一种模糊变权工程地质环境质量评价方法

一种模糊变权工程地质环境质量评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，该方法包括如下步骤：建立工程地质环境质量评价分层结构模型；获取待评价区域内所有参评指标对应的工程地质数据；将待评价区域划分为m个基础评价单元；建立各个基础评价单元的评价指标矩阵以及变权权重矩阵；根据基础单元对应的评价指标矩阵和变权权重矩阵分别求取各个基础评价单元的变权综合评价值；根据各基础评价单元的变权综合评价值得到待评价区域内的各个基础评价单元的工程地质环境质量等级；采用聚类法将具有相同工程地质环境质量等级的基础评价单元进行聚类，得到工程地质环境质量综合评价分区图。与现有技术相比，本发明具有评价精度高、评价结果客观可靠等优点。
【专利说明】
一种模糊变权工程地质环境质量评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种工程地质环境质量评价方法，尤其是涉及一种模糊变权工程地质 环境质量评价方法。
【背景技术】
[0002] 城市是人类居住和经济活动高度集中的地域空间，也是工程建设最主要的领域。 工程地质环境质量评价是城市总体规划中的一项重要工作，科学合理的工程地质环境质量 评价，有利于规避地质环境中对工程建设的不利因素，合理利用土地资源，促进工程建设与 地质环境的协调发展。工程地质环境质量影响因素繁杂，各因素相互间存在着一定的关联 性，各因素的影响程度不同，而且评价因素具有指标数据模糊性和评价标准模糊性等特点， 很难用经典数学加以统一度量。因此，模糊数学的理论和方法在工程地质环境质量评价中 得到了最广泛的应用。目前，工程地质环境评价多以地理信息系统(GIS)为平台采用构建评 价指标体系和模糊加权评判模型对工程地质环境质量进行评价。
[0003] 对评价结果有较大影响的权重赋值方法有:客观定权法和主观定权法。客观定权 法主要有:熵值法、主成分分析法、均方差法等;主观定权法主要有:直接打分法、专家打分 法、层次分析法、环比评分法、对比排序法等。由于工程地质环境的参评指标多为模糊概念 没有准确数值，而客观定权法对数据的依懒性强，对数据的对比强度、冲突性及离散性要求 较高且计算方法复杂，可参与性和通用性差。因此，客观定权法在地质环境评价中运用较 少。主观定权中的层次分析法具有能将复杂问题层次化，定性问题定量化的特性，因此在地 质环境评价中运用较广泛。但是层次分析法中每个评价指标只有一个权重，权重确定后无 论参评指标值如何变化，指标权重值总是固定不变，最终得到的工程地质环境的质量评价 在精度和质量上难以有效的服务于工程建设。因此，有必要采用新的技术和方法对其进行 更加精确的定量化评价，才能为新时期土地规划利用和工程建设提供更加精确的科学依 据。
[0004] 目前，地质环境评价的研究领域，尚无相关的评价方法来评价工程地质环境质量。 现有的评价方法中权重的获取方法多采用专家打分法或层次分析法(ΑΗΡ)，如西安科技大 学的孙学阳等人的专利"一种煤矿区地质环境承载能力评价方法"（CN104881571A)、中国石 油大学（华东）的宋冬梅等人的专利"一种海岸带的地质环境承载力计算方法" (CN104361225A)、北京科技大学的谢谟文等人的专利"一种水库区工程地质调查的解译与 评价方法"（CN102707332A)、同济大学建筑设计研究院(集团）有限公司郑涛等人发明的专 利"一种基于灰关联一层次分析法的海绵城区潜力指数的评价方法"（CN105005690A)。此 外，地质环境评价方法中还有多目标决策分析法、人工神经网络法、逻辑回归等方法。以上 方法中对指标选取和综合评价方法上研究较多，而对评价结果有较大影响的权重赋值方法 研究较少。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模糊变权工程 地质环境质量评价方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，该方法包括如下步骤：
[0008] (1)建立工程地质环境质量评价分层结构模型，包括总目标层、子目标层和评价指 标层，所述的总目标层为该工程地质环境质量评价的总目标，所述的子目标层为与总目标 对应的多个子目标，每个子目标包括多个参评指标，所有参评指标组成评价指标层；
[0009] (2)获取待评价区域内工程地质环境质量评价分层结构模型中的所有参评指标对 应的工程地质数据；
