海南岛基于模糊数学的旅游地质资源评价

2016-12-12张东强李有光

地下水 2016年6期

关键词：景观矩阵因素

张东强，李有光

(1.海南省地质调查院，海南海口 570206；2.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004)

海南岛基于模糊数学的旅游地质资源评价

张东强1，李有光2

(1.海南省地质调查院，海南海口 570206；2.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004)

海南岛区域内拥有种类齐全的旅游地质资源，独具一格，品种丰富，其旅游价值和科学考查价值比较高，使海南岛具有“天然地质博物馆”的美称。在搜集、分析前人资料的基础上，开展遥感地质调查、野外实地调查等技术手段来查明海南旅游地质资源的类型、分布、数量及开发利用现状，采用以珍稀奇特程度、规律特征、美学观赏价值、科学文化价值、完整性、规模及丰度等12个因子所构成的模糊数学层次分析模型来综合评价分布于全岛主要景区的景点价值。基于模型得出的结果全岛主要景区评价级分别为“优秀”的共7处，约占46.7%，评价级别为“良好”的共8处，约占53.3%，无“中等”及”差”级。

海南；旅游地质资源；模糊数学；评价

海南岛是我国最大的热带岛屿，四周环海，气候宜人，旅游地质资源丰富。近年来，尤其是随着国际旅游岛建设上升为国家战略以来，海南省大力发展旅游业。海南旅游业的发展需要丰富的旅游资源作为支撑，旅游地质资源是旅游资源中的重要组成部分。因此，开展海南旅游地质资源调查评价，查明海南旅游地质资源的种类、分布、数量、质量、开发利用情况，评价海南旅游地质资源的开发利用价值，为海南旅游地质资源的开发利用、规划提供科学依据，对海南国际旅游岛建设具有十分重大的意义[1-5]。

目前国内外学者对旅游地质资源评价方法有也多次将指标全分值法、概率积分法、粗糙集、人工神经网络、灰色理论、模糊数学、层次分析理论等应用于旅游地质地质资源评价之中，尤其是模糊数学理论和层次分析理论在旅游地质资源综合评价中广泛应用并取得较好的效果[6-10]。随着地质资源评价结果要求的准确性提高，为了更准确、更科学的对旅游地质资源做出评价，研究者们对单一模型进行分析改进，或者多种模型进行组合，形成组合旅游地质地质资源评价模型。

旅游资源评价方法较多，例如多层次模糊综合评判模型、基于层次分析的模糊综合评判模型、，其优点是评价旅游资源易于分类，缺点是人为赋值和经验公式在应用到评价旅游景区开发价值存在不确定因素。旅游地质资源类比时具有“模糊”特性，模糊数学是解决旅游资源评价“模糊”性比较理想的方法，其能够给出各个景区旅游资源等级(优、良、差)，因此在评价旅游资源中应用比较广泛。

1 研究区概况

海南岛是我国第二大岛，陆域面积(不包含岛屿)33 920 km2并且是全国最大的热带岛屿，四周环海，气候宜人，旅游地质资源丰富。近年来，尤其是随着国际旅游岛建设上升为国家战略以来，海南省大力发展旅游业。海南旅游业的发展需要丰富的旅游资源作为支撑，旅游地质资源是旅游资源中的重要组成部分[11-14]。本研究区工作在收集资料和野外踏勘的基础上，部署全岛1:50万区域旅游地质资源调查、1:25万区域旅游地质资源遥感解译。根据野外踏勘和收集资料的成果，对全岛旅游地质资源单体进行评价，对海南旅游地质资源的分布、集中程度和重点旅游地质景区(点)开发利用条件和开发利用前景进行分析，这些景区分别是琼北火山口旅游地质景区、红树林/地震遗迹旅游地质景观、铜鼓岭旅游地质景观区、白石岭旅游地质景观区、博鳌三江汇流带旅游地质景观区、神州半岛旅游地质景观区、吊罗山旅游地质景观区、五指山旅游地质景观区、七仙岭旅游地质景观区、仙安石林旅游地质景观区、三亚湾旅游地质景观区、亚龙湾旅游地质景观区、南湾旅游地质景观区、石花水洞旅游地质景观区、石禄铁矿旅游地质景观区。最终选定1:5万调查区：1:50万调查区为海南岛及周边岛屿，包括海口、文昌、琼海、澄迈、临高、儋州、昌江、东方、乐东、万宁、三亚等18个市县及周边岛屿(包括陵水县南湾猴岛、分界洲岛、蜈支洲岛、西瑁洲岛、澄迈县盈滨半岛。对其他不具备登岛条件的岛屿暂未布置工作量)。1:50万调查区为海南岛及周边岛屿，包括海口、文昌、琼海、澄迈、临高、儋州、昌江、东方、乐东、万宁、三亚等18个市县及周边岛屿(包括陵水县南湾猴岛、分界洲岛、蜈支洲岛、西瑁洲岛、澄迈县盈滨半岛。对其他不具备登岛条件的岛屿暂未布置工作量)。陆域面积(不包含岛屿)33 920 km2；1:5万调查区为文昌、琼海、万宁、陵水四市(县)沿海地区及周边岛屿。陆域面积(不包含岛屿)1 000 km2。

