基于六角格的劃界方案線資源分配評價方法

武麗麗，徐　青，華一新

(1.信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標工程學(xué)院，河南鄭州450052；2.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南鄭州450052)

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基于六角格的劃界方案線資源分配評價方法

武麗麗1，徐青2，華一新2

(1.信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標工程學(xué)院，河南鄭州450052；2.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南鄭州450052)

摘要：針對傳統(tǒng)陸地邊界劃界中方案評價存在的層次性較差、詳細程度不高、評價模型的針對性不強、賦權(quán)方式過于主觀等突出問題，提出基于六角格的劃界方案線資源分配評價方法。文中方法以六角格陸地邊界環(huán)境模型為基礎(chǔ)，包括資源分配定量評價和資源分配綜合評價兩部分。其中資源分配定量評價主要以統(tǒng)計圖表的方式直觀地展示出方案線兩側(cè)的資源分配結(jié)果；資源分配綜合評價選取基于熵權(quán)AHP的模糊綜合評價方法，能夠定性得出多條方案線的優(yōu)劣次序。通過實驗，證明這兩種方法有效可行，能夠較好地解決陸地邊界劃界中方案線的評估問題，輔助決策者優(yōu)選出最佳方案線。

關(guān)鍵詞：邊界；方案線；六角格；資源分配；評價

劃界方案線是指在陸地邊界談判過程中提出或擬定的爭議區(qū)分割線。該分割線將原本完整的爭議區(qū)分為兩部分，區(qū)域內(nèi)的面積及各項資源也隨之一分為二。對于不同的劃界方案線，其分配結(jié)果不盡相同。只有通過評價與分析，才能夠合理有效地掌握分配結(jié)果，對方案的預(yù)期效果做出判斷，優(yōu)選出對己方最為有利的方案線，進而提高劃界決策的正確性，最大限度地獲取邊界利益。

對于劃界方案線的分析與評價，國內(nèi)外很多學(xué)者都做過相關(guān)研究，總結(jié)起來存在如下問題：

1)評價方式過于簡單。以往的方案線的評價大多是通過不同專題圖層之間的疊置分析來提取評價信息。這樣的分析與評價方式不僅過于簡單詳細程度不高，而且缺乏層次性。

2)評價方法的針對性不強。已有方案評價方法都是泛泛而談，方案評價與方案生成相脫節(jié)，不能較好地兼顧已有的數(shù)據(jù)處理結(jié)果與方案線的生成環(huán)境。

3)賦權(quán)方式過于主觀。已有的方案線綜合評價中對評價指標的賦權(quán)方式多采用層次分析法[1]。這種方法主要依靠人的主觀經(jīng)驗分配權(quán)重，客觀性較差。

為此，本文提出了基于六角格的陸地邊界環(huán)境模型，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了綜合評價指標體系，設(shè)計了資源分配定量評價以及基于熵權(quán)_AHP的資源分配模糊綜合評價兩種方法對方案線的資源分配結(jié)果進行評估，克服了以上問題并進行實驗，驗證了它們在方案評價過程中的有效性。

1六角格陸地邊界環(huán)境模型

各類信息連續(xù)分布的爭議區(qū)域內(nèi)，劃界方案有無窮多種，若不加處理將很難找到滿足多種條件的最佳方案線，同時也很難對已有的方案線進行定量評估。而造成這一現(xiàn)狀最主要的原因就是地理空間信息的連續(xù)性，為此首先應(yīng)將爭議區(qū)域內(nèi)的邊界信息離散化。針對陸地邊界的特殊情況，鑒于六角格描述的方向較多、鄰近分析簡便等特性，本文選擇了六角格作為信息離散化的基本圖形。以此為基礎(chǔ)，通過對陸地邊界區(qū)域的分析，構(gòu)建基于六角格的陸地邊界環(huán)境模型。該模型首先將陸地邊界區(qū)域進行六角格剖分，然后整理區(qū)域內(nèi)的信息類型，將重要信息按照某種規(guī)則映射到剖分后的每一個六角格單元內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，模型提供相關(guān)的分析功能，不僅能夠使邊界信息離散化，而且為進一步分析與評價，尤其是劃界方案線的擬定奠定了基礎(chǔ)。以該模型為基礎(chǔ)，劃界方案線就是若干六角格單元中心點的連接線，如圖1所示。

