基于TOPSIS法的矿业遗迹综合评价

赖 鹏，何政宇，郭 飞

(三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

矿业遗迹主要指矿产地质遗迹和矿业生产过程中探、采、选、冶、加工等活动的遗物、遗址和史籍，并具备研究的价值，教育的功能，是游览观赏、科学考察的主要内容[1]。它不仅是一种新兴的旅游资源，更是一种珍贵的文化遗产。近年来，随着我国矿业经济的高速发展，矿山环境状况急剧恶化，矿山地质灾害层出不穷，土地资源遭到破坏，水土环境污染加剧，矿山环境保护治理与生态恢复重建工作已刻不容缓[2]。

矿山公园是以展示矿业遗迹景观为主体，体现矿业发展历史内涵,供人们游览观赏、科学考察的特定空间地域[3]。建设矿山公园是保护矿业遗迹的有效途径，不仅可以治理矿山的生态环境，弘扬我国的灿烂文化，还可以促进资源枯竭或接近枯竭的矿业城市经济转型，对社会发展具有重要意义[4]。近年来，我国对于矿山公园的建设越来越重视，矿业遗迹的开发利用也初见成效。然而，我国尚未有完整的矿业遗迹资源调查和评价指标供矿山公园规划和建设时参考[5]。

矿业遗迹的调查和评价是矿山公园建设的基础。目前，国内矿业遗迹的综合评价主要有定性[6-7]与半定量评价两种。在半定量评价中，主要采用的是层次分析法赋权的专家打分法(德尔菲法)[8-12]。按照不同规范对评价对象的不同指标进行专家打分，再将分数进行加权求和以得到最终的得分，为工程建设提供指导，现已得到了较为广泛的应用，取得了较为良好的效果。此外，还有李小伟等[13]创新性地使用可拓学理论对矿业遗迹进行相关评价，为矿业遗迹评价提供了一种新的思路和新的参考。目前采用的评价指标多为主观指标，未来应更多地采用客观指标。例如，矿山公园的修建等级应与其矿业遗迹的规模相关，一般而言，越是大型的矿业遗迹越应采用更高的矿山公园建设等级；此外，其建设等级还应与当地的经济状况、城市人口等息息相关，经济状况更好、人口更多的城市具备有更强的消费潜力，故应采用更高的矿山公园建设等级。但在矿业遗迹的半定量评价中，由于受客观指标量纲的影响，传统的评价方法难以将客观指标与主观指标联合起来进行综合评价，而需要对客观指标进行一定人为转化，这会使评价结果带入更多的主观色彩。

为了解决上述问题，提供一种可以将客观指标和主观指标联合起来进行相关评价的方法，此方法可对矿业遗迹半定量评价的方法进行补充。本文采用TOPSIS法对应城国家矿山公园展开综合评价。为评判矿业遗迹的等级并进行分类，在样本总体中补充一部分分界样本。通过比较矿业遗迹与分界样本的相对排序判断矿业遗迹的等级，从而最终确定应城国家矿山公园的等级。需要说明的是，由于目前缺少客观指标及相关的指标数据，故本文依旧采用主观指标进行相关评价。

1 基于组合赋权的TOPSIS法

TOPSIS法根据有限个评价对象与理想化目标(正理想解或最优方案和负理想解或最劣方案)的贴近程度，对现有评价对象进行相对优劣排序[14]。该方法可以消除不同数据量纲的影响，故在处理具有客观数据的优选问题上有巨大的优势。目前已在工程学、管理学、经济学等多个领域得到了应用，取得了不错的效果。假设某评价体系中有n个评价对象，有m个评价指标，其方法如下[15]。

1.1 构建原始矩阵

(1)

其中，X为原始矩阵，元素xij为第i个评价对象在第j个指标上评价值。

1.2 原始矩阵正向化

对于极小型(越大越差型)指标：

yij=1/xij

(2)

其中，元素yij为第i个评价对象在第j个指标上正向化后的评价值。

1.3 正向化矩阵规范化

(3)

其中，元素zij为第i个评价对象在第j个指标上规范化后的评价值。

1.4 确定正理想解和负理想解

(4)

1.5 指标权重确定

AHP(层次分析法)与熵权法分别考虑了专家对指标的主观判断与指标间的自身信息，本文主要采用熵权法的差异性系数对AHP权重进行修正，得出优化权重组合。由于AHP与熵权法已非常成熟，故不再赘述。给出其组合赋权计算公式如下[13]：

(5)

其中wj为组合权重，waj为AHP权重，wej为熵权法权重。

1.6 计算欧氏距离

(6)

1.7 计算贴近度li

(7)