[0010] (3)将步骤(2)获取的工程地质数据导入GIS软件，利用GIS软件建立待评价区域的 空间数据库，并将待评价区域划分为m个基础评价单元；
[0011] (4)根据各个基础评价单元的工程地质数据建立各个基础评价单元的评价指标矩 阵；
[0012] (5)分别求取各个基础评价单元对应的变权权重矩阵；
[0013] (6)根据基础单元对应的评价指标矩阵以及变权权重矩阵分别求取各个基础评价 单元的变权综合评价值；
[0014] (7)将每个基础评价单元的变权综合评价值分别与设定的工程地质环境质量等级 划分值进行比较，得到待评价区域内的各个基础评价单元的工程地质环境质量等级；
[0015] (8)采用聚类法将具有相同工程地质环境质量等级的基础评价单元进行聚类，得 到工程地质环境质量综合评价分区图。
[0016] 步骤(3)包括如下步骤：
[0017] (301)将待评价区域的工程地质数据导入GIS软件，对待评价区域的各参评指标建 立单项指标数据图层；
[0018] (302)对单项指标数据图层进行标准化处理；
[0019] (303)对待评价区域的各单项指标数据图层进行栅格化处理，将待评价区域划分 为m个基础评价单元。
[0020] 步骤(4)具体为：
[0021] 根据参评指标划分等级标准，求取待评价区域评价指标矩阵f :
[0023] 矩阵f中的元素记为f ,为第i个基础评价单元的评价指标矩阵，i = 1，2，…… m，m为基础评价单元的总个数；
[0024] 具体地，第i个基础评价单元的评价指标矩阵f i为：
[0025] X7 i= [x7 ii x7 i2 ··· X7 in],
[0026] 矩阵中的元素记作表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标 值，j = 1，2，…，η，η表示参评指标的总个数。
[0027]步骤(5)具体为：
[0028] (501)采用层次分析法分别求取各个基础评价单元中评价指标层对于总目标层的 常权权重矩阵，常权权重矩阵中的元素为各参评指标的常权权重；
[0029] (502)构建强惩罚-激励型状态变权函数，分别对各个基础评价单元的常权权重矩 阵中的各常权权重进行重新分配，进而得到各个基础评价单元的变权权重矩阵，变权权重 矩阵中的元素为各参评指标的变权权重。
[0030] 所述的步骤(501)中求取各个基础评价单元的常权权重矩阵具体通过下述方法求 取：
[0031] (501a)对第i个基础评价单元采用层次分析法中的1~9标度法建立子目标层对总 目标层的判断矩阵B-A以及评价指标层对子目标层的判断矩阵C-B，其中i = l，2,……m，m为 基础评价单元的总个数；
[0032] (501b)根据判断矩阵B-A和C-B求取常权权重矩阵4… ，其中常权权 重矩阵中的元素记作《I，4表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的常权权重，j = 1， 2,......η，η表示参评指标的总个数。
[0033]所述的步骤(502)具体为：
[0034] (502a)根据工程地质环境评价特点及变权理论，构建强惩罚-激励型状态变权函 数S(X):
[0036] 其中，xj为状态值，0<y<A<a<P<l，〇< c<b<a<l，y为特强惩罚水平，λ为强 惩罚水平，α为初惩罚水平，β为激励水平，a、b和c分别为状态值为μ、λ和α时对应的状态变权 函数值，k为调整系数；
[0037] (502b)获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵f i，将f i中元素记作V ^表 示第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，将分别作为状态变权函数S(X)的状 态值求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的状态变权函数值(X)，i = 1，2，……m，m 为基础评价单元的总个数，j = 1，2，…，η，n表示参评指标的总个数；
[0038] (502c)获取第i个基础评价单元的变权权重矩阵Wi = [Wil wi2…win]，其中变权 权重矩阵中的元素记作w^，Wl谦示第i个基础评价单元第j个参评指标的变权权重，Wl適过 下式获取：
