土地适宜性的综合评判物元模型

Ξ土地适宜性的综合评判物元模型苏海民,　陈健飞(福建师范大学地理科学学院,福建福州　350007)摘要:耕地的适宜性评价是合理利用耕地的重要前提.采用物元模型进行土地适宜性评价,不仅克服了在评价过程中人为因素的影响,而且可对参评因子进行量化处理,提高了评价的精度.选取长乐市某区为例,应用物元模型对其耕地适宜性进行了评价,结果表明该样区土地适宜性等级为中等适宜,与实际情况相符.关键词:物元模型;综合评价;土地适宜性;耕地中图分类号:G 304.57 文献标识码:A 文章编号:100025854(2005)0120092204土地适宜性评价是获取土地质量状况的重要手段,是农业开发和土地利用规划中的一项重要基础工作.由于土地是多维因素的综合体,对其评价须经过从单因素的小综合到多因素的大综合,出现了用单因素评价物法得出以区域为单位的土地适宜性综合评语的问题[1].近年来用于土地适宜性评价的方法众多,如Fuzzy 综合评判法、经验指数和法、极限条件法等,但大都掺入了人为因素,影响了土地综合评价的准确性和精确性.鉴于此,笔者试将可拓工程和物元理论相结合,以土地适宜性等级、评价标准及其特征值为物元,得到模型的经典域、节域,计算出各参评因子的权系数和关联度,建立了土地适宜性评价的物元模型,并利用该模型对长乐市某样区耕地进行适宜性评价,确定了土地适宜性的等级.1　模型的建立物元分析是系统科学、思维科学、数学交叉的边缘学科,是贯穿自然科学和社会科学应用广泛的横断学科[2].它可以将复杂问题抽象为形象化模型,并利用这些模型研究基本理论,提出相应的应用方法.利用物元分析法可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型,并能以定量的数值表示评定结果,从而较完整地反映事物质量的综合水平.1.1　确定经典域在物元分析中,把事物N 及其特征值c 和它的量值x 的三元有序组合R =(N ,c ,x )称为物元,如果事物N 有n 个特征值,则将它称为n 维物元,用矩阵表示为 R j =N j c 1V 0j 1c 2V 0j 2……c nV 0jn=N j c 1〈a j 1,b j 1〉c 2〈a j 2,b j 2〉……c n 〈a jn ,b jn 〉,(j =1,2,…,m ),(1)式中:N j 表示所划分的第j 个适宜性等级;c i 表示适宜性等级N j 的特征值;V 0ji 为N i 关于c i 所规定量值的取值范围,即各适宜性等级关于特征值所取的数值范围.1.2　确定节域 R p =N pc 1V p 1c 2V p 2……c nV pn=N p c 1〈a p 1,b p 1〉c 2〈a p 2,b p 2〉……c n 〈a pn ,b pn 〉,(2)Ξ收稿日期:20040505;修回日期:20040830基金项目:国家自然科学基金资助项目(40371054);福建省科学技术厅重大攻关基金资助项目(2003I002)作者简介:苏海民(1979),男,山东省菏泽市人,福建师范大学硕士研究生,研究方向为资源环境与GIS 应用.第29卷第1期2005年　1月河北师范大学学报(自然科学版)Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition )Vol.29No.1Jan.2005(式中:N p 为土地适宜性等级的全体;V pi 为p 关于c i 所取的量值范围,即p 的节域),所以,V 0ji <V pi .1.3　确定待判物元 R x =X 0c 1x 1c 2x n……c nx n,(3)式中:X 0为待判物元;x i 为X 0关于c i 的量值,即土地参评因子的实测数据.1.4　计算待判物元关于各评价等级的关联函数K j (x i ) 计算公式为 K j (x i )=-ρ(x i ,V 0ji )|V 0ji |,　x i ∈V 0ji ,ρ(x i ,V 0ji )ρ(x i ,V pi )-ρ(x i ,V 0ji ),　x i |V 0ji ,(4)式中:ρ(x i ,V 0ji )=|x i -(a ji +b ji )/2|-(b ji -a ji )/2;ρ(x i ,V pi )=|x i -(a pi +b pi )/2|-(b pi -a pi )/2;|V 0ji |=(b ji -aji ),(i =1,2,…,n ;j =1,2,…,m ).关联函数的数值表示评价单元符合某标准范围的隶属程度,所以可以依据K (x )的不同取值范围作为土地适宜性的评价标准.当K (x )≥1时,表示评价对象超过标准上限,数值越大,开发潜力越大;当0≤K (x )≤1.0时,表示评价对象符合标准对象要求的程度,数值越大,越接近标准上限;当-1≤K (x )≤0时,表示评价对象不符合标准对象的要求,但具备转化条件;当K (x )≤-1时,表示评价对象不符合标准对象的要求,且又不具备转化的条件[3].1.5　确定权重,计算土地适宜性隶属度计算权重公式为 a ij =x ij /∑mj =1xij,(i =1,2,…,n ;j =1,2,…,m ),(5)式中:a ij 表示第j 个等级第i 个指标的权系数;x ij 表示j 个等级第i 个指标的界限值.总关联度计算公式为 K j (X )=∑ni =1aijK j (x i ),(i =1,2,…,n ;j =1,2,…,m ),(6)式中K j (X )表示待判物元总关联度.若K 0j (X )=max K j (X ),(j =1,2,…,m ),则评定X 属于等级0j.2　应用举例2.1　参评因子及其分级考虑到数据的选取与处理问题,从土地利用现状调查和现有的土壤普查中获取的因子作为评定因素.通过实地调查和资料查询,从影响土地适宜性的众多指标中选取坡度、海拔高度、10°以上活动积温、降雨量、土壤有机质、水土流失、交通条件7个因子.