道路环境影响综合评价指标权重确定方法
第27卷 第4期2007年7月
长安大学学报(自然科学版)
JournalofChangpanUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.27 No.4Jul.2007
文章编号:1671-8879(2007)04-0037-05
道路环境影响综合评价指标权重确定方法
马士宾,张绍阳,王选仓,王朝辉
1,2
1
1
1
(1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.河北工业大学土木工程学院,天津300132)
摘 要:针对道路建设项目环境状况评价中存在主观影响因素过多、权重确定复杂等问题,以属性数学理论为基础,通过单指标属性测度分析、多指标综合属性测度分析、属性识别分析,利用相似原理确定指标权重的方法,建立了以噪音污染指数、水环境平均综合污染指数、大气综合质量指数、土
壤侵蚀强度等为指标的道路环境评价模型。最后对实际道路进行了环境评价。评价结果表明,该方法可以客观地确定各评价指标的权重,反映了各指标对总体评价结果的影响,评价结果与道路实际环境状况相吻合。
关键词:道路工程;环境影响;综合评价;权重中图分类号:U491.1 文献标志码:A
Determiningmethodofindexweightforsynthetic
evaluatingroadenvironment
MASh-ibin
1,2
,ZHANGShao-yang,WANGXuan-cang,WANGZhao-hui
111
(1.SchoolofHighway,Chang.anUniversity,Xi.an710064,Shaanxi,China;2.SchoolofCivilEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300132,China)
Abstract:Fortheexcessofsubjectivefactorsandthedifficultyofindexweightdecisionincurrentevaluationmodelfortheconditionofhighwayenvironment,amodelwhichincludesnoise,air
condition,waterqualityandsoilerosionindicesisbuiltwiththehierachyanalysismethod,andamethodnamedsimilarnumberbasedonattributemaththeoryisbroughtouttodeterminetheweightsoftheindices.Thismethodincludingfourpartswhicharesingleindexattributemeasureanalysis,multipleindexsyntheticattributemeasureanalysis,attributerecognitionanalysisandthedeterminingofindexweight.Anexampleisshowninthesyntheticevaluation.Theevaluationresultsshowthatthismethodcandeterminetheindexweightsobjectively,reflecttheinfluencesofalltheindices.Theevaluationresultsareconsistentwiththerealenvironment.3tabs,5figs,8refs.
Keywords:roadengineering;environmentimpact;syntheticevaluation;weight
行性研究的重要组成部分。交通部在1998年发布了《公路建设项目环境影响评价规范(试行)》(JTJ005-96)和《公路环境保护设计规范》(JTJ/
0 引 言
道路建设项目环境评价已成为道路工程项目可
收稿日期:2006-07-20
基金项目:国家西部交通建设科技项目([1**********]3)
:),,,,Ecom
38长安大学学报(自然科学版) 2007年
表1 道路环境质量单指标等级划分
指标I1I2Im
类 别
C1a10~a11a20~a21
C2a11~a12a21~a22
C3a12~a13a22~a23,
am0~am1am1~am2am2~am3
,
amK-1~amK
注:aij为指标Ii的取值(i=1,2,,,m;j=0,1,,,K);表中范围为某个分类中取值的上下限。
,,,
CK
a1K-1~a1Ka2K-1~a2K