圖1　初始方案線輔助生成問題分析圖

2綜合評價指標體系構(gòu)建與處理

劃界條件不同，在六角格陸地邊界環(huán)境模型基礎(chǔ)上生成的劃界方案線就不同。對于不同的劃界方案線，到底哪條對我方更有利需要構(gòu)建統(tǒng)一的綜合評價指標體系判斷其優(yōu)劣性。

2.1　構(gòu)建原則

劃界評價指標層次結(jié)構(gòu)的建立，應(yīng)兼顧以下原則[2-3]：

1)應(yīng)能反映劃界區(qū)域?qū)嶋H。所選取的指標應(yīng)真實反映爭議區(qū)的自然社會狀況，其對劃界的影響程度并兼顧當?shù)氐倪M展情況。

2)應(yīng)區(qū)分出影響因素主次。各因素對劃界的影響和作用不同，建立劃界評價指標層次結(jié)構(gòu)時要分清主次，進而提高評價工作的效率。

3)應(yīng)具有可操作性。各劃界評價指標不僅要簡單明確，還應(yīng)該能夠方便地從已有的劃界研究成果中獲取，具有一定的可操作性。

2.2　指標的選取與構(gòu)建

影響劃界評價的數(shù)據(jù)信息極為復(fù)雜，為了將這些數(shù)據(jù)信息集成為一個有序的數(shù)據(jù)集合體，便于管理和使用，就需要對這些信息進行分層，建立一個合理的因素指標層次結(jié)構(gòu)，這也是層次分析法的主要體現(xiàn)之處。通過對劃界影響因素的分析，結(jié)合上述評價原則，分析已有的專題資源成果，并參考地學(xué)和社會學(xué)方面有關(guān)環(huán)境、社會發(fā)展、區(qū)域重要性等方面的評價指標研究情況，將資源分配綜合評價指標劃分為自然資源因素、社會資源因素和預(yù)期效果三大類，各大類又細分若干小類，其層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　方案線資源綜合評價指標體系

自然資源因素：自然資源包括土地面積、礦產(chǎn)資源、水文資源、生物資源、旅游資源5類有代表性的資源。其中，土地資源潛力綜合了土地利用現(xiàn)狀、土地資源潛力兩方面的內(nèi)容；礦產(chǎn)主要是統(tǒng)計各種礦藏種類、成礦特征、數(shù)量和分布的基礎(chǔ)上，綜合產(chǎn)能和潛力而形成的綜合分類評價[4-7]。

人文資源因素：主要選取人口資源狀況、經(jīng)濟發(fā)展情況、交通狀況、社會穩(wěn)定等影響社會經(jīng)濟評定的因素作為人文資源的內(nèi)容[8-9]。

預(yù)期效果：主要是將專家的分析能力因素考慮在內(nèi)，通過專家的決策，彌補計算機分析能力的不足。主要選取了戰(zhàn)略意義評價、持續(xù)發(fā)展能力、安全影響評價、對方可接受度、管理難易度5個指標。

2.3　指標的處理

對于優(yōu)選得來的各項指標，它們之間存在不可公度性和矛盾性。為了消除這些差異對評價結(jié)果的影響，應(yīng)該對這些指標對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行處理。其中，指標對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型不同，具體的處理方式也不相同。

2.3.1　定量指標的同量化處理

定量指標是指能夠用準確的數(shù)據(jù)衡量的指標，如人口總量、礦產(chǎn)總量等。對于這類指標，由于各指標的量綱、數(shù)量級不同，若不轉(zhuǎn)化成同一量綱的數(shù)值，就無法進行綜合評價。對于此類指標應(yīng)該首先進行同量化處理[10-12]。同量化處理的方法是設(shè)計合理的準則，利用一定的數(shù)學(xué)變換，把量綱、性質(zhì)各異的指標值轉(zhuǎn)化為可綜合處理的量化值，通常情況下是將各指標值統(tǒng)一變換至0~1或0~10之間。

