基于粗糙集与层次分析法集成的矿山地质环境影响综合评判
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250
Communication Field 交流园地
2019 年 10 月下
基于粗糙集与层次分析法集成的矿山地质环境影响综合评判
马海越 1，张小龙 2
（1. 华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山 063200；2. 蔚县教育和体育局，河北 张家口 075700）
摘 要 ： 文章以山西省大同市某煤矿为研究对象，选取其中的一些区域，对其可能存在的地质灾害、地形地貌景观、土地资源 以及水环境问题进行分析，通过粗糙集与层次分析法集成获得组合权重最优解，最终得到矿山中这些区域的地质环境问题严重程 度的排序，从而为矿山区域环境治理先后顺序提供参考。
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1.3 确定组合权重 第一步计算每个基础指标的权重，第二步计算前一层每
个指标的权重，依次类推。由组合权重最优解模型。
（1）
（2）
式中，0 ≤ μ ≤ 1。设 ωsi 为主观权重，ω0i 为客观权重， ωi 是两者的组合权重。
表 1 初始信息系统
abcdefghijk u1 4 2 4 2 1 4 2 4 4 3 4 u2 2 3 4 3 4 2 3 4 4 3 2 u3 2 3 4 3 4 2 3 4 4 2 2 u4 3 2 2 1 2 3 1 2 2 1 3 u5 4 2 3 2 1 4 2 3 3 3 4 u6 1 4 2 3 3 1 3 2 2 2 1 u7 2 2 3 2 1 2 2 3 3 3 2 u8 3 4 2 1 2 3 1 2 2 1 3 u9 1 4 2 3 2 1 3 2 2 2 1
1 综合评判 1.1 层次分析法建立矿山地质环境评价指标体系
根据本矿山的地质特征，查阅了相关文献，征求了相关 专家的意见之后，确定了影响本矿山地质环境主要因素，使 用层次分析法建立矿山地质环境评价指标体系，如图 1 所示。
图 1 层次分析图
1.2 粗糙集对指标体系的简化 1） 信 息 系 统 的 属 性 集 合 为 图 1 中 所 有 二 级 指 标， 即
关 键 词 ： 粗糙集；层次分析法；矿山治理；综合评判
中图分类号：X820.3
文献标志码：A
文章编号：1672-3872（2019）20-0250-02
近几年来采矿活动日趋频繁，矿区及其附近地区的地质 环境遭到了不同程度的破坏，为有效保护和治理矿山地质环 境，尽量减少采矿活动带来的不利影响，实现矿山可持续发展， 使矿山企业充分履行保护与综合环境治理矿山地质环境工作 中的义务，并对矿山所选区域地质环境中的问题的严重程度 排序，将其划分为重点、次重点与一般防治区，为矿山企业 开展区域环境治理提供参考 。 [1-3]
3) 由 S 的分明函数 FM(S) 可以求得 A 的约简 R={a，b，e，g，i， j}，表 1 可以约简，如表 2 所示，相应的一、二级指标集合为 {A1， A2，A3，A4}={{a，b}，{e}，{g}，{i，j}}。
表 2 约简后的信息系统
a
b
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1
组合
0.6236 0.3764 0.6324 0.3676 1
1
1.4 对象评价 由表 3、表 4 可知，在相应指标下每个对象的取值，分别
用 ω（Aj）与 ω（aji）表示约简后一、二级指标各组合权重， 该对象在属性 aji 下的取值为 Fij，可由以下公式得出每个对象 的评价值。
（5）
计算值分别为 2.970115、3.098266、2.871066、1.930629、 2.766715、2.246856、2.304752、2.209466、2.121008，排序 为 u2、u1、u3、u5、u7、u6、u8、u9、u4，即采空区、古采空区、 采空区、露天采场、地下采场、露天采场、排土场、厂房及 办公区、禁采区。可将文章选取的 9 个区域分为重点防治区（采 空区与古采空区）、次重点防治区（露天采场与地下采场）、 一般防治区（排土场、厂房及办公区和禁采区）。
