基于未確知測度理論的陜南移民搬遷選址評價研究

張玉嬌，張獻梅，陳 磊，賀子光,3，汪班橋

(1.濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河南 濟源 454650;2.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710054；3.西部地質(zhì)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室,陜西 西安 710054)

基于未確知測度理論的陜南移民搬遷選址評價研究

張玉嬌1，張獻梅1，陳 磊2，賀子光2,3，汪班橋2

(1.濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，河南 濟源 454650;2.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710054；
3.西部地質(zhì)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室,陜西 西安 710054)

基于未確知測度理論，建立了陜南移民搬遷安置點的適宜性等級評價和排序模型.針對陜南地區(qū)的居住環(huán)境，綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害、交通運輸條件、水資源和土地資源4個方面的因素，選取影響移民搬遷安置點適宜性的16個評價指標.根據(jù)實測數(shù)據(jù)建立各評價指標的未確知測度函數(shù)，并利用熵計算評價指標權(quán)重，依照置信度識別準則進行等級判定，最終得出陜南移民搬遷場地適宜性評價結(jié)果.該方法不僅能解決評價指標的不確定性問題，還可以按適宜性重要度進行排序.根據(jù)漢中市寧強縣5個已建移民安置小區(qū)現(xiàn)場調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用該模型對這5個安置小區(qū)的適宜性進行評價，研究結(jié)果表明，該方法科學(xué)合理、意義明確，可以在實際工程中推廣應(yīng)用.

移民搬遷；未確知測度；熵權(quán)；置信度識別準則；適宜性評價

為切實保護陜南人民群眾的生命財產(chǎn)安全、努力改善當?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活條件，陜西省政府于2010年制定了《陜南地區(qū)移民搬遷安置總體規(guī)劃(2011—2020年)》[1].合理的選址方法對于指導(dǎo)陜南移民搬遷有著舉足輕重的作用，如果評價因素和評價方法使用不當，會導(dǎo)致選擇的場地不甚合理.經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，已有部分搬遷安置點建在了滑坡體上，具有潛在的危險性.因此，確定合理且簡單易行的選址方法意義重大.

選址評價是一個綜合復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅需要考慮諸多因素的影響，而且還要有合適的評價方法，這也是當前選址評價研究的重點和難點.國內(nèi)外很多學(xué)者在此方面做出了卓有成效的貢獻，主要有模糊綜合評判法[2]、層次分析法[3]、灰色聚類法[4]等.雖然上述方法在移民選址研究中取得了一定的成果，但這些方法在評價過程中大多采用專家給出確定值的方式求出適宜性等級，具有一定的主觀性.此外，陜南移民搬遷選址的難點在于許多因素的不確定性和隱蔽性，如何將這些不確定的信息考慮在內(nèi)并進行分析，采用更為客觀的方法確定其權(quán)重，是一個值得研究的重要問題，在這方面，未確知數(shù)學(xué)理論提供了一個比較好的思路.

未確知信息及其數(shù)學(xué)處理理論是由我國學(xué)者王光遠[5]于1990年提出的.未確知信息是一種不同于模糊信息、隨機信息和灰色信息的新的不確定信息，是未確知數(shù)學(xué)理論的重要成果，該理論目前已被運用到了多個領(lǐng)域[6-9].借鑒未確知測度評價模型的理論和思想，針對陜南地區(qū)的實際情況，首先基于未確知測度理論構(gòu)造未確知測度模型，計算各評價指標的未確知測度值，然后利用信息熵理論確定評價指標的權(quán)重，最后利用置信度識別準則進行判別評價.利用該模型對漢中市寧強縣5個已建移民搬遷安置點進行適宜性評價，并與模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果進行對比，研究結(jié)果表明該方法較為實用，為陜南移民搬遷選址評價提供了一種新的思路.

1 未確知測度理論

設(shè)某評價對象R有n個，則評價對象空間R={R1，R2，…，Rn}，對于每個評價對象Ri(i=1，2，…，n)有m個單項評價指標空間，即X={X1，X2，Xm}，則Ri可表示為m維向量，Ri={xi1，xi2，…，xim}，其中xij表示研究對象Ri關(guān)于評價指標Xj的測量值.

對Ri的每個子項xij(i=1，2，…， n； j=1，2，…， m)， 假設(shè)有p個評價等級且把評價空間記為U，則有U={C1， C2， …， Cp}. 設(shè)Ck(k=1，2，…， p)為第k級評價等級且k級比級適宜性k+1等級高，記作Ck>Ck+1.若滿足C1>C2>C3>…>Ck，則稱{C1，C2，…，Cp}是評價空間U的一個有序分割類.

