多级螟糊螟式识别螟型在地质环境质量评价昀应用l.pdf

第 2 6 卷第 4 期 2 0 0 4年 l 2月 地 球 科 学 与 环 境 学 报 J o u r n a l o f Ea r t h S c i e n c e s a n d E n v i r o n me n t V0 1 ．2 6 No．4 De c ． 2 0 0 4 多级螟 糊螟 式识别螟 型在地质 环境质量评 价【 l 】 昀 应用 李亚兰，陈志新 ，王佳运 长 安大 学 地质 工程与测 绘工 程学 院 ， 陕西 西 安 7 1 0 0 5 4 [ 摘要] 应用多级模糊模式识别模型进行地质环境质量评价 。 克服了最大隶属度原则所不适用的地方。 而且以相对隶属度 、 隶属函数为基础理论， 使隶属度 、 隶属函数的计算更容易。建立环境质量评价模型， 并应用于陕西省略阳县地质环境质量综合评价中． 应用结果表明， 该方法合理、 可行 。 [ 关键词] 多级模糊模式识别模型 ； 地质环境质量 ； 评价 ； 层次分析法 [ 中图分类号] X1 4 1 [ 文献标识码] A[ 文章编号] 1 6 7 2 6 5 6 1 2 0 0 4 0 4 0 0 9 0 0 4 [ 作者简介] 李亚兰 1 9 7 6 一 。 女． 新疆乌鲁木齐人 ． 现从事地质工程和岩土工程教学与研究工作。 环境质量评价 的数学方 法有多 种 ， 如 综合 指数 个指标组成 的特征 向量 为 法 、 层次分析法 、 模糊综合评 判法 、 灰色 系统法及 近 年发展起来 的人工 神 经 网络法 等都 是较 为 常用 的 评价方 法 ， 这些方法各有 其优点 。环 境质 量评价 实 际上 是解决 评 价对 象 的多 因子模 式 识别 和排 序 问 题 ， 对 于此类 问题应 用模 糊集合理 论是最 常用 的方 法 。模糊集 合论 中， 最 大隶属度原 则被广 泛地用 于 模糊综合评 判 、 模 糊决 策 等许 多模 糊集 应 用领 域 。 但 有些 问题 在应 用最大隶属度 原则 时， 可能会导致 结果 失真 。因 为最 大隶 属度 原则 有 时忽 略有 些 信 息 ， 导致判 断失 误 。经研 究 ， 笔 者 发现 由陈守 煜提 出的多级模 糊模 式 识别 模 型 以相 对 级别 特征 值作 为判 断或识别 的依据 ， 克服 了最大 隶属度 原则所不 适用 的地方 ， 而且 以相 对 隶属 度 、 隶 属 函数 为基 础 理论 ， 使隶属度 、 隶属 函数 的计算更 容易 。因此 ， 尝 试采用 多级 模糊 模 式识 别模 型 对地 质环 境质 量进 行评价 。 模糊模式识别模型 1 ． 1指标相对隶属度公式 设某样本 需要对模糊子集 A 进行识别 ， 样本 m [ 收 稿 日期] 2 0 0 4 0 2 2 6 [ 基 金项 目] 国土 资 源 部 县 市 地 质 灾 害 调查 与 区划 项 目 2 00 1 - 0 3 9 X 1 2 ⋯ { m 1 ’ ， 式 中 为样本指标 i的特征值 ，i 1 ， 2 ， ⋯ ， 7 1 “／ 。 如样本依据 7 1 “／ 个指标c个级别的已知指标标准 特征值进行识别 ， 则 有指标标准特征值矩阵 f 1 1 Y 1 2 yJ I i i L y ，， l 1 ，， I 2 ， 式 中 Y 为指标 级别 h的标准 特征值 ， h 1 ， 2 ， ⋯ ，c；i 1， 2， ⋯ ， m 。 通 常将从 1 级 至 c 级指标标准 特征值 减小称为 指标递减型 ； 从 1 级至 c级指 标标 准特征 值增加 称 为指标递增型 ， 则 递 减 型指 标 对 A 的相 对 隶属 度 隶属函数 为 ． f 0 { ≤ Y ， f 一 l 兰二丝 Y n Y ， I “ 一 【 1 f ≥ Y h级 指标标 准特征值 对 A 的相 对隶属 度为 f 0 一 y t ， J s 一．{ Y f1 Y Y ， j Y i l 【 1 Y n。 递增 型指标对 A 的相对隶属度 隶属 函数为 C C r 砉 ‰ 一 ～ ；～ 维普资讯 第 4期 李亚兰． 等 多级模糊模式识别模型在地质环境质量评价中的应用 9 1 f 0 z ≥ Y ， l l 二兰Y d z f Y ， ‘ I Y 一 l 1 五 ≤ Y f l 。 