矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价
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构造了图 1 所示的层次分析结构模型 ,其中第一层 为总目标层 ,第二层为评价因素层 ,最后一层为各个 评价因素下的评价因子 。 4. 2 指标体系权值的确定
层次分析权值计算流程见图 2 所示[8 ,9 ] 。编译 层次分析法程序得到层次分析法软件界面如图 3 ,
再依次输入判断矩阵 ,程序将自动输出权值[10] 。
第 1 期 罗 娟等 :矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价
11
F11 F12 … F1 m
P( Fij ) =
F21
…
F22
…
… F2 m ……
Fm1 Fm2 … Fmm 其中 , Fij 表示 Fi 对 F j 的相对重要性数值 。同理可 构造判断矩阵 P ( S ij ) , 矩阵中各元素按 1 29 等比率 标度法取值 。为了使判断矩阵更趋合理性 , 可用特 尔菲法来征询专家的意见 。
平均随机一致性指标 ( R. I. ) 是多次重复进行
随机判断矩阵特征的计算之后取算术平均数而得到
的。
当 n > 2 时 , CR = ( C. I. / R. I. ) < 0. 1 时 ,认为 判断矩阵具有满意的一致性 ,此时权系数可求得 ,否 则需重新调整判断矩阵 。
4 指标体系权值的确定
4. 1 建立层次分析结构模型 通过以上矿山环境质量指标体系优化的结果 ,
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
12
安 全 与 环 境 工 程 第 12 卷
表 1 因素的权值
Table 1 The weight s of layer facto rs
一级指标 因子 wenku.baidu.com权重) 自然环境指标 (0. 4)
生态环境指标 (0. 4) 社会经济指标 (0. 2)
二级指标 因子 植被覆盖率 地表 (土壤 、岩石) 易侵蚀程度 地貌坡度 (分析指标) 固体废弃物面积 矿山发生灾害事件 矿山资源开发程度 地面变形破坏程度 大气污染程度 水污染程度 土壤污染程度 固体废弃物处理率 植物中重金属生物累积比率 有害元素潜在的危害程度 选矿回收率 对地区的工业化影响 对经济结构变化的影响
摘 要 : 根据矿山环境评价指标体系设计的原则 ,利用模糊数学理论的分级别的隶属度量化对初选的指标体系进 行优化 ,形成矿山环境质量评价指标体系 ,在此基础上运用层次分析法对指标权值进行确定 ,建立矿山环境质量评 价体系模型 ,此模型为矿山环境的评价与治理提供决策支持服务 。 关键词 : 矿山环境 ;评价指标 ;优化 ;层次分析法 中图分类号 : X820. 2 文献标识码 :A 文章编号 :167121556 (2005) 0120009204 3
指标体系的结构优化包括指标体系的完备性分 析 、指标体系的深度和出度分析 、指标体系的聚合分 析 、指标体系的网状结构分解 。指标体系采用树的 形式表示 ,因此我们可以借用图论的概念 (深度) 树 的层数 (出度) 结点包括的下级项目数 ,对指标体系 进行归并和分割 ,优化结果见图 1 所示 。
3 层次分析法 (A H P 法)
提出了应用模糊优化法进行多监测点环境质量评 价 ;2000 年 6 月 ,李桂荣 、王震 、张金山发表的“矿山 可持续发展的定量评价模型”的研究论文中 ,提出了 矿山可持续发展状况评价方法的定量评价模型[1] 。 迄今国内对矿山环境的描述性研究很多 ,但基本上 未进行矿山环境评价问题的专题研究 ,因此 ,综合考 虑矿山环境影响因子及其相互之间的定量关系 ,制 定矿山生态环境评价因子体系 ,建立其综合评价模 型 ,对矿山环境评价的研究具有重要意义 。
