基于AHP法地质遗迹资源定量评价及其应用研究

费玲玲, 牛漫兰, 朱 洪, 张承云, 郭传会

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009; 2.安徽省地质测绘技术院,安徽 合肥 230022)



基于AHP法地质遗迹资源定量评价及其应用研究

费玲玲1,2, 牛漫兰1, 朱 洪2, 张承云2, 郭传会2

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009; 2.安徽省地质测绘技术院,安徽 合肥 230022)

层次分析法(analytical hierarchy process,AHP)是地质遗迹资源评价中应用较为广泛的一种方法,该方法的核心问题在于对其评价指标体系的构建。在AHP法的基础上,文章从地质遗迹资源的自身属性和开发利用条件2个方面构建了更为全面、实用的地质遗迹评价指标体系,形成了一套系统的科学的地质遗迹定量评价模式。该模式表明,地质遗迹资源自身属性在地质遗迹评价中所占权重最大(0.750),主导着地质遗迹资源评价的结果,是地质遗迹资源开发利用的基础,同时,外部开发利用条件也是资源定量评价不可缺少的元素。以安徽马仁山地质公园内各类型地质遗迹为对象进行了该模型应用研究,结果表明,研究区地质遗迹资源评价情况与实际相符,基于AHP法建立的地质遗迹资源定量评价模式具有一定的实用价值。

地质遗迹;综合评价指标体系;层次分析法(AHP);应用研究;安徽马仁山

2000年9月,国土资源部下发《关于申报国家地质公园的通知》(国土资厅发[2000]77号),正式拉开了我国申报国家地质公园的序幕。经过10余年发展,截至2016年,我国已建成国家地质公园190处,世界地质公园33处。伴随着地质公园的建立,国内许多研究者开展了大量地质公园或地质遗迹相关研究工作,主要包括地质公园建设理论研究、地质公园保护与管理、地质遗迹资源评价与保护等方面,其中地质遗迹评价工作是地质公园申报、建设及地质旅游开发的核心工作。

目前地质遗迹评价方法主要包括定性和定量2种评价方法。定性评价是由评价者根据自身经验和知识对地质遗迹资源价值进行文字性描述和分析,例如，“三三六”评价体系[1]和“六字七标准法”[2]。评价分析内容主要从地质遗迹资源自然属性特征和景观价值2个方面进行。定性评价具有简单明了、特征突出的特点,可在较短的时间内得到较为客观和普遍认可的评价结果。然而,此方法与评价者的工作经验及知识水平有很大关系,评价结果带有很大的主观性和局限性。不同的评价者对同一地质遗迹资源可能得出不同的评价结果。

定量评价是指通过对评价指标体系的选择,借助统计学、系统工程等工具建立地质遗迹资源评价模型,从而进行科学的多因子综合评价,采用的方法主要有模糊数学方法[3]、单纯矩阵评价方法[4]、条件价值评估法(contingent valuation method,CVM)[5]、层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)[6]等。其中,AHP在地质遗迹评价中应用较为广泛。定量评价比定性评价具有更大的客观性,且在同一评价指标体系中,不同的评价者能获得基本一致的地质遗迹评价结果。但是,不同的评价指标体系的选择对评价结果存在较大影响。文献[7]将其评价指标体系划分为资源景观价值和资源开发利用条件2个大类;文献[8]将其评价指标体系划分为自然属性、价值属性和外部条件3个大类;文献[9]从自然属性、价值属性、保护条件、景观特征、开发条件5个方面构建地质遗迹指标体系对河南关山国家地质公园进行地质遗迹评价。

本文运用AHP法,构建更为全面、通用的地质遗迹评价指标体系,以期获得更为广泛认可且准确的地质遗迹评价模型,并对该模型应用效果进行进一步验证。

1 AHP基本原理

AHP法是对非定量事件作定量分析的一种有效方法,其将决策问题按总目标—各层子目标—评价准则—具体备投方案的顺序分解为不同的层次结构,然后用求解判断矩阵特征向量的办法,求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重,最后再加权和递阶归并各备择方案对总目标的最终权重,从而得出事件的定量评价[10]。

