多准则决策和土地适宜性评价教材

多准则决策分析和土地适宜性评价

土地适宜性分析可以进一步分为两类：一是适宜性评价；二是选址研究。

GIS应用于土地适宜性分析和评价，需要解决两个技术问题：一是如何将不同的影响因素转化为独立的图层；二是如何在各图层之间进行叠合。叠合分析（Overlay）不同图层上的空间信息（包括空间数据和属性数据），按相同的空间位置叠合在一起，合成新的一个图层。进行叠合操作的图层，必须在同一个坐标系内栅格与栅格叠合矢量与矢量叠合ArcGIS，ArcView具有良好的矢量叠合、栅格叠合功能矢量数据之间的叠合点——多边形：公共设施的分布……线——多边形：道路网密度计算、停水停电范围分析…..多边形——多边形:用地适宜性评价……输出图层的空间数据输出图层的属性数据包含了输入图层中所有的属性多边形和多边形的叠合布尔计算（Boolean），交集、并集、补集clip与intersect区别栅格数据之间的叠合

图层之间的对应单元数值进行数学运算。叠合之后的图层中单元的数值是对应单元数值进行数学运算的结果，原理上比较简单（相对矢量的叠合）在ArcView中，使用菜单mapcalculator（地图运算器）ArcGIS中使用RasterCalculator（栅格运算器）土地适宜性分析和GIS土地适宜性分析操作技术的发展，使规划师能够使用不同的因素进行设施选址。有了GIS后，图形处理可以自动完成，较容易地解决一般需求。但是，单纯使用土地适宜性图形处理技术产生的最佳选址，往往没有反映社会、政治、经济、环境等不同因素之问的轻重缓急；所以，要综合考虑社会、政治、经济、环境等因素，反映各个因素之间的轻重缓急，再结合土地适宜性图形处理技术，才能使选址在物质形态上可行，在社会、经济、政治、环境等方面也可行。

