基于灰色關聯分析的新能源農業拖拉機性能評價方法

馮振華，張紅衛

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461000）

在2017 年，漢諾威農機展芬特純電動拖拉機E100 正式亮相之后，世界農機前三強——約翰迪爾、凱斯紐荷蘭、愛科等均發布了新能源拖拉機，在人類歷史中擁有200 多年發展史的拖拉機迎來新的變革。新能源拖拉機的性能如何是世界關注的重點，其性能評價成為新能源農業拖拉機合理選型的重要依據，近年來一直是相關部門的重點研究內容。考慮到新能源農業拖拉機性能評價中存在的模糊性特征，導致新能源農業拖拉機性能評價具有很高的難度。在我國，農業機械性能評價主要采用專家評價的方式，但在實際應用中存在置信度低的問題。而灰色關聯分析作為一種分析技術，能夠在大量數據中發現其中的相關性，尤其針對模糊性較大的指標數據，能夠根據其動態的發展規律，發現其中蘊含的規律[1-2]。灰色關聯分析的核心是灰色關聯度，通過計算灰色關聯度，明確各指標因素中的數值關系，提高對數據評估的精度。因此，有理由將灰色關聯分析應用在新能源農業拖拉機性能評價中，通過設計一種基于灰色關聯分析的新能源農業拖拉機性能評價方法，致力于從根本上提高新能源農業拖拉機性能評價的置信度，提高新能源農業拖拉機選型的合理性。

1 新能源農業拖拉機性能評價方法

1.1 確定新能源農業拖拉機性能評價指標

在新能源農業拖拉機性能評價過程中，必須預先確定新能源農業拖拉機性能評價指標。本文選定的新能源農業拖拉機性能評價指標包括：新能源農業拖拉機作業每1 hm2成本、收獲損失率、零部件供應的及時性、可靠性以及操作方便及舒適性。

為了保證設計的評價方法不失一般性，在對新能源農業拖拉機性能評價指標計算過程中，需要將其作為整體考核，設新能源農業拖拉機性能評價指標集合為L，可得公式1：

公式1中，s表示新能源農業拖拉機性能評價指標中的特征值集合；x表示新能源農業拖拉機性能評價特征空間中的橫坐標；y表示新能源農業拖拉機性能評價特征空間中的縱坐標；c表示新能源農業拖拉機性能評價指標的貢獻率；d表示新能源農業拖拉機性能評價指標個數，為實數。通過公式1，確定新能源農業拖拉機性能評價指標，為下文灰色關聯分析新能源農業拖拉機性能評價指標奠定基礎。

1.2 計算新能源農業拖拉機性能評價指標灰色關聯度

以上述6 個評價指標為依據，將新能源農業拖拉機性能評價分為6個維度進行。基于灰色關聯分析計算新能源農業拖拉機性能評價指標灰色關聯度，提取評價要素[3]。本文采用灰色關聯分析對數據分級分解的方法，計算評價指標灰色關聯度。設新能源農業拖拉機性能評價指標灰色關聯度為δ，可得公式2：

公式2 中，n表示新能源農業拖拉機性能評價指標數據特征矢量；i表示新能源農業拖拉機性能評價指標特征個數，為實數；w表示新能源農業拖拉機性能評價指標屬性相關程度；m表示摩擦系數；k表示新能源農業拖拉機性能評價指標特征權值系數；g表示新能源農業拖拉機性能評價指標特征隸屬度函數；μ表示新能源農業拖拉機性能評價指標屬性相互依賴度。根據評價指標灰色關聯度體現出評價指標與結論間的非線性關系，并以事實為依據，排除人為地增加評價指標灰色關聯度的模糊性[4]。

1.3 構建新能源農業拖拉機性能評價荷載矩陣

通過新能源農業拖拉機性能評價指標灰色關聯度計算，提取出關鍵評價因子。下述將采用構建評價因子荷載矩陣的方式，設計評價方法的下一步。首先，建立對應的數據樣本矩陣，自定義該組矩陣的表示方法為y，則y對應的樣本組合表示為yi={yi1，yi2,……yij}，j表示新能源農業拖拉機性能評價主成分的數量。選擇可實現數據動態化綜合分析的線性函數，定義函數的PAC 設計標準，保留傳統評價方法中數據處理的優勢，正交方向轉換特征空間中的數據，按照數據的特征值大小，將新能源農業拖拉機性能從優到劣依次進行排列，前m 組數據集合是保留數據變異結構最多的數據組。最后，計算特征數據代表成分的方差數值，設目標函數為λ，可得公式3。

公式3中，I表示多種評價特征元素的單向矩陣。根據上述公式可進行新能源農業拖拉機性能的綜合投影評價，結合投影的單位及覆蓋范圍，實現對應的評價因子荷載矩陣建立，滿足數據的綜合性評價。

1.4 得出新能源農業拖拉機性能公式并賦值

在構建新能源農業拖拉機性能評價荷載矩陣的基礎上，采用連續性綜合評價的方式，得出新能源農業拖拉機性能評價公式。設其表達式為S，可得公式4。

式中，r表示新能源農業拖拉機質量系數；N表示評價子因素，為實數；a表示評價維度下評價重要度量值；h表示評價指標下評價重要度量值。通過公式4，可以得出新能源農業拖拉機性能評價系數。本文采用德爾菲數據處理方法，對比多組數值的評價系數，從評價置信度角度出發，模擬化檢測綜合評價結果。結合基礎對比指標，將區間賦值數據分為0～60分、60～75分、75～85分以及＞85分，整合新能源農業拖拉機性能評價指標賦值的數值，從大到小進行排序，數值越大表示新能源農業拖拉機性能越好。

2 實例分析

2.1 實驗準備

本文通過設計實例分析的方式，選取某新能源農業拖拉機作為實驗對象。首先，使用本文設計的評價方法評價新能源農業拖拉機性能，通過Kinect 軟件測試評價置信度并記錄，將其設為實驗組；再使用傳統評價方法評價新能源農業拖拉機性能，同樣通過Kinect 軟件測試評價置信度并記錄，將其設為對照組。由此可見，本次實驗主要內容為測試2 種評價方法的評價置信度，評價置信度數值越高證明該評價方法的評價精度越高。通過5 次實驗，針對實驗測得的評價置信度，記錄實驗數據。

2.2 實驗結果分析與結論

對比2 種評價方法下的評價置信度，評價置信度對比結果，如表1所示。

表1 2種方法實驗對比結果Tab.1 The experimental comparison results of the two methods

結合表1 所示，為了更好地分析出此次設計方法的評價置信度，利用實驗數據繪制了2種評價方法置信度曲線圖，如圖1所示。

圖1 2種評價方法置信度對比曲線圖Fig.1 The confidence comparison curves of the two evaluation methods

根據圖1 可知，本文設計的評價方法置信度明顯高于對照組，具有明顯的優勢。

3 結束語

通過基于灰色關聯分析的新能源農業拖拉機性能評價方法研究，能夠取得一定的研究成果，解決新能源農業拖拉機性能評價中存在的問題。由此可見，本文設計的方法是具有現實意義的，能夠指導新能源農業拖拉機性能評價方法優化。在后期的發展中，應加大本文灰色關聯分析在新能源農業拖拉機性能評價中的應用力度，為提高新能源農業拖拉機的綜合性能提供參考。