劉洋洋, 李永強(qiáng), 李有鵬, 楊清科

(河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

基于AHP-模糊綜合評價法的山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性研究
——以河南省修武縣為例

劉洋洋, 李永強(qiáng), 李有鵬, 楊清科

(河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

以河南省修武縣某山區(qū)丘陵公路為例，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，先從社會因素、道路因素、防治因素三大方面進(jìn)行考量考察，選取經(jīng)濟(jì)密度、人口密度、公路等級等8個因子為參評因子，建立公路災(zāi)害易損性評估層次結(jié)構(gòu)模型，再采用AHP-模糊綜合評價法實(shí)現(xiàn)公路災(zāi)害易損性的定量和定性綜合評估，并提出相應(yīng)的防治建議。研究結(jié)果表明，研究區(qū)公路災(zāi)害易損性極大，需進(jìn)行重點(diǎn)防范；該研究評估方法與專家現(xiàn)場定性分析法取得的結(jié)果基本一致,體現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確性和適用性，可為后續(xù)的山區(qū)丘陵公路防災(zāi)減災(zāi)工作提供一定的參考作用。

河南修武；山區(qū)丘陵；公路災(zāi)害；易損性評估；AHP-模糊綜合評價法；防災(zāi)減災(zāi)

由于山區(qū)丘陵公路獨(dú)特的線狀特征，導(dǎo)致在開挖過程中形成了大量的人工邊坡，雖然在公路建設(shè)中已經(jīng)對這些邊坡采取了防護(hù)措施，但由于山區(qū)丘陵地質(zhì)情況復(fù)雜多變，因此仍然存在著很多隱患，滑坡、崩塌及泥石流等災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，給公路交通和人民安全造成了嚴(yán)重威脅，因此，針對山區(qū)丘陵公路進(jìn)行災(zāi)害評估具有重大的實(shí)際意義[1]。目前，對于公路災(zāi)害的危險(xiǎn)性及穩(wěn)定性評估，國內(nèi)外已經(jīng)有很多相關(guān)研究且比較成熟，如Zayed T等利用層次分析法(AHP)對高速公路進(jìn)行危險(xiǎn)性評估[2]，趙歡等采用ArcGIS技術(shù)進(jìn)行公路泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)研究[3]，張立東等采用模糊評判法對天山某段公路進(jìn)行危險(xiǎn)性評估[4]，柳厚祥等利用模糊聚類理論對湖南某高速公路邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評估[5]，林孝松等利用灰色模型和馬爾科夫模型進(jìn)行公路邊坡安全性評價[6]。而對于公路邊坡災(zāi)害的易損性評估，由于其涵蓋的影響因素繁多復(fù)雜，且涉及多種交叉學(xué)科，因此目前研究案例較少，文獻(xiàn)也相對較少，主要有田述軍等基于公路功能進(jìn)行公路災(zāi)害易損性評估[7]，李家春等利用GIS技術(shù)進(jìn)行公路自然災(zāi)害易損性評價等[8]，其中大多研究只采用公路災(zāi)害可能造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡作為災(zāi)害易損性評價的指標(biāo)，參評因子過于單一，且評估方法也多以專家定性法為主，評估結(jié)果主觀性較強(qiáng)。針對上述問題，本文以河南省修武縣境內(nèi)某典型山區(qū)丘陵公路為例，從社會因素、道路因素、防治因素三大方面綜合了各種可能影響公路災(zāi)害易損性的主、客觀因素，并利用AHP-模糊評價法實(shí)現(xiàn)了公路災(zāi)害易損性定量和定性綜合評估。

1 公路災(zāi)害易損性評價因子

由于公路災(zāi)害易損性評估涉及的影響因子錯綜復(fù)雜，且各因子的影響程度也都不相同，因此將所有影響因子都進(jìn)行指標(biāo)化是不切實(shí)際的[9]，結(jié)合前人研究成果、專家判斷及該地區(qū)實(shí)際情況，本文總結(jié)分析了3類8項(xiàng)公路災(zāi)害易損性評估的主要影響因子，并將其作為進(jìn)行AHP-模糊綜合評價的參評因子。公路災(zāi)害易損性評估層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 公路災(zāi)害易損性評估層次結(jié)構(gòu)模型