土地适宜性等级应根据当地土地实际情况,按照国家土地管理局《县级土地利用总体规划技术规程》,参考FAO 《土地评价纲要》并结合专家意见制定土地适宜性评价系统,即高度适宜、中等适应、勉强适宜及不适宜4级.耕地适宜性评价的参评因子及其分级指标见表1.表1　土地适宜性等级标准分　级坡度/(°)高度/m 10℃以上积温/℃降雨量/mm有机质/(g ・kg -1)水土流失交通条件高度适宜6206065140040无(100)便利(100)中度适宜152005*********轻度(70)较便利(80)勉强适宜254004945120010中度(30)较不便利(50)不适宜50200032008006强度(10)不便利(20)39第1期苏海民等:土地适宜性的综合评判物元模型2.2　数据处理由于各评价指标的量化值所在的区间不完全相同,有的是数值越小级别越高(坡度、高度),有的是数值越大级别越高(积温、降雨量、土壤有机质、交通条件、水土流失),故将各评价数据进行归一化处理[4],对高度、坡度等数据用d i=x i/x max,积温、降雨量、有机质含量等数据用d i=x max/x i.处理结果见表2.表2　归一化处理后的土地适宜性等级标准等　级坡度/(°)高度/m10℃以上积温/℃降雨量/mm有机质/(g・kg-1)水土流失交通条件高度适宜0.120.010.6180.6000.150.1000.20中度适宜0.300.100.8150.8570.300.1430.25勉强适宜0.500.200.9100.9230.600.3330.40不适宜 1.00 1.00 1.000 1.000 1.00 1.000 1.002.3　建立物元矩阵长乐市某样区的实测数据:坡度为4°,高度为15m,10℃以上积温为6400℃,降雨量为1400mm,有机质为15g,水土流失为110,交通条件为90.代入上述物元模型,建立物元矩阵.经典域 R1=N1c1(0,0.12)c2(0,0.01)c3(0,0.618)c4(0,0.600)c5(0,0.150)c6(0,0.10)c7(0,0.20),　R2=N2c1(0.12,0.30)c2(0.01,0.10)c3(0.618,0.815)c4(0.600,0.857)c5(0.15,0.30)c6(0.10,0.143)c7(0.20,0.25), R3=N3c1(0.30,0.50)c2(0.10,0.20)c3(0.815,0.910)c4(0.857,0.923)c5(0.30,0.60)c6(0.143,0.333)c7(0.25,0.40),　R4=N4c1(0.50,1)c2(0.20,1)c3(0.9,1)c4(0.923,1)c5(0.60,1)c6(0.333,1)c7(0.40,1).节域 R p=R pc1c2c3c4c5c6c7 (0,1)(0,1)(0,1)(0,1)(0,1)(0,1)(0,1).待判物元 R x=X0c1c2c3c4c5c6c7 415640013501511090.数据经归一化处理后得到 R=X0c1c2c3c4c5c6c7 0.080.00750.80.8890.40.090.22.根据式(5)计算各参评因子的权重,结果见表3.49河北师范大学学报(自然科学版)第29卷表3　权系数计算表a ij c 1c 2c 3c 4c 5c 6c 7高度适宜0.0710.0060.3150.3390.0890.0600.119中等适宜0.1300.0430.2560.2690.1300.0620.108勉强适宜0.1490.0600.1940.1990.1790.0990.119不适宜0.1430.1430.1430.1430.1430.1430.143据式(4),(6)计算样区与各评价等级的单指标关联度、多指标综合关联度,得出评语(见表4).可以看出,样区多指标总关联度最大值为0≤0.0499≤1,即评价对象符合标准对象要求的程度,土地适宜性等级为中等适宜.与Fuzzy 综合评判法和经验指数和法[5]评价结果相比,具一致性,符合样区实际情况.表4　指标因子关联度表等　级K j (x 1)K j (x 2)K j (x 3)K j (x 4)K j (x 5)K j (x 6)K j (x 7)K j (X )高度适宜0.02360.00150.0179-0.0159-0.03430.0060-0.0099-0.0109中等适宜-0.0433-0.0108-0.01460.1076-0.0260-0.00620.04320.0499勉强适宜-0.1088-0.0555-0.0297-0.01350.0596-0.0367-0.0143-0.1989不适宜-0.1201-0.1377-0.0330-0.0233-0.0476-0.1044-0.0644-0.5305评　语高度适宜高度适宜高度适宜中等适宜勉强适宜高度适宜中等适宜中等适宜3　结　语运用物元分析法进行土地适宜性评价,结果表明:与其他评价方法相比,该方法计算简便,结果比较客观,能正确反映土地的适宜性状况.由于土地适宜性综合评价的物元分析法适用性强,物理意义明确,可广泛应用于各种领域的综合评价问题中.长期使用此方法时,可以编制计算机专用程序,由计算机进行处理,避免出现人为错误.由于物元分析法是一门新兴学科,其体系还不尽完善,可供选择的关联函数比较少,其原理和方法有待于进一步深入研究.参考文献:[1]　宴路明.农业气候资源的综合评判物元模型[J ].农业系统科学与综合研究,2002,18(4):2602261.[2]　蔡文.物元模型及其应用[M ].北京:科学技术文献出版社,1996.[3]　门宝辉,梁川.农业土壤环境综合评价模型的建立及其应用[J 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;comprehensive evaluation ;land suitability ;arable land(责任编辑　蔡丹英)59第1期苏海民等:土地适宜性的综合评判物元模型。