1.1 單指標測度

若μijk=μ(xij∈Ck)表示測量值xij屬于第k個評價等級Ck的程度且要求滿足：

0≤μ(xij∈Ck)≤1,

(1)

μ(xij∈U)=1,

(2)

(3)

式(2)稱為“歸一性”，式(3)稱為“可加性”,滿足式(1)至式(3)的μ稱為未確知測度(Uncertainty measurement),簡稱測度.稱矩陣(μij)m×p為單指標測度評價矩陣，具有

(4)

1.2 基于熵權(quán)的指標權(quán)重

(5)

(6)

式(5)中，μij為式(4)的單指標測度矩陣.因為單指標測度評價矩陣式(4)是已知的，所以可以通過式(5)和(6)求得ωj.

1.3 多指標綜合測度評價向量

令μik=μ(R∈Ck)為評價樣本Ri屬于第k個評價類Ck的程度，則有

(7)

1.4 置信度識別準則

為了對評價對象做出最后的評價結(jié)果，引入置信度識別準則：設(shè)λ為置信度(λ≥0.5)，若C1>C2>…>Cp且令

(8)

則認為評價樣本Ri屬于第k0個評價類Ck0.

1.5 排序

除了要判別Ri屬于哪個評價等級外，有時要求對Ri的適宜性重要程度進行排序.若C1>C2>…>Cp，令Ci的分值為Il，則Il>Il+1且有

(9)

式中：qRi為評價因素Ri的未確知重要度，稱q={qR1，qR2，…，qRn}為未確知重要度向量，可按qRi的大小對Ri的適宜性重要度排序.

2 基于未確知測度理論的評價模型

陜南移民搬遷選址評價首先需要解決其評判等級分類問題，參考相關(guān)資料[11]并結(jié)合實際情況，將評判等級分為適宜(Ⅰ級)、比較適宜(Ⅱ級)、基本適宜(Ⅲ級)和不適宜(Ⅳ級)4個等級.通過系統(tǒng)歸類整理和篩選，從地質(zhì)災(zāi)害、交通運輸條件、水資源和土地資源4個方面因素著手，選出評價指標.

(1)地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)陜南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的具體特征及其形成規(guī)律[12-13]，在充分總結(jié)前人工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借鑒前人開展類似工作時所采用的評價指標，綜合考慮其形成的內(nèi)因(地質(zhì)環(huán)境條件)、外因(誘發(fā)因素)，最終確定評價指標為地形地貌、降雨量、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模、人類工程活動、植被覆蓋率、斷層避讓距離和水系緩沖距離.評價指標分級標準見表1.

表1 地質(zhì)災(zāi)害評價指標分級標準Tab.1 Grade standard of evaluation index for geologic disasters

(2)交通運輸

交通運輸是移民選址的一個重要評價因素，包括對外交通便利度和道路通達度，其中對外交通便利度是指移民搬遷場地對外道路的路況及乘車的方便程度，道路通達度是指移民搬遷安置點與城鎮(zhèn)內(nèi)部的交通通達情況.評價指標的評價標準見表2.

(3)水資源

良好的水資源是移民搬遷選址的必備條件.考慮到陜南地區(qū)降雨豐富，無論地下水還是地表水都有很大儲量.因此，水資源因素主要從水質(zhì)和水位兩方面考慮.評價指標的分級標準見表3.

表2 交通運輸評價指標分級標準Tab.2 Grade standard of evaluation index for transportation

表3 水資源評價指標分級標準Tab.3 Grade standard of evaluation index for water resource

(4)土地資源

土地是百姓賴以生存的生產(chǎn)資料，直接關(guān)系到移民搬遷的效果.綜合考慮陜南地區(qū)土地資源和地理環(huán)境條件，土地資源從4個方面考慮：耕作距離、耕地面積、土壤肥沃程度和居住地到耕地的便利程度.其中，耕作距離是指移民搬遷場地到耕地的距離，到耕地的便利程度是指移民搬遷安置點到耕地的路況.評價指標分級標準見表4.通過對評級指標的篩選，建立了評價指標體系，如圖1所示.

3.精讀。精讀，就是潛心地讀，反復(fù)地讀。常言說得好：讀書百遍，其義自見。精讀的目的是從讀中獲得情感體驗和創(chuàng)造性的理解，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會抓住文章中的重點句、段進行朗讀體會。

表4 土地資源評價指標分級標準Tab.4 Grade standard of evaluation index for land resource

圖1 評價指標體系Fig.1 Evaluation index system

其中，地形地貌、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模、人類工程活動、對外交通便利度、道路通達度、水質(zhì)、土壤肥沃程度和到耕地的便利程度采用半定量的方法進行取值.降雨量、植被覆蓋率、斷層避讓距離、水系緩沖距離、水位、人均耕地面積和耕作距離為定量指標，采用實測值評價.對各評價指標進行分級和取值，評判集為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ,分別表示適宜、比較適宜、基本適宜和不適宜.

