一种地下空间开发适宜性评价方法及系统

摘要

本发明提出了地下空间开发适宜性评价方法及系统，该方法为建立评价区域的地下空间三维体素坐标系∑0，在2000国家大地坐标系∑1中查得坐标系∑0的原点在坐标系∑1的坐标，建立坐标系∑0和坐标系∑1仿射变换关系；建立二维地表栅格坐标系∑s，在评价区域内形成栅格集合G，记栅格g(x,y)∈G，其地下空间体素构成集合Vxy；基于g(x,y)建立数据结构T(x,y,I)用以描述地下空间体素集合Vxy各评价指标数据；对评价指标进行敏感性分类，分为一般指标和敏感指标；对所述一般指标通过定量指标和定性指标进行综合评价,计算一般指标的评价值；提高评价值过低或极高的指标的权重，调整得到该评价单元的综合评价值，并根据该值划分地下空间适宜性评价等级，本方法实现地下空间开发适宜性三维精细化评价。

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探处理领域，具体涉及一种地下空间开发适宜性评价方法及系统。

背景技术

近年来，伴随着城市社会和经济的快速发展，城市中心区的交通、环境、用地紧张等问题也越来越突出，开发利用城市地下空间已势在必行。由于城市地下空间一经开发便很难逆转，且同一平面范围内，地下不同深度可以安排不同的功能空间，所以开展山城市地下空间开发适宜性三维评价，对于其地下空间三维规划及开发利用，具有十分重要的作用。

目前，国内外学者已针对城市地下空间适宜性评价开展了一系列的研究，然而仍存在局限之处：

(1)目前地下空间适宜性评价多以大跨度分层的方式划分地下空间，其本质仍是二维分析，无法满足城市地下空间三维规划的需求；

(2)针对城市地下空间的三维评估分析多以大尺寸体素(棱长数十米) 作为评价基本单元体，无法满足复杂城市地下空间精细化分析的需求；

(3)评价指标权重及质量等级的确定过于主观，不能很好解决评价指标的模糊性及敏感性，评价指标权重的“木桶效应”等问题。

因此，复杂城市地下空间的适宜性评价存在不准确、不精细的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种地下空间开发适宜性评价方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种地下空间开发适宜性评价方法，包括以下步骤：

S1,建立评价区域的地下空间三维体素坐标系∑

S2,在2000国家大地坐标系∑

S3,建立二维地表栅格坐标系∑

S4,基于g(x,y)建立数据结构T(x,y,I)用以描述地下空间体素集合V

S5,建立适宜性评价指标体系：对评价指标进行敏感性分类，分为一般指标和敏感指标；

S6,确定一般指标常权权重；

S7，结合指标数据值，对所述一般指标通过定量指标和定性指标进行综合评价，计算一般指标的评价值；

S8,提高评价值过低或极高的指标的权重，调整得到该评价单元的综合评价值，并根据该值划分地下空间适宜性评价等级。

该地下空间开发适宜性评价方法中评价指标权重及质量等级的确定客观，解决了评价指标的模糊性及敏感性以及评价指标权重的“木桶效应”等问题，最终实现城市地下空间开发适宜性三维精细化评价。

该评价方法的优选方案：所述地下空间三维体素坐标系∑

该评价方法的优选方案：所述坐标系∑

地下空间点P在∑

将坐标系∑

该评价方法的优选方案：所述步骤S4采用链式存储结构存储评价指标集合，根据评价需求调整评价指标体系：

对于每一评价指标I

确定坐标系∑

该评价方法的优选方案：步骤S7的具体方法为：

将定量指标中对评价结果影响方向为优的作为正向指标，对评价结果影响方向为劣的作为反向指标，对正向指标和反向指标进行标准化处理，具体如下：

正向指标标准值

利用定量指标数据标准值计算该评价指标关于四个评价等级的隶属关系，计算函数为：

对隶属函数计算结果进行归一化，得到定量指标隶属度μ

该步骤对评价指标进行了有效的模糊评价。

该评价方法的优选方案：步骤S8的具体方法为：

计算评价单元适宜性综合得分，计算公式为：评价单元适宜性综合得分

状态变权向量通过构造惩罚-激励协调均衡函数来获得，具体如下：

其中，0

根据评价单元适宜性综合得分M划分地下空间适宜性评价等级。

这里通过建立惩罚-激励复合型变权综合决策模型，通过“惩罚”及“激励”的方式提高评价值过低或极高的因子的权重，从而调整该评价单元的综合评价值，使其更为全面地反应其适宜性程度。