按评价对象的贴近度li值进行排序，贴近度li值越大，表示该对象越优。

2 工程应用

2.1 指标体系及分界样本

以应城矿山公园为例，参照《中国国家矿山公园建设工作指南》，将矿业遗迹评价指标分为资源价值和可开发利用价值两类共8个指标，见图1，并将矿业遗迹分为四级，(一级)珍惜、(二级)重要、(三级)一般、(四级)不重要。参照应城国家矿山公园矿业遗迹综合考察报告[16]，给出其评价指标的评审表，见表1。并根据评审表及报告中的评价规则，经笔者研究后取一级至四级相邻等级的中值作为分界样本，用以区分珍惜-重要(x)、重要-一般(y)、一般-不重要(z)，见表2。若某矿业遗迹的贴近度li大于x分界样本的li值，即li>lx，则该矿业遗迹的评价结果为一级(珍惜)；同理，若lx>li>ly，则该矿业遗迹的评价结果为二级(重要)；若ly>li>lz，则该矿业遗迹的评价结果为三级(一般)；若lz>li，则矿业遗迹的评价结果为四级(不重要)。

图1 应城国家矿山公园评价指标体系

表1 评价指标评审表

表2 分界样本

2.2 矿业遗迹的指标得分

为使评价结果科学客观，选取了7位相关专家参与问卷调查，专家根据各矿业遗迹的具体情况，针对评价指标体系按5个等级打分，求算术平均值，得到原始数据见表3。

表3 各矿业遗迹各指标得分表

2.3 主客观组合赋权

由AHP和熵权法求得相应权重后[11]，再根据式(5)组合赋权获得，见表4。

表4 主客观组合赋权表

2.4 TOPSIS评价

按照式(1)，将表2和表3的数据构建成11×8的原始矩阵。由于各指标均为极大型(越大越好型)指标，故不需要进行正向化处理，直接根据式(3)(4)(6)(7)求得矿业遗迹和分界样本的贴近度并以此评判矿业遗迹的等级，见表5、表6。建国初期的石膏矿硐遗迹(e)的贴近度le为0.915大于lx为0.896，故建国初期的石膏矿硐遗迹属于稀有等级；江汉平原云应盆地古近系盐类矿床典型剖面等其余7个矿业遗迹的贴近度均处于lx=0.896与ly=0.434之间，故它们均属于重要等级。

表5 矿业遗迹综合评价表

表6 分界对象综合评价表

2.5 结果分析

根据TOPSIS法得到的结果可知，应城国家矿山公园矿业遗迹中，建国初期的石膏矿硐遗迹属于一级(稀有)的程度；江汉平原云应盆地古近系盐类矿床典型剖面等其余7个矿业遗迹均属于二级(重要)的程度，与综合考察报告的结果一致。这不仅反映出TOPSIS法对矿业遗迹的评价结果正确、可靠，更进一步说明该方法适用于矿业遗迹的半定量评价。根据《中国国家矿山公园建设工作指南》可知，在进行矿山公园矿业遗迹综合评价时，如果矿山公园中有一处矿业遗迹属于稀有等级，那么该公园就可以申请国家级。由此，也反映出应城国家矿山公园申报国家级的合理性。需要注意的是，江汉平原云应盆地古近系盐类矿床典型剖面(a)的贴近度la为0.893，极其接近分界样本x的贴近度lx=0.896，说明该矿业遗迹趋于稀有与重要的临界点，受权重和分界样本的影响较大，故极有可能出现评级偏差。可以采用检查和重新评价的方法，请专家再次进行打分，以期获取更为正确的评价等级。通过比较矿业遗迹贴近度与分界对象的相对大小，选出容易出现评级错误的矿业遗迹进行重新评价，从而增加评价准确性并减少评价的工作量。

3 结论及建议

3.1 结 论

(1)给出了一种同时利用主观指标和客观指标并进行相关半定量评价的方法，但由于目前评价体系中缺少客观指标及其数据，故在评价的过程中还未展示客观指标与主观指标联合进行评价的过程。

(2)利用TOPSIS法对应城国家矿山公园矿业遗迹进行了综合评价，其评价结果与综合考察报告结果一致，证明其方法在矿业遗迹的综合评价中具有一定的适用性，可为矿业遗迹、地质遗迹的综合评价提供一种新的思路。

(3)应城国家矿山公园应属于国家级，其成为国家级的原因是建国初期的石膏矿硐遗迹为珍惜等级。明晰了江汉平原云应盆地古近系盐类矿床典型剖面有极大可能出现评价偏差，可为后期对其针对性评价提供一定的决策辅助。

3.2 建 议

从上述评价过程中可以看出，分界样本的选择尤为关键，直接关系到矿业遗迹等级的评判结果。本文的分界样本取指标评审表中相邻等级中值，但其普适性还有待进一步研究证明，此外，分界样本的最佳取值也有待进一步去探寻。

目前，在矿业遗迹半定量评价中，多采用主观指标，在今后的矿业遗迹评价的发展中，应当更多地采用具备客观数据的客观指标，客观指标的采取还有待进一步研究；另外，主观指标的探索也有待进一步的深入，因为矿山公园的旅游价值除了与自身价值有关，还与当地的文化底蕴(除矿业遗迹外)、美食、旅游业发展状况等有直接或间接关系，当地文化底蕴越灿烂、美食越有名、旅游业发展状况越好，则当地的矿山公园所具有的旅游价值越高。