假設(shè)評價指標為xj(j=1,2,…,m)，其對應(yīng)的觀測值為{xij|i=1,2,…,n;j=1,2,…,m}。利用極值處理方法可對指標觀測值進行如下轉(zhuǎn)換：

式中，Mj=Max{xij},mj=Min{xij}。

2.3.2　定性指標的分級與賦值

定性指標是指不能用數(shù)量準確衡量或描述的指標，如礦產(chǎn)資源的質(zhì)量、管理的難易程度等。對于這類指標要在分析和研究的基礎(chǔ)上，通過專家進行綜合評定，首先擬定綜合評價指標的量化標準，再確定隸屬登記，最后調(diào)整分級次序，為指標設(shè)定對應(yīng)的量化數(shù)值。表1是方案線綜合評價的指標分級量化表。

3方案線資源分配評價內(nèi)容

在確定了綜合評價指標體系并對其進行了處理之后，便可進行具體的評價。在此對于劃界方案線的劃分結(jié)果，從定量評價和綜合評價兩方面對其進行分析。

表1　資源分配分級量化表

注：其他定性指標的量化標準，可以根據(jù)其所屬的領(lǐng)域知識和專家知識設(shè)定。

3.1　基于六角格的資源分配定量評價

基于六角格的方案線定量評價是指將一條或多條方案線下劃界雙方的重要信息量值統(tǒng)計出來并以統(tǒng)計表或圖的形式展示給決策者，使決策者自己從這些數(shù)據(jù)和圖表中發(fā)現(xiàn)信息。以往對方案線的定量評價是通過圖層疊加來實現(xiàn)信息統(tǒng)計的，數(shù)據(jù)處理方式雖簡單但不夠靈活，不適合于基于六角格的陸地邊界環(huán)境模型。而本文提出的基于六角格的方案線定量評價方法彌補了這一缺點，其首先在六角格陸地邊界環(huán)境模型基礎(chǔ)上確定方案線的位置，并對爭議區(qū)域進行分割，明確甲乙雙方所屬區(qū)域以及甲乙雙方所占有的六角格單元，然后選定需要評價的資源類型及對應(yīng)的資源屬性項，統(tǒng)計并評價甲乙雙方格網(wǎng)內(nèi)的面積及資源屬性值。最后，將分析評價后的結(jié)果以圖形或列表方式進行展示。它能夠根據(jù)模型詳略程度變化，實時計算出對方案線的評價結(jié)果。具體實現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3　方案線的資源分配定量評價流程

3.2　基于熵權(quán)_AHP的資源分配綜合評價

在資源分配定量評價基礎(chǔ)上，可以進一步了解方案線的資源分配情況，在此本文提出了基于熵權(quán)_AHP的資源分配模糊綜合評價模型[13-14]。該評價方法是將熵權(quán)_AHP模糊綜合評價方法應(yīng)用于資源分配中，進而得到一條或多條方案線的資源分配綜合結(jié)果。相較于其他評價方法，該方法的具體實現(xiàn)流程如圖4所示。

1)構(gòu)建資源分配綜合評價指標體系。

2)建立資源分配評價指標因素集U={U1,U2,…,Un}，其中指標因素i還可以細分為m個子因素集Ui={Ui1,Ui2,…,Uim}。

3)建立評語集，用V={V1,V2,…,Vk}表示。在本模型中，k=5，表示資源分配綜合評價的評語集為V={占區(qū)域總體資源很少，占區(qū)域總體資源較少，占區(qū)域總體資源持平，占區(qū)域總體資源較多，占區(qū)域總體資源很多}。

