基于TOPSIS法的礦業(yè)遺跡綜合評價

賴 鵬，何政宇，郭 飛

(三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

礦業(yè)遺跡主要指礦產(chǎn)地質(zhì)遺跡和礦業(yè)生產(chǎn)過程中探、采、選、冶、加工等活動的遺物、遺址和史籍，并具備研究的價值，教育的功能，是游覽觀賞、科學(xué)考察的主要內(nèi)容[1]。它不僅是一種新興的旅游資源，更是一種珍貴的文化遺產(chǎn)。近年來，隨著我國礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦山環(huán)境狀況急劇惡化，礦山地質(zhì)災(zāi)害層出不窮，土地資源遭到破壞，水土環(huán)境污染加劇，礦山環(huán)境保護(hù)治理與生態(tài)恢復(fù)重建工作已刻不容緩[2]。

礦山公園是以展示礦業(yè)遺跡景觀為主體，體現(xiàn)礦業(yè)發(fā)展歷史內(nèi)涵,供人們游覽觀賞、科學(xué)考察的特定空間地域[3]。建設(shè)礦山公園是保護(hù)礦業(yè)遺跡的有效途徑，不僅可以治理礦山的生態(tài)環(huán)境，弘揚(yáng)我國的燦爛文化，還可以促進(jìn)資源枯竭或接近枯竭的礦業(yè)城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，對社會發(fā)展具有重要意義[4]。近年來，我國對于礦山公園的建設(shè)越來越重視，礦業(yè)遺跡的開發(fā)利用也初見成效。然而，我國尚未有完整的礦業(yè)遺跡資源調(diào)查和評價指標(biāo)供礦山公園規(guī)劃和建設(shè)時參考[5]。

礦業(yè)遺跡的調(diào)查和評價是礦山公園建設(shè)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)礦業(yè)遺跡的綜合評價主要有定性[6-7]與半定量評價兩種。在半定量評價中，主要采用的是層次分析法賦權(quán)的專家打分法(德爾菲法)[8-12]。按照不同規(guī)范對評價對象的不同指標(biāo)進(jìn)行專家打分，再將分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)求和以得到最終的得分，為工程建設(shè)提供指導(dǎo)，現(xiàn)已得到了較為廣泛的應(yīng)用，取得了較為良好的效果。此外，還有李小偉等[13]創(chuàng)新性地使用可拓學(xué)理論對礦業(yè)遺跡進(jìn)行相關(guān)評價，為礦業(yè)遺跡評價提供了一種新的思路和新的參考。目前采用的評價指標(biāo)多為主觀指標(biāo)，未來應(yīng)更多地采用客觀指標(biāo)。例如，礦山公園的修建等級應(yīng)與其礦業(yè)遺跡的規(guī)模相關(guān)，一般而言，越是大型的礦業(yè)遺跡越應(yīng)采用更高的礦山公園建設(shè)等級；此外，其建設(shè)等級還應(yīng)與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)狀況、城市人口等息息相關(guān)，經(jīng)濟(jì)狀況更好、人口更多的城市具備有更強(qiáng)的消費(fèi)潛力，故應(yīng)采用更高的礦山公園建設(shè)等級。但在礦業(yè)遺跡的半定量評價中，由于受客觀指標(biāo)量綱的影響，傳統(tǒng)的評價方法難以將客觀指標(biāo)與主觀指標(biāo)聯(lián)合起來進(jìn)行綜合評價，而需要對客觀指標(biāo)進(jìn)行一定人為轉(zhuǎn)化，這會使評價結(jié)果帶入更多的主觀色彩。

為了解決上述問題，提供一種可以將客觀指標(biāo)和主觀指標(biāo)聯(lián)合起來進(jìn)行相關(guān)評價的方法，此方法可對礦業(yè)遺跡半定量評價的方法進(jìn)行補(bǔ)充。本文采用TOPSIS法對應(yīng)城國家礦山公園展開綜合評價。為評判礦業(yè)遺跡的等級并進(jìn)行分類，在樣本總體中補(bǔ)充一部分分界樣本。通過比較礦業(yè)遺跡與分界樣本的相對排序判斷礦業(yè)遺跡的等級，從而最終確定應(yīng)城國家礦山公園的等級。需要說明的是，由于目前缺少客觀指標(biāo)及相關(guān)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，故本文依舊采用主觀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)評價。