[0040]所述的步骤(6)具体为：
[0041] (601)分别获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵X、以及变权权重矩阵I，其中 i = l,2,……m，m为基础评价单元的总个数，维矩阵，矩阵乂^中的元素表示为 为第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，变权权重矩阵1为1*11维矩阵，该矩 阵中的第j个元素记作wu，Wl谦示第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权权重，j = 1， 2,......η，η表示参评指标的总个数；
[0042] (602)求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权评价值Mij:
[0043] Mij=wij · Xij ；
[0044] (603)求取第i个基础评价单元的变权综合评价值Mi:
[0046] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0047] (1)本发明将待评价区域划分为若干个基础评价单元，分别对每个基础评价单元 进行评价，使得评价精度尚；
[0048] (2)本发明变权评价方法弥补工程地质环境质量综合评价中每项参评指标一旦确 定后就只有一个权重值的缺陷，无法反映各项指标内部差异性对工程地质环境质量的影 响，更无法反映权重应随每项指标内部差异性的变化而变化的特点，进而影响到最后评价 结果的客观性；
[0049] (3)本发明求取变权权重时建立强惩罚-激励型状态变权函数对各参评指标对应 的常权权重进行重新分配，对参评指标的"优秀"值给予鼓励，对参评指标"差值"进行惩罚， 对参评指标的"一般值"既不惩罚也不鼓励，充分体现了各项指标内部差异性对工程地质环 境质量的整体性影响，极大的提高了工程地质环境质量评价等级的可信度和可靠度。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明的模糊变权工程地质环境质量评价方法的基本流程图；
[0051] 图2为本实施例工程地质环境质量评价分层结构模型的结构示意图；
[0052] 图3为强惩罚-激励型状态变权函数的示意图。
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0054] 实施例
[0055] 如图1所示为本发明一种模糊变权工程地质环境质量评价方法的基本流程图，该 方法包括如下步骤：
[0056] 步骤1:建立工程地质环境质量评价分层结构模型，包括总目标层、子目标层和评 价指标层，所述的总目标层为该工程地质环境质量评价的总目标，所述的子目标层为与总 目标对应的多个子目标，每个子目标包括多个参评指标，所有参评指标组成评价指标层；
[0057] 步骤2:获取待评价区域内工程地质环境质量评价分层结构模型中的所有参评指 标对应的工程地质数据；
[0058]步骤3:将步骤2获取的工程地质数据导入GIS软件，利用GIS软件建立待评价区域 的空间数据库，并将待评价区域划分为m个基础评价单元；
[0059] 步骤4:根据各个基础评价单元的工程地质数据建立各个基础评价单元的评价指 标矩阵；
[0060] 步骤5:分别求取各个基础评价单元对应的变权权重矩阵；
[0061] 步骤6:根据基础单元对应的评价指标矩阵以及变权权重矩阵分别求取各个基础 评价单元的变权综合评价值；
[0062] 步骤7:将每个基础评价单元的变权综合评价值分别与设定的工程地质环境质量 等级划分值进行比较，得到待评价区域内的各个基础评价单元的工程地质环境质量等级；
[0063] 步骤8:采用聚类法将具有相同工程地质环境质量等级的基础评价单元进行聚类， 得到工程地质环境质量综合评价分区图。