3 工程實例

3.1 工程概況

寧強縣位于陜西省西南角陜甘川三省交界處、漢江和嘉陵江上游，東接勉縣、南與四川省接壤、西與甘肅省接壤、北依略陽縣，是個南北交匯、“八山一水一分田”的山區(qū)縣.全縣東西長101.65 km，南北寬65.325 km，總面積為3 243 km2.由于山區(qū)人口居住得分散零亂，大多散居在海拔800～1 000 m 的斜坡上，地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生,群眾出行不便，所以選擇合適的場地進行移民搬遷是亟待解決的問題.

在舒家壩鎮(zhèn)、大安鎮(zhèn)、陽平關(guān)鎮(zhèn)選取5個已建移民搬遷安置點為評價對象，通過課題組現(xiàn)場實際調(diào)查獲得了評價指標的數(shù)據(jù)資料,見表5.

表5 評價指標數(shù)據(jù)資料Tab.5 The data of evaluation index

3.2 構(gòu)建單指標測度函數(shù)

根據(jù)單指標測度函數(shù)的定義和表1至表4，構(gòu)建單指標測度函數(shù)以便求得各評價指標的測度值.其中,降雨量、植被覆蓋率、斷層避讓距離、水系緩沖距離、水位、人均耕地面積與耕作距離的單指標測度函數(shù)分別見圖2至圖8.地形地貌、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模、人類工程活動、對外交通便利度、道路通達度、水質(zhì)、土壤肥沃程度和到耕地的便利程度等定性指標的測度函數(shù)見圖9.

圖2 降雨量的單指標測度函數(shù)Fig.2 Uncertainty measurement function of rainfall

圖3 植被覆蓋率的單指標測度函數(shù)Fig.3 Uncertainty measurement function of vegetation coverage

圖4 斷層避讓距離的單指標測度函數(shù)Fig.4 Uncertainty measurement function of lien distance for fault

圖5 水系緩沖區(qū)距離的單指標測度函數(shù)Fig.5 Uncertainty measurement function of stream buffer distance

圖6 水位的單指標測度函數(shù)Fig.6 Uncertainty measurement function of water lever

圖7 人均耕地面積的單指標測度函數(shù)Fig.7 Uncertainty measurement function of the area of per capita

圖8 耕作距離的單指標測度函數(shù)Fig.8 Uncertainty measurement function of farming distance

圖9 定性指標的測度函數(shù)Fig.9 Uncertainty measurement function of qualitative index

由表5中各因素的取值，根據(jù)以上單指標測度函數(shù)(見圖2至圖8)，可以求得5個采空區(qū)的單指標測度評價矩陣.以1號安置點為例，根據(jù)各評價指標取值，分別代入圖2至圖8中的單指標測度函數(shù)中，計算可得1號安置點的單指標評價矩陣為

用式(4)～(6)確定各評價指標權(quán)重，1號安置點的評價指標權(quán)重{ω1,ω2,…,ω16}={0.070 5，0.035 2,0.070 5,0.070 5,0.070 5，0.039 4,0.070 5,0.044 7,0.070 5,0.070 5,0.070 5,0.070 5,0.035 2,0.070 5,0.070 5,0.070 5}，根據(jù)單指標矩陣和式(7)求得1號安置點的多指標綜合測度評價向量為{0.352 3,0.380 2,0.126 6,0.140 9}.

3.4 置信度識別

取置信度λ=0.5.由多指標綜合測度評價向量式(7)和置信度評價準則式(8)，按從小到大排列，且k0=0.732 5>λ，1號安置點的適宜性等級為Ⅱ級.從大到小排列，k0=0.577 3>λ，1號安置點的適宜性等級也為Ⅱ級.由此可見，兩次判別的結(jié)果一致，可以判斷1號安置點的適宜性等級為Ⅱ級.同理，對2～5號安置點進行評價，評價結(jié)果見表6，與模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果(見表7)進行比較.

