工程地质环境质量AHP-FUZZY 分析评价方法及应用

张 鹏

0 引言

地质环境的好坏直接影响人类的生存和发展，对地质环境进行客观的评价，为社会经济的可持续发展和政府的宏观决策提供参考依据是十分重要和必要的。工程地质环境是人类工程活动与地质环境相互依存、相互作用的物质基础，是各种地质要素的综合，其质量的优劣是决定工程活动技术可行性、经济合理性及安全性的基本条件［1］。

城市工程地质环境的评价是工程实践与工程规划的基础条件，一般统计方法对指标权重确定多采用经验法，有较大人为性;若采用AHP-FUZZY分析方法把决策者的推理过程进行量化描述，将定性分析与定量计算相结合，从而使权重的分配更为科学、合理，使问题得到较好的解决［2］。

本文利用该分析法对地质环境进行质量评价，并对广州某评价区地质环境质量状况进行了评价。

1 基本原理方法

1.1 建立评价集

评价集，是由对评判对象可能作出的评判结果所组成的集合，可表示为:V={v1，v2，…，vm}，其中元素 vj(j=1，2，…，m)是若干可能作出的评判结果。评判的目的就在于通过对评判对象综合考虑所影响因素，能够从评价集V中获得一个评判结果。

1.2 建立因素集

因素集U是影响评判对象的各个因素所组成的集合，可表示为:U={u1，u2，…，un}，其中元素 ui(i=1，2，…，n)是若干个评价指标。

1.3 单因素模糊评判

从一个因素出发进行评判，以确定评判对象对评价集元素的隶属程度，称为单因素评判。设评判对象按因素集中第i个因素ui进行评判，对评价集中第j个元素vj的隶属程度为rij，则按第i个因素ui，评判的结果可表示为:

Ri=(ri1，ri2，…，rim)。

其中，R为单因素评判集，它是评价集V上的模糊子集。

1.4 建立权重集

一般来说，因素集U中的各个元素在评判中具有的重要程度不同，故必须对各个元素ui按其重要程度给出不同的权数ai。由各权数组成的因素权重集A是因素集U上的模糊子集，可表示为:A=(a1，a2，…，an)，其中元素 ai(i=1，2，…，n)是因素 ui对 A的隶属度，即反映了各个因素在综合评价中所具有的重要程度，通常应满足归一性和非负性条件。

1.5 模糊综合评判

单因素评判集构成多因素综合评判(R评判矩阵)的基础，即:

其中元素rij=μR(ui，vj)，0≤rij≤1。表示对评判对象在考虑ui时作出评判结果vj的程度。

当因素权重集A和评判矩阵R已知时，按照模糊矩阵的乘法算法，便得到模糊综合评判集B，有下式:B=A·R。

bj称为模糊综合评判指标，其含义是:在综合考虑所有影响因素的情况下，评判对象对评价集V中第j个元素的隶属度。显然，模糊综合评判集B是评价集V的模糊子集。

如上所述，模糊综合评判B=A·R是按照模糊矩阵合成而获得的。

1.6 评判指标的处理

求出评判指标bj后，可采用如下方法确定最终的评判结论，最大隶属度法:把与最大的评判指标maxbj相对应的评价集vj取为评判结论;加权平均法:把以bj为权数，对评价集vj进行加权平均得到的值取为评判结论;模糊分布法:直接把B作为评判结果;或将B归一化，用归一化的评判指标B'作为评判结论［3］。

2 评价工作流程

以评价区地形图为底图，将区域划分面积大致相等的网格作为计算单元，给定各单元内评价因子的数值，采用模糊综合评判的基本思想，根据模糊综合评判方法，对各计算单元进行综合评判，其量化评价流程如下。

2.1 评价集的建立

评价集是由对评判对象可能作出的评判结果所组成的集合，本评价区地质环境质量的评判等级分为5个，如表1所示。

表1 地质环境质量等级表

2.2 评价指标体系的建立

合理分析和选取建设用地的评价指标体系，是地质环境客观评价的前提。影响地质环境质量的因素较多，要建立一个包含所有地质环境因素的模型来评价地质环境质量在实际工作中是不可能的。这就要求在进行评价时根据具体问题，对构成评价用地的评价体系构成要素逐一分析，找出影响评价区地质环境质量的主要因素，舍去次要因素。