1.1 评价综合指标体系的建立

根据评价对象的情况,筛选评价因子,确定评价指标,将各评价因子分类组合,建立层次结构模型,模型从上至下分为:评价总目标层(A层);评价综合层(Bi层,i=1,2,…,n);评价项目层(Ci层,i=1,2,…,n);评价因子层(Cij层,i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)。

1.2 评价因子权重确定

1.2.1 建立判断矩阵

根据上述层次结构模型,将同一层中各评价因子两两比较,来确定它们彼此之间的相对重要性[11]。因子相对重要性数值见表1所列,取中间数值表示重要性处于2种重要程度之间。例如,认为Bi与Bj同样重要,则bij=1,bji=1;认为Bi比Bj稍微重要,则bij=3,bji=1/3。构造出B层相对于A层的判断矩阵B={bij|i,j=1,2,…,n}n×n。

以此类推建立各个层次中各元素相对于上一层次中各元素的判断矩阵。

表1 因子相对重要性数值

1.2.2 层次单排序与一致性检验

对于判断矩阵B,B=λmaxW，计算满足这一方程的特征根与特征向量。其中，λmax为B的最大特征根；W为计算出的正规化的特征向量(w1,w2,…,wn)T,wi为各个指标的单排序的权重,wi>0,∑wi=1。为了检验判断矩阵B的一致性,需要计算其一致性指标CI,计算公式为:

(1)

为降低主观偏差,引入判断矩阵的平均随机一致性比率CR来检验评判者判断思维一致性。若CR≤0.1,则判断矩阵具有满意一致性,判别结果可以接受,否则就需要调整判断矩阵的最初取值,直到检验结果符合要求为止,进而得出评价体系中各层元素的判别矩阵。CR计算公式为:

CR=CI/RI

(2)

平均随机一致性指标RI由大量试验给出,对于低阶判断矩阵,RI取值见表2所列。

表2 RI取值

2 地质遗迹资源评价指标体系建立

2.1 评价因子的筛选

地质遗迹资源评价准确性首先取决于评价因子的筛选,其次是筛选因子的排序和比较。因此评价体系中评价因子的选择必须遵照一定的标准和原则,包括层次性和系统性、代表性和重要性、非兼容性和区分判别性等[12]。

笔者在总结分析国内外地质遗迹评价过程中,发现地质遗迹的重要性不仅体现在其自身属性,还体现在其开发利用条件方面。一个自然属性良好、研究价值高的地质遗迹，若其外部开发利用条件十分困难,则难以实现其示范科普的作用,同理，一个开发利用条件良好的地质遗迹,若其自身属性差,也就失去了其开发保护的意义。

因此,本文对于地质遗迹评价因子主要从地质遗迹的自身属性和外部开发利用条件2个方面进行筛选。其中,地质遗迹自身属性包括自然属性和价值属性;外部开发利用条件包括管理工作、区位条件、区域经济水平、客源市场条件、基础及配套设施建设、政府政策、科学研究基础等。

2.2 结构模型建立

在评价因子确立的基础上,建立基于AHP法的地质遗迹定量评价模型。模型结构分为4个层次共22个评价因子。从上至下依次为:总目标层(A层),为地质遗迹资源评价;评价综合层(B层),分为自身属性和外部开发利用条件;评价项目层(C层),分为自然属性、价值属性、区位条件等;评价因子层(D层),分为影响地质遗迹资源开发与保护的评价因子。

具体评价结构模型如图1所示。

图1 地质遗迹评价结构模型

2.3 综合评价指标体系建立

2.3.1 评价因子权重的确定

本次选用软件yaahp进行数据处理。该软件采用幂法求得各判断矩阵的最大特征根λmax。模型中各层次下各元素相对重要性判别矩阵及求得的各元素权重见表3～表12所列。

表3 B层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0<0.1。

表4 “开发利用条件”下C层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0.061 5<0.1。

表5 “自身属性”下C层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0<0.1。

表6 “自然属性”下D层各元素相对重要性判别矩阵

项 目典型性稀有性自然性系统性、完整性典型性11/331/4稀有性3152自然性1/31/511/4系统性、完整性41/241权重0.14010.45410.06980.3306