h级指标标 准特征值 ， 对 A 的相对隶属 度为 f 0 ， l s 一 { l 1 Y i 1 。 1 ． 2 模糊模式识别模型 通过隶属 函数 分别 把指 标 与指 标标 准 特征 值 矩阵变换 为对 A 的指标 与指 标标准 特征 值 的相对 隶属度矩 阵 R r 1 7 “2⋯r r f ， S 设样 本对 A 的各个级别相对隶属度矩阵为 U 1 U 2 ⋯U ， 式 中 U 为样本对 A 的级 别 h的相对 隶属度 ， h 由样 本在级别 区间[ n， 6 ]范 围 内， 故矩 阵 【 ， 应 满 足归一化约束条件 ∑ 1 ， 同时应 有 U 0 ，当 h b 。 为了求解样 本对模 糊 概念 A 的级别 h的最优 相对隶属度 ， 建 立 目标 函数 m i n { F u 一∑D 2 } ， f 3 L u h , A 0--kl 。 棉 {晕 。 【 求得模糊模式识别模 型为 O h b ， 1 娑 【 ∑[ f 皇 1 ， a≤ h≤ b ， d ≠ 0， d 0。 1 ． 3相对级别特 征值 设级 别变量 以对应 的相对隶属 度为权 重 ， 其 总和 H 一∑ ， h 1 称为相对 级别 特征值 或相对状态特征值 。 相对 级别 特征值 H 是一个描述状 态或级 别 的无量纲数 ， 且 1≤ H ≤ C ， 相对 级别特征值 由于利用 了全 部相对 隶属 度信息 ， 其判断结论 比最大隶属度原则更 符合 实际情 况 。 据 此 ， 可应用相对级别特 征值 H 反 馈得 到相应 的 级别 ， 对样本作 出归属何种级别 的判定 。 2 应用实例 陕西省略 阳县位于陕西省 汉 中市 的西北 部 ， 由 于该地 区地质结构复杂 ， 地质环境 与 自然 生态环 境 脆弱 ， 加 之滥 砍乱 挖 的不合 理 人 为作用 ， 使 地质 环 境质量严重恶 化 ， 滑坡 、 崩塌 、 泥石 流 、 地 面 塌 陷等 地质灾害 问题十分突 出 ， 应 用 多级模 糊模 式识别 模 型对该地 区进行 了地质环境质量综合评价 。 2 ． 1 地质环境质量评价 指标 分级 根据野外调查 、 有关 研 究报 告 ， 在 对 资料 进 行 分析后 ， 经过指标筛选优 化 ， 选 取地形 坡度 、 工程 地 质岩组 、 岩 土体 结 构 类 型 、 地下 水 位 、 植 被 发 育情 况 、 月平 均降雨量 、 人类 工程 活动 强 度等 为 主要 评 价指标 。地质 环境 质 量分 为优 、 良、 中、 差 四级 ， 分 别对应数值 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 相应 地将评 价 指标 也用 四级 来描述 ， 地质环境质量评 价指标分级标准见表 1 。 表 1 地 质 环境质 量评 价指 标分 级 标准 Tab l e 1 Cl a s s i f i c at i o n s t anda r d s o f g e o e n v i r o n m e n t q u a l i t y a s s e s s me n t i nd e x e s 地形坡度／ 。 3 5 工程地质岩组 坚硬岩体 中等坚硬岩体 软弱岩体 松散体 岩土体结构类型 块状 层状 碎裂 松散 地下水位 滑面以下较深处 滑面以下较浅处 滑面附近 滑体 1 ／ 2 厚度处 植被发育／ 5 0 ～1 0 0 3 0 5 0 1 0 3 0 1 0 月平均降雨量／ ra m 4 0 0 人类工程话动强度 无 较弱 中等 强烈 2 ． 2层次分析法确定权重 模 型计算 中采 用层 次 分析法 来 确 定评 价 指标 ； ～ ～ ；～ 维普资讯 9 2 地球 科学 与 环境学 报 第 2 6卷 的权重 ， 该方 法可 较大 幅度 减少 主 观 因素 的影 响 ， 其具体 步骤 如下 1 构造 判 断矩 阵 。 对于 。 ， ， ⋯， 个评 价 指标 ， 由专家组运用两两 比较得判断矩 阵 X。 2 层 次分 析法 确定 权值 。 