2 矿山环境指标体系的优化
矿山环境评价指标体系优化主要包括矿山环境 指标体系的测验和指标体系的结构优化[4 ,5 ] 。 2. 1 指标体系的测验
指标体系的测验分为整体检验和简单检验 :在 整体检验中要求指标体系整体的必要性 、一致性和
完备性 ;在单体检验中指标数值的准确性和合理性 是很重要的 。 2. 2 指标体系的结构优化
图 2 权值计算流程 Fig. 2 Flow chart of weight s calculation
图 3 A H P 法软件界面 Fig. 3 Interface of A H P met hodology
5 运算结果
通过建立判断矩阵 ,运用层次分析法软件 ,最后 得到各层因素的权值如表 1 所示 。
0 引 言
我国矿山众多 (国有矿山企业 7 600 多个 ,集体 矿山企业 7 800 多个 ,个体采矿点 12 万多个) ,我国 的工业原料 95 %以上来自矿产资源 ,矿业已成为我 们国家的重要基础产业 ,但是 ,矿业发展的同时也为 我们的环境带来了很大的污染 ,因此 ,对矿山环境的 研究也很迫切 。1994 年魏一鸣 、陈孝华 、陶建保发 表了“用层次分析法确定采矿方法数值决策的权系 数”一文 ,在文章中提出了在采矿方法模糊决策中用 层次分析法确定权系数的原理和方法 ;1994 年孙幅 德 、何建中在《模糊优化法与环境质量评价》一书中
判断矩阵为
图 1 指标体系框架 Fig. 1 The f rame of index system 注 :此指标体系中分析性指标利用模糊数学理论 ,用分级别的隶属度量化表示 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
则 P = ( P1 , P2 , …, Pn) T 为特征向量 。
(4) 判断矩阵最大特征值 :
∑ λmax =
( A P) i n Pi
其中 , ( A P) i 表示 A P 向量的第 i 个元素 。
(5) 判断矩阵的一致性检验 :
C. I. = (λmax - n) / ( n - 1)
其中 , n 为判断矩阵的阶数 。
从表 1 中各层因素的权值可以分析得到各因素 对矿山环境质量的重要程度 ,自然环境和生态环境 最重要 ,且重要程度相等 ,权值均为 0. 4 。在自然环 境中 ,植被覆盖率是最为重要的 ,权值为 0. 351662 ; 在生态环境中大气污染程度 、水污染程度 、土壤污染 程度同等重要 ,权值均为 0. 245553 ; 在社会经济指 标中 ,地区工业化影响和经济结构变化影响是同等 重要的 ,权值均为 0. 5 。总之在每一层因素中 ,权值 越大 ,代表其重要程度越高 。
10
安 全 与 环 境 工 程 第 12 卷
形成的 。自然因素包括地貌 、矿产类型 、矿山规模 等 ,是矿山环境形成的潜在或背景条件 ,而人为因素 在矿山环境中起到很大的作用 ,正是由于人们对矿 山资源的大量开发导致了环境的迅速恶化 。因此 , 对矿山环境质量的评价体系应综合考虑 ,既要考虑 自然因素 ,又要考虑社会人为因素 。同时矿山环境 指标的选取必须遵守区域特殊性 、系统协调性 、综合 性 、层次性 、目的性和可操作性原则 。下面运用指标 体系构建分析方法对指标体系进行指标因子的初 选[2 ,3 ] 。
第 20
12 05
卷 年
第 1 期 3 月
Saf
et
安全与环境
y and Enviro nmental
工程
En gi nee ri n g
Vol . 12 Mar.