[0064]本实施例步骤1中总目标层记作A，选取地形地貌(Bi)、水文地质条件(B2)、岩土工 程条件(B3)、工程地质环境问题(B4)、地质灾害(B5)及人类影响(B 6)六个影响工程地质环境 质量的因素作为该评价体系的子目标层(BO。而地貌单元(CO、坡度(C2)、地面标高(C 3)作 为地形地貌()的参评指标;地下水位埋深(C4)、距地表水体的距离(C5)作为水文地质条件 (B 2)的参评指标;地基持力层厚度(C6)、地基岩土体均匀性(C7)、地基承载力(C 8)作为岩土 工程条件(B3)的参评指标;黄土湿陷性(C9)、砂土液化(C 1Q)、软土层厚度(Cn)作为工程地质 问题(B4 )的参评指标;距离活动断层距离(Cl2 )、地质灾害点（Cl3 )、地下水漏斗沉降量(Cl4) 作为不良地质作用(B5)的参评指标;人类工程活动强度(C15)作为人类活动影响(B 6)的唯一 的参评指标，形成评价区域的多层次的评价指标结构模型，如图2所示。
[0065]接着步骤2获取上述15个参评指标对应的工程地质数据，继续执行步骤3。
[0066] 步骤3包括如下步骤：
[0067] (301)将待评价区域的工程地质数据导入GIS软件，对待评价区域的各参评指标建 立单项指标数据图层，即利用GIS将原始数据中的图件数据和测试数据，经投影转换、信息 提取、赋值、缓冲区分析和DTM分析等处理过程，得到评价所需的单项指标数据图层；
[0068] (302)对单项指标数据图层进行标准化处理，从而使各单项指标数据图层具有统 一的评价区域边界，统一的坐标系和统一的投影参数；
[0069] (303)对待评价区域的各单项指标数据图层进行栅格化处理，将待评价区域划分 为m个基础评价单元。
[0070] 由于各参评指标对工程地质环境质量影响的差异性和复杂性，导致各参评指标的 组合特征存在明显的空间差异，因此工程地质环境质量评价应落实到每个细小区域内，因 此需要将研究区域分成若干个小图元，即基础评价单元。根据评价区域工程地质环境质量 指标的空间分布特征、评价目标精度要求及计算机系统对数据的处理能力，选用标准格网 对研究区进行单元划分，把各参评指标的数据转换成栅格数据。本发明实施例中以400mX 400m栅格格网为数据存储及评价分析的基础评价单元，该评价区域分成6048个基础评价单 元，即上述m = 6048。
[0071] 步骤4具体为：
[0072] 根据参评指标划分等级标准，求取待评价区域评价指标矩阵f :
[0074] 矩阵f中的元素记为f ,为第i个基础评价单元的评价指标矩阵，i = 1，2，…… m，m为基础评价单元的总个数；
[0075] 具体地，第i个基础评价单元的评价指标矩阵f i为：
[0076] X' i= [X'il X' i2 …X' in]，
[0077] 矩阵中的元素记作表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标 值，j = 1，2，…，η，η表示参评指标的总个数。
[0078] 因参评指标的数据形式不同，各评价指标量纲各异，需对不同量纲数据进行标准 化处理。在对数据进行标准化处理前，必须先确定参评指标等级划分标准。根据《城乡规划 工程地质勘察规范》(CJJ57 - 2012)，参考国内外工程地质环境质量评价指标等级划分标准 再结合专家意见将参评指标划分为几个等级。本实施例中将参评指标从好到差划分为:优、 良、中、一般、差5个级别。实施例的评价区域临近大河，河堤内的河漫滩为行洪区，在评价时 应把行洪区作为一个敏感区域来处理，每项定性指标凡是涉及到该区域的都作为评价等级 中的差级来处理。根据以上制定的参评指标划分等级标准如表1所示。
[0079] 表1工程地质环境质量评价参评指标划分等级标准
[0081] 工程地质环境质量评价中数据分为离散型和连续型两大类。对于离散型的指标数 据，本实施例中把参评指标划分的5个级别通过转换等级赋予0~1之间值;对于连续型的指 标数据，采用极值标准法处理，获得0~1之间的值。赋值越高，表示参评指标条件越好;赋值 越低，表示参评指标条件越差。对极性为正的数据利用（1)式，极性为负的数据利用(2)式进 行标准化处理后，得到评价指标矩阵V i:
[0082] X7 i= [x7 ii x7 i2 ··· X7 in],
[0085] X'为某项参评指标的指标值;Xi为某项参评指标的实际值;Xmin为某项参评指标的 最小值;Xmx为某项参评指标的最大值。
[0086] 步骤5具体为：
[0087] (501)采用层次分析法分别求取各个基础评价单元中评价指标层对于总目标层的 常权权重矩阵，常权权重矩阵中的元素为各参评指标的常权权重；
[0088] (502)构建强惩罚-激励型状态变权函数，分别对各个基础评价单元的常权权重矩 阵中的各常权权重进行重新分配，进而得到各个基础评价单元的变权权重矩阵，变权权重 矩阵中的元素为各参评指标的变权权重。
