元，每车次加气18立方米，可算得i加气站年销售天然气利润（单位：万元）：表1-7S气AS气BS气CS气DS气ES气FS气G1451.541427.691591.381720.392071.621427.692025②计算年运营支出银行网站上等额本息贷款计算软件可算得各加气站年还款数额，在加上附件2中每年员工工资、设备维护、管理费的支出，可得i加气站的年总支出如下表：表1-8站名职工人数人月平均工资（元）管理费（万元/年）年还款/万元每站年费用/万元A333000453.48176.28B493350773.54277.52C2032003.550.81131.11D343400558.83202.55E423000456.16211.36F503300773.54278.54G363050656.16193.92③计算年纯盈利易知各加气站年纯盈利为年销售额减去年支出，如下表：表1-9S纯AS纯BS纯CS纯DS纯ES纯FS纯G1275.261150.171460.271517.841806.261149.151831.082.2加气站i的社会贡献值Qi题目已知中给出，加气站的社会贡献主要包括节约能源、减少尾气排放、降低污染三大部分。而这三个量又都有使用天然气的汽车数量线性决定，再结合加气站i的社会贡献参加最后的运算时，是作为单独变量参与模糊物元法计算的，所以，我们可以用加气站i的每日加气车次11数iN直接代替社会贡献值Qi，得到下表：表1-10QABQCQDQEQFQGQ13391317146815871911131718682.3加气站i的社会成本Pi加气站i的社会成本主要包括加气站对周边地区居民合设施带来的安全隐患、交通堵塞、噪音污染等。运用层次分析法，计算这三大因素对社会成本的权重η表1-11交通堵塞噪音污染安全隐患交通堵塞121/3噪音污染1/211/5安全隐患351将表1-11化为矩阵表示，根据层次分析法元素相对权重的根法计算：121/30.220.250.217A1/211/50.110.1250.1313510.660.6250.652列归一0.6870.230.3660.1221.9370.648行和归一化则120.230.1220.648iη进行一致性检验：121/30.230.691/211/90.1220.3673510.6481.948iA最大特征值1()110.690.3671.9483.00530.230.1220.648niiiiAnw3.0053..0.002512nCInR.I参见表1-3..0.0025..0.00430.1.0.58CICRRI根据结果，通过了一致性检验。由以上计算得出各因素权重为：交通堵塞权重1η=0.23噪音污染权重2η=0.122安全隐患权重3η=0.648分析题目附件1中电子地图各加气站周边环境，如下表：表1-12加气站ABCDEFG易受影响单位数34648106车道数10810101281413根据分析，将安全隐患与噪音污染的指标化为i加气站周边居民区、学校、医院、商场的数量，即易受影响单位数，此指标越小越好。将交通堵塞的指标化为i加气站周边车道数，车道数越大越好。再度使用模糊物元法进行分析：表1-13ABCDEFG交通堵塞108101012814噪音污染34648106安全隐患34648106据上表建立复合模糊物元矩阵：3,7R=1231081010128143464810634648106ABCDEFGTTT通过从优变换得到隶属度矩阵：3,7R=1230.7140.5710.7140.714