假设有 一 同阶正则 向量 A， 使得存在 一 A， 则 为矩阵 x的最 大特 征值 ， A为对应 于 一 的特征 向量 。 解其特征方 程得 A， 经 正 规化 后 ， 其 各分 量 即为 所 对应 的 。 ， z ， ⋯ ， 的权 值 。 理 论上 是可 以解 出的 ， 但 如果 评 价指标过多 ， 则其计算方法较为 复杂 ， 很难 解出 ， 故 采用求 和法来计算 特征 向量 的近似解 。 ① 将判断矩阵按列归一化 b 一 ∑X 1 ② 按行求 和 ∑b i 一1 ， 2 ， ⋯， ； ， 1 ③ 归一化 W 一 L； ∑ 1 ④ 求 最大特征值 一 ⋯ ⋯ 通过层次分析法计算 ， 得 出各指标 的权重 表 2 。 表 2 评 价指标 权重 Ta b l e 2 W e i ght i ng of t he as s e s s me nt i nde x e s 2 ． 3 利用模型进行地质环境质量评价 用 C十B u i l d e r 6 ． 0开发评价模型 ， 进行 分析 计算 ， 结果如 图 1 。 图 1评价模 型计 算 结果 Fi g ．I Cal c ul a t i o n r e s ul t of a s s e s s m e nt mo de l 将该计 算 结果 存 入 Ac c e s s数据 库 ， 用 MAP GI S进行调试 ， 然后通过 空间分 析 ， 生成等 值线 ， 进 行分 区 ， 就可 以得到该地 区地质 环境质 量评价 分 区 图 图 2 。 图 2陕 西 省 略 阳 县 评 价 结 果 Fi g． 2 As s e s s me nt r e s ul t of Lue ya ng c ou nt y in Sh aa nxi 将该地 区地质环 境质 量评价 结果 与现 场调 查 的地质灾害点 滑坡 、 崩塌 、 泥石 流等 作 比较 ， 可以 发现 ， 评价结果为优 的地 区没有地质灾害点 ； 评 价结 果为 良的地 区， 地质灾害点有 8处 ； 评价结果 为中的 地区， 地质灾害点有 5 0处 ； 评价结 果为差 的地 区， 地 质灾害点有 1 0 6处 。各区地质灾害统计见表 3 。 从表 3中可以看出 ， 野外调 查 中地 质灾 害较 多 的地 段和评价 结果为 中、 差 的地 区有较好 的对 应关 系 ， 特别是在评 价结 果 为差 的地 区 ， 地质 灾 害发 生 最多 。这说 明 ， 评价结果基本正确 。 表 3地质 灾 害统计 表 Ta bl e 3 St a t i s t i c s of t he g e o l o g i c ul ha z a r d 3 结 论 地质环境质量评 价 ， 特别是定量 评价 一直是 环 境地质学研 究 中的难 点 。多 级模 糊模 式 识 别模 型 以相对隶属度 、 隶 属 函数 为基础 理 论 ， 采 用相 对级 别特征值作为判断依 据 ， 克 服了模糊 集合论 中最 大 隶属度 原则所 不适 用 的地方 。该 方法 用 于地 质环 维普资讯 第 4期 李 亚兰 ， 等 多级模 糊模 式识 别模 型在 地质 环境 质量 评价 中 的应用 9 3 境 质量评 价 ， 使评 价结 果具 有 较好 的分 辨 率 ， 可 以 直 接看出各单元环境质量 的优 劣程度 ， 从 而为环境 质量评价结果 提供 了更 多的信息 。经实践证 明 ， 该 方 法结果 真实可信 ， 具有通用性 、 合理性和实用性 。 [参考文 献] [ 1 2 杨建 强 ， 林 年丰． 多 目标 模糊优 选模 型在环 境质 量 评价 中的应 用 『 J ] ．长春科 技大学 学报 ， 2 0 0 0 ， 3 0 4 3 8 1 ～3 8 3 ． [ 2 ] 陈守 煜． 工程模 糊集理 论与 应用[ M] ． 北京 国 防工 业 出版社 ， l 9 9 8 ． [ 3 ] 罗永忠 ， 唐小平 ， 祝 世强 ． 模 糊 综合 评 判在 成 都市 固体 废弃 物 处理场 环境水 文 地 质评 价 中 的应 用 [ J ] ．地 质 灾 害 与环 境 保 护 ， 2 0 0 1 ， 1 2 3 4 2 ～4 5 ． E 4 ] 蔡鹤 生 ， 周 爱 国， 唐朝 辉． 