CN102663507A - 一种城乡规划的地质生态敏感分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地质类因子进行定量化分区的方法，包括以下步骤：在目标区域内针对多个地质单因子进行调查测量，并将结果绘制成专题地图；将每个所述地质单因子用GIS矢量化，建立统一坐标系统，绘制每个所述地质单因子图；将每个所述地质单因子按照预设分级标准进行分级；采用层次分析法确定每个所述地质单因子的权重值；采用GIS将所述多个地质单因子进行互相叠加；对每个所述地质单因子加权平均得到地质类因子分析结果；采用强制正态分布法将所述地质类因子分析结果分类以完成地质类因子分析图，从而对目标区域进行定量化分区。根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法，可以更科学客观地分析研究土地的利用及规划。

Description

一种城乡规划的地质生态敏感分析方法

技术领域

本发明涉及环境科学和城市生态规划领域，特别是涉及利用地质类因子进行定量化分区的方法。

背景技术

地质类因子分析方法是城乡生态规划类因子分析方法中专门针对城乡地质环境的一种空间生态分析方法，用于城乡生态规划的空间分析。通过分析、研究和评价地质生态系统中地貌形态、地质构造、地质灾害、土壤类型等各项城乡地质特征要素，将具有影响对象区域地质条件及生态安全的几个主导因素赋权重值叠加，定量评价规划区范围内地质敏感性和脆弱性，从而找出对生态规划影响较大的因素，为生态适宜性分析和生态敏感性分析奠定基础。

目前代表性的地质条件评价方法主要有以下几类：

(1)模糊聚类法：模糊聚类法是一种基于统计多变量分析的标准分类方法。该方法表达的是一种相对的概念，所得到的结论主要是在什么程度上两个或多个事物属于或不属于一类。但是在计算时，需要对原始数据进行均匀化处理，对跨专业、跨学科的城乡生态规划则存在一定的限制条件。在多专业相结合的情况下，无法使各个专业更好的相互联系起来。

(2)模糊综合评判法：应用模糊综合评判原理与方法，构造模糊判断矩阵，通过模型运算和隶属度分析，对各区影响地质环境质量的各环境地质事件发育特征及危害程度进行评述。在城乡生态规划中，不能有效的通过直观方式来表达出来，并且不能很紧密的和其他相关要素密切相连。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以更加科学客观地分析研究土地的利用及规划的利用地质类因子进行定量化分区的方法。

根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法，包括以下步骤：步骤S100，在目标区域内针对多个地质单因子进行调查测量，并将结果绘制成专题地图；步骤S200，将每个所述地质单因子用GIS矢量化，建立统一坐标系统，绘制每个所述地质单因子图；步骤S300，将每个所述地质单因子按照预设分级标准进行分级；步骤S400，采用层次分析法确定每个所述地质单因子的权重值；步骤S500，采用GIS将所述多个地质单因子进行互相叠加；步骤S600，对每个所述地质单因子加权平均得到地质类因子分析结果；和步骤S700，采用强制正态分布法将所述地质类因子分析结果分类以完成地质类因子分析图，从而对目标区域进行定量化分区。

根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法，通过GIS将土地各方面的指标信息综合叠加，利用层次分析法建立数量化体系，定量化的针对目标区域的地质类因子进行分析，克服了城乡生态规划中地质类因子评价中存在的地质条件评价不全面和无法直接指导规划建设的缺陷，为城市安全和发展奠定基础。

另外，根据本发明上述实施例的用地质类因子进行定量化分区的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述多个地质单因子包括地貌形态、地质构造、土壤类型和地质灾害。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S200包括以下步骤：

步骤S201，将所述每个地质单因子矢量化，矢量图是连续不重叠的唯一面域，唯一面域是指矢量化的各要素相互连接但互不重叠，需满足以下条件

S1∪S2∪...∪Sn＝S

Si∩Sj＝0

S为每个地质单因子的范围，S1、S2、Si、Sj、Sn等是指每个地质单因子里面划分的多个小区域范围，n是小区域总数；和

步骤S202，建立统一坐标系统，对矢量化后的每个地质单因子图在GIS中定义投影、转换投影为高斯投影坐标系统绘制每个所述地质单因子图。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S400包括以下步骤：

步骤S401，所述多个地质单因子为n个，比较n个地质单因子yz＝(yz₁，yz₂，...yz_n)对目标zz(地质条件)的影响，从而确定它们在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij，用数字1～9及其倒数作为标度，按表1所示数量化每个地质单因子的重要值和影响性的区别得到权重值，