1 基于組合賦權(quán)的TOPSIS法

TOPSIS法根據(jù)有限個評價對象與理想化目標(biāo)(正理想解或最優(yōu)方案和負(fù)理想解或最劣方案)的貼近程度，對現(xiàn)有評價對象進(jìn)行相對優(yōu)劣排序[14]。該方法可以消除不同數(shù)據(jù)量綱的影響，故在處理具有客觀數(shù)據(jù)的優(yōu)選問題上有巨大的優(yōu)勢。目前已在工程學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用，取得了不錯的效果。假設(shè)某評價體系中有n個評價對象，有m個評價指標(biāo)，其方法如下[15]。

1.1 構(gòu)建原始矩陣

(1)

其中，X為原始矩陣，元素xij為第i個評價對象在第j個指標(biāo)上評價值。

1.2 原始矩陣正向化

對于極小型(越大越差型)指標(biāo)：

yij=1/xij

(2)

其中，元素yij為第i個評價對象在第j個指標(biāo)上正向化后的評價值。

1.3 正向化矩陣規(guī)范化

(3)

其中，元素zij為第i個評價對象在第j個指標(biāo)上規(guī)范化后的評價值。

1.4 確定正理想解和負(fù)理想解

(4)

1.5 指標(biāo)權(quán)重確定

AHP(層次分析法)與熵權(quán)法分別考慮了專家對指標(biāo)的主觀判斷與指標(biāo)間的自身信息，本文主要采用熵權(quán)法的差異性系數(shù)對AHP權(quán)重進(jìn)行修正，得出優(yōu)化權(quán)重組合。由于AHP與熵權(quán)法已非常成熟，故不再贅述。給出其組合賦權(quán)計算公式如下[13]：

(5)

其中wj為組合權(quán)重，waj為AHP權(quán)重，wej為熵權(quán)法權(quán)重。

1.6 計算歐氏距離

(6)

1.7 計算貼近度li

(7)

按評價對象的貼近度li值進(jìn)行排序，貼近度li值越大，表示該對象越優(yōu)。

2 工程應(yīng)用

2.1 指標(biāo)體系及分界樣本

以應(yīng)城礦山公園為例，參照《中國國家礦山公園建設(shè)工作指南》，將礦業(yè)遺跡評價指標(biāo)分為資源價值和可開發(fā)利用價值兩類共8個指標(biāo)，見圖1，并將礦業(yè)遺跡分為四級，(一級)珍惜、(二級)重要、(三級)一般、(四級)不重要。參照應(yīng)城國家礦山公園礦業(yè)遺跡綜合考察報告[16]，給出其評價指標(biāo)的評審表，見表1。并根據(jù)評審表及報告中的評價規(guī)則，經(jīng)筆者研究后取一級至四級相鄰等級的中值作為分界樣本，用以區(qū)分珍惜-重要(x)、重要-一般(y)、一般-不重要(z)，見表2。若某礦業(yè)遺跡的貼近度li大于x分界樣本的li值，即li>lx，則該礦業(yè)遺跡的評價結(jié)果為一級(珍惜)；同理，若lx>li>ly，則該礦業(yè)遺跡的評價結(jié)果為二級(重要)；若ly>li>lz，則該礦業(yè)遺跡的評價結(jié)果為三級(一般)；若lz>li，則礦業(yè)遺跡的評價結(jié)果為四級(不重要)。

圖1 應(yīng)城國家礦山公園評價指標(biāo)體系

表1 評價指標(biāo)評審表

表2 分界樣本

2.2 礦業(yè)遺跡的指標(biāo)得分

為使評價結(jié)果科學(xué)客觀，選取了7位相關(guān)專家參與問卷調(diào)查，專家根據(jù)各礦業(yè)遺跡的具體情況，針對評價指標(biāo)體系按5個等級打分，求算術(shù)平均值，得到原始數(shù)據(jù)見表3。

表3 各礦業(yè)遺跡各指標(biāo)得分表

2.3 主客觀組合賦權(quán)

由AHP和熵權(quán)法求得相應(yīng)權(quán)重后[11]，再根據(jù)式(5)組合賦權(quán)獲得，見表4。

表4 主客觀組合賦權(quán)表

2.4 TOPSIS評價

按照式(1)，將表2和表3的數(shù)據(jù)構(gòu)建成11×8的原始矩陣。由于各指標(biāo)均為極大型(越大越好型)指標(biāo)，故不需要進(jìn)行正向化處理，直接根據(jù)式(3)(4)(6)(7)求得礦業(yè)遺跡和分界樣本的貼近度并以此評判礦業(yè)遺跡的等級，見表5、表6。建國初期的石膏礦硐遺跡(e)的貼近度le為0.915大于lx為0.896，故建國初期的石膏礦硐遺跡屬于稀有等級；江漢平原云應(yīng)盆地古近系鹽類礦床典型剖面等其余7個礦業(yè)遺跡的貼近度均處于lx=0.896與ly=0.434之間，故它們均屬于重要等級。