地 质 环境 质量 评 价 中 的专 家 一层 次 分 析定权 法 『 J ] ．地球 科学 ～中 国地质大 学学 报 ， 1 9 9 8 ， 2 3 3 29 9 ～ 3 02 ． [ 5 ] 周爱 国 ， 蔡 鹤生． 地质环 境质 量评价 理论与 应用 [ M] ．武汉 ； 中 国地 质大学 出版 社 ， 1 9 9 8 ． Appl i c a t i o n o f m ul t i 。 c l a s s i f i c a t i o n f u z z y pa t t e r n r e c o g ni t i o n m o de l i n g e o e nv i r o nm e nt qu a l i t y a s s e s s m e nt LI Ya l a n，CHEN Zh i x i n，W ANG J i a y u n S c h o o l o fGe o l o g i c a l E n g i n e r i n g a n d S u r v e y i n g En g i n e e r i n g，C h a n g a n U n i v e r s i t y， Xi a n 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e r e l a t i v e me mb e r s h i p d e g r e e a n d f u n c t i o n，t h e mo d e l o f mu l t i c l a s s i f i c a t i o n f u z z y p a t t e r n r e c o g n i t i o n i s a p p l i e d i n a s s e s s m e n t o f g e o e n v i r o n m e n t q u a l i t y，wh i c h c o u n t e r a c t s t h e d e f e c t s o f m a x i m u m m e m b e r s h i p d e g r e e l a w a n d ma ke s i t e a s i e r t O c a l c u l a t e t h e r e l a t i v e me mb e r s h i p d e g r e e a n d f u n c t i o n ． Th e p a p e r h a s e s t a b l i s h e d a s s e s s me n t mo d e l o f g e o e n v i r o n me n t q u a l i t y a n d u s e s i t t O a s s e s s t h e g e o e n v i r o n me n t q u a l i t y o f Lu e y a n g c o u n t y i n S ha a n xi． The r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e m e t h o d i s r a t i o n a l a n d p r a c t i c a 1 ． Ke y wo r d s mu l t ． ． c l a s s mc a t i o n f u z z y p a t t e r n r e c o g n i t i o n mo d e l ； g e o e n v i r o n me n t q u a l i t y ； a s s e s s me n t ；a n a l y t i c a l h i e r a r c h y we i g h t i n g pr o c e s s [ 英 文审定 苏生瑞] 欢 迎 订 阅 欢 迎 投 稿 国土资源科技管理 双月刊 由国土资 源部 国际合作 与科 技 司和成 都理 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