[0089] 所述的步骤(501)中求取各个基础评价单元的常权权重矩阵具体通过下述方法求 取：
[0090] (501a)对第i个基础评价单元采用层次分析法中的1~9标度法建立子目标层对总 目标层的判断矩阵B-A以及评价指标层对子目标层的判断矩阵C-B，其中i = l，2,……m，m为 基础评价单元的总个数；
[0091] (501b)根据判断矩阵B-A和C-B求取常权权重矩阵C = … 其中常权权 重矩阵<中的元素记作表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的常权权重，j = 1,2,......η，η表示参评指标的总个数。
[0092] 具体地，采用层次分析法中的1~9标度法构造两两比较判断矩阵，1~9标度法标 度含义如表2所示。根据分层结构模型，对于Β层和C层将同一层子指标分别以上一层子指标 为准则采用1~9的比率进行两两比较，对每一层中各项指标相对重要性给出一定的判断， 得至IjB层对Α层的判断矩阵[Bi-A^-A，. . .，Bq-A]和C层对Β层的判断矩阵...， Ck_Bq]〇
[0093] 表2 1~9标度法标度含义
[0094]
[0095] 根据Β-Α和C-B判断矩阵计算评价因子的相对权值。现以Β-Α层的权重计算为例说 明计算步骤，假定阳厘1^ 11为13-厶判断矩阵，;^郎，1 = 1，2，"_，11;」=1，2，"_，11。特征向量就 是Βι，B2,…，Bn对A的权向量妒，经式（3)做归一化处理计算求得:W= (wi， W2，…，wn)T为矩阵F的特征向量，即各参评指标的权重。
[0097]其中为矩阵F的第i行第j列的元素。而矩阵的特征值Amax:
[0099] 其中，[FW]i为矩阵F中第i行元素与对应特征向量^乘积之和，Wi为权向量W的第i 个指标的权重。
[0100] 为了降低判断思维出现的不一致性偏差，要对判断矩阵的不一致性和随机性进行 检验。
[0103] 其中：CI为一致性指标;λΜΧ为最大特征根;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性指 标;CR为随机一致性比率。如果随机一致性比率CR<0.10,判断矩阵具有满意一致性，所求 权重值比较合理，否则重新调整判断矩阵的取值再进行两两比较判断。
[0104] 本发明实施例中根据已构建的工程地质环境质量评价指标分层结构模型，对第i 个基础评价单元采用层次分析法得到B-A判断矩阵和C 一 B判断矩阵如下：
[0105] B-A判断矩阵：

[0113]最后得到C-A各参评指标的常权权重值：
[0115] 所述的步骤(502)具体为：
[0116] (502a)根据工程地质环境评价特点及变权理论，构建强惩罚-激励型状态变权函 数S(X):
[0118] 其中，Xj为状态值，0<y<A<a<P<l，〇<c<b<a<l，y为特强惩罚水平，λ为强 惩罚水平，α为初惩罚水平，β为激励水平，a、b和c分别为状态值为μ、λ和α时对应的状态变权 函数值，k为调整系数；
[0119] (502b)获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵f υ将f ,中元素记作X、，V "表 示第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，将分别作为状态变权函数S(X)的状 态值求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的状态变权函数值(X)，i = 1，2，……m，m 为基础评价单元的总个数，j = 1，2，…，η，n表示参评指标的总个数；
[0120] (502c)获取第i个基础评价单元的变权权重矩阵Wi = [Wil wi2…win]，其中变权 权重矩阵中的元素记作叫，Μ表示第i个基础评价单元第j个参评指标的变权权重，叫通过 下式获取：
[0122] 具体地，在构建强惩罚-激励型状态变权函数时，根据工程地质环境质量评价特点 及变权理论，构建评价区域的局部变权理论；
[0123] 设工程地质环境质量评价总目标为A，B为子目标，A = {，B2，…，Bq}，Iq = (1， 2，···，q)，任意一个仏也有多个评价指标，§_={&，&，···，&}。现不妨设总目标A的状态为X ={[X1，X2,…，Xn]T}，0<Xj<l，In= {1，2,…，n}，Xj是Bi的状态值，根据状态变权原理，做出 如下定义：
