基于模糊數(shù)學和改進層次的地下空間評價

朱恒華，劉婭楠，賈超*，王瑋，狄勝同，劉治政，楊霄，劉柏含，李虎，唐俊平

（1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，濟南 250013；2.中國地質(zhì)大學（武漢）環(huán)境學院，武漢 430074；3.山東大學 海洋研究院，山東 青島 266237；4.濟南軌道交通集團有限公司，濟南 250101)

1 引言

目前，關(guān)于地下空間適宜性的評價標準尚未達成共識。國內(nèi)外學者相繼采用層次分析法、綜合疊加法分析了地下空間適宜性的主要影響因素[1-2]，運用專家問卷調(diào)查法、熵權(quán)法等方法進行了大量的賦權(quán)研究[3-4]，建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、可拓法等數(shù)學模型[5-7]。總的來說，地下空間適宜性評價方法還處于完善階段，存在指標定權(quán)方法相對單一、評估結(jié)果不夠客觀等問題。

基于模糊數(shù)學和改進層次分析法建立數(shù)學模型，開展考慮地形地貌、水文地質(zhì)等綜合因素的地下空間適宜性評價研究，可以為地下空間的建設(shè)工程項目規(guī)劃選址、方案設(shè)計等提供理論依據(jù)，避免或減輕各種潛在的地質(zhì)災(zāi)害和工程活動導(dǎo)致的次生災(zāi)害所帶來的損失。

2 評價模型構(gòu)建

2.1 建立指標體系

從地形地貌、水文地質(zhì)條件等5個角度出發(fā)，共選取32個典型指標構(gòu)建適宜性評價指標體系[8-9]。將其適宜性程度劃分為優(yōu)秀、良好、中等和不適宜4個級別進行打分評價（見表1）。

表1 地下空間適宜性評價指標標準

2.2 確定指標權(quán)重

邀請地下空間研究領(lǐng)域的3名專家，運用改進層次分析法對各指標進行打分。構(gòu)造比較判斷矩陣，分別計算各指標相對于另一指標的權(quán)重值，并對結(jié)果進行一致性檢驗，確定不一致的允許范圍。最終得到各評價指標的權(quán)重值（見表2）。

表2 地下空間適宜性評價指標權(quán)重

2.3 模糊綜合評價

通過對各個指標進行評價量化分析，可以得到適宜性評價因素集到模糊評語集的模糊關(guān)系矩陣R。將建立的模糊關(guān)系矩陣R和權(quán)值分配集W相乘，根據(jù)模糊運算矩陣即可得到評價結(jié)果B，計算公式如下：

評價結(jié)果B中元素bj（j=1,2,…,n）表示第j個評價對象的綜合評價指數(shù)。參考地下空間適宜性評價現(xiàn)有研究成果，采用5級分類將評價結(jié)果分為：適宜、較適宜、中等適宜、較不適宜和不適宜5個等級。根據(jù)最大隸屬度原則判斷綜合評價指數(shù)，最終可以確定評價結(jié)果的等級[10-11]，實現(xiàn)對研究區(qū)域的模糊綜合評價。

3 適宜性評價

3.1 研究區(qū)概況

本文選取山東省新舊動能轉(zhuǎn)換先行區(qū)為研究對象，應(yīng)用評價模型對區(qū)域地下空間適宜性進行分析。研究區(qū)位于濟南市黃河北岸沖積平原地區(qū)，范圍涉及1區(qū)1縣的8個街道，規(guī)劃面積約733 km2，地下空間需求較為迫切（見圖1）。

圖1 研究區(qū)范圍圖示意圖

3.2 評價結(jié)果分析

利用Arc GIS軟件強大的分析計算功能，依據(jù)確定的權(quán)重將研究區(qū)的各個指標進行疊加計算，以3'×3'大小的網(wǎng)格單元繪制出區(qū)域城市地下空間開發(fā)利用適宜性評價圖，并對其適宜性進行分類劃分（見圖2）。

圖2 研究區(qū)地下空間適宜性評價圖

評價結(jié)果表明，研究區(qū)城市地下空間開發(fā)利用總體較為適宜。適宜區(qū)主要位于典型區(qū)北部，大多具有地形平坦、工程地質(zhì)條件良好等特點。不適宜區(qū)主要位于黃河沿岸和中南部濟陽煤礦采礦范圍，受河流流經(jīng)和采空塌陷影響較大。研究區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，較不適宜區(qū)多位于地表河流發(fā)育區(qū)和濟陽煤礦周邊區(qū)域。分析結(jié)果基本符合區(qū)域?qū)嶋H情況，模型構(gòu)建較為合理。

4 結(jié)論

1）結(jié)合國內(nèi)外地下空間適宜性評價研究現(xiàn)狀，從地形地貌、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、城市發(fā)展狀況5個方面出發(fā)，選取了32個評價指標進行建模分析。所選指標能夠較為全面、客觀地對地下空間進行分析，為地下空間適宜性提供評價標準。

2）基于模糊數(shù)學和改進層次分析法建立了地下空間適宜性評價模型，能夠客觀反映適宜性等級的模糊性和連續(xù)性，在很大程度上降低了主觀因素的影響。通過改進層次分析法和可信度檢驗，模型的可信度得到了提高，評價結(jié)果更科學、準確。

3）運用本文模型評價山東省新舊動能轉(zhuǎn)換先行區(qū)地下空間適宜性，通過Arc GIS平臺對評價結(jié)果進行可視化分析，所得結(jié)果基本符合實際，模型構(gòu)建較為合理，可以用于評估地下空間適宜性，能夠為地下工程建設(shè)提供一定的理論支撐。