1.1 經(jīng)濟(jì)密度

經(jīng)濟(jì)密度表示單位面積內(nèi)的GDP生產(chǎn)總值，密度值一般由公路附近各縣或鄉(xiāng)鎮(zhèn)GDP除以其面積得到。當(dāng)公路沿線區(qū)域經(jīng)濟(jì)密度越大時，公路災(zāi)害堵斷公路可能造成的損失就越大，易損性也就越高。

1.2 人口密度

人口密度表示單位面積內(nèi)居住人口數(shù)量，密度值由公路附近各縣或鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量除以其面積得到。當(dāng)公路沿線區(qū)域人口密度越大時，公路災(zāi)害可能造成的人員傷亡越大，易損性也就越高。

1.3 公路等級

公路等級是評價公路易損性的核心指標(biāo)。不同的公路等級,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和公路設(shè)施完善程度也不相同。公路等級越高，投入的資金人力就越大，防護(hù)力度也就越強(qiáng)，相對的也就越安全。為便于評估，本文把研究區(qū)公路分為四個等級，其中一級包含高速公路。一般情況下，公路等級越高,公路災(zāi)害易損性就越低；反之，公路等級越低,公路災(zāi)害易損性就越高。

1.4 路基工程

路基是公路的承重主體,它在承受著土體及路面結(jié)構(gòu)自身荷載的同時,還要承受車輛向下傳遞的荷載,所以其設(shè)計(jì)的合理程度，直接關(guān)系到公路災(zāi)害易損性的高低。路基工程設(shè)計(jì)越合理，路基越牢固，變形越小，公路災(zāi)害易損性也就越低，反之，路基工程設(shè)計(jì)越不合理，路基越不牢固，變形越大，公路災(zāi)害易損性也就越高。

1.5 路面工程

路面作為車輛荷載的主要承載體,其易損性高低與公路本身的使用壽命及災(zāi)害抵御能力息息相關(guān)。路面工程設(shè)計(jì)越合理，公路抗災(zāi)能力越強(qiáng)，公路災(zāi)害易損性就越低；反之，路面工程設(shè)計(jì)越不合理，公路抗災(zāi)能力越弱，公路災(zāi)害易損性就越高。尤其是在公路災(zāi)害比較嚴(yán)重的地區(qū),采用科學(xué)合理的路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),可提高路基路面的整體受力情況,從而在抵御滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害沖擊時起到較好的止損減損效果。

1.6 公路使用年限

公路使用年限是指公路在理想狀態(tài)下可以安全運(yùn)行的最大使用年數(shù)，同等規(guī)模的滑坡、崩塌災(zāi)害對于不同使用年限的公路造成的損害有著明顯的區(qū)別。由于在實(shí)際運(yùn)營中,公路很難滿足其設(shè)計(jì)使用年限，因此該文選擇公路已使用年限作為參評因子。公路已使用年限越少，公路老化程度越低，公路災(zāi)害易損性就越低；反之，公路已使用年限越多，公路老化程度越高，公路災(zāi)害易損性就越高。

1.7 防護(hù)完善程度

公路防護(hù)完善程度對公路災(zāi)害易損性高低有很大影響作用，是公路災(zāi)害易損性評估中的核心指標(biāo)。公路防護(hù)完善程度越好，公路就越安全，公路災(zāi)害易損性就越低；反之，防護(hù)完善程度越差，公路就越危險(xiǎn)，公路災(zāi)害易損性就越高。

1.8 養(yǎng)護(hù)維修力度

養(yǎng)護(hù)維修對公路的持續(xù)健康運(yùn)營至關(guān)重要，是公路易損性評估中的關(guān)鍵指標(biāo)。養(yǎng)護(hù)維修力度越大，公路更新改善越及時，公路災(zāi)害易損性就越低；反之，養(yǎng)護(hù)維修力度越小，公路更新改善越不及時，公路災(zāi)害易損性就越高。