2 评价方法-模糊数学法

美国运筹学家T.1.Satty，于1973年提出层次分析法(Analytical Hierar-chy Process，简称AHP方法)。AHP模型以模糊聚类分析和模式识别为理论基础，运用了系统学观点，把复杂问题系统化和模型化，是一种综合评价模型方法，可用于解决相互联系、相互制约的多因素复杂问题。

2.1 模型建立

设海南省旅游地质资源开发利用价值评价级别为P级，共有n评价单元参加评价，每个评价单体要考虑的一级因素有m个，每个一级因素又有Ki(i=1，2，…，m)个二级因素。基于以上假设，可构建3层层次结构模型。

2.2 构造判断矩阵

在层次结构模型的基础上，将同层次中成对因素进行分析比较，构造出两两因素的比较判断矩阵。以ui(i=1，2，…，m)表示一级评价因素，uij(i，j=1，2，…，m)表示一级评价因素ui对uj的相对重要性数值，uij取值参考文献《层次分析法》。得一级评价因素的A-C判断矩阵：

(1)

设wi表示一级评价因素，则同理可得二级评价因素Ci-Cij(i，j=1，2，…，Ki)判断矩阵：

(2)

式中：wij(i，j=1，2，…，Ki)表示二级评价因素wi对wj的相对重要性数值。

2.3 确定各评价因素的权重

通过判断矩阵计算出最大特征值所对应的特征向量，该特征向量即为本层次因素相对于上一层次中某因素的相对重要性特征值。

1)计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi：

(3)

(4)

3)对向量做正规化处理：

(5)

则W=(W1，W2，…，Wm)T即为所求特征向量。

4)计算判断矩阵的最大特征根λmax：

(6)

式中：(PW)i为向量PW的第i个元素。

(7)

5)一致性检验

以上得到的特征向量是所求的权重，为了检验其合理性，需要对判别矩阵一致性进行检验。计算其C.R值。

(8)

(9)

式中：CI为层次总排序一致性指标；RI为层次总排序随机一致性指标；CR为层次总排序随机一致性比例，当CR<0.10时，即可认为判断矩阵具有满意的一致性，说明评价权重分配是合理的；否则，调整判断矩阵，直到得到满意的一致性为止。

经过上述步骤，可以得到一级评价因素的权重集：Ac=(W1，W2，…，Wm)。

同理，可得二级评价因素判断矩阵的特征向量：Wci=(Wi1，Wi2，…，Wim)T，然后根据公式：

WCij=Wi·Wij(i=1，2，…，m；j=1，2，…，Ki)

(10)

表1 旅游地质资源开发利用价值评价分级标准

确定二级评价因素权重集：Aci= Wi·Wci=(Wi1，Wi2，…，WiKi)。

3 基于AHP的模糊综合评价

3.1 建立单因子隶属度矩阵R

建立对各评价级别的隶属度矩阵R。

式中：rαi，i是第i个因素下第αi个二级因素对第j个评价级别的隶属度。

根据所建立的分级标准(表1)，构造出单因素对各评价级别的隶属度函数。应用“梯形分布法”确定隶属度函数。以各评价单元调查数据作为各指标的实测数值，建立各单项指标对各评价等级的隶属度，构成隶属度矩阵R[15-16]。