简单叠合的局限GIS的叠合功能，提供了对土地适宜性评价和分析的基本手段。但是，直接使用叠合分析，还是存在局限性。1)参加叠合的图层多(大于4，5个)，叠合得到的结果图层，就会比较复杂，难以直观理解和评判。2)通用的GIS叠合功能，不能体现参加叠合的不同因素之间的相对重要性。3)对于连续分布的变量，确定阈值划分没有有效的办法，阈值划分不恰当，会引起信息丢失。4)简单的叠合，只能求出整个分析范围内，同时满足所有叠合要求的地块，而不能得出最适宜的，最有发展潜力的地块。简单的叠合分析也能找出符合某种特定条件的地块，而无法给所有候选地块的评价结果进行排序。多准则决策的基本原理多准则决策分析提供了一种在多重因素、多重标准，甚至相互冲突因素影响下，对一系列可行的方案进行评价和决策的方法。一般来说，多准则决策分析主要包括以下六项内容：1)目的：决策过程需要达到的目的。2)决策者：参与决策的可以一个人或多人，也可能由多个小组组成。3)准则：影响决策的因素，是判断的标准，也是做出决策的依据。4)决策选项(也称决策方案：供决策选择的不同可行备选方案。5)环境状态：所有的决策都是在某种环境中进行的，包括许多不是决策者可以控制的因素。6)评价得分：每一个选项在不同评价准则下得到的评分，评价得分是各种计算分析的基础。多准则则决策策分析析的出出发点点和基基础是是构造造一个个决策矩矩阵。决策策矩阵阵由参参与评评价和和决策策的一一系列列候选选决策策方案案和评评价准准则组组成。。假设设决策策矩阵阵c是是有1，……，i个候候选方方案，，1，，…，，j个个准则则组成成，决决策矩矩阵C可以以表示示如下下其中：：每一一列都都代表表一个个评价价准则则，每每一行行代表表参加加评价价的一一个候候选方方案。。Cij是第i个候候选方方案，，在第第J个个评价价准则则下的的得分分(评评价结结果)。在在实际际情况况中，，都需需要对对Cij进行某某种标标准化化的技技术处处理，，使各各个准准则下下的得得分便便于相相互比比较。。中学的的选址址结果果[R_land]××[R_popu]××[R_school]使用性质得分工业或绿地0（不能建设）商业1居住2（可以建设）人口密度得分0-500（无需建设）50-1001100-2002200-3003（需要建设）距离得分0—500米0（不必建设）500—1000米11000—1500米2>1500米3（必须建设）[R_land][R_popu][R_school])为什么么采用用乘法法叠合合？？为什么么用权权重？？为什么么要数数值标标准化化？结合GIS的多多准则则决策策分析析1．．确定定问题题将将现实实中的的问题题，归归纳或或分解解成可可以进进行分分析的的目标标和要要求。。2．选择准则则2.1准则的的目标和和属性在多准则则决策分分析中，，评价的的准则包包括了两两个概念念：目标标和属性性。“目目标”可可以理解解为研究究中准则则要达到到的状态态，而““属性””则是具具体要达达到的指指标。同一个准准则的目目标，可可能会对对应多个个准则属属性；不不同的准准则目标标可能会会对应同同一个属属性。在在决策矩矩阵中，，直接体体现的是是准则属属性。在在GIS中，根根据准则则的属性性来划分分、生成成准则地地图。2.2准则的的基本要要求１）完整整，易于于理解；；２）可以以定量；；３）在决决策中确确定的一一组准则则，可以以随着问问题的分分解而分分解；即即准则之之问相互互独立，，每一个个准则都都是有针针对性。。4）决决策中确确定的一一组准则则，没有有多余、、没有重重复、内内容不相相互交叉叉。2.3确确定准则则的方法法一般来讲讲，需要要决策的的问题确确定后，，可以通通过查阅阅相关文文献、资资料，咨咨询专家家等作为为选择准准则的辅辅助手段段。对于于复杂的的问题，，在咨询询专家时时，还可可以采用用德尔菲菲法来选选择、确确定准则则。3.确定定选项和和生成准准则地图图3.1GIS和准准则图层层选项—备选地地块在GIS中，用用栅格模模型或矢矢量模型型表示图图层，在在不同准准则下，，则表示示为反映映不同准准则属性性的专题题图层，，这种专专题图层层可称为为准则地地图。选选项在相相应准则则下的得得分在GIS中中就表示示为准则则地图中中的某个个属性。。3.2约束束“约束”用于于限制选项，，剔除备选方方案中不符合合决策要求的的部分。3.3准则则地图标准化化处理所谓标准化处处理，是将决决策矩阵中所所有的选项得得分值，转化化成一种统一一的计量尺度度。标准化处理的的方法：最为常用的是是线性比例转转换最大值法：得分范围法：：4.确定权重重的方法权重用来衡量量准则的相对对重要性，权权重值越大，，就表示该项项准则对决策策的重要性越越大。4.1排队法法排队法是最简简单的确定权权重方法。它它的原理是将将每一个准则则按决策者认认为的重要性性和需要优先先考虑的顺序序排列，然后后根据排列顺顺序来确定权权重。1)求和法2)倒数法3)指数法4.2成对比比较法成对比较法来来源于层次分分析法，通过过准则之间的的成对比较，，产生一个比比例矩阵，再再计算产生权权准则的权重重，是确定权权重的一种主主要方法。(1)建立成成对比较的比比例矩阵成对比较法是是采用一个1～9的相对对值表示准则则之间的相对对重要程度(优先程度)。其中1表表示两者同等等重要，9表表示极其重要要。2～8则则表示不同的的重要程度。。(2)计算准准则的权重将以上的比例例矩阵中的每每一列中的数数相加求和。。