本发明还提供了一种地下空间开发适宜性评价系统，包括存储器、处理器和显示器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信，所述处理器与显示器通信连接，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述的方法对地下空间开发适宜性进行评价，所述处理器将评价结果于显示器上进行可视化展视。

本发明的有益效果是：本发明将多类别评价指标数据压缩至二维地表栅格，并支持评价过程中在体素空间内的三维重现，从而实现城市地下空间评价基本单元体的精细化划分；本发明建立地下空间三维适宜性评价指标体系，将敏感指标模型、模糊综合评价法以及变权思想进行优化复合，建立敏感指标- 模糊-变权复合评价计算模型，解决了评价指标权重及质量等级的确定过于主观，不能很好解决评价指标的模糊性及敏感性以及评价指标权重的“木桶效应”等问题，最终实现城市地下空间开发适宜性三维精细化评价。

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是本发明地下空间开发适宜性三维精细化评价流程图；

图2是本发明地下空间开发适宜性评价计算模型步骤流程图；

图3是基于二维地表栅格的数据结构图；

图4是指标要素栅格化实例图；

图5是本发明具体实施方式的运行结果。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种地下空间开发适宜性评价方法，尤其适用于城市地下空间三维规划。

该方法具体步骤如下：

S1,建立评价区域的地下空间三维体素坐标系∑

这里地下空间三维体素坐标系∑

在建立评价区域的地下空间三维体素坐标系∑

S2,在2000国家大地坐标系∑

坐标系∑

地下空间点P在∑

S3,建立二维地表栅格坐标系∑

S4,基于g(x,y)建立数据结构T(x,y,I)用以描述地下空间体素集合V

具体的，采用链式存储结构存储评价指标集合，如图3所示，根据评价需求调整评价指标体系：

对于每一评价指标I

确定坐标系∑

通俗的讲，当评价三维体素空间的某体素单元v(x,y,z)时，找到其地表体素 s(x,y,0)对应的二维地表栅格g(x,y)，则T(x,y,I)存储了s(x,y,0)对应地下空间体素集合V

以部分评价指标为例进行说明，将评价区域内建设现状指标的栅格图和工程地质的结构化数据表转换为二维地表栅格数据结构，再按照上述映射关系还原至地下三维体素空间。从图5可以看出，此数据模型实现了多类别评价指标数据的压缩和二维地表栅格数据结构到地下体素空间的三维重现，并将多类别评价指标数据统一集成在同一空间坐标系内。

S5,建立适宜性评价指标体系：对评价指标进行敏感性分类，分为一般指标和敏感指标。

其中一般指标有一级一般指标和二级一般指标，敏感指标有一级敏感指标和二级敏感指标。其中一级一般指标包括区域地质A、环境地质B、岩体性质 C、水文地质D、地形地貌E、建设现状F、区位价值G；二级一般指标是对一级一般指标的细化，包括地震震级A1、洪水A2、地质构造A3、地质灾害B1、绿地B2、岩石饱和抗压强度C1、岩体完整性C2、松散岩类裂隙水D1、基岩裂隙水D2、地面标高E1、地面坡度E2、文物保护区F1、广场F2、道路F3、区域GDPG1、区域人口G2、土地等级G3；一级敏感指标包括地下空间开发现状H；二级敏感指标是对一级敏感指标的细化，包括基础及其影响范围H1、既有地下建筑物H2、城市轨道交通H3、既有隧道H4、人防硐室H5。

本实施例中，可在地下设置与指标相对应的传感器或检测装置来采集一般指标和/或敏感指标，包括一般指标的定性指标和/或定量指标，也可以通过网络在地质局、城市开发规划研究院等机构公开的信息中获取一般指标和/或敏感指标，包括一般指标的定性指标和/或定量指标。

S6，利用层次分析法确定一般指标常权权重。

层次分析法基本流程如下：

(1)建立层次结构模型：将决策的目标、对象及纳入考虑的因素按照其相互关系分为最高层、中间层和最低层。

(2)构造判断矩阵：采用一致矩阵法，即将各个因素两两比较，得出相对权重，以提高多目标条件下的准确度。这样得到的矩阵就称为判断矩阵，判断矩阵中的量化值与对应因素相对重要性的关系如下表：