[0124] 定义1:称向量:r°=(r'，哗…，〇为一个n维常权向量，如果y/ei?，有r:G(0，l)，且
[0125] 定义 2:给定映射 ￥:[0，1]114(0，1)11，称向量^^)^(￥必），￥2(父），"，1(父)）为一个 η维局部变权向量，如果满足条件：
[0127] ②对￡(〇，1)，且(1<0，使得Wj (X)关于Xj在[0，α]上单调递减，而在 [β，1]上单调递增;如果每个W(x)关于所有变元均连续，则称W(X)为一个连续型局部变权 向量。
[0128] 定义 3:给定映射 (X)为一个η维连续型局部状态变权向量，如果对y/e/"，3?，0￡(〇，1)，且€[<0，满足条件 ：
[0129] ①当0<Xj<a时，SjU)〉。" j(X)<0, ;
[0130] ②当a彡Xj彡β时，SjU)〉。" j(X)=0;
[0131] ③当β<χ」<1时，SjU)〉。；'」(Χ)>0，?5,.(Α') = +* ;
[0132] ④当S' j(X)(Xj_xk)+Sj(X)>0, j，ke In，xj<xk;
[0133] 其中变权W(X)满足定义2的条件，当每个Sj(X)关于所有变元均连续时，称S(X)为 局部惩罚一激励型状态变权向量，a为惩罚水平，β为激励水平。
[0134] 对于工程地质环境质量整体而言，如有1~2危险指标值特别低，无论采用哪种常 权综合评价方法，都有可能被其他指标的高值中和，使得最终评价结果偏离实际工程地质 环境情况。因此，工程地质环境质量变权评价应具有如下原则:在评价时，只要有一个指标 值特低，哪怕该指标的常权值很小，最终综合评价值将显著减小;但单一指标值特高却不一 定能使最终评价值增加明显，变权综合评价中惩罚力度应大于激励力度。根据工程地质环 境质量的变权综合评价中惩罚力度应大于激励力度的宗旨，变权综合评价应具有如下特 点:①子目标评价m的评价值& e (〇，1)，激励水平β靠近1，即受激励区间(β，1)较窄，该区间 的状态值受到强烈激励迅速变化;②惩罚水平与激励水平很近，即合格区[α，β]很窄，该区 间状态值既不受到激励也不受到惩罚;③受惩罚区间(〇，α)较宽，可分为初惩罚阶段(λ，α)、 强惩罚阶段(λ，μ]、特强惩罚阶段(0，μ]3个阶段。根据工程地质环境质量变权评价特点，可 设初惩罚阶段为抛物线，强惩罚阶段为直线，特强惩罚阶段和激励阶段为对数曲线，且强惩 罚阶段的直线与特强惩罚阶段的曲线相切于点(y，a)及(x，b)，于是就有如下定理：
[0135]定理1(惩罚一激励分段协调定理）：设状态变权函数S(X)在初惩罚阶段、强惩罚阶 段、特强惩罚阶段、激励阶段的变权函数分别为510)、52〇)、530)、5 4〇)，且在点（<^)、 (\，13)、化，&)、（队(：)处光滑连续可导，如图3所示为强惩罚-激励型状态变权函数的示意图。 其中0<μ<λ<α<β<l，0< c<b<a<l，a、b、c为评价策略，k为调整系数，就有：
[0137]由于初惩罚阶段状态变权函数为抛物线，可令初惩罚阶段状态变权函数为 517.(又）=?。+〇1：\：;.+(22；^认分：^)，由于5办)在(€[，(；）、0，13)、化，3)处光滑连续可导，于是有 ：
[0140] 设状态变权函数S(X)在区间（0，1)光滑连续可导，那么：
[0142]
，SJX)是强局部惩罚一激励型 状态变权函数。以上构建的状态变权函数已证明满足定义3中公理①、②、③、④。
[0143] 根据本发明实施例中的工程地质环境特征和工程地质环境质量评价的特点，取μ = 0.2，A = 0.4，a = 0.6,3 = 0.8，a = 0.5，b = 0.3，c = 0.2，k=1.5,由（8)式可得状态变权函 数：
[0145] 步骤6具体为：
[0146] (601)分别获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵X、以及变权权重矩阵I，其中 i = l,2,……m，m为基础评价单元的总个数，维矩阵，矩阵乂^中的元素表示为 为第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，变权权重矩阵1为1*11维矩阵，该矩 阵中的第j个元素记作wu，Wl谦示第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权权重，j = 1， 2,......η，η表示参评指标的总个数；