表1权重比较值

判断值	比较关系	强烈程度
			1	Yi＝Yj	相等
3	Yi＞∞Yj	Yi稍好于Yj
			5	Yi＞＞Yj	Yi明显好于Yj
7	Yi＞＞＞Yj	Yi比Yj好得多
			9	Yi＞Yj	Yi极端好于Yj
1/3	Yi＜Yj	Yi稍次于Yj

1/5	Yi＜＜Yj	Yi明显次于Yj
			1/7	Yi＜＜Yj	Yi比Yj次得多
1/9	Yi＜∞Yj	Yi绝对次于Yj

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间；

步骤S402，n个被比较的地质单因子构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.，显然，判断矩阵具有性质：

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0，

a_ij＝1(i，j＝1，2，...n)

步骤S403，权重系数计算，判断矩阵每一行的乘积Z_i；接着按

公式计算Z_i的n次方根W_i，对向量W_i＝[W₁，W₂...W_n]^T进行归一化计算，得到特征向量，

计算最大特征根 $\mathrm{\λ}\max ={\∑}_{i=1}^n\frac{\left(\mathrm{KW}\right)i}{\mathrm{nWi}}$

步骤S404，对得到的每个地质单因子权重值进行一致性检验，检验公式为CI＝(λmax-n)/(n-1)

步骤S405，获得各个地质单因子的权重结果wi的平均值，

$\mathrm{Wi}=\frac{{\∑}_{i=1}^m\mathrm{di}}{m}$ 且w1+w2+...+wn＝1

其中wi为一个地质单因子权重，m为计算权重的总数，di是该一个地质单因子的一个权重值。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S600中的加权平均的公式为：

Lt＝f1*w1+f2*w2+...+fn*wn

其中Lt是指地质类因子的数值，f1-fn是指每个地质单因子等级分类值，w1-wn是各地质单因子的权重值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化生态分区的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化生态分区的方法中将多个地质单因子进行互相叠加的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法。

如图1至图2所示，根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法，包括以下步骤：

步骤S100，在目标区域内针对多个地质单因子进行调查测量，并将结果绘制成专题地图。具体地说，收集目标区域的地质信息，进行调查、测量、分析，绘制成专题地图。信息内容应涵盖：地貌形态(地貌类型，高程，坡度)、地质构造(地层分布、断裂带分布)、土壤类型、地质灾害(崩塌、泥石流、滑坡、水土流失等)。

步骤S200，将每个所述地质单因子用GIS矢量化，建立统一坐标系统，绘制每个所述地质单因子图。

例如，选择地貌形态、地质构造、土壤类型和地质灾害四类中的主要地质单因子，将各地质单因子用GIS矢量化，建立统一的坐标系统，绘制地质单因子图。

具体而言，将各地质单因子矢量化，矢量图要求是连续不重叠的唯一面域。唯一面域是指矢量化的各要素相互连接但互不重叠。这是由于在城市规划中每块用地只对应于一种土地利用性质是所决定的。需满足以下条件

S1∪S2∪...∪Sn＝S

Si∩Sj＝0

其中，S为某单因子的范围，S1、S2、Si、Sj、Sn等是指某地质单因子里面划分的多个小区域范围，n是小区域总数。

然后，建立统一坐标系统，对矢量化后的地质单因子图统一在GIS中定义投影、转换投影为常用的高斯投影坐标系统。

步骤S300，将每个所述地质单因子按照预设分级标准进行分级。

对选取的各个地质单因子按照城市规划与建设敏感性和重要性划分等级。等级越低，敏感性越强，越不适宜城市建设；反之，等级越高，适宜建设性越强，越符合城市建设的要求。

步骤S400，采用层次分析法确定每个所述地质单因子的权重值。

具体地，多个地质单因子为n个，比较n个地质单因子yz＝(yz₁，yz₂，...yz_n)对目标zz(地质条件)的影响，从而确定它们在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij。用数字1～9及其倒数作为标度，按表1所示数量化不同地质单因子的重要值和影响性的区别得到权重值。

表1权重比较值

判断值	比较关系	强烈程度
			1	Yi＝Yj	相等
3	Yi＞∞Yj	Yi稍好于Yj
			5	Yi＞＞Yj	Yi明显好于Yj
7	Yi＞＞＞Yj	Yi比Yj好得多
			9	Yi＞Yj	Yi极端好于Yj
1/3	Yi＜Yj	Yi稍次于Yj
			1/5	Yi＜＜Yj	Yi明显次于Yj
1/7	Yi＜＜＜Yj	Yi比Yj次得多
			1/9	Yi＜∞Yj	Yi绝对次于Yj