注:CR=0.065 2<0.1。

表7 “价值属性”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0.065 4<0.1。

表8 “区位条件”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0.037 0<0.1。

表9 “配套设施”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0<0.1。

表10 “区域经济水平”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0<0.1。

表11 “客源市场”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0.051 6<0.1。

表12 “政府政策”下D层各元素相对重要性判别矩阵

注:CR=0.051 6<0.1。

综上所述,各矩阵判别结果均可接受,各判断矩阵均可成立。

2.3.2 综合评价指标体系的建立

根据各因子的权重及综合评价层次结构模型,对数据进行处理，建立地质遗迹综合评价指标体系:总目标层为地质遗迹资源定量评价;评价综合层分为自身属性和开发利用条件,所属权重分别为0.750和0.250;自身属性评价综合层下设自然属性、价值属性2个评价项目层,开发利用条件评价综合层下设区位条件、配套设施、区域经济水平、客源市场、政府政策评价项目层。评价项目层与因子层的指标和权重见表13所列。

表13 地质遗迹资源定量评价项目层与因子层的指标和权重

续表

该评价指标体系表明,在地质遗迹资源评价中,地质遗迹资源的自身属性重要性大于外部开发利用条件重要性。自身属性中地质遗迹的自然属性又比其他因素重要,这说明地质遗迹本身的质量是地质遗迹资源评价工作的基础,而外部开发条件是影响地质遗迹资源开发与保护工作的重要因素,也是地质遗迹评价工作中不可缺失的部分。

3 应用研究

3.1 研究区概况、评价因子分级和无量纲化

安徽繁昌马仁山国家地质公园位于安徽省东南部,行政区划上属于芜湖市繁昌县孙村镇,西与铜陵市接壤,南与南陵县交界,东与芜湖市相接。公园地理坐标为:东经118°08′22″～118°10′08″,北纬30°57′15″～30°59′25″,公园总面积5.96 km2。

公园是以其罕见的裂隙式火山通道、独特的火山熔岩地貌景观、古崩塌遗迹和水体景观为主要特色,集奇峰、怪石、陡崖、岩洞、水景于一体,旅游资源丰富。从区域构造位置来看,公园位于扬子陆块北缘、繁昌火山构造洼地中部,出露晚侏罗—早白垩世火山岩。繁昌地区构造纲要图如图2所示。

公园内的地质遗迹类型分为4个大类,分别为地质构造大类、地貌景观大类、水体景观大类和环境地质遗迹景观大类。马仁山国家地质公园地质遗迹类型划分见表14所列[13]。

为更精确区分地质遗迹等级,将指标体系中的每个评价因子做模糊等级划分,例如,对资源的稀有性可分为非常稀有、稀有、比较稀有、一般、不稀有5个不同等级,不同等级对应不同分数[14],具体见表15所列。

图2 繁昌地区构造纲要图

大 类类亚 类景 点地质构造大类构造形迹中小型构造蝌蚪山向斜、八分村背斜、马仁石壁、思禅壁、科普壁地貌景观类火山地貌景观火山机构地貌景观火山机体通道(流纹斑岩岩墙)火山熔岩地貌景观鲁迅峰、睡佛峰、馒头峰、马仁峰、美女峰、金鸡台、揽月台、鲫鱼背等构造地貌景观构造地貌景观怪石(千年灵芝、熊石等)、岩洞(太阳洞、漏月洞、马仁石屋、观音洞、万蝠洞)水体景观类泉水景观温(热)泉景观温泉(马仁温泉)冷泉景观下降泉、冷间歇泉(月亮泉、观音泉)湖沼景观湖泊景观天然湖(三里湾湖、月亮湖、观音湖)河流景观风景河段景观河流(观音河)瀑布景观瀑布景观山岳型瀑布(银河瀑布)环境地质遗迹景观类地质灾害遗迹景观山体崩塌遗迹景观楠海大峡谷、古崩塌(恋树石、撑腰石、飞来石、三线天、乱石坡、蛙石等)

