基于AHP-模糊综合法的地质遗迹空间区划定量评价研究

黄 勋,罗 培,况明生,王冬生

(1.西南大学地理科学学院,重庆 北碚 400715;2.西华师范大学国土资源学院,四川 南充637002)

基于AHP-模糊综合法的地质遗迹空间区划定量评价研究

黄 勋1,罗 培2,况明生1,王冬生1

(1.西南大学地理科学学院,重庆 北碚 400715;2.西华师范大学国土资源学院,四川 南充637002)

以四川省地质遗迹为研究对象,构建了以地质构造单元、深大断裂、地貌特征为主要因子的地质遗迹空间区划格局系统,将境内地质遗迹划分为 3个地质遗迹大区、8个地质遗迹亚区以及 26个地质遗迹小区,并在此基础上选取了 20个具体评价因子,运用AHP法、模糊综合法及 SPSS软件对该区划系统进行了定量评价。结果表明,龙门山、峨眉山—老君山 2个小区为“好”级;茂汶—丹巴、贡嘎山、盆中、摩天岭、成都平原、德格—稻城、攀枝花、盆东、大凉山、川东南 10个小区为“较好”级;盆南、米仓山、盐源、泸定—米易、理塘、马尔康、义墩、若尔盖、炉霍 9个小区为“一般”级;雅江、大巴山、会东、盆北、降扎 5个小区为“较差”级。

地质遗迹;空间区划;定量评价;四川

1 四川省地质遗迹空间区划系统研究

1.1 地质遗迹空间区划依据

目前,四川境内主要地质遗迹包括地质 (体、层)剖面、地质构造、古生物、矿物与矿床、地貌景观、水体景观和环境地质遗迹 7个大类,并进一步分为 22个类和55个亚类,其中地貌类地质遗迹比重最大。地质遗迹是复杂的地质构造过程和外营力作用的外在物质形态表现,地质构造背景和新构造运动是地质遗迹形成的主要控制性因子,地貌是地质遗迹最直接的外在表现,因此,四川地质遗迹空间区划将以深断裂带、大断裂或基底断裂为界限,以对应的构造单元和地貌为背景,在综合分析地层露头分布、岩浆岩露头分布、变质岩露头分布以及外营力作用区域差异性基础上进行。

1.2 地质遗迹空间区划结构

四川省地质遗迹空间区划分为以下 3级。

①一级区划单元为地质遗迹大区,参照一级大地构造单元、一级地貌单元来划分,以深断裂带 (边缘)为划分边界,以对应地貌单元命名。

②二级区划单元为地质遗迹亚区,参照二级大地构造单元、二级地貌单元来划分,一般以大断裂为边界,以地理位置结合二级地貌单元位置命名。

③三级区划单元为地质遗迹小区,参照三级大地构造单元、三级地貌单元来划分,以一般断裂或大断裂为边界,以县级行政区划名称结合三级地貌单元名称命名。

1.3 地质遗迹空间区划建立

根据地质遗迹景观空间分异特征、区划结构,将四川省地质遗迹景观划分为 3个大区、8个亚区、26个小区,共计 218个地质遗迹点 (表 1、图 1)。

2 四川省地质遗迹空间区划定量评价

地质遗迹景观的定量研究,是在近十几年地质公园建设和地质遗迹保护的大背景下才开始受到重视的,起初的研究方法多借鉴于一般旅游资源的定量评价,难以体现地质遗迹的独特性质。前人针对地质遗迹的定量评价已做了大量有益的研究,如庞淑英等于 2003年对三江并流带旅游地质资源评价模型进行了系统研究;刘传华等于 2008年讨论了层次分析法和综合模糊数学方法在岩溶洞穴旅游资源综合评判中的应用;方世明等于 2008年和张国庆等于 2009年都针对地质遗迹资源评价体系作了深入研究。但上述成果都是针对地质遗迹景观的自身特征,而对于地质遗迹空间区划的定量研究几乎是空白,仅有黄松等于 2007年构建了新疆地质遗迹空间格局区划系统,并定量表征其区划特征。

