基于專家可信度的礦山地質災害危險性評價

楊梅忠，胡　勇

（西安科技大學地質與環(huán)境工程學院，陜西西安710054）

基于專家可信度的礦山地質災害危險性評價

楊梅忠*，胡勇

（西安科技大學地質與環(huán)境工程學院，陜西西安710054）

影響礦山地質災害危險性評價的因素眾多而復雜，又多存在層次性和不確定性。目前對于礦山危險性評價多采用一級或二級模糊評價模型，不夠全面和深入。基于以上考慮，在模糊數(shù)學理論的基礎上，建立了礦山地質災害危險性評價多級（三級）模糊綜合評判模型?？紤]到評價指標權重賦值的不確定性以及專家判斷的模糊性和主觀性，進而建立出基于專家可信度的礦山地質災害危險性評價的多級（三級）模糊評判方法，并應用于工程實例，取得了比較理想的效果。

專家可信度；礦山地質災害；多級模糊評價

1　概述

煤炭資源作為我國重要的戰(zhàn)略資源，在經濟發(fā)展中起著十分重要的支撐作用。然而，由于地質環(huán)境復雜，生產力水平不高，煤礦科學技術落后等［1-2］諸多因素的影響，礦山地質災害事故時有發(fā)生，嚴重威脅了從業(yè)人員的生命安全，也給國家造成了巨大的經濟損失，形勢不容樂觀［2］。因此，如何有效地評價礦山地質災害的危險程度，指導礦山開發(fā)顯得尤為重要。

前人在礦山地質災害評價方面也開展過細致的研究工作，并取得了較為豐富的科研成果。李忠等［3］運用BP-神經網絡原理建立了一類礦山地質災害的評估模型；黃竟文［4］提出了回歸模型和GM（1，1）模型構成礦山地質災害危險性多模型預測方法；楊軍等［5］討論了模糊網絡分析法（F-ANP）在煤礦預警體系構建方面的應用；楊梅忠等［6］建立了基于FAHP的礦山地質災害模糊評價模型。類比上述研究成果，發(fā)現(xiàn)模糊評判方法在礦山地質災害危險性評價方面具有更為理想的效果。

但是，傳統(tǒng)的礦山地質災害危險性模糊評判方法具有很大的弊端。其一，礦山是一個復雜的系統(tǒng)，影響礦山地質災害的因素復雜，一級或二級模糊評價模型不夠全面和深入，難以達到預期的評判效果。其二，評價指標的權重是礦山地質災害模糊評價模型的關鍵部分，傳統(tǒng)的模糊評價方法中，結合多位專家的經驗來確定權重的方法具有一定的可操作性和合理性，但是由于每位專家的經驗、專業(yè)方向、對工程的熟悉程度都具有較大的差異［7］，使得專家所給出的權重的可信度不同。因此，采用傳統(tǒng)的層次分析法具有很大的不確定性，很難真正反映礦山工程的實際情況。

基于以上分析，對前人建立的評價模型進行總結和改進，建立出基于專家可信度的礦山地質災害危險性評價的多級模糊評判方法，以期能夠有效地評價礦山地質災害危險性。

2　多級模糊綜合評價方法

2.1多級模糊綜合評級原理［8］

對于多因素多層次系統(tǒng)的綜合評價方法是，首先按最低層次各個因素進行綜合評價，然后再按上一層次的各因素進行評價，依次向更上層次評價，一直到最高層次得出綜合的評價結果。設研究對象的因素集（U）和評語集（V）分別為：U=｛u1，u2，...，un｝和V=｛v1，v2，...，vm｝。對于其中的一個因素ui（i=1，2，...，n）再劃分為Ui=｛ui1，ui2，...，uin｝；對于其中的uij（i=1，2，...n；j=1，2...m）進一步劃分Uij=｛uij1，uij2，...，uijk｝，以此類推。評價時從最低層因素開始，逐級往上評價，直到最高層。

2.2隸屬度的確定

隸屬度是指因素集對評價集的隸屬程度，在0～1之間，隸屬度越接近1，表示隸屬程度越高，反之則隸屬度越低。常用確定隸屬函數(shù)的方法有模糊統(tǒng)計法、例證法、專家經驗法、二元對比排序法等。

引入文獻［9］的方法，以均勻分布作為定量因素的隸屬函數(shù)：

2.3權重的確定

基于準確性和實際可操作性考慮，選擇層次分析法借助專家們的實際經驗來確定權重。由于專家的可信度不同，對工程的判斷具有主觀性和不確定性，故建立基于專家可信度的不確定型AHP綜合評價模型。具體操作如下：

（1）邀請Z位專家基于0.1～0.9標度法［10］對各個因素進行評價，給出標度表示其重要程度，構造出不確定型AHP判斷矩陣Ap｛p=1，2，3..z｝，并比較Ap與其它判斷矩陣的相似程度。顯然，相似程度越高，則說明p專家對該工程的認識越能體現(xiàn)群體決策的總體意愿，可信度越大，賦予的權重越大；相反，賦予的權重越小。

（2）引入文獻［11］關于相似度和差異性的分析方法：

①設p、q專家所給出矩陣Ap、Aq的導出向量分別為Vec（Ap）、Vec（Aq），夾角為θ（0≤θ≤90°）?？捎泝烧叩南嗨瞥潭葹棣舙q=cosθ，顯然，0≤σpq≤1。則：

假設z位專家所給出的n階不確定型AHP判斷矩陣Ap的導出向量為Vec（Ap）。則令：

則δp表示第p個專家的評判與所有專家評判的差值總和。δp的值越大，其可信度越小，分配的權重也越小。經進行歸一化處理，即得到第p個專家的評判與其他專家評判的差異度為：