4)通過定性評價指標分級與賦值方法為定性評價指標賦值；通過六角格陸地邊界環(huán)境模型提取方案線兩側(cè)甲乙雙方的六角格單元信息，參照定量評價指標的同量化處理方法為定量評價指標賦值。

5)利用資源分配綜合評價指標值及評語集，得到單因素模糊評估矩陣Ri。

其中：m為評價指標集Ui中的元素個數(shù)，n為評價集V中的元素個數(shù)。

6)利用層次分析法計算資源分配綜合評價體系中各指標的主觀權(quán)重，記為w′。

7)利用熵權(quán)法計算資源分配綜合評價體系中各指標的客觀權(quán)重，記為wj″。

8)確定評價指標的組合權(quán)重，記作wj，其中

9)根據(jù)模糊理論，運用模糊矩陣的合成運算B=W×R，得到方案線的綜合評價值并根據(jù)隸屬度原則Bk=max(b1,b2,…,bm)，確定初始方案線所屬的資源分配等級Vk。當有多條方案線進行綜合評價時，可通過比較其綜合評價值，達到方案線優(yōu)選的目的。

4實驗驗證

前面介紹了資源分配定量統(tǒng)計與評價及基于熵權(quán)_AHP的資源分配模糊綜合評價的具體實現(xiàn)過程，下面通過具體實例來驗證方法的有效性。

4.1　資源分配定量評價實例

首先，對于某爭議區(qū)域Q，構(gòu)建基于六角格的三層陸地邊界環(huán)境模型。在此基礎(chǔ)上，按照面積比為1∶1，資源分配類型為礦產(chǎn)資源型，生成方案線得到如圖5的劃界結(jié)果。

圖5　某初始方案線生成略圖

對于該方案線進行資源分配定量評價，雙方各項指標的量值對比情況如圖6所示，多條方案線的定量評價結(jié)果類似。

圖6　某方案線資源分配定量評價結(jié)果圖

4.2　資源分配綜合評價實例

在定量評價基礎(chǔ)上，可以對若干條方案線進行綜合評價。按照以上綜合評價流程，首先利用層次分析法，確定評價指標的主觀權(quán)重w′。將準則層各指標兩兩比較，確定相對重要性并賦值，構(gòu)建準則層相對于目標層的權(quán)重判斷矩陣

構(gòu)建指標層相對于準則層的權(quán)重判斷矩陣，分別為

于是可得到各指標項對應(yīng)的主觀權(quán)重，如表2所示。

表2　資源分配綜合評價指標主觀權(quán)重

確定評價指標的客觀權(quán)重w″。不同的初始方案線，對區(qū)域的劃分結(jié)果不同，假設(shè)有3條方案線，對應(yīng)著3種不同的資源分配結(jié)果，將其各指標對應(yīng)的值歸一化處理得到表3的結(jié)果。

表3　資源分配綜合評價指標歸一化結(jié)果

表4　綜合評價指標主、客觀及綜合權(quán)重

根據(jù)組合權(quán)重值和模糊評估矩陣求得各方案線的綜合評價結(jié)果為

B=W·R(0.754 2，0.701 6，0.213 6).

由此可知，方案線1的資源分配結(jié)果占區(qū)域總體資源最多是最佳方案線，其次為方案線2，最差為方案線3。

5結(jié)束語

針對陸地邊界劃界的實際情況，本文提出了基于六角格的資源分配評價方法。該方法具體包括基于六角格的資源分配定量評價和基于六角格的熵權(quán)_AHP模糊綜合評價兩部分內(nèi)容。其中，基于六角格的資源分配定量評價對劃界方案線兩側(cè)的資源分配情況進行了定量統(tǒng)計，使得決策者對方案線下各資源分配情況有了詳細的了解?；诹歉竦撵貦?quán)_AHP模糊綜合評價是在六角格陸地邊界環(huán)境模型基礎(chǔ)上，以模糊綜合評價法為主線，將AHP法與熵權(quán)法相結(jié)合，對劃界方案線的資源分配結(jié)果得出一個綜合評判?？傊@兩種方法克服了以往方案線分析與評價中存在的諸多問題，從定量和定性兩方面得出劃界方案線的資源分配結(jié)果，為多條方案線的評價與優(yōu)選提供了工具。