层次分析法判断矩阵量化值含义

(3)一致性和随机性检验：先假设有一同阶正则向量A,使得存在 XA＝λ

式中，CI为一致性指标；λ

层次分析法判断矩阵随机一致性指标标准值

S7，单项指标模糊评价：经过敏感性分类后的一般指标包括定量指标和定性指标，因此结合指标数据值，对一般指标通过定量指标和定性指标进行综合评价,计算一般指标的评价值,其中，定量指标是可以准确数量定义、精确衡量的评价指标，如地震震级，地面标高等。定性指标：指不能直接量化的评价指标，如岩体完整性，土地等级等。

具体方法为：

将定量指标中对评价结果影响方向为优(即指标数据值p越大，评价结果越适宜)的作为正向指标，对评价结果影响方向为劣(即指标数据值p越大，评价结果越不适宜)的作为反向指标，对正向指标和反向指标进行标准化处理，具体如下：

正向指标标准值

利用定量指标数据标准值计算该评价指标关于四个评价等级的隶属关系，计算函数为：

对隶属函数计算结果进行归一化，得到定量指标隶属度μ

对于定性指标，采用模糊定性方法确定定性指标隶属度。本实施例中采用的模糊定性方法为根据定性指标适宜性评价等级，查询隶属度分布表如下，确定定性指标隶属度。

定性指标隶属度分布表

计算单个一般指标的评价值

S8,提高评价值过低或极高的指标的权重，调整得到该评价单元的综合评价值，并根据该值划分地下空间适宜性评价等级。

本实施例中采用惩罚-激励型变权实现：采用惩罚-激励复合型变权综合决策模型，通过“惩罚”及“激励”的方式提高评价值过低或极高的指标的权重，调整得到该评价单元的综合评价值，使其更为全面地反应其适宜性程度，并根据该值划分地下空间适宜性评价等级。通常可设置评价值区间，当评价值低于评价值区间最低值时即为评价值过低，评价值高于评价值区间最高值时即为极高。

步骤S8的具体方法为：

计算评价单元适宜性综合得分，计算公式为评价单元适宜性综合得分

状态变权向量通过构造惩罚-激励协调均衡函数来获得，具体如下：

其中，0

根据评价单元适宜性综合得分M划分地下空间适宜性评价等级。

本实施例中，地下空间开发适宜性评价结果共分为4个评价等级，分别为适宜(Ⅰ级)，较适宜(Ⅱ级)，较不适宜(Ⅲ级)，不适宜(Ⅳ级)，M≤2.5 为不适宜区，2.5

城市地下空间开发时，可根据该评价结果进行开发。

根据三维评价单元体的计算结果数据在软件中进行可视化展视，如图5所示。

本实施例中，根据三维评价单元体的计算结果数据，在Cesium平台中实现三维可视化，如图5所示，对于任意深度，可在ArcMap中绘制二维评价结果。对比图例，地下空间工程建设应在开发较适宜、适宜的区域进行。根据适宜性三维评价结果，可选取指定深度，在ArcGIS中绘制开发适宜性二维评价结果，分析该深度地下空间开发适宜性平面分布规律。

在使用该地下空间开发适宜性评价方法时，还包括建立地下空间开间开发适宜性评价指标体系的步骤，该体系中包含评价指标要素，将所述评价指标要素标准化为shp文件，所述shp文件属性包含：区间顶部埋深t、区间底部埋深b、区间属性p；对所述评价指标要素进行栅格化，并以评价指标要素的区间顶部埋深t、区间底部埋深b、区间属性p作为特征字段输出栅格数据，以图层的方式添加至ArcMap中，并统一坐标系为2000国家大地坐标系，得到包含所有要素的初始条件。

对评价初始条件中的所有指标要素，使用要素转栅格工具(Feature to Raster)，选择输入要素、特征字段、输出位置及像元大小，对所有指标要素进行栅格化操作，以要素的区间顶部埋深t、区间底部埋深b、区间属性p作为特征字段输出栅格数据。如H1基础及其影响范围为例，如下图4所示。

本发明还提出了一种地下空间开发适宜性评价系统，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法对地下空间开发适宜性进行评价。

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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。