No . 2 0 0
1 5
矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价
罗 娟 ,陈守余
(中国地质大学数学地质与遥感地质所 ,武汉 430074)
层次分析法是一种系统分析方法 ,可将一些重 要性不明确的因素加以条理化 ,并排出各因素间相 对重要的次序 ,使一些不能数量化的决策问题 ,可取 得较为理想的决策分析结果 。层次分析法计算的关 键是构造两两判别矩阵和计算出判断矩阵的最大的 特征根及其对应的特征向量[6 ,7 ] 。 3. 1 确定评价指标集
Abstract : The mine enviro nmental qualit y evaluatio n index system is formed o n t he basis of t he optimiza2 tio n of index system of p rimary electio n according to t he p rinciple of t he mine enviro nmental evaluatio n in2 dex system , and t he utilizatio n of t he hierarchical quantificatio n in f uzzy mat hematics t heory. Then t he Analytic Hierarchy Process is used to fix t he weight of t he index and establish t he system model of mine enviro nmental qualit y assessment , which offers t he decisio n support service for t he app raisal and adminis2 t ratio n of t he mine enviro nment . Key words : mine enviro nment ; assessment index ; optimizatio n ; A nalytic Hierarchy Process
3. 3 层次分析法权值的计算
(1) 计算判断矩阵每行元素的乘积 L i :
n
∏ L i =
Fij ( I = 1 , 2 , …, n)
j =1
(2) 计算 L i 的 N 次方根 :
Pi
=
1
(Li) n
( n 为 N 次方根)
(3) 对向量进行规范化处理 :
Pi =
Pi
n
∑Pi
i =1
1 矿山环境质量评价指标体系的初选
矿山环境是在自然因素和人为因素综合作用下
3 收稿日期 :2004209213 基金项目 :国土资源部专项项目资助 (编号 :30302408) 。 作者简介 :罗娟 (1980 —) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事多目标生态环境评价研究 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
矿山环境质量包括 : ①自然环境 ,即地貌坡度 、 地表 (土壤 、岩石) 易侵蚀程度 、水环境质量 、土壤环 境质量 、大气环境质量 、矿山环境土壤基线值 ; ②生 态环境 ,即土地污染程度 、固体废弃物处理率 、矿山 资源开发程度 、水质污染程度 、大气污染程度 、有害 元素潜在的危害程度 、选矿回收率 、地面变形破坏程 度 ; ③社会环境 ,即对地区的工业化影响 、对经济结 构变化的影响 。
设 F = { F1 , F2 , …, Fm } 是一个由 F 层评价指标 组成的指标集 ;对于 i = 1 , 2 , …, m , 设 S i = { S i1 , S i2 , …, S im } 是对应于 Fi ( i = 1 , 2 , …, m) 的评价因子 S 层组成的指标集 。 3. 2 构造判断矩阵
Mine Environmental Quality Evaluation Index System and Assessment of Analytic Hierarchy Process
L UO J uan ,C H EN Sho u2yu
( I nsti t ute of M at hem atical Geolog y & Rem ote S ensi n g , Chi na U ni versi t y of Geosciences , W uhan 430074 , Chi na)
层次分析权值计算流程见图 2 所示[8 ,9 ] 。编译 层次分析法程序得到层次分析法软件界面如图 3 ,
再依次输入判断矩阵 ,程序将自动输出权值[10] 。
第 1 期 罗 娟等 :矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价
11
F11 F12 … F1 m
P( Fij ) =
F21
…
F22
…
… F2 m ……
Fm1 Fm2 … Fmm 其中 , Fij 表示 Fi 对 F j 的相对重要性数值 。同理可 构造判断矩阵 P ( S ij ) , 矩阵中各元素按 1 29 等比率 标度法取值 。为了使判断矩阵更趋合理性 , 可用特 尔菲法来征询专家的意见 。
平均随机一致性指标 ( R. I. ) 是多次重复进行
随机判断矩阵特征的计算之后取算术平均数而得到
的。
当 n > 2 时 , CR = ( C. I. / R. I. ) < 0. 1 时 ,认为 判断矩阵具有满意的一致性 ,此时权系数可求得 ,否 则需重新调整判断矩阵 。
4 指标体系权值的确定
4. 1 建立层次分析结构模型 通过以上矿山环境质量指标体系优化的结果 ,