參考文獻：

[1]劉合輝．陸地邊界劃界談判決策支持系統(tǒng)的研究與實踐[D]．鄭州：信息工程大學(xué)，2011．

[2]ZHAO Y Z,ZOU X Y,CHENG H,etal.Assessing the ecological security of the Tibetan Plateau:Methodology and a case study for LhazeCountry[J].Journal of EnvirionmentalManagement,2006,80(2)：120-131.

[3]徐靜，顧留碗，張耀民，等.規(guī)則格網(wǎng)DEM地形綜合方法分析[J].測繪工程，2014,23(9)：26-31.

[4]簡樸．一種多目標綜合評價模型及其應(yīng)用[D]．廣州：暨南大學(xué)，2004．

[5]李楠．區(qū)域礦產(chǎn)資源GIS評價關(guān)鍵算法研究[D]．北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2011．

[6]張明燕．礦產(chǎn)資源規(guī)劃環(huán)境影響評價方法與政策研究[D]．北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2006．

[7]黃庭．基于多目標優(yōu)化的礦產(chǎn)資源經(jīng)濟評價模型及其實證研究[D]．武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2009．

[8]李艷.礦產(chǎn)資源經(jīng)濟評價系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用[D]．沈陽：東北大學(xué)，2005．

[9]賈艷紅．基于格網(wǎng)GIS的生態(tài)安全評價研究—以甘肅牧區(qū)草原生態(tài)安全評價為例[D]．蘭州：西北師范大學(xué)，2005．

[10]XU Z S,DA Q L.The uncertain OWA operator international Jamal of Intelligent Systems[J],2002(17):569-575.

[11]J.Ma,z.p.Fan AndL.H.Huang.A subjective and objective intergrated approach to determine attribute weights[J].European J.Oper.S.1999(112):397-404.

[12]DAS S K,GOSWAMI A,ALAM S S.Mutiobjective transportation problem with interval cost,source and destination parameters.European Journal of Operational Research,1999,94:100-112.

[13]郝少峰，方源敏，楊建文，等.基于熵權(quán)法的組合模型在滑坡變形預(yù)測中的應(yīng)用[J].測繪工程，2014,23(7)：62-64.

[14]王睿,方潔，張可，等．基于熵權(quán)和AHP的電能質(zhì)量模糊綜合評估[J]．電測與儀表，2007，44(11)：21-26．

[責(zé)任編輯：劉文霞]

Evaluation method for resource distribution of demarcation line based on hexagon

WU Li-li1,XU Qing2,HUA Yi-xin2

(1.College of Navigation & Aerospace Engineering,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China;2.College of Geographic Information,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China)

Abstract：For the problems such that the hierarchy is poor,the level of detail is not high,the target of the evaluation model is not strong and the weighting methods are too subjective and other serious problems exist in the traditional borderland demarcationevaluation,the paper puts forward a method of evaluation method for the resource distribution of demarcation line based on the hexagon.This method is based on the hexagon land boundary environment model,including two parts of the quantitative evaluation and comprehensive evaluation.Among them,the quantitativeevaluation mainly shows the resource distribution results on both sides of the demarcation line in the way of statistical charts；the comprehensive evaluation selects the fuzzy comprehensive evaluation method based on entropyAHP which can draw the priority order qualitatively.Through the experiment,it proves the feasibility and validity of these two methods,which can be a good solution to the land border demarcation line evaluation problem,and help decision-makers choose the best demarcation line.

Key words：borderland；demarcation line;hexagon;resourcedistribution；evaluation

作者簡介：武麗麗(1984-)，女，講師，博士.

基金項目：國家科技支撐計劃資助項目(2012BAK12B00)

收稿日期：2014-10-11

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2015)12-0062-06