2 關(guān)鍵方法

2.1 AHP法

AHP法(Analytical Hierarchy Process)即層次分析法，是美國著名學(xué)者satty于1973年提出的一種多準(zhǔn)則多目標(biāo)的權(quán)重決策方法，該方法能有效將定性與定量分析相結(jié)合，適用于準(zhǔn)則較多、結(jié)構(gòu)龐大且不易量化的復(fù)雜問題。層次分析法的核心思想是把問題層次化，即將一個復(fù)雜問題簡化為決策方案(最底層)與總目標(biāo)(最高層)之間相對重要性及權(quán)值確定的排序問題[10-11]。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：①首先確定問題的性質(zhì)和要實(shí)現(xiàn)的總目標(biāo)，并把這個復(fù)雜問題分解成多級組成因素，從而建立一個有序的層次遞進(jìn)結(jié)構(gòu)模型；②對每一層中全部因素的相對重要性進(jìn)行判斷，一般選用1～9標(biāo)度法來進(jìn)行兩兩比較(表1)；③確定每一層中各個因素的相對重要性次序，然后構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣，計(jì)算特征向量及其對應(yīng)的最大特征根，特征向量歸一化后的數(shù)值即為各因素的權(quán)重值；④最后對矩陣的一致性進(jìn)行判斷，當(dāng)矩陣隨機(jī)一致性比率CR<0.1時，即認(rèn)定判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)，說明權(quán)重分配是合理準(zhǔn)確的。

表1 1～9標(biāo)度值及兩種因素相對重要性比較含義

2.2 模糊評價法

模糊評價法即指對受多種模糊因素影響的現(xiàn)象或事物進(jìn)行綜合評價，該方法借助模糊數(shù)學(xué)來分析下級因素對上層事件的影響狀態(tài)，通過層層推進(jìn)，最終計(jì)算出各個因素對總目標(biāo)的影響情況[12]。自然語言最大的特色就是它有一定的模糊性，一般來說，模糊事件或現(xiàn)象不能用0或1的二值邏輯來直接描述，而是要采用區(qū)間[0,1]的連續(xù)值來進(jìn)行客觀描述。相比多指標(biāo)評判法等方法，模糊評價法能有效將定性事件定量化，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：①建立參評因素集U；②建立評價集B；③確定隸屬函數(shù)，計(jì)算各因素隸屬度；④構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣，并計(jì)算出最終的評價結(jié)果。

2.3AHP-模糊綜合評價法

AHP-模糊綜合評價法，即基于層次分析(AHP)的模糊綜合評價法，是一種將AHP法和模糊評價法結(jié)合使用的方法[13-14]。由于模糊評價法的指標(biāo)權(quán)重大多是專家學(xué)者們通過主觀判斷得出，因此評估結(jié)果準(zhǔn)確性不高，而層次分析法是將人的主觀判斷用數(shù)值形式進(jìn)行描述的評估方法，它能有效減少個人主觀臆斷所造成的模糊性和不確定性，將層次分析法和模糊評價法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，各取長處，相輔相成，可確保最終的評價結(jié)果準(zhǔn)確科學(xué)，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。在進(jìn)行山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性評估時，由于公路災(zāi)害與山區(qū)丘陵地形之間的變量關(guān)系錯綜復(fù)雜，對于公路災(zāi)害易損性的影響因素，既有確定的一面，也有模糊的一面，“非此即彼”地準(zhǔn)確判定不能真實(shí)描述參評因素對公路易損性的影響，“亦此亦彼”地模糊判定才能客觀體現(xiàn)參評因素對公路災(zāi)害易損性的真實(shí)作用，因此，AHP-模糊綜合評價法是進(jìn)行公路災(zāi)害易損性評估的優(yōu)良選擇。

圖2 AHP-模糊綜合評價法

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)概況

修武縣地處河南省西北部，太行山南麓，隸屬于焦作市，位于35°07′39″～35°28′32″N，113°08′17″～113°32′03″E之間，人口約28.2萬，面積約676.4 km2，國民生產(chǎn)總值(2014年GDP)約111.3億元。修武縣北部為山區(qū)和丘陵，南部為沖積平原，縣區(qū)地勢北高南低，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春夏秋冬四季分明，年平均降雨量560.4 mm，地震基本烈度為Ⅶ度區(qū)。由于修武縣境內(nèi)有典型的山區(qū)丘陵公路地形，符合本文研究目的，因此選擇該地區(qū)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域。經(jīng)實(shí)地考察及焦作公路局提供資料可知，研究區(qū)公路建成于2004年，已運(yùn)營12年，全長約21.6 km，屬于三級公路，該區(qū)域地下水資源豐富，公路邊坡植被覆蓋率13.5%左右，公路災(zāi)害以滑坡、崩塌為主，坡體結(jié)構(gòu)為層狀，主要出露巖石類型有灰?guī)r、白云巖、石英砂巖等，多為厚層或巨厚層狀，巖體完整，致密堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，土體類型主要為礫質(zhì)土、砂性土、粘性土，局部還有淤泥質(zhì)土。根據(jù)專家分析判斷及前人研究成果，定義參評因子指標(biāo)值越小，公路災(zāi)害易損性越低，經(jīng)綜合考量分析，分別將文中定性因子的分級標(biāo)準(zhǔn)量化值賦值為：0.1、0.3、0.6、0.9；對于經(jīng)濟(jì)密度、人口密度、公路使用年限等定量因子，采用實(shí)測數(shù)值進(jìn)行描述；對于公路等級、路基工程、路面工程、防護(hù)完善程度、養(yǎng)護(hù)維修等定性因子，采用專家判斷法來確定其量化值及隸屬函數(shù)；經(jīng)專家研究考證和數(shù)學(xué)分析，依次得出研究區(qū)公路等級、路基工程、路面工程、防護(hù)完善程度、養(yǎng)護(hù)維修五個定性因子量值為：0.70、0.45、0.05、0.75、0.80；公路災(zāi)害易損性評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)實(shí)測值分別如表2和表3所示。

