基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，将可拓学理论应用于土体冻融评价中，根据物元与可拓集合的概念，利用物元模型制定评价方案，达到形式化和定量化解决问题的目的。选取合适的评价因子，使用层次分析法与熵值法分别为评价指标赋权，将两种方法得到的结果组合分析，可以体现出主客观方法融合的优点，避免单一方法的缺陷，得到更合理的指标权重值；建立基于可拓理论的冻融等级评价模型，用来评价季冻区草炭土的冻融等级。本方法判断草炭土的冻融强度等级，可以考虑到草炭土的特殊性质对冻融的影响，评价结果对草炭土区域的实际工程建设具有一定的参考意义。一定的参考意义。一定的参考意义。

【技术实现步骤摘要】
基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法


[0001]本专利技术涉及土体冻融评价
，具体涉及一种基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法。

技术介绍

[0002]草炭土是我国东北地区、青藏高原、四川、云南西北部等地区广泛分布的一种特殊土体，是植物残体随着沼泽发育历经长期地质作用与复杂生化过程形成的产物，具有有机质含量高，富含草根纤维的特殊性质。
[0003]目前东北地区线路工程建设发展迅速，如吉林省东部地区的敦白高速铁路、鹤大高速公路等，其中部分路段不可避免地穿过季冻区的草炭土分布区域，草炭土的特殊性质与土层冻融给高速公路与高速铁路的正常运行带来一定的安全隐患，对区域内工程建设与安全运输具有不利的影响。
[0004]因此，对季冻区草炭土进行冻胀融沉的分级评价对于指导该地区工程建设具有积极意义。目前国内现行的规范对季节性冻土的冻胀性与多年冻土的融沉性制定了相应的分级标准，但是针对季冻区草炭土的冻融分级缺少对应的评价方法。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于组合赋权法和可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，选取合适的评价因子，使用层次分析法与熵值法分别为评价指标赋权，将两种方法得到的结果组合分析，可以体现出主客观方法融合的优点，避免单一方法的缺陷，得到更合理的指标权重值；可拓学原理在于研究事物、特征及其量值，建立物元与可拓集合的概念，利用形式化的方法解决一些不相容问题，建立基于可拓理论的冻融等级评价模型，可以用来评价季冻区草炭土的冻融等级。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，包括以下步骤：步骤1：分析草炭土冻胀融沉性质的主要影响因素和冻融特性指标，选取合适的影响因子作为冻融分级的评价指标；步骤2：通过室内试验获得各评价指标的实测值，对评价指标参数进行归一化处理，使其量化到0～1之间；步骤3：使用层次分析法和熵值法分别确定评价指标的权重值，将得到的结果通过线性加权法进行组合，获得各评价指标的最终权重；步骤4：划分评价等级，建立经典域、节域与待评物元，建立草炭土冻融分级评价的物元可拓模型，代入步骤3得到的权重值计算待评对象对于每个等级的关联度；步骤5：比较待评对象的各个等级的关联度，确定草炭土的冻融评价等级。
[0007]进一步地，步骤1中选取的草炭土冻融分级的评价指标分别为含水率、干密度、有机质含量、分解度、冻胀率和融沉系数。
[0008]进一步地，步骤2中归一化处理方法根据评价指标对结果的正向影响与负向影响分别选用以下两种：正相关指标：
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(1)负相关指标：
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(2)其中，X
ij
为样本数据中第i个样本的第j个指标的实测值。
[0009]进一步地，步骤3中各评价指标的权重值计算包括如下步骤：3.1层次分析法确定主观权重；3.2熵值法确定客观权重；3.3层次分析法
‑
熵值法组合赋权。
[0010]进一步地，层次分析法确定主观权重过程如下：1）建立层次结构模型将选定的评价指标划分为两个层次，根据各个指标的分类情况建立层次结构模型，其中包括目标层、准则层、决策层；2）建立判断矩阵评估各层次的各个因素对冻融等级的影响程度，两两比较后根据1
‑
9标度法（表1）对同一层次的两个评价因子的相对重要性进行赋值，建立判断矩阵；计算判断矩阵的最大特征值λ
max
及其对应的特征向量，归一化后得到该层次各因素的权重值；表1 判断矩阵标度方法标度含义1表示两个因素相比，具有同样重要性3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要2,4,6,8上述两相邻判断的中值1,1/2,1/3
…
表示两个因素的重要性相比与上述情况相反3）一致性检验判断矩阵还应进行一致性检验，满足一致性要求的标准为一致性比率CR＜0.1，CR根据式（3）计算：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中CI为一致性指标，定义为，n为判断矩阵阶数；RI为随机一致性指数，通过查表获得。
[0011]表2 随机一致性指标RIn1234567891011
RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51进一步地，熵值法确定客观权重的过程如下：1）计算各指标的熵值。
[0012]首先计算各个样本的在各项指标下所占的比重，如式（4）：(4)其中，P
ij
为第i个样本的第j项指标的权重值；a
ij
为第i个样本第j项指标的无量纲化值。