表5 礦業(yè)遺跡綜合評價表

表6 分界對象綜合評價表

2.5 結(jié)果分析

根據(jù)TOPSIS法得到的結(jié)果可知，應(yīng)城國家礦山公園礦業(yè)遺跡中，建國初期的石膏礦硐遺跡屬于一級(稀有)的程度；江漢平原云應(yīng)盆地古近系鹽類礦床典型剖面等其余7個礦業(yè)遺跡均屬于二級(重要)的程度，與綜合考察報告的結(jié)果一致。這不僅反映出TOPSIS法對礦業(yè)遺跡的評價結(jié)果正確、可靠，更進(jìn)一步說明該方法適用于礦業(yè)遺跡的半定量評價。根據(jù)《中國國家礦山公園建設(shè)工作指南》可知，在進(jìn)行礦山公園礦業(yè)遺跡綜合評價時，如果礦山公園中有一處礦業(yè)遺跡屬于稀有等級，那么該公園就可以申請國家級。由此，也反映出應(yīng)城國家礦山公園申報國家級的合理性。需要注意的是，江漢平原云應(yīng)盆地古近系鹽類礦床典型剖面(a)的貼近度la為0.893，極其接近分界樣本x的貼近度lx=0.896，說明該礦業(yè)遺跡趨于稀有與重要的臨界點(diǎn)，受權(quán)重和分界樣本的影響較大，故極有可能出現(xiàn)評級偏差?？梢圆捎脵z查和重新評價的方法，請專家再次進(jìn)行打分，以期獲取更為正確的評價等級。通過比較礦業(yè)遺跡貼近度與分界對象的相對大小，選出容易出現(xiàn)評級錯誤的礦業(yè)遺跡進(jìn)行重新評價，從而增加評價準(zhǔn)確性并減少評價的工作量。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié) 論

(1)給出了一種同時利用主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)并進(jìn)行相關(guān)半定量評價的方法，但由于目前評價體系中缺少客觀指標(biāo)及其數(shù)據(jù)，故在評價的過程中還未展示客觀指標(biāo)與主觀指標(biāo)聯(lián)合進(jìn)行評價的過程。

(2)利用TOPSIS法對應(yīng)城國家礦山公園礦業(yè)遺跡進(jìn)行了綜合評價，其評價結(jié)果與綜合考察報告結(jié)果一致，證明其方法在礦業(yè)遺跡的綜合評價中具有一定的適用性，可為礦業(yè)遺跡、地質(zhì)遺跡的綜合評價提供一種新的思路。

(3)應(yīng)城國家礦山公園應(yīng)屬于國家級，其成為國家級的原因是建國初期的石膏礦硐遺跡為珍惜等級。明晰了江漢平原云應(yīng)盆地古近系鹽類礦床典型剖面有極大可能出現(xiàn)評價偏差，可為后期對其針對性評價提供一定的決策輔助。

3.2 建 議

從上述評價過程中可以看出，分界樣本的選擇尤為關(guān)鍵，直接關(guān)系到礦業(yè)遺跡等級的評判結(jié)果。本文的分界樣本取指標(biāo)評審表中相鄰等級中值，但其普適性還有待進(jìn)一步研究證明，此外，分界樣本的最佳取值也有待進(jìn)一步去探尋。

目前，在礦業(yè)遺跡半定量評價中，多采用主觀指標(biāo)，在今后的礦業(yè)遺跡評價的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)更多地采用具備客觀數(shù)據(jù)的客觀指標(biāo)，客觀指標(biāo)的采取還有待進(jìn)一步研究；另外，主觀指標(biāo)的探索也有待進(jìn)一步的深入，因?yàn)榈V山公園的旅游價值除了與自身價值有關(guān)，還與當(dāng)?shù)氐奈幕滋N(yùn)(除礦業(yè)遺跡外)、美食、旅游業(yè)發(fā)展?fàn)顩r等有直接或間接關(guān)系，當(dāng)?shù)匚幕滋N(yùn)越燦爛、美食越有名、旅游業(yè)發(fā)展?fàn)顩r越好，則當(dāng)?shù)氐牡V山公園所具有的旅游價值越高。