表2 公路災(zāi)害易損性評價標(biāo)準(zhǔn)

表3 評價指標(biāo)實(shí)測值

3.2 建立模糊集合

采用AHP-模糊綜合評價法進(jìn)行公路災(zāi)害易損性評估前，首先要建立參評因子和評價標(biāo)準(zhǔn)的模糊集合，具體內(nèi)容如下所示。

(1)建立參評因素集U

U={U1,U2,U3}。

(1)

式中：U1表示經(jīng)濟(jì)因素集；U2表示道路因素集；U3表示防治因素集。

(2)建立參評因素的二級因子集C

C(u1)={C1,C2}；

(2)

C(u2)={C3,C4,C5,C6}；

(3)

C(u3)={C7,C8}。

(4)

式中：C1表示經(jīng)濟(jì)密度；C2表示人口密度；C3表示公路等級；C4表示路基工程；C5表示路面工程；C6表示公路使用年限；C7表示防護(hù)完善程度；C8表示養(yǎng)護(hù)維修力度。

(3)建立模糊綜合評判集B

B={B1,B2,B3,B4}={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ}。

(5)

式中：B1表示易損性低，B2表示易損性中等，B3表示易損性高，B4表示易損性極高。

3.3 確定參評因子權(quán)重

3.3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

權(quán)重是在綜合評估時權(quán)衡各個因子相對重要性的數(shù)值，它主要用來反映不同因子間重要性程度的大小差異。公路災(zāi)害易損性評估擁有繁多復(fù)雜的影響因子，不同因子對公路影響程度也不相同，因此在進(jìn)行易損性評估時要對不同的因子賦予不同的權(quán)重[16-17]。本文主要采用層次分析法來確定各個因子的權(quán)重，首先以公路災(zāi)害易損性評估為總目標(biāo)，以社會因素、道路因素、防治因素為準(zhǔn)則層，以二級參評因子為方案層，建立一個整體層次結(jié)構(gòu)模型,如圖1所示。

3.3.2 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合專家意見，本文選用1～9標(biāo)度法依次對公路災(zāi)害易損性評估的各項(xiàng)參評指標(biāo)相對重要性進(jìn)行兩兩比較，賦予A～U、C1～C8相應(yīng)的權(quán)重值，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造4個判斷矩陣，分別為：A～U、U1～C、U2～C、U3～C。以U2～C為例，其判斷矩陣如表4所示。

表4 U2～C判斷矩陣

3.3.3 層次單排序及一致性檢驗(yàn)

層次單排序是針對上層次中的某個元素，確定本層次與之有聯(lián)系的各個元素相對重要性排序的權(quán)重值，其目的是解決判斷矩陣的特征根和特征向量的計(jì)算問題。針對判斷矩陣B，計(jì)算滿足要求的特征根和特征向量：

BW=λmaxWi。

(6)

式中：λmax為B的最大特征根，W為對應(yīng)于λmax的特征向量；Wi為對應(yīng)于W的分量，即參評因子層次單排序的權(quán)重值。目前，求解判斷矩陣的最大特征根及特征向量的主要方法為和積法或方根法。以U2～C判斷矩陣中C3因子為例，本文采用方根法求解其最大特征根及特征向量，具體計(jì)算步驟如下所示。

(1)求解判斷矩陣中C3行列(第一行)指標(biāo)乘積M1,可得：

(7)

(8)

(3)進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算權(quán)重W1，可得：

(9)