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
12
安 全 与 环 境 工 程 第 12 卷
表 1 因素的权值
Table 1 The weight s of layer facto rs
一级指标 因子 wenku.baidu.com权重) 自然环境指标 (0. 4)
生态环境指标 (0. 4) 社会经济指标 (0. 2)
二级指标 因子 植被覆盖率 地表 (土壤 、岩石) 易侵蚀程度 地貌坡度 (分析指标) 固体废弃物面积 矿山发生灾害事件 矿山资源开发程度 地面变形破坏程度 大气污染程度 水污染程度 土壤污染程度 固体废弃物处理率 植物中重金属生物累积比率 有害元素潜在的危害程度 选矿回收率 对地区的工业化影响 对经济结构变化的影响
摘 要 : 根据矿山环境评价指标体系设计的原则 ,利用模糊数学理论的分级别的隶属度量化对初选的指标体系进 行优化 ,形成矿山环境质量评价指标体系 ,在此基础上运用层次分析法对指标权值进行确定 ,建立矿山环境质量评 价体系模型 ,此模型为矿山环境的评价与治理提供决策支持服务 。 关键词 : 矿山环境 ;评价指标 ;优化 ;层次分析法 中图分类号 : X820. 2 文献标识码 :A 文章编号 :167121556 (2005) 0120009204 3
指标体系的结构优化包括指标体系的完备性分 析 、指标体系的深度和出度分析 、指标体系的聚合分 析 、指标体系的网状结构分解 。指标体系采用树的 形式表示 ,因此我们可以借用图论的概念 (深度) 树 的层数 (出度) 结点包括的下级项目数 ,对指标体系 进行归并和分割 ,优化结果见图 1 所示 。
3 层次分析法 (A H P 法)
提出了应用模糊优化法进行多监测点环境质量评 价 ;2000 年 6 月 ,李桂荣 、王震 、张金山发表的“矿山 可持续发展的定量评价模型”的研究论文中 ,提出了 矿山可持续发展状况评价方法的定量评价模型[1] 。 迄今国内对矿山环境的描述性研究很多 ,但基本上 未进行矿山环境评价问题的专题研究 ,因此 ,综合考 虑矿山环境影响因子及其相互之间的定量关系 ,制 定矿山生态环境评价因子体系 ,建立其综合评价模 型 ,对矿山环境评价的研究具有重要意义 。
2 矿山环境指标体系的优化
矿山环境评价指标体系优化主要包括矿山环境 指标体系的测验和指标体系的结构优化[4 ,5 ] 。 2. 1 指标体系的测验
指标体系的测验分为整体检验和简单检验 :在 整体检验中要求指标体系整体的必要性 、一致性和
完备性 ;在单体检验中指标数值的准确性和合理性 是很重要的 。 2. 2 指标体系的结构优化
图 2 权值计算流程 Fig. 2 Flow chart of weight s calculation
图 3 A H P 法软件界面 Fig. 3 Interface of A H P met hodology
5 运算结果
通过建立判断矩阵 ,运用层次分析法软件 ,最后 得到各层因素的权值如表 1 所示 。
0 引 言
我国矿山众多 (国有矿山企业 7 600 多个 ,集体 矿山企业 7 800 多个 ,个体采矿点 12 万多个) ,我国 的工业原料 95 %以上来自矿产资源 ,矿业已成为我 们国家的重要基础产业 ,但是 ,矿业发展的同时也为 我们的环境带来了很大的污染 ,因此 ,对矿山环境的 研究也很迫切 。1994 年魏一鸣 、陈孝华 、陶建保发 表了“用层次分析法确定采矿方法数值决策的权系 数”一文 ,在文章中提出了在采矿方法模糊决策中用 层次分析法确定权系数的原理和方法 ;1994 年孙幅 德 、何建中在《模糊优化法与环境质量评价》一书中
判断矩阵为
图 1 指标体系框架 Fig. 1 The f rame of index system 注 :此指标体系中分析性指标利用模糊数学理论 ,用分级别的隶属度量化表示 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
则 P = ( P1 , P2 , …, Pn) T 为特征向量 。
(4) 判断矩阵最大特征值 :
∑ λmax =
( A P) i n Pi
其中 , ( A P) i 表示 A P 向量的第 i 个元素 。
(5) 判断矩阵的一致性检验 :
C. I. = (λmax - n) / ( n - 1)
其中 , n 为判断矩阵的阶数 。
从表 1 中各层因素的权值可以分析得到各因素 对矿山环境质量的重要程度 ,自然环境和生态环境 最重要 ,且重要程度相等 ,权值均为 0. 4 。在自然环 境中 ,植被覆盖率是最为重要的 ,权值为 0. 351662 ; 在生态环境中大气污染程度 、水污染程度 、土壤污染 程度同等重要 ,权值均为 0. 245553 ; 在社会经济指 标中 ,地区工业化影响和经济结构变化影响是同等 重要的 ,权值均为 0. 5 。总之在每一层因素中 ,权值 越大 ,代表其重要程度越高 。
10
安 全 与 环 境 工 程 第 12 卷
形成的 。自然因素包括地貌 、矿产类型 、矿山规模 等 ,是矿山环境形成的潜在或背景条件 ,而人为因素 在矿山环境中起到很大的作用 ,正是由于人们对矿 山资源的大量开发导致了环境的迅速恶化 。因此 , 对矿山环境质量的评价体系应综合考虑 ,既要考虑 自然因素 ,又要考虑社会人为因素 。同时矿山环境 指标的选取必须遵守区域特殊性 、系统协调性 、综合 性 、层次性 、目的性和可操作性原则 。下面运用指标 体系构建分析方法对指标体系进行指标因子的初 选[2 ,3 ] 。
第 20
12 05
卷 年
第 1 期 3 月
Saf
et
安全与环境
y and Enviro nmental
工程
En gi nee ri n g
Vol . 12 Mar.