T00698),其主要目的就是结合拟建道路沿线实际情况,对营运期水环境、生态土壤环境、大气环境、噪音等进行综合评价。对于多指标评价系统,各评价指标的相互作用程度表现为指标权重互不相同,不同权重对应不同的评价结果,所以合理地确定环境综合评价的权重十分重要。目前,指标权重的确定方法主要有主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法是由评价人员根据各项指标的重要性(主观重视程度)而赋权的一类方法,常用的有专家调查法、循环打分法、二项系数法和层次分析法,这些方法都具有基于对各项指标重要性的主观认知程度,具有一定的主观随意性[1-3]。客观赋权法[4]是利用指标值所反映的客观信息确定权重的一种方法。该方法能够反映指标自身的客观标准,但确定方法较为困难。道路环境评价系统比较复杂,专家难以靠经验衡量各指标的相互重要程度。为此,本文以属性数学理论为基础,利用相似数法研究道路环境影响综合评价中各指标的权重确定方法,使评价结果更加可靠。
[5-8]
设某道路x环境影响评价的第j个指标tj具有
属性Ck的大小用属性测度Lxjk表示,则可构造单指
xjk为标属性测度函数L 1
Lxj1(t)=
t
j1j1aj1-dj1[t[aj1+dj1
2dj1
aj1+dj1
(1)
0 t
LxjK(t)=
jK-1jK-1ajK-1-djK-1[t[
2djK-1 ajK-1+djK-1 1 0
jk-1jk-12djk-1
ajK-1+djK-1
(2)
t
(3)
1 道路环境影响属性综合评价模型
1.1 道路环境影响综合评价指标
道路是一条带状建筑物,对沿线周围环境的影响复杂,道路环境影响综合评价指标需要从各环境要素中选取。根据道路沿线地区的环境特征划分项目环境的功能区,选取各功能区能反映沿线环境质量的代表性项目指标作为评价参数。道路环境评价可以看成3层构成,分别为目标层、准则层和指标层。图1为本次评价所选用的道路环境影响评价的
层次结构。
Lxjk(t)=
1jkjk2djk-1 0
j=1,2,,,m;k=2,3,,,K-1
其中,ajk满足aj0aj1>,>ajk。不妨假定aj0
jk-1jk
令bjk=, k=1,2,,,K,有
2
djk=min(|bjk-ajk|,|bjk+1-ajk|)
图1 道路环境影响综合评价层次
1.2 道路环境影响属性综合评价模型的建立1.2.1 道路环境影响单指标属性测度函数的构造
根据图1列出的道路环境影响3层指标体系,令I1={道路声环境},I2={道路水环境},I3={道路大气环境},I4={道路土壤环境}。各准则层可以指标层量化,得出具体数值。道路对环境影响程度可划分为C1={很小},C2={较小},C3={中等},C4={严重},C5={很严重}。道路环境评价标进而计算得出单指标属性测度矩阵为
Li11 , Li1K
(Lijk)m@p=
,
,
(4)
Lim1 , LimK
1.2.2 道路环境影响多指标属性测度函数的构造
ik=设L
j=1
E
m
wjLijk
(5)
j=m
i=1,2,,,n;k=1,2,,,K其中,wj为Ij的权重,满足0[wj[1,
E
wj=1,
第4期 马士宾,等:道路环境影响综合评价指标权重确定方法显然0[Lik[1,并且
k=1
39
的重要程度,设为平均重要程度,即
j=1
E
K
Lik=
k=1j=1
mj=1
EEE
Km
wjLijk=
EE
mK
Lijkwj=
(6)
k=1
wj=1
L11 , L1K
wj=, j=1,2,,,m
m
在此假定情况下,由式(5)求出综合测度评价矩阵式(7)。矩阵式(7)的第i个行向量(Li1,Li2,,,LiK)是第i个评价对象xi的综合测度评价向量。Lik是样本xi的m个测量值各自所属于Ck类的测度平均值,即
(LLik=i1k+Li2k+,+Limk)(9)m
综合评价向量式(9)在/平均0意义上反映了xj
的总体评价情况。由于单指标属性测度评价向量与综合评价向量的/相近0程度体现了Ij反映总体情况的能力,故可采用相似数rj的方法求得权重,计算见式(10)、式(11)。rj=n
n
i=1n
定义Lik为属性测度矩阵为(Lik)n@K=
,
,
(7)
Ln1 , LnK
为多指标属性综合测度评价矩阵,称矩阵式(7)的第i个行向量(Li1,Li2,,,LiK)为xi的多指标属性综合评价向量。
1.2.3 属性识别准则
置信度准则:设评价集(C1,C2,,,C5)为有序集,C1>C2>,>C5,K为置信度,015
k0=kB
i=1k
E
Lx(Ci)\K,1[k[K
(8)
E(LEE
K
n
ij1
T
,Lij2,,,Lijp)(Li1,Li2,,,Lip)=
LijkLik(10)
i=1k=1
则认为x属于Ck0级别或Ck0类。
1.2.4 道路环境质量评价指标权重的确定
如果单指标测度评价矩阵式(4)及指标权重wj已知,则可由式(5)求出的属性综合测度评价矩阵作为评价依据。但是目前未见相关文献对道路环境各评价指标权重进行探讨,专家又无法凭经验给出。为寻求确定wj的客观性指标,本文采用相似数的方法进行计算。首先假定各个环境质量指标具有相同