笔者试图在把握四川省各区划单元内地质遗迹特征的基础上,构建地质遗迹空间区划定量评价指标体系,然后运用 AHP法确立指标权重,再利用模糊综合法对各地质遗迹区划单元进行定等分级。

表1 四川省地质遗迹空间区划格局系统

2.1 评价指标体系的构建

地质遗迹空间区划评价指标的构建,应从地质遗迹属性特征及地质公园开发建设两方面入手,兼顾保护与开发的双重意义。该评价体系由 4个层次组成,即总目标层、评价综合层、评价项目层、评价因子层 (图 3)。

2.2 评价指标权重的确立

地质遗迹空间区划系统由多层次、多方面的多个因子构成,且各因子仅反映该区划系统某一方面的特征,只有综合考虑各方面影响因子,才能达到准确、全面评价地质遗迹空间区划的目的。然而在整个评价体系中,各评价因子对于评价目标的相对重要性是不同的。因此,必须先确定评价指标的权重。笔者采用层次分析法 (AHP法)。

AFP法的基本原理是将系统分解成多个层次的若干因子,然后确定因子之间的有序层次,由专家比较同一层次各因子相对于上一层因子的相对重要性而逐层判断评分,在此基础之上建立数学模型,计算出每个层次全部因子的影响权重,其计算方法有和集法、方根法等,这里采用和集法。

①建立评价指标集

评价指标是由多层次评价因子有序组成的。设F={F1F1… Fm}是一个由 F层评价指标构成的指标集 (i=1,2,…,m),设 Ri={Ri1Ri2…Rim}是对应于 Fi(i=1,2,…,m)的评价因子 R层构成的指标集。

②构造判断矩阵

其中,Fij表示 Fi对于 Fj的相对重要性数值,Rij表示 Ri对于 Rj的相对重要性数值,其取值依据见表 2。

表2 判断矩阵标度及其含义

③计算权重

图1 四川省地质遗迹空间区划图

图2 四川省地质遗迹空间区划评价模型树

将每一列经正规化的判断矩阵按行相加,即Wi

将向量W={W1W1… Wm}作归一化处理 ,即从而得到指标权重向量

判断矩阵的一致性检验,依据如下公式：式 (1)、(2)、(3)、(4)中,CR为判断矩阵的随机一致性比率;CI为判断矩阵的一般一致性指标;R I为判断矩阵的平均随机一致性指标;λmax为最大特征根;(AW)i为向量 AW的第 i个分量。

若相对一致性指标 CR＜0.1,即认为判断矩阵的一致性是能够接受的,否则判断矩阵需要调整。

依据上述计算,得出四川省地质遗迹空间区划评价指标的权重值 (表 3)。

2.3 地质遗迹空间区划综合评价

2.3.1 计算评价指标的隶属度向量 在完成评价指标权重之后,需按一定分级方法对各评价因子进行定等分级,采用模糊综合法,将评价因子划分为“好 ”、“较好 ”、“一般 ”、“较差 ”和“差 ”5个等级。对于评价指标体系中的定量因子和定性因子将采用不同的计算方法。

①定量因子隶属度向量的计算

通过参照四川省地质遗迹景观调查评价项目及五批国家地质公园评选成果,可以得到“国家级以上地质遗迹数量”和“地质遗迹总量”这两个定量因子的数值,在此基础上,利用 SPSS软件对其进行频数统计,根据各个因子频数的分布特征,运用模糊决策理论确定各个因子的“好 ”、“较好 ”、“一般 ”、“较差 ”和“差 ”5个等级。以“地质遗迹总量”为例,5个等级的分界点数值分别为 1、3、5、9、13,根据这 5个数值确定“地质遗迹总量”的 5个等级计算公式,对“好”级的隶属度采用“升半梯形 ”分布,对“较好 ”、“一般 ”、“较差 ”级采用“金子塔形”分布,对“差”级采用“降半梯形”分布。“地质遗迹总量”等级隶属度值的计算公式为：

表3 地质遗迹空间区划评价指标权重分配(层次单排序)