A={a，b，…j，k}。为方便处理，选取本矿区中最有代表性的 9 个矿产资源规划区（1 个古采空区 u1，2 个采空区 u2、u3， 1 个禁采区 u4，2 个露天采场 u5、u6，1 个地下采场 u7，1 个排 土场 u8，1 个厂房及办公区 u9），即 U= {u1，u2，…，u9}，用“影 响严重，影响较重，影响中等，影响较轻”4 个等级来衡量评 价结果即评估中对每个二级指标相对应的属性值，分别用数 值 4、3、2、1 来表示，构建一个信息系统 S，如表 1 所示。
y 中的一个，相关列删除后，使原始信息系统得到初步简 —————————————— 作者简介：马海越（1994—），男，河北张家口人，硕士，研究方向：
安全管理与评价。
化，指标体系相应减少，最后可以保留的二级指标为 a，b，e， g，i，j。
2）对信息系统 S=（U，A，V，f），若所评价对象属性 x、 y ∈ A 的值相同，意味着 x、y 分辨能力相同，只需保留 x、y 中一个。
2 结论 1）将矿山内选取的各区域在得到的综合评价模型后，划
分为重点、次重点、一般防治区，以此为恢复和治理矿山的
地质环境提供参考 [4]。 2）针对各级防治区内存在的地质环境问题，建议矿山企
0.2 0.1990
A3 0.2090
0.2 0.2034
A4 0.2712
0.2 0.2272
2019 年 10 月下
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表 4 二级指标权重
a
b
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g
i
j
层次分析法 0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
粗糙集方法 0.7
0.3 0.7143 0.2857 1
（3）
在可行域 Ω 上，此最优化模型有唯一解：
（4） 公式（4）中 μ=0.382 即黄金分割数，μ 为主观权重与 客观权重系数比，进而得到一、二级指标主客观权重与组合 权重。计算结果如表 3、表 4 所示。
表 3 一级指标权重
层次分析法 粗糙集方法
组合
A1 0.3225
0.4 0.3704
A2 0.1973
Communication Field 交流园地
2019 年 10 月下
基于粗糙集与层次分析法集成的矿山地质环境影响综合评判
马海越 1，张小龙 2
（1. 华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山 063200；2. 蔚县教育和体育局，河北 张家口 075700）
摘 要 ： 文章以山西省大同市某煤矿为研究对象，选取其中的一些区域，对其可能存在的地质灾害、地形地貌景观、土地资源 以及水环境问题进行分析，通过粗糙集与层次分析法集成获得组合权重最优解，最终得到矿山中这些区域的地质环境问题严重程 度的排序，从而为矿山区域环境治理先后顺序提供参考。
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1.3 确定组合权重 第一步计算每个基础指标的权重，第二步计算前一层每
个指标的权重，依次类推。由组合权重最优解模型。
（1）
（2）
式中，0 ≤ μ ≤ 1。设 ωsi 为主观权重，ω0i 为客观权重， ωi 是两者的组合权重。
表 1 初始信息系统
abcdefghijk u1 4 2 4 2 1 4 2 4 4 3 4 u2 2 3 4 3 4 2 3 4 4 3 2 u3 2 3 4 3 4 2 3 4 4 2 2 u4 3 2 2 1 2 3 1 2 2 1 3 u5 4 2 3 2 1 4 2 3 3 3 4 u6 1 4 2 3 3 1 3 2 2 2 1 u7 2 2 3 2 1 2 2 3 3 3 2 u8 3 4 2 1 2 3 1 2 2 1 3 u9 1 4 2 3 2 1 3 2 2 2 1
1 综合评判 1.1 层次分析法建立矿山地质环境评价指标体系
根据本矿山的地质特征，查阅了相关文献，征求了相关 专家的意见之后，确定了影响本矿山地质环境主要因素，使 用层次分析法建立矿山地质环境评价指标体系，如图 1 所示。
图 1 层次分析图
1.2 粗糙集对指标体系的简化 1） 信 息 系 统 的 属 性 集 合 为 图 1 中 所 有 二 级 指 标， 即