[0013]根据式（5）计算各个指标的熵值e
j
：(5)其中,n为选取的样本个数。e
j
为第j项指标的熵值。
[0014]2）计算各指标的权重值。
[0015]熵值e
j
可以用来度量某一项指标信息的效用价值，当e
j
=1时，表示这一指标数据对评价的效用价值为0，因此定义j项指标的差异系数d
j
如式（6），d
j
的值与信息效用价值呈正相关。
[0016](6)第j项指标的客观权重值E
j
为：(7)根据以上熵值法计算步骤，可以得到研究区内草炭土冻融评价的各项指标的客观权重。
[0017]进一步地，层次分析法
‑
熵值法组合赋权方法如下：将层次分析法与熵值法得到的权重值进行组合，这里采用线性加权组合法，第j项指标的组合权重计算公式如下：(8)其中α为加权系数，根据一种确定权系数的综合分析方法：若客观赋权法得出的指标权重排序与主观赋权法得出的权重排序相同，取客观赋权法得出的权重为各指标的权重，即α=0；若主客观赋权方法得到的指标权重排序不相同，取α=0.5；根据式（8）得到最终的指标权重。
[0018]进一步地，步骤4中建立研究区草炭土冻融等级评价的物元模型包括如下步骤：1）确定经典域、节域和待评物元经典域表示为：
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(9)式中，N
ct
表示分级评价中的第t等级；C
i
表示评价中的影响因子，即选取的评价指标；V
ct
表示在规定的第t等级下，各评价指标对应的量值范围；节域表示为：
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(10)式中，N
p
为全部的评价等级；V
p
表示各个评价指标对应所有等级的总取值范围；待评物元表示为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分析草炭土冻胀融沉性质的主要影响因素和冻融特性指标，选取合适的影响因子作为冻融分级的评价指标；步骤2：通过室内试验获得各评价指标的实测值，对评价指标参数进行归一化处理，使其量化到0～1之间；步骤3：使用层次分析法和熵值法分别确定评价指标的权重值，将得到的结果通过线性加权法进行组合，获得各评价指标的最终权重；步骤4：划分评价等级，建立经典域、节域与待评物元，建立草炭土冻融分级评价的物元可拓模型，代入步骤3得到的权重值计算待评对象对于每个等级的关联度；步骤5：比较待评对象的各个等级的关联度，确定草炭土的冻融评价等级。2.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，步骤1中选取的草炭土冻融分级的评价指标分别为含水率、干密度、有机质含量、分解度、冻胀率和融沉系数。3.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，步骤2中归一化处理方法根据评价指标对结果的正向影响与负向影响分别选用以下两种：正相关指标：（1）（1）负相关指标：
ꢀꢀ
（2）其中，X
ij
为样本数据中第i个样本的第j个指标的实测值。4.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，步骤3中各评价指标的权重值计算包括如下步骤：3.1层次分析法确定主观权重；3.2熵值法确定客观权重；3.3层次分析法
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熵值法组合赋权。5.根据权利要求4所述的基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，层次分析法确定主观权重过程如下：1）建立层次结构模型将选定的评价指标划分为两个层次，根据各个指标的分类情况建立层次结构模型，其中包括目标层、准则层、决策层；2）建立判断矩阵评估各层次的各个因素对冻融等级的影响程度，两两比较后根据1
‑
9标度法（表1）对同一层次的两个评价因子的相对重要性进行赋值，建立判断矩阵；计算判断矩阵的最大特征值λ
max
及其对应的特征向量，归一化后得到该层次各因素的权重值；
表1 判断矩阵标度方法3）一致性检验判断矩阵还应进行一致性检验，满足一致性要求的标准为一致性比率CR＜0.1，CR根据下式计算：
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(3)其中CI为一致性指标，定义为，n为判断矩阵阶数；RI为随机一致性指数；表2 随机一致性指标RIn1234567891011RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51通过查表获得指标。6.根据权利要求4所述的基于组合赋权法与可拓理论的草炭土冻融分级评价方法，其特征在于，熵值法确定客观权重的过程如下：1）计算各指标的熵值；首先计算各个样本的在各项指标下所占的比重，如式（4）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，P
ij
为第i个样本的第j项指标的权重值；a
ij
为第i个样本第j项指标的无量纲化值；根据式（5）计算各个指标的熵值e
j
：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中,n为选取的样本个数；e
j
为第j项指标的熵值；2）计算各指标的权重值；熵值e
j
可以用来度量某一项指标信...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕岩，马晓祯，贺元源，杨圣涛，刘婷婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：