通过评价区现场调查与地质资料的综合分析，确定影响评价区地质环境的主要因素有4种并作为量化评价因子，分别为:软弱土层(淤泥和淤泥质土)、松散砂层、基岩埋深、水文地质条件。

2.3 隶属度的确定

各评价因子隶属度如表2所示。

表2 量化评价指标及等级确定

2.4 权重的确定与一致性检验

2.4.1 权重的确定

权重采用层次分析法，根据权重判断矩阵确定。对评价区各因素相对重要性作出判断，这些判断通过引入合适的标度进行定量化，形成了判断矩阵。判断矩阵表示上一层次的某一因素与本层次有关因素之间相对重要性的比较。本评价区地质环境质量评价判断矩阵如表3所示。

表3 地质环境质量判断矩阵

判断矩阵K中各元素{Kij}表示在对上层因素Bk有联系的因素中，第i因素与第j因素相比较，对于Bk因素相对的重要性程度。为了使判断定量化，采用Saaty提出的1～9标度方法，其含义如表4所示。

表4 判断矩阵标度及其含义

通过上一步形成的判断矩阵K，计算其最大特征根，并找出它所对应的特征向量。经过计算该矩阵的特征向量(即为权重向量)为:

ωk=［0.529，0.269，0.134，0.068］。

2.4.2 判断矩阵的一致性检验

各评价因子排序形成后，还要检验单排序的一致性，即当随机一致性比率CR＜0.10时，认为层次单排序的结果有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。经计算得CR的值为0.067＜0.10，说明构建的评价区地质环境质量判断矩阵满足一致性要求。

2.5 评价结果计算

根据表2确定的不同评价因子的隶属度，采用一级模糊综合评判方法，建立评价矩阵计算不同区域的地质环境质量分值。本文评价矩阵的形成是通过让专家根据打分表对各个指标打分，从而得到综合评价表并得到地质环境质量的评价矩阵为R，根据权重向量为ωk，所以地质环境质量综和评价结果为:B=ωk·R。其计算分值越大，则说明每个单元对应的建设用地地质环境质量越好。

3 地质环境质量量化评价

3.1 单元网格的划分

按照500 m×500 m正方形网格单元对评价区进行划分，共对评价区划分了78个单元。

3.2 地质环境质量量化评分

依据上述原理和方法，依次计算每个分区(分区编号依次为从左到右，从上至下)的分值，并标注于所在的位置上(见图1)，可清楚看出，区内中部偏北得分最高，其次是南部和北部，得分最低为区内东南角濒临珠江江边区域。

图1 量化散点图

3.3 地质环境量化评价

根据评价区工程地质条件及地质环境质量评价结果，可以将本研究区划分为工程建设适宜区、工程建设较适宜区。

评价区中部偏北，为工程地质条件优良区，无软弱土层和砂层分布，基岩埋深浅，一般小于10 m，适合各类工程建设及地下空间的开发利用，适合高强度开发，为工程建设适宜区。

评价区的北侧、南侧，该区为工程地质条件中等～较好区，软弱土层、砂层厚度小于10 m，基岩埋深较浅，一般小于20.0 m，较适合各类工程建设及浅层地下空间的开发利用，可中等强度开发，为工程建设较适宜区。

至此，评价区地质环境总体质量是比较好的，对社会、经济的发展是十分有利的。

4 结语

1)采用层次—模糊综合评判法确定城市工程地质环境质量评价指标的权重，比主观经验法、专家调查法等方法更加科学;由所得指标权重的大小，可以更好地分清哪些是主要因素，哪些是次要因素。

2)利用层次分析—模糊综合评判法对城市工程地质环境进行分区评价，是在对各因素特征及相对意义进行定性化与定量化研究后进行的，因而评判较全面地反映了各因素对地质环境的影响，从而使评价结果合理、可靠。

3)可以根据评价结果的等级，对本区域的工程地质环境有一个概念性的了解，对城市规划和工程实践具有一定的指导意义。

［1］ 中国地质学会城市地质研究会.中国城市地质［M］.北京:中国大地出版社，2005:100-140.

［2］ 秦寿康.综合评价原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，2003:50-61.

［3］ 李相然.城市工程地质环境质量评价理论与方法研究［J］.宁夏工程技术，2002，1(4):351-354.

［4］ 陈成名，张 帅，周建伟.西南山区小城镇地质灾害易损性评价［J］.山西建筑，2010，36(5):92-93.