然后将比例矩矩阵中的每一一个数除以所所在列的和得得到标准化的的比例矩阵。。在标准化的比比例矩阵中，，计算每一行行数值的和，，并除以评价价准则的个数数(本例中为为5)，由此此得到了每个个准则的权重重。(3)一一致致性性检检验验一致致性性检检验验采采用用一一致致性性比比率率CR(ConsistencyRatio)作作为为衡衡量量标标准准。。如如果果CR<0.1，，就就认认为为在在两两两两比比较较中中的的一一致致性性可可以以接接受受的的范范围围之之内内，，得得到到的的准准则则权权重重是是可可信信的的。。反反之之，，如如果果CR≥≥0.1，，就就可可以以认认为为在在两两两两比比较较中中存存在在较较大大的的不不一一致致性性，，重重要要性性判判断断中中存存在在较较明明显显的的自自相相矛矛盾盾。。步骤一：：计算加加权后的的相对重重要性之之和，用用比例矩矩阵的每每一列都都乘以与与其对应应比较准准则的权权重。步骤二：：计算一一致性向向量。将将以上按按行计算算求得的的和，除除以各准准则的权权重，得得到一致致性向量量步骤三：：计算一一致性指指数CI。CI的计算算公式为为步骤四：：计算一一致性比比率CR，CR的计算算公式为为（5.68-5）/(5-1)=0.170.17/1.12=0.167矩阵维数n123456789RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.45平均随机机一致性性指标5.决策策规则决策规则则是根据据决策矩矩阵中各各种数据据，得出出评价结结果的方方法。5.1简简单加权权法基于叠合合的方法法，将各各个准则则地图和和各自权权重相乘乘，对加加权后的的准则地地图直接接进行GIS的的算术叠叠合(累累加求和和)，得得到结果果图层。。5.2协协调法协调法的的基本思思路是通通过对各各个决策策选项之之间进行行比较，，计算每每一对选选项之间间的协调调指数Cij，，再计算算每一个个选项的的协调指指数累计计得分Ci；用用Ci值值对决策策候选方方案进行行排序，，从而得得到决策策分析的的结果。。W’jii是选项i和选项项i’相比较，，选项i的得分分大于选选项i’的准则所所对应的的权重。。以下结合合一个例例子具体体介绍协协调法的的使用。。假设某某个用地地适宜性性评价应应用，问问题中考考虑了4个准则则，确定定了4个个选项，，相应的的权重也也已经得得到。已已经构造造完毕的的决策矩矩阵为:1)分别别计算每每一对选选项之间间的协调调指数Cii’，生成协协调指数数矩阵。。c12=w1+w2=0.2+0.1=0.3c21=w2+w4=0.3+0.4=0.7W’jii是选项i和选项项i’相比较，，选项i的得分分大于选选项i’的准则所所对应的的权重。。2)在协协调指数数矩阵中中，按行行累加求求和，计计算各个个选项的的协调指指数累计计得分Ci。3)将得得到的C值进行行排序，，最大的的C值就就是最佳佳的选择择，由此此类推。。5.3层层次分析析层次分析析的过程程是将决决策问题题分解为为多个层层次，每每一层次次又有分分成多个个成对比比较单元元；决策策者对各各个成对对比较单单元进行行相对重重要性判判断，得得到每一一层次的的相对优优劣排序序；再对对所有层层次综合合，进行行层次总总排序，，得到候候选方案案的相对对优劣排排序。1)建建立层次次关系建立层次次关系就就是构造造一个层层次化的的决策体体系，将将决策问问题进行行分层，，按照目目的层(goal)、、目标层层(objective)、、准则层层(criteria)以及及方案层层(alternative)进行行定义。。2)建建立立成对对比较较矩阵阵，进进行层层次单单排序序层次单单排序序是对对于上上层次次中的的某元元素而而言，，确定定本层层次与与之有有联系系的元元素重重要性性次序序的权权重值值。3)层层次次总排排序利用同同一层层次中中所有有层次次单排排序的的结果果，就就可以以依次次计算算针对对上一一层次次而言言的本本层次次所有有元素素的重重要性性权重重值，，这就就称为为层次次总排排序。。在某个个工业业项目目适宜宜性评评价中中，需需要对对A1，A2两两个选选址方方案进进行评评价。。已经经确定定了目目的G可以以细分分为目目标O1(经济济目标标)、、目标标O2(环境境目标标)。。其中中，经经济目目标可可以直直接反反映为为地价价C1和运输输成本本C2两个准准则，，环境境目标标则反反映为为景观观C3、坡度度C4、水文文C5三个准准则。。方案A1的Ri值：R1=R11*W11*W1+R12*W12*W1+R13*W23*W2+R14*W24*W2+R25*W25*W2=0.452方案A2的Ri值：R2=R21*W11*W1+R22*W12*W1+R23*W23*W2+R24*W24*W2+R25*W25*W2＝0.5486.敏感度分分析敏感性分析就就是一种检验验分析结果是是否可信的方方法，主要的的方法是检验验在评价和决决策过程中，，误差对最后后得出的评价价结果之间影影响。6.1误差的的来源在GIS支持持下的多准则则决策分析中中，影响评价价成果的误差差来源于两方方面：一是GIS数据库库；二是决策策方法。6.2准则权权重的敏感度度分析准则权重的敏敏感度分析主主要是检验权权重的细小变变化对最终评评价结果的影影响。6.3准则地地图数据的敏敏感度分析选择权重值大大的准则，对对相应的准则则地图中的数数值进行敏感感度分析。GIS用于城城市