评价指标
指标体系I1声环境I2水环境I3大气环境I4土壤环境
分类指数
噪音污染指数PN平均综合污染指数PW大气综合质量指数Pa土壤侵蚀强度PS
C1
0.50~0.600.2~0.40.2~0.30.2~0.4
C2
wj=rj
j=1
Er
m
j
(11)
2 道路环境权重确定方法的应用
2.1 道路环境质量评价标准
世界各国的声环境、水环境、大气环境、土壤环
境质量评价标准有所不同。表2为中国环境质量评价中常用评价类别,并且各指标都有相应计算方法。
评价类别
C3
0.67~0.750.7~1.00.5~0.82.0~4.0
C4
0.75~1.001.0~2.00.8~1.04.0~6.0
C5
1.00~1.502.0~2.51.0~1.26.0~8.0
0.60~0.670.4~0.70.3~0.50.4~2.0
表2 道路环境评价标准(仅供参考)
2.1.1 噪声污染指数
噪声污染指数的定义为
Aep
PN=(12)
Lb
式中:PN为噪声污染指数;LAeq为环境噪声级(等效
子数;pi为某种污染物的污染分指数。
2.1.3 大气综合质量指数
大气综合质量指数是在单因子质量指数的基础上考虑污染物的权重,其质量指数计算公式为
Pa=
i=1
A声级);Lb为基准噪声级,可取75dB。2.1.2 水环境平均综合污染指数
PW=
n
i=Eni=1Coi
n
i=1
E
n
wiPai(14)
式中:Pa为大气综合质量指数;Pai为第i种污染物
E
n
pi(13)
的污染分指数,Pai=Ci/Coi;wi为第i种污染物的权重值;n为参与评级的因子数。
2.1.4 土壤侵蚀强度
表2中评价类别数值为水利部门1984年颁发式中:PW为水环境平均综合污染指数;Ci为某种污染物的实测浓度值(或预测浓度值,mg/L);Coi为某;n
40长安大学学报(自然科学版) 2007年
对天津市5条道路的道路环境实测数据计算结
同理,可求得表3中5个样品的单指标测度评价矩阵。杨北公路
0 0 0140 0160 [1**********]00
津围公路
0 0 0150 0150 [1**********]00
津汉公路
0 0 0133 0167 (L3jk)4@5=
1.0000
津岐公路
0 0 0167 0133 (L4jk)4@5=
000
图2 声环境单指标属性测度函数图
评价指标
果如表3所示。
表3 天津市5条道路的道路环境实测数据计算结果
测点
I1声环境
噪音污染指数
0.760.750.660.680.66
I2水环境平均I3大气环境大综合污染指数气综合质量指数
0.450.460.540
.950.45
0.890.920.
340.840.97
I4土壤环境土壤侵蚀强度
4.924.471.
424.281.49
(L1jk)4@5=
00
01050104
01950196
0x1x2x3x
4x5
(L2jk)4@5=
注:x1为杨村)北辰公路(杨北公路);x2为天律)围场公路(津围公路);x3为天津)汉沽公路(津汉公路);x4为天津)岐口镇公路(津岐公路);x5为天津)塘沽公路(津塘公路)。
00
01900127
01100173
02.2 建立单指标属性测度函数图
由式(1)~式(3)可得单指标属性测度函数图,见图2~图5。
00186
000114
[1**********]
000
[1**********]6
[1**********]4
00津塘公路
0 0 0133 0167 (L5jk)4@5=
[1**********]0
[1**********]0
00170
002.3 相似数与相似权
假定噪音污染指数、水环境平均综合污染指数、
图3 水环境单指标属性测度函数图
大气综合质量指数、土壤侵蚀强度具有相同的权重,即(w1,w2,w3,w4)=jk=L
4
,,,,由式(6)知:
4444
EL
i
4
ijk
, i=1,2,,,5;k=1,2,,,5。由 C1
此求得属性综合评价矩阵为
图4 大气环境单指标属性测度函数图
C2 C3 C4 C5
x[***********][***********]07x2
L=(Lik)5@5=
[***********][***********]011601340
由式(10)得
(r1,r2,r3,r4)=(01430,01337,01510,01503)
x3x4x5
5 )
第4期 马士宾,等:道路环境影响综合评价指标权重确定方法
再由式(11)得
(w1,w2,w3,w4)=(0124,0119,0129,0128)
以式(16)作为指标权重向量,按Lik=
j=1
41
indicatorsetofecologicalassessmentofhighway[J].
(16)
m
ChinaJournalofHighwayandTransport,2004,17(4):89-92.