表15 评价因子指标级别值

根据上述地质遗迹资源评价指标体系,以安徽马仁山地质公园内地质遗迹为评价对象,笔者设计了公园地质遗迹资源调查表来获取公园内各类型地质遗迹评价值,并对各分值进行处理,取其平均值。利用罗森伯格-菲什拜因公式[15]计算研究区各类型地质遗迹资源综合评价值,对于一个总目标E,评价因子Pi(i=1,2,…,n)的重要性可用权重Qi表示(Qi>0,∑Qi=1),计算公式为:

(3)

其中,E为地质遗迹资源综合评价值;Qi为第i个评价因子的权重;Pi为第i个评价因子的评价值;n为评价因子数目。

3.2 地质遗迹资源定量评价

参照地质遗迹划分标准[16],将地质遗迹分为5级:得分100～90分为世界级资源;得分89～75分为国家级资源;得分74～60分为省级资源;得分59～45分为地方级资源;得分44～30分为地方级以下资源。应用本文地质遗迹评价模型及(3)式,得到安徽马仁山地质公园各类型地质遗迹资源的评价结果,见表16所列。

从研究区各类型地质遗迹评价得分可以看出,安徽马仁山地质公园内火山岩地貌属国家级地质遗迹资源,构造形迹、构造地貌、地质灾害景观属于省级地质遗迹资源,水体景观属地方级地质遗迹资源。目前,安徽马仁山地质公园已获国家地质公园资格,园内各类型地质遗迹定量评价结果与实际相符。因此,运用AHP法进行地质遗迹资源定量评价的方法是可行的。

表16 安徽马仁山地质公园地质遗迹评价结果

4 结 论

本文运用AHP法进行地质遗迹资源评价,实现了地质遗迹资源评价的定量化,增加了地质遗迹评价工作的客观性。本文从自身属性和外部开发利用条件2个方面构建地质遗迹评价指标体系,得出地质遗迹资源的自身属性在地质遗迹评价工作中所占权重最大,权重为0.750;外部开发利用条件权重为0.250。这说明地质遗迹的自身属性是地质遗迹资源开发与保护工作的基础,也是地质遗迹评价工作的重中之重;外部开发利用条件是地质遗迹资源开发与保护工作中不可或缺的重要元素,也是地质遗迹评价工作中不可缺失的一项重要考虑因素。

另外,模型的实证研究也证明了基于AHP法建立的地质遗迹资源定量评价模式具有一定的实用价值。

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(责任编辑 张淑艳)

Quantitative evaluation of geological relic resources based on AHP and its application

FEI Lingling1,2, NIU Manlan1, ZHU Hong2, ZHANG Chengyun2, GUO Chuanhui2

(1.School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Institute of Geological Surveying and Mapping Technology of Anhui Province, Hefei 230022, China)

Analytical hierarchy process(AHP) is a method which is widely used in the evaluation of geological relic resources, the core problem of the method is the evaluation index system of geological relic resources. In this paper， a more comprehensive and practical evaluation index system of geological relic resources is established, and a systematic and scientific quantitative evaluation model of geological relics based on AHP is formed, which comprises the characteristics and development conditions of geological relic resources. According to the model, it is shown that the index weight of geological relics characteristics is the biggest one(0.750) in geological relics evaluation, which dominates the result of geological relics evaluation and is the basis for the development of geological relic resources. Meanwhile, development conditions are also essential external factors in the quantitative evaluation of resources. Taking the geological relic resources in Anhui Marenshan Geopark as an example, it is shown that the geological relic resources evaluation result is accordant with the actual situation in the geopark. Therefore, the geological relic resources quantitative evaluation model based on AHP has certain practical value.

geological relics; comprehensive evaluation index system; analytical hierarchy process(AHP); application research; Marenshan, Anhui Province

2016-01-11；

2016-03-22

国家自然科学基金资助项目(41172201)

费玲玲(1987-),女,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生,安徽省地质测绘技术院工程师; 牛漫兰(1972-),女,陕西凤县人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师,通讯作者,E-mail:hfnml@163.com.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.07.021

P962;F590.31

A

1003-5060(2017)07-0971-07