同理可得“国家级以上地质遗迹数量”的隶属度值。

②定性因子隶属度向量的计算

定性因子隶属度值的确定,采用专家征询法,即邀请 10位地质遗迹保护方面的专家,在相关资料的辅助下,按照既定的取分标准,独立地对各因子进行评价。以地质遗迹“典型性”为例,8位专家认为是“好 ”级 ,2位认为是“较好 ”级 ,“一般 ”级、“较差 ”级和“差”级缺失,则隶属度值为：r1=8/10,r2=2/10,r3=0,r4=0,r5=0。同理可确定其他定性因子的隶属度值。以成都平原小区为例,各评价因子的隶属度值计算如表 4。

2.3.2 构建评价指标的隶属度矩阵 以成都平原小区为例,据上述表 3和表 4,分别建立评价指标的权重值矩阵 A、隶属度矩阵 V以及两者的乘积矩阵R,可得到该区划的“地质遗迹价值属性”和“保护开发条件”两个维度上的隶属度矩阵,进而计算出评价指标综合隶属度矩阵,为全面综合评价地质遗迹区划提供依据。

表4 成都小区评价因子的隶属度表

根据上述方法,计算得到以下隶属度矩阵：

2.3.3 地质遗迹空间区划综合评价 确定各评语等级是构建评语集的前提。评语等级范围进行这样的规定：≥90分为“好”级,80分～89分为“较好”级,70分 ～79分为“一般 ”级,60分 ～69分为“较差”级,≤59分为“差”级。通过评语等级的确定,进一步对评语等级进行赋值,从而构建评语集。将“好 ”级赋值为 95分,“较好 ”级为 85分,“一般 ”级为 75分,“较差 ”级为 65分,“差 ”级为 55分。最终建立地质遗迹空间区划评语集M,则：

以成都平原小区为例,“地质遗迹价值属性”最终得分为 Z价值属性,“保护开发条件 ”最终得分为Z保护开发,以及空间区划综合评价得分为 Z综合,则 ：

从而得到四川省地质遗迹各个空间区划的评价分值。

据表 5中各地质遗迹空间区划的评分值,生成基于地质遗迹价值属性与保护开发条件 2个评价指标的评分散点图 (图 3)。

通过上述一系列计算成果,笔者发现省内 26个地质遗迹小区的分值相差很大,既体现在地质遗迹品位级别上,也反映在保护开发质量上。从地质遗迹价值属性、保护开发条件及综合评价 3个方面入手,深入分析四川地质遗迹的空间区划特征。

①据图 4,各地质遗迹小区的价值属性、保护开发条件、综合评价隶属均于“好”、“较好”、“一般”和“较差”级,缺失“差”级,位于 4×4区间内。

②据表 5,地质遗迹价值属性隶属度为“好”级的小区 3个,占小区总数的 11.54%;“较好”级 10个 ,占 38.46%;“一般 ”级 8个 ,占 30.77%;“较差 ”级 5个,占 19.23%。得分最高的是龙门山小区(93.287分)。反之,最低的是盆北小区 (63.179分),相差 30.108分,这表明四川地质遗迹区划中地质遗迹价值属性梯度大,旅游开发潜能大,在实际工作中应突出重点,有的放矢。

表5 四川省地质遗迹空间区划格局系统评价分数表

图3 四川省地质遗迹空间区划价值属性及保护开发条件等级分布图

在地质构造单位上看,高品位地质遗迹小区主要分布于龙门山陷褶断束、峨眉山断拱以及茂汶丹巴地背斜等处;低品位小区位置较为分散。

③在各地质遗迹小区中,保护开发条件隶属度为“好”级的只有 1个 (龙门山小区),占小区总数的3.85%;“较好 ”级 7个 ,占 26.92%;“一般 ”级 9个 ,占 34.62%;“较差”级 9个,占 34.62%。与价值属性隶属度对比发现,保护开发条件“好”、“较好”的小区数量少于高品位、高价值的小区数量,而保护开发条件“一般”、“较差”级的小区则较多,说明保护开发条件不够,严重制约着地质遗迹小区的综合评价,亦不利于区内地质遗迹保护和地学旅游开发。