关 键 词 ： 粗糙集；层次分析法；矿山治理；综合评判
中图分类号：X820.3
文献标志码：A
文章编号：1672-3872（2019）20-0250-02
近几年来采矿活动日趋频繁，矿区及其附近地区的地质 环境遭到了不同程度的破坏，为有效保护和治理矿山地质环 境，尽量减少采矿活动带来的不利影响，实现矿山可持续发展， 使矿山企业充分履行保护与综合环境治理矿山地质环境工作 中的义务，并对矿山所选区域地质环境中的问题的严重程度 排序，将其划分为重点、次重点与一般防治区，为矿山企业 开展区域环境治理提供参考 。 [1-3]
3) 由 S 的分明函数 FM(S) 可以求得 A 的约简 R={a，b，e，g，i， j}，表 1 可以约简，如表 2 所示，相应的一、二级指标集合为 {A1， A2，A3，A4}={{a，b}，{e}，{g}，{i，j}}。
表 2 约简后的信息系统
a
b
e
g
i
j
u1
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组合
0.6236 0.3764 0.6324 0.3676 1
1
1.4 对象评价 由表 3、表 4 可知，在相应指标下每个对象的取值，分别
用 ω（Aj）与 ω（aji）表示约简后一、二级指标各组合权重， 该对象在属性 aji 下的取值为 Fij，可由以下公式得出每个对象 的评价值。
（5）
计算值分别为 2.970115、3.098266、2.871066、1.930629、 2.766715、2.246856、2.304752、2.209466、2.121008，排序 为 u2、u1、u3、u5、u7、u6、u8、u9、u4，即采空区、古采空区、 采空区、露天采场、地下采场、露天采场、排土场、厂房及 办公区、禁采区。可将文章选取的 9 个区域分为重点防治区（采 空区与古采空区）、次重点防治区（露天采场与地下采场）、 一般防治区（排土场、厂房及办公区和禁采区）。
A={a，b，…j，k}。为方便处理，选取本矿区中最有代表性的 9 个矿产资源规划区（1 个古采空区 u1，2 个采空区 u2、u3， 1 个禁采区 u4，2 个露天采场 u5、u6，1 个地下采场 u7，1 个排 土场 u8，1 个厂房及办公区 u9），即 U= {u1，u2，…，u9}，用“影 响严重，影响较重，影响中等，影响较轻”4 个等级来衡量评 价结果即评估中对每个二级指标相对应的属性值，分别用数 值 4、3、2、1 来表示，构建一个信息系统 S，如表 1 所示。
y 中的一个，相关列删除后，使原始信息系统得到初步简 —————————————— 作者简介：马海越（1994—），男，河北张家口人，硕士，研究方向：
安全管理与评价。
化，指标体系相应减少，最后可以保留的二级指标为 a，b，e， g，i，j。
2）对信息系统 S=（U，A，V，f），若所评价对象属性 x、 y ∈ A 的值相同，意味着 x、y 分辨能力相同，只需保留 x、y 中一个。
2 结论 1）将矿山内选取的各区域在得到的综合评价模型后，划
分为重点、次重点、一般防治区，以此为恢复和治理矿山的
地质环境提供参考 [4]。 2）针对各级防治区内存在的地质环境问题，建议矿山企
0.2 0.1990
A3 0.2090
0.2 0.2034
A4 0.2712
0.2 0.2272
2019 年 10 月下
251 交流园地 Communication Field
表 4 二级指标权重
a
b
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g
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j
层次分析法 0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
粗糙集方法 0.7
0.3 0.7143 0.2857 1
（3）
在可行域 Ω 上，此最优化模型有唯一解：
（4） 公式（4）中 μ=0.382 即黄金分割数，μ 为主观权重与 客观权重系数比，进而得到一、二级指标主客观权重与组合 权重。计算结果如表 3、表 4 所示。
表 3 一级指标权重
层次分析法 粗糙集方法
组合
A1 0.3225
0.4 0.3704
A2 0.1973