以不確定型判斷矩陣的相似性與差異性作為反映專家可信度的2個指標，確定專家的權重，其權重隨給出判斷矩陣的變化而變化，計算公式為：

經可信度校正后，p專家所賦權重為：

3　工程實例

運用上述方法，對陜西省神木縣孫家岔瓷窯塔礦區(qū)地質災害危險性進行了評價。

3.1礦區(qū)地質概況

礦區(qū)位于陜西省北部，干旱少雨，年均降雨量415mm，蒸發(fā)量大，季節(jié)性明顯，為典型的中溫帶半干旱大陸性氣候?？傮w地形為北高南低，最高海拔1287m，最低海拔1110m，一般在1200m左右。總體地貌主要為梁峁溝壑，物質組成以粉沙、粉土、粉質粘土為主，水土流失較為嚴重。礦區(qū)西北緣和東側有小支溝，溝內有季節(jié)性流水。地殼活動相對微弱，地質構造簡單，地層總體構造類型為走向北東、傾向北西，無明顯斷層、褶皺構造，無巖漿活動。

3.2建立因素集

評價因子的選擇。合理選擇和分類評價因子是礦山地質災害危險性評價的關鍵。綜合前人的研究、礦區(qū)實際和專家意見，評價因子歸納為4大類：地質條件、構造條件、地形地貌、人為因素，4類影響因素包括若干影響因素，影響因子可進一步劃分出若干影響指標。見表1。

表1　礦山地質災害評價指標的權重和隸屬度表

3.3建立綜合評語集

評語集就是對各個層次評級因子概括性描述的語言集合。評級模型采用四級分類標準，即V=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝=｛無危險，低危險，中等危險，高危險｝。

根據(jù)礦區(qū)實際，結合專家經驗，按照上文所給出的隸屬函數(shù)，可確定最低級（一級）各個影響指標的隸屬度（表1），然后可求出各個一級評判的模糊矩陣。

二級模糊評價中的影響因素的權重值和模糊矩陣可由下級（一級）模糊評價的結果推出；同理，三級模糊評級中的評價因子可由下級（二級）模糊評級的結果推出。

3.4確定權重

根據(jù)專家評價結果與群組結果的相似程度，確定專家評價結果的可信度，最終確定專家對評價指標應賦的權值。所得結果如表1所示。

3.5綜合評價結果

一級評價結果

B11=［0，0.336，0.56，0.104］

B12=［0.340，0.612，0.048，0］

B21=［0.297，0.491，0.212，0］

B22=［0.642，0.358，0，0］

B31=［0，0.583，0.417，0］

B32=［0，0，0.360，0.640］

B33=［0，0，0.453，0.547］

B41=［0.116，0.671，0.213，0］

B42=［0，0.655，0.345，0］

B43=［0，0.675，0.425，0］

二級評價結果

B1=［0.1360，0.4464，0.3552，0.0624］

B2=［0.4281，0.4405，0.1314，0］

B3=［0，0.2798，0.3231，0.3096］

B4=［0.0522，0.6684，0.3112，0］

三級評級結果

B=［0.1194，0.4815，0.2960，0.0924］

按照最大隸屬度原則，最終的評價結果與評語集II的對應。所以該礦區(qū)地質災害危險性較低。

4　結論

（1）瓷窯塔礦區(qū)地質災害危險程度為低級，評價結果與前人調查分析的情況相符。

（2）基于專家可信度的多級（三級）模糊綜合評價模型能夠很好地反映礦山地質災害的模糊性和層次性，同時減少群組決策中專家判斷的主觀性，使評價結果更加符合工程實際。

［1］盧鑒章，劉見中.煤礦災害防治技術現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.煤炭科學技術，2006，34（5）：1-5.

［2］李強，翟果紅.近五年來我國煤礦災害事故及防治對策分析［J］.煤礦現(xiàn)代化，2010（6）：1-3.

［3］李忠，寧書年，張進德，張麗娟.礦山災害評價的BP-神經網絡模型研究［J］.計算機工程與應用，2007，43（16）：238-240.

［4］黃竟文.煤礦災害風險預警的方法及模型［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2012，39（4）：85-90.

［5］楊軍.煤礦安全風險評價與預警研究［D］.徐州：中國礦業(yè)大學，2013.

［6］楊梅忠，宋丹，劉飛，楊洋.礦山地質災害危險性評價［J］.中國煤炭地質，2014，26（5）：45-28.

［7］翟友成，曹文貴，王江營，張永杰.基于不確定型層次分析法的邊坡穩(wěn)定模糊評判方法［J］.巖土力學，2011，32（2）：539-543.

［8］李士勇.工程模糊數(shù)學及應用［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004：96-104.

［9］王群敏，梁收運，周自強，蔡漢成.多級模糊綜合的小城鎮(zhèn)地質災害危險性評價［J］.工程地質學報，2010（18）：424-427.

［10］杜棟，基于0.1～0.9標度的AHP再研究［J］.系統(tǒng)工程與電子技術，2001，23（5）：36-39.

［11］潘仁飛，鄒樂樂，侯運炳.基于專家可信度的不確定型AHP方法及其應用［J］.系統(tǒng)工程，2008，26（10）：101-106.

TD1

A

1004-5716（2016）09-0184-04

2015-09-25

2015-10-08

楊梅忠（1957-），男（漢族），山東齊河人，教授，現(xiàn)從事環(huán)境工程與災害地質的教學與科研工作。