表6 各評價對象未確知測度值及適宜性評價結(jié)果Tab.6 Each evaluation index with uncertainty measurement value and contrast to evaluation result of suitability

表7 各安置點適宜性的模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果Tab.7 Evaluation result of suitability on each relocation site based on fuzzy-mathematics

3.5 評價結(jié)果分析

從表6和表7可以看出，其中4個安置點未確知測度的評價結(jié)果和模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果完全相同，有1個安置點判別不一致.通過分析，認為未確知測度的評價結(jié)果更加合理，具體表現(xiàn)為模糊數(shù)學(xué)評價結(jié)果采用的是最大隸屬度識別準則.按最大隸屬度準則，1號安置點屬于Ⅰ級，這顯然不合理.因為Ⅰ級的隸屬度僅為0.362 9，和Ⅱ級的隸屬度相差很少.為做比較，把置信度識別準則引入模糊數(shù)學(xué)評價方法中.設(shè)λ為置信度，取λ=0.5，按從大到小和從小到大排列的評價結(jié)果相同，均為Ⅱ級，所以1號安置點的適宜性為Ⅱ級.

可以看出，在模糊數(shù)學(xué)中引入置信度識別準則后的評價結(jié)果與未確知測度理論的結(jié)果相吻合，由此可見未確知測度理論的評價結(jié)果更為合理.并且,在權(quán)重計算時采用熵理論減少了人為因素的影響，權(quán)重更加客觀真實，這是模糊數(shù)學(xué)無法比擬的.

3.6 適宜性評價值排序

根據(jù)式(9)，由于C1>C2>C3>C4，令C1=4，C2=3，C3=2，C4=1，計算其相對重要度為{2.990 2,2.937 8,3.3,3.090 5,3.167 9}.對5個已建安置點的適宜性排序，則適宜性由大到小依次為3號、5號、4號、1號、2號.從以上分析可以得出，利用未確知測度理論不僅可以對某塊場地的適宜性進行評價，而且可以對多個場地進行評價，從中選擇最好的場地.

4 結(jié)論

(1)根據(jù)陜南地區(qū)的地質(zhì)條件和居住環(huán)境，綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害、交通運輸條件、水資源和土地資源等因素，選取16個評價指標進行移民搬遷安置點適宜性評判，并建立各評價指標適宜性分級標準.

(2)對于多指標綜合評價模型，確定指標權(quán)重是模型中重要的一步，指標權(quán)重的不同有可能導(dǎo)致評價結(jié)果的不同.利用信息熵，根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定指標權(quán)重，避免了專家打分法的主觀隨意性，增加了整體評價結(jié)果的客觀性.

(3)研究結(jié)果表明，未確知測度評價模型的評價結(jié)果更為合理，不僅確定了安置點的適宜性等級，還可以按照適宜性綜合評價值排序，從多個候選場地中選擇最好的.

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Evaluation study on immigrant relocation in southern Shaanxi based on uncertainty measurement theory

ZHANG Yujiao1, ZHANG Xianmei1, CHEN Lei2, HE Ziguang2,3, WANG Banqiao2

(1.DepartmentofCivilEngineering,JiyuanVocationalandTechnicalCollege,Jiyuan454650,China; 2.CollegeofGeologyEngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China;3.KeyLaboratoryofWesternChinaMineralResourcesandGeologicalEngineering,MinistryofEducation,Xi’an710054,China)

Based on the uncertainty measurement theory, this paper built a suitability-evaluating and order-arranging model for immigrant relocation in southern Shaanxi. In allusion to the local dwelling environment, synthetically considering four aspects including geological disaster, traffic transport, water resource and land resource, we adopt sixteen evaluation indexes for immigrant relocation site; Establishing uncertainty measurement function of each evaluation index based on the in-situ data, using entropy theory to calculate the weight of evaluation index; and judging grade according to credible degree recognition criteria, the evaluation consequence of suitability can be obtained in final. This method can not only solve the uncertainty problem of evaluation indexes, but can also arrange according to the importance. In line with the index data obtained from spot survey about five built immigrant resettlement communities in Ningqiang country, this model was used to evaluate the suitability of these five resettlement communities. The evaluated results showed that this method is scientific and reasonable, and can be widely applied to practical engineering.

immigration relocation; uncertainty measurement; entropy weight; credible degree recognition criterion; suitability evaluation

2015-11-24

國家自然科學(xué)基金應(yīng)急管理項目(4144002)；西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室開放基金項目(310826151137);陜西省科技計劃項目-社會發(fā)展公關(guān)計劃(s2012sF3082)

張玉嬌(1987-)，女，河南新鄭人，助教，碩士，主要從事工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與評價分析.

賀子光(1987-)，男，河南焦作人，博士研究生，主要從事工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與評價分析.E-mail:hzg198762@163.com.

P208.9

A

1674-330X(2016)02-0058-08