[2] 汪益敏,王秉纲.公路土质路基边坡坡面冲刷稳定性
的模糊综合评价[J].中国公路学报,2005,18(1):24-29.
WANGY-imin,WANGBing-gang.Fuzzyevaluationmethodofscouringstabilityonsoilsubgradeslop[J].ChinaJournalofHighwayandTransport,2005,18(1):24-29.
[3] JhaMK.Feasibilityofcomputervisualizationinhighway
development:afuzzylogicbasedapproach[J].ComputerAidedCivilandInfrastructureEngineering,2006,21(2):136-147.
[4] 石勇民,张正明,肖 亮.公路项目投资风险变权模
糊综合评价[J].长安大学学报:社会科学版,2006,8(2):1-5.
SHIYong-min,ZHANGZheng-ming,XIAOLiang.FuzzysyntheticevaluationonvariableweightUniversity:SocietyScienceEdition,2006,8(2):1-5.
[5] 谭 旭,陈英武,高妍方.一种新的基于组合赋权的
区间型多属性决策方法[J].系统工程,2006,24(4):111-114.
TANXu,CHENYing-wu,GAOYan-fang.Mult-iattributedetermining
decision-makingweights
interval
combination
Systems
method
[J].
of
E
wj#
Lijk,i=1,2,,,n;k=1,2,,,K,求得属性综合评价矩阵
0101 0114 0116 0169 x10104
L=(Lik)5@5=
01220
0123
2.4 属性识别
取置信度K=016或0.7,由属性综合测度矩阵
及置信度识别准则,可得杨北公路、津围公路、津岐公路对环境的影响属于/严重0,津汉公路的影响/较小0,津塘公路属于/中等0。
因评价集(C,C,,,C)为有序集,即C>C2>,>C5,可令Ck的得分为5-k,定义质量分
1
2
5
1
[1**********]25
[1**********]7
0117
[1**********]2
0136
0x20x30x4
x5
investmentriskinroadproject[J].JournalofChang.an
级qxi=
k=1
E
5
(5-k)Lik,得qx=2.47,qx=2.66,12
qx3=3.76,qx4=2.45,qx5=3.38。由qx3>qx5>qx2>qx4>qx1可知,5条公路环境的排序为:津汉公路、津塘公路、津围公路、津岐公路、杨北公路。其中
杨北公路、津围公路、津岐公路属于同一类,其环境质量有待于整治。
Engineering,2006,24(4):111-114.
[6] 马荣国,刘艳妮.公路建设项目综合评价权重确定方
法[J].交通运输工程学报,2005,5(2):110-112.MA
Rong-guo,
LIU
Yan-ni.of
Weight
value
determination
method
highway
construction
3 结 语
(1)给出的以属性数学理论的指标权重的确定方法是一种基于客观信息赋权的方法,在很大程度上避免了权重确定过程中有效信息的遗失,为道路环境评价中各指标权重的确定开辟了一条新途径。
(2)重点讨论了权重确定方法,道路环境影响评价指标体系只选取了噪音污染指数、水环境平均综合污染指数、大气综合质量指数、土壤侵蚀强度4个指标。在实际应用中,可以增加评价指标,该方法仍然可用。
(3)在扩展研究中,对本文提出的方法如利用计算机编程来实现,将使用更为简便。参考文献:References:
[1] 陈 红,魏风虎.公路生态系统评价指标体系构建方
法研究[J].中国公路学报,2004,17(4):89-92.CHENHong,WEIFeng-hu.Studyofthewayon
comprehensiveevaluation[J].JournalofTrafficandTransportationEngineering,2005,5(2):110-112.
[7] 袁 黎,陆 键,项乔君,等.高速公路绿化评价指标
体系的研究[J].交通运输系统工程与信息,2006,6(3):93-96.YUANLi,Evaluation
LUJian,index
XIANGQiao-jun,
of
freeway
etal.green
approaches
landscape[J].93-96.
JournalofTransportationSystems
EngineeringandInformationTechnology,2006,6(3):
[8] 杨云峰,赵剑强.公路建设项目水环境风险评价方法
[J].长安大学学报:自然科学版,2006,26(3):84-86.YANGYun-feng,ZHAOJian-qiang.Methodofwaterenvironmentalriskassessmentonhighwayconstructionproject[J].JournalofChang.anUniversity:NaturalScienceEdition,2006,26(3):84-86.