3.2 确定评价因素的权重集A

利用AHP模型确定评价因素的权重集：A=(Ac1，Ac2，…，A cm)。

由公式(10)可得，海南省旅游地质资源开发利用价值评价10因素的权重集为：

3.3 模糊综合评价

为了充分利用实际数据所包含的各种信息，提高评价准确性，采用矩阵相乘的方法进行综合评价，得评价结果矩阵B。

(12)

根据各单体评价结果矩阵确定其开发利用价值等级。

表2 海南旅游地质资源开发利用价值评价结果对比表

4 旅游资源定量评价

4.1 游地质资源开发利用价值评价分级标准

因评价每一种因子有不同要素组成，其影响每个要素的量纲可能不尽相同，并且每个要素的数据存在数量级上的差别，形成图形的集合曲线不尽相同。保证进行对比计算的结果具参照性其结果误差较小。上文确立的评价指标，有些具有确定数值，属定量指标；有些没有确定数值，属定性指标。综合上述考虑旅游地质资源特点，根据不同评价因子对开发利用价值影响程度的分析、研究结果，将各评价因子划分为优、良、中、差四级标准。各评价因子对旅游地质资源开发利用价值的正面影响越大为优，反之则为差，中间为良、中二个等级。综合参考旅游部门、地质部门等各部门对各评价因子的定量规定，确定优、良、中、差的分级界限；定性指标根据海南省实际情况，结合野外实测地质资源特征分析的相关结论和专家咨询结果来确定定性指标的质量分级(如表1)。

4.2 游地质资源开发利用价值评结果

由式(1)评价因子确定权重向量结合式(3)其隶属度之间模糊数学矩阵式(12)代入进行计算，计算出的结果就是评价因子隶属于每个评价单元所有评价的隶属关系。其评价因子是模糊评价模型每个子集的隶属关系，形成只是一个模糊向量而不是确定的一个数值。本文着重将评价因子形成的每个单元划分成子单元进行综合评定，把模糊数学综合评价出来的结果向量做进一步单值化处理，结果见表2。基于模糊数学模型得出：全岛主要旅游区等级划分别为评“优秀”的共7处，约占46.7%，评价级别为“良好”的共8处，约占53.3%，无“中等”及”差”级。

评价过程中对旅游地质景观区逐个进行统计计算，确定评价指标值和权重，采用C语言编程进行模糊运算。调查区范围内缺少开发利用价值差区，只有优、良、中三级分区，即旅游地质景观开发利用价值优等区、良好区、中等区。具体如下：(1)价值优秀景观区有琼北火山口旅游地质景观区、红树林/地震遗迹旅游地质景观、铜鼓岭旅游地质景观区、博鳌三江汇流带旅游地质景观区、三亚湾旅游地质景观区、亚龙湾旅游地质景观区、南湾旅游地质景观区；(2)开发利用价值良好有白石岭旅游地质景观区、吊罗山旅游地质景观区、五指山旅游地质景观区、七仙岭旅游地质景观区、仙安石林旅游地质景观区、石禄铁矿旅游地质景观区；(3)价值中等的旅游地质景观区有神州半岛旅游地质景观区、石花水洞旅游地质景观区。以上评价结果与参观各景点的旅游人数的大体吻合，说明评价结果基本符合实际。

5 结语

(1)选取珍稀奇特程度、规律特征、美学观赏价值、科学文化价值、完整性、规模及丰度、资源类型组合、旅游空间容量、区位条件、自然环境条件、市场条件、投资环境作为评价因子，利用模糊综合评价对旅游地质景观区进行评价。评价级别为“优秀”的共7处，约占46.7%，评价级别为“良好”的共8处，约占53.3%，无“中等”及”差”级。

(2)从模糊综合评价所得结果分析，这种评价方法对旅游地质景观区评价结果较符合实际，说明评价法选取科学、合理，适用于旅游地质资源开发利用价值评价。

(3)建议开展遥感解译主要针对旅游地质景观区(或单体)开展大比例尺、高精度影像解译，地热资源热红外遥感调查。在旅游地质资源调查过程中注重旅游地质资源单体的调查，如景观的位置、景观的最佳观赏位置，针对每个单体进行定点描述。建议旅游地质主管部门与地质灾害部门合作做好地质灾害的预防和治理工作。

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