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间。

n个被比较的元素构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.显然，判断矩阵具有性质：

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0，

a_ij＝1(i，j＝1，2，...n)

权重系数计算。判断矩阵每一行的乘积Z_i；接着按

公式计算Z_i的n次方根W_i。对向量W_i＝[W₁，W₂...W_n]^T进行归一化计算，得到特征向量。

计算最大特征根λmax： $\mathrm{\λ}\max ={\∑}_{i=1}^n\frac{\left(\mathrm{KW}\right)i}{\mathrm{nWi}}$

对得到的地质单因子权重值进行一致性检验。

为了检验判断矩阵的一致性问题，需计算一致性指标CI判断矩阵的一致性还具有随机性，这种随机一致性可用平均随机一致性指标RI表示，RI的值与矩阵的维数大小有关，相对一致性指标CR＝CI/RI。一般认为，当CR≤0.1时，判断矩阵基本符合完全一致性条件；当CR＞0.1时，所给出的判断矩阵是不符合完全一致性条件的，需要进行调整和修正。

CI＝(λmax-n)/(n-1)

通俗来讲，若地质单因子1对单因子2影响值a＞1(即单因子1比单因子2大)，单因子2对单因子3影响值b＞1，则逻辑上，单因子1对单因子3影响值肯定c＝ab＞1。但在构造成对比较矩阵时要求满足c＝ab是不可能的。因此退而要求成对比较矩阵有一定的一致性。如若c＜1，则结果不一致，得重新计算权重值。

获得各个地质单因子的权重结果w_i的平均值。

$\mathrm{Wi}=\frac{{\∑}_{i=1}^m\mathrm{di}}{m}$ 且w1+w2+...+wn＝1

其中wi为某一单因子权重，m为计算权重的总数，di是该地质单因子的某一个权重值。

步骤S500，采用GIS将所述多个地质单因子进行互相叠加。如图2所示，将各个地质单因子利用GIS地理信息技术相互合并叠加，叠加方式为输入的要素分别代表两个不同的单因子，输出的图层保留了两个单因子的所有特征。

步骤S600，对每个所述地质单因子加权平均得到地质类因子分析结果。

Lt＝f1*w1+f2*w2+...+fn*wn

其中Lt是指地质类因子的数值，f1-fn是指每个地质单因子等级分类值，w1-wn是各地质单因子的权重值。

步骤S700，采用强制正态分布法将所述地质类因子分析结果分类以完成地质类因子分析图，从而对目标区域进行定量化分区。

强制正态分布是根据正态分布原理，即俗称的“中间大、两头小”的分布规律，预先确定评价等级以及各等级在总数中所占的百分比，然后按照植物类因子的分析结果确定植物类因子的保护边界。

根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法，通过GIS将土地各方面的指标信息综合叠加，利用层次分析法建立数量化体系，定量化的针对目标区域的地质类因子进行分析，可以更加科学客观地分析研究土地的利用及规划，进而利用地质类因子对目标区域进行定量化生态分区，辅助确定目标区域建设用地的规划边界。通过应用本发明，克服了城乡生态规划中地质类因子评价中存在的地质条件评价不全面和无法直接指导规划建设的缺陷，为城市安全和发展奠定基础。

下面以北京市怀柔区为例来简述根据本发明实施例的利用地质类因子进行定量化分区的方法。

在收集地貌形态(地貌类型，高程，坡度)、地质构造(地层分布、断裂带分布)、土壤类型、地质灾害(崩塌、泥石流、滑坡、水土流失等)资料的基础上，选用了地貌类型、地表坡度、土壤类型、水土流失、地质灾害5个单因子，建立了每个单因子的评价标准。如地貌类型中花岗岩类中山、碳酸岩类中山、火山岩类中山、碎屑沉积岩类中山赋值为1，花岗岩类低山、碳酸岩类低山、火山岩类低山、碎屑沉积岩类低山赋值为2，火山岩类丘陵、赋值为3，山地河谷与沟谷、土质洪积扇、砾土洪积扇赋值为4，平原赋值为5。5表示该区地质条件良好，最适宜人类发展，参见表2。

表2地质类单因子一览表

采用层次分析法进行权重计算，结果见表3。通过地理信息系统进行空间分析叠加计算，求取评价结果。制定评价集的适宜分级，建构地质类因子评价区来反映各个地区地质生态环境的好坏。