同时,鉴于价值属性与保护开发条件的差异性,在地质公园建设模式上应区别对待。对于价值属性品位高,保护开发条件优越的小区,可建设带状、多核模式的大型地质公园,如龙门山国家地质公园。对于品位较高、开发条件不足、景点互通性较差的小区,则应考虑建设团块式的小型地质公园或地质遗迹保护区,而价值属性与开发条件都较差的小区,应暂时不考虑地质公园的建设。

④在综合评价方面,高分地质遗迹小区集中分布于四川中西部,即为价值属性高、区内地质遗迹总量大、国家级以上地质遗迹点多、开发时间较早、市场条件优越、地质公园建设成熟的小区,如龙门山小区 (92.368分)、峨眉山—老君山小区 (91.529分)等。

3 结 语

在先前许多地质遗迹研究专家的带动下,地质遗迹的研究已开始从单一地质遗迹点研究向大尺度宏观研究发展。以四川省为例,在参考前人研究成果的基础上,对地质遗迹空间格局的区划依据和评价方法展开进一步探讨,确立了以地质构造单元、深大断裂为主要依据的地质遗迹区划依据,将境内地质遗迹划分为 26个区划单元。根据研究区实际情况,选取了 20个具体指标因子,采用 AHP法和模糊数学法对地质遗迹区划进行了定量评价,结果表明：“好”级区划有 2个、“较好”级区划有 10个、“一般”级区划有 9个、“较差”级区划有 5个。

地质遗迹空间格局区划和等级评价突出了区域地质遗迹特点和差异性,为地学研究的典型区域选择提供了依据,也为区内地学旅游开发指明了方向,对地质遗迹保护与开发具有重大意义,既能突出规划与投资重点,又能兼顾不同类型地质遗迹;既能保证高品位区域优先发展,又能使具有单一优势要素的区域得到小规模开发和设点保护。

研究结果为四川地质遗迹保护与开发的空间布局奠定了基础,但由于地质遗迹成因复杂,划分依据难以确定,表征地质遗迹的指标因子的选择难度大,地质遗迹空间格局区划和等级划分的科学性和合理性还需要进一步探讨和研究。

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Quantitative evaluation on spatial pattern planning of geoheritages based on AHP and fuzzy synthesis

HUANG Xun1,LUO Pei2,KUANGM ing-sheng1,WANG Dong-sheng1

(1.School of Geographical Sciences,SouthwestUniversity,Beibei 400715,Chongqing;2.School ofLand and Resources,ChinaWest NormalUniversity,Nanchong 637002,Sichuan)

Based on geoheritagesof Sichuan as the studyobject,the authors built the spatialpattern system of geoheritages taking geostructure unit,deep fractures and landform as itsmain elements,and divided geo-sitesof the study area into three geo-site areas,eight geo-site sub-areas and twenty-six s mall geo-site units.Based on the above division, twenty specific evaluation factorswere selected.The spatial pattern system was quantitatively conducted by exertingAHP,fuzzy synthesis and SPSS sof tware.Itwas concluded that Longmenshan and Emeishan-laojunshanwere identified to be the best units;whileMaowen-Danba,Gonggashan,MiddleBasin,Motianling,Chengdu Plain,Dege-Daocheng,Panzhihua,East Basin,Daliangshan and Southeast Sichuan belonged to good units;In addition,South Basin,Micangshan,Yanyuan,Luding-Miyi,Litang,Maerkang,Yidun,Ruoergai and Luhuo were regarded to be normal units;Finally,Yajiang,Dabashan,Huidong,North Basin and Jiangzha were regarded to be poor units.

Geological heritages;Spatial pattern;Quantitative evaluation;Sichuan

P931;F590.3

A

1674-3636(2010)04-0436-08

2010-09-13;编辑：蒋艳

黄勋 (1986—),男,硕士研究生,主要研究方向为景观地质、环境地质.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.436