No . 2 0 0
1 5
矿山环境质量评价指标体系及层次分析法评价
罗 娟 ,陈守余
(中国地质大学数学地质与遥感地质所 ,武汉 430074)
层次分析法是一种系统分析方法 ,可将一些重 要性不明确的因素加以条理化 ,并排出各因素间相 对重要的次序 ,使一些不能数量化的决策问题 ,可取 得较为理想的决策分析结果 。层次分析法计算的关 键是构造两两判别矩阵和计算出判断矩阵的最大的 特征根及其对应的特征向量[6 ,7 ] 。 3. 1 确定评价指标集
Abstract : The mine enviro nmental qualit y evaluatio n index system is formed o n t he basis of t he optimiza2 tio n of index system of p rimary electio n according to t he p rinciple of t he mine enviro nmental evaluatio n in2 dex system , and t he utilizatio n of t he hierarchical quantificatio n in f uzzy mat hematics t heory. Then t he Analytic Hierarchy Process is used to fix t he weight of t he index and establish t he system model of mine enviro nmental qualit y assessment , which offers t he decisio n support service for t he app raisal and adminis2 t ratio n of t he mine enviro nment . Key words : mine enviro nment ; assessment index ; optimizatio n ; A nalytic Hierarchy Process
3. 3 层次分析法权值的计算
(1) 计算判断矩阵每行元素的乘积 L i :
n
∏ L i =
Fij ( I = 1 , 2 , …, n)
j =1
(2) 计算 L i 的 N 次方根 :
Pi
=
1
(Li) n
( n 为 N 次方根)
(3) 对向量进行规范化处理 :
Pi =
Pi
n
∑Pi
i =1
1 矿山环境质量评价指标体系的初选
矿山环境是在自然因素和人为因素综合作用下
3 收稿日期 :2004209213 基金项目 :国土资源部专项项目资助 (编号 :30302408) 。 作者简介 :罗娟 (1980 —) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事多目标生态环境评价研究 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
矿山环境质量包括 : ①自然环境 ,即地貌坡度 、 地表 (土壤 、岩石) 易侵蚀程度 、水环境质量 、土壤环 境质量 、大气环境质量 、矿山环境土壤基线值 ; ②生 态环境 ,即土地污染程度 、固体废弃物处理率 、矿山 资源开发程度 、水质污染程度 、大气污染程度 、有害 元素潜在的危害程度 、选矿回收率 、地面变形破坏程 度 ; ③社会环境 ,即对地区的工业化影响 、对经济结 构变化的影响 。
设 F = { F1 , F2 , …, Fm } 是一个由 F 层评价指标 组成的指标集 ;对于 i = 1 , 2 , …, m , 设 S i = { S i1 , S i2 , …, S im } 是对应于 Fi ( i = 1 , 2 , …, m) 的评价因子 S 层组成的指标集 。 3. 2 构造判断矩阵
Mine Environmental Quality Evaluation Index System and Assessment of Analytic Hierarchy Process
L UO J uan ,C H EN Sho u2yu
( I nsti t ute of M at hem atical Geolog y & Rem ote S ensi n g , Chi na U ni versi t y of Geosciences , W uhan 430074 , Chi na)