表3地质类因子专家权重评价综合表

根据评价结果，大部分平原区和山区河谷处比较适宜人类居住。怀柔区东部山区及周围、河道及周围以及易发地质灾害区等级分较低，在1.5～2.5之间，较适宜自然而不适于人居，在地下水及地热资源较丰富的地区以及非地质灾害区，等级分较高，在4以上，比较适宜人居，如高丽营镇、南彩镇和李遂镇等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种利用地质类因子进行定量化分区的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，在目标区域内针对多个地质单因子进行调查测量，并将结果绘制成专题地图；

步骤S200，将每个所述地质单因子用GIS矢量化，建立统一坐标系统，绘制每个所述地质单因子图；

步骤S300，将每个所述地质单因子按照预设分级标准进行分级；

步骤S400，采用层次分析法确定每个所述地质单因子的权重值；

步骤S500，采用GIS将所述多个地质单因子进行互相叠加；

步骤S600，对每个所述地质单因子加权平均得到地质类因子分析结果；和

步骤S700，采用强制正态分布法将所述地质类因子分析结果分类以完成地质类因子分析图，从而对目标区域进行定量化分区。

2.根据权利要求1所述的利用地质类因子进行定量化分区的方法，其特征在于，所述多个地质单因子包括地貌形态、地质构造、土壤类型和地质灾害。

3.根据权利要求1所述的利用地质类因子进行定量化分区的方法，其特征在于，所述步骤S200包括以下步骤：

步骤S201，将所述每个地质单因子矢量化，矢量图是连续不重叠的唯一面域，唯一面域是指矢量化的各要素相互连接但互不重叠，需满足以下条件

S1∪S2∪...∪Sn＝S

Si∩Sj＝0

S为每个地质单因子的范围，S1、S2、Si、Sj、Sn等是指每个地质单因子里面划分的多个小区域范围，n是小区域总数；和

步骤S202，建立统一坐标系统，对矢量化后的每个地质单因子图在GIS中定义投影、转换投影为高斯投影坐标系统绘制每个所述地质单因子图。

4.根据权利要求1所述的利用地质类因子进行定量化分区的方法，其特征在于，所述步骤S400包括以下步骤：

步骤S401，所述多个地质单因子为n个，比较n个地质单因子yz＝(yz₁，yz₂，...yz_n)对目标zz(地质条件)的影响，从而确定它们在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij，用数字1～9及其倒数作为标度，按表1所示数量化每个地质单因子的重要值和影响性的区别得到权重值，

表1权重比较值

  判断值   比较关系   强烈程度

  1   Y_i＝Y_j   相等   3   Y_i＞∞Y_j   Y_i稍好于Y_j   5   Y_i＞＞Y_j   Y_i明显好于Y_j   7   Y_i＞＞＞Y_j   Y_i比Y_j好得多   9   Y_i＞Y_j   Y_i极端好于Y_j   1/3   Y_i＜Y_j   Y_i稍次于Y_j   1/5   Y_i＜＜Y_j   Y_i明显次于Y_j   1/7   Y_i＜＜＜Y_j   Y_i比Y_j次得多   1/9   Y_i＜∞Y_j   Y_i绝对次于Y_j

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间；

步骤S402，n个被比较的地质单因子构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.，显然，判断矩阵具有性质：

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0，

a_ij＝1(i，j＝1，2，...n)

步骤S403，权重系数计算，判断矩阵每一行的乘积Z_i；接着按

公式计算Z_i的n次方根W_i，对向量W_i＝[W₁，W₂...W_n]^T进行归一化计算，得到特征向量，

计算最大特征根 $\mathrm{\λ}\max ={\∑}_{i=1}^n\frac{\left(\mathrm{KW}\right)i}{\mathrm{nWi}}$

步骤S404，对得到的每个地质单因子权重值进行一致性检验，检验公式为CI＝(λmax-n)/(n-1)

步骤S405，获得各个地质单因子的权重结果wi的平均值，

$\mathrm{Wi}=\frac{{\∑}_{i=1}^m\mathrm{di}}{m}$ 且w1+w2+...+wn＝1

其中wi为一个地质单因子权重，m为计算权重的总数，di是该一个地质单因子的一个权重值。

5.根据权利要求1所述的利用地质类因子进行定量化分区的方法，其特征在于，所述步骤S600中的加权平均的公式为：

Lt＝f1*w1+f2*w2+...+fn*wn

其中Lt是指地质类因子的数值，f1-fn是指每个地质单因子等级分类值，w1-wn是各地质单因子的权重值。

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