[0147] (602)求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权评价值Mij:
[0148] Mij=wij · Xij ；
[0149] (603)求取第i个基础评价单元的变权综合评价值Mi:
[0151] 本发明实施例中GIS采用以栅格点状单元作为指标数据载体，矢量面状单元作为 基础评价分析单元，然后得到每个基础价单元的变权综合评价值Mi，i e [ 1，6048]，其值变 化范围为(0，1)，求得变权综合评价值域为:0.23846~0.84981。本发明实施例中采用非等 间距方法，选取0.05为中间等级划分间距，将评价区域的工程地质环境质量划分为5个等级 分区，从好到差依次为：>0.80(优）、0· 75~0.80(良）、0· 70~0.75(中）、0· 65~0.70( - 般）、<0.65(差）。
[0152] 为了说明变权综合评价的合理性，选取某一个基础评价单元，采用本发明变权工 程地质环境质量评价方法和常权工程地质环境质量评价两种方法计算它们的综合评价值， 评价结果对比表如表3所示。根据制定的指标评价标准及划分等级可以看出，该基础评价单 元8项指标值属于优级，3项指标值属于良级，2项指标值属于一般级，2项指标值属于差级， 该基础评价单元的实际工程地质环境很差。在常权评价时，2项指标的差级值和2项指标的 一般级值被8项指标的优级值中和，评价危险度降低。采用变权模型评价时，状态变权函数S (X)对这些参评指标常权权重重新进行分配，由于惩罚力度大度激励力度，该单元的最终综 合评价值迅速减小，评价等级也从一般级降为差级。同理，对于某一个基础评价单元，如果 它的15项指标值都属于优级，状态变权函数S(X)会对参评指标的优级值进行鼓励，对它们 的常权权重也会进行重新分配，该单元的最终综合评价值会迅速增大，它们的评价等级也 会相应增加。经过两种方法评价结果对比分析发现，变权综合评价方法对指标的"优秀"值 给予鼓励，对指标"差值"进行惩罚，对指标的"一般值"既不惩罚也不鼓励，充分体现了各项 指标内部差异性对工程地质环境质量的整体性影响，极大的提高了工程地质环境质量评价 等级的可信度和可靠度。
[0153] 表3第i个基础评价单元评价结果对比
【主权项】
1. 一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： (1) 建立工程地质环境质量评价分层结构模型，包括总目标层、子目标层和评价指标 层，所述的总目标层为该工程地质环境质量评价的总目标，所述的子目标层为与总目标对 应的多个子目标，每个子目标包括多个参评指标，所有参评指标组成评价指标层； (2) 获取待评价区域内工程地质环境质量评价分层结构模型中的所有参评指标对应的 工程地质数据； (3) 将步骤(2)获取的工程地质数据导入GIS软件，利用GIS软件建立待评价区域的空间 数据库，并将待评价区域划分为m个基础评价单元； (4) 根据各个基础评价单元的工程地质数据建立各个基础评价单元的评价指标矩阵； (5) 分别求取各个基础评价单元对应的变权权重矩阵； (6) 根据基础单元对应的评价指标矩阵W及变权权重矩阵分别求取各个基础评价单元 的变权综合评价值； (7) 将每个基础评价单元的变权综合评价值分别与设定的工程地质环境质量等级划分 值进行比较，得到待评价区域内的各个基础评价单元的工程地质环境质量等级； (8) 采用聚类法将具有相同工程地质环境质量等级的基础评价单元进行聚类，得到工 程地质环境质量综合评价分区图。2. 根据权利要求1所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，步骤 (3) 包括如下步骤： (301) 将待评价区域的工程地质数据导入GIS软件，对待评价区域的各参评指标建立单 项指标数据图层； (302) 对单项指标数据图层进行标准化处理； (303) 对待评价区域的各单项指标数据图层进行栅格化处理，将待评价区域划分为m个 基础评价单元。3. 根据权利要求1所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，步骤 (4) 具体为： 根据参评指标划分等级标准，求取待评价区域评价指标矩阵χ/:矩阵公中的元素记为r 1，公1为第i个基础评价单元的评价指标矩阵，i = 1，2，……m，m 为基础评价单元的总个数； 具体地，第i个基础评价单元的评价指标矩阵X/为： X' i= [X' il X' i2 …X' in]， 矩阵r 1中的元素记作χ/u表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，j =1，2，…，η，η表示参评指标的总个数。4. 根据权利要求1所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，步骤 (5) 具体为： (501) 采用层次分析法分别求取各个基础评价单元中评价指标层对于总目标层的常权 权重矩阵，常权权重矩阵中的元素为各参评指标的常权权重； (502) 构建强惩罚-激励型状态变权函数，分别对各个基础评价单元的常权权重矩阵中 的各常权权重进行重新分配，进而得到各个基础评价单元的变权权重矩阵，变权权重矩阵 中的元素为各参评指标的变权权重。5. 根据权利要求4所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，所述 的步骤(501)中求取各个基础评价单元的常权权重矩阵具体通过下述方法求取： (501a)对第i个基础评价单元采用层次分析法中的1~9标度法建立子目标层对总目标 层的判断矩阵B-AW及评价指标层对子目标层的判断矩阵C-B，其中i = l，2,……m，m为基础 评价单元的总个数； (50化)根据判断矩阵B-A和C-B求取常权权重矩阵H:" = [，，'： Mf: 诚]，其中常权权重矩 阵Wi叩的元素记作，';表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的常权权重，j = l， 2, η，η表示参评指标的总个数。6. 根据权利要求5所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，所述 的步骤(502)具体为： (502a)根据工程地质环境评价特点及变权理论，构建强惩罚-激励型状态变权函数S (X)：其中，Xj为状态值，〇<y<^<a<0<l，〇<c<b<a<l，y为特强惩罚水平，λ为强惩罚水 平，α为初惩罚水平，β为激励水平，a、b和C分别为状态值为μ、λ和α时对应的状态变权函数 值，k为调整系数； (502b)获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵公1，将公1中元素记作χ/ UU表示第 i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，将分别作为状态变权函数S(X)的状态值 求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的状态变权函数值Sij(X)，i = l，2,……m，m为基 础评价单元的总个数，j = 1，2，…，η，n表示参评指标的总个数； 巧02c)获取第i个基础评价单元的变权权重矩阵Wi=[Wil Wi2…Win],其中变权权重矩 阵中的元素记作WU，Wi康示第i个基础评价单元第j个参评指标的变权权重，Wi姻过下式获 取：7.根据权利要求1所述的一种模糊变权工程地质环境质量评价方法，其特征在于，所述 的步骤(6)具体为： (601) 分别获取第i个基础评价单元的评价指标矩阵公1^及变权权重矩阵Wi，其中i = 1,2,……m，m为基础评价单元的总个数，公1为l*n维矩阵，矩阵公1中的元素表示为 为第i个基础评价单元中第j个参评指标的指标值，变权权重矩阵Wi为1*η维矩阵，该矩阵中 的第j个元素记作Wij，wij表示第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权权重，j = 1， 2,......η，η表示参评指标的总个数； (602) 求取第i个基础评价单元中第j个参评指标的变权评价值Mij:Mij=wij ·町； (603) 求取第i个基础评价单元的变权综合评价值Mi:
【文档编号】G06Q10/06GK106096847SQ201610428854
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】张英平, 唐益群, 石亚朝, 徐杰, 杨奇
【申请人】同济大学