同理，根據(jù)上述步驟，可依次求出其他參評因子的層次單排序權(quán)重值。

計(jì)算出各因子層次單排序權(quán)重后，還需對結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以驗(yàn)證矩陣是否滿足一致性。以U2～C判斷矩陣為例，其一致性檢驗(yàn)步驟如下：

(1)計(jì)算U2～C矩陣四個因子權(quán)重(W3,W4,W5,W6)的特征向量W，則有：

W=(W3,W4,W5,W6)T。

(10)

(2)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax，可得：

(11)

式中：

(12)

(3)最后計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI和隨機(jī)一致性比例CR，可得：

(13)

(14)

根據(jù)式(14)結(jié)果可知，該矩陣CR值小于0.1，滿足一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。采用上述步驟，可依次求出其他3個判斷矩陣的層次單排序權(quán)重值及CR值。經(jīng)計(jì)算，A～U等4個矩陣的一致性比例值CR均小于0.1，說明文中構(gòu)造的判斷矩陣是合理的、滿足標(biāo)準(zhǔn)的。

3.3.4 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

計(jì)算出A～U等4個判斷矩陣的層次單排序權(quán)重值后，根據(jù)從上到下的順序，依次求出公路災(zāi)害易損性評估8個參評因子的層次總排序權(quán)重值，如表5所示，可得權(quán)重總矩陣：

A=[0.0423,0.1269,0.0465,0.1976,0.1262,0.0733,0.1291,0.2583]。

(15)

確定總排序權(quán)重后，還需檢驗(yàn)其一致性比例CR，經(jīng)計(jì)算，可得：

=0.0368<0.1。

(16)

式中：a1,a2, a3…a8分別表示各參評因子的總排序權(quán)重值，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值如表6所示。通過式(16)可知，層次總排序一致性比例值CR<0.1，說明其具有滿意的一致性。

表5 參評因子層次總排序權(quán)重

表6 隨機(jī)一致性指標(biāo)值

3.4 確定隸屬函數(shù)

確定各因子權(quán)重后，定義每個因子對應(yīng)的不同公路災(zāi)害易損性等級為一個隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)一般包括梯形分布、半梯形分布、矩形分布、拋物線分布等，每種分布又分為偏小型、中間型及偏大型[17-18]。結(jié)合研究區(qū)公路實(shí)際情況及專家意見，本文最終定義隸屬函數(shù)為降半梯分布函數(shù)。隸屬函數(shù)如下所示：

(17)

(18)

(19)

(20)

式中：xm表示第m個參評因子的實(shí)測值；bn(xm)表示第m個因子對第n級易損性評價級別的隸屬度；a1,a2,a3,a4分別表示第m個因子(指標(biāo)越小越安全)對應(yīng)B1到B4四級公路災(zāi)害易損性評價等級的分界值。

3.5 構(gòu)造模糊矩陣

將表2中各參評因子量化值依此代入公式(17)～(20)，每個因子可得到4個隸屬函數(shù)方程，8個因子共32個矩陣。以經(jīng)濟(jì)密度C1為例，經(jīng)計(jì)算，其模糊關(guān)系矩陣為：

RC1=[0,0,0.8875,1]。

(21)

同理，按照上述步驟，依次求出其他參評因子的模糊關(guān)系矩陣，最終可得到公路災(zāi)害易損性評估參評因子的模糊關(guān)系總矩陣R，則有：

(22)

3.6 綜合評價

在上述步驟的基礎(chǔ)上，將參評因子權(quán)向量A和其模糊關(guān)系總矩陣R進(jìn)行結(jié)合，就可得出最終的公路災(zāi)害易損性模糊綜合評判結(jié)果B，則有：

B=A·R=[0.1262,0.1574,0.3326,0.8740]。

(23)

根據(jù)最大隸屬度原則[20]，其中最大隸屬度Bi所對應(yīng)的位置即為評判目標(biāo)的最終危險(xiǎn)級別。因此，由式(23)可知，該處公路災(zāi)害易損性級別的最大隸屬度為B4=0.874 0=Ⅳ，即該地區(qū)公路災(zāi)害易損性極高，需進(jìn)行重點(diǎn)防范。在此之前，專家對研究區(qū)公路災(zāi)害易損性進(jìn)行的現(xiàn)場定性分析，得到以下結(jié)論：①該處公路為縣道，公路等級較低，已使用年限較長；②路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般，路面有較多毀壞待修區(qū)域，防護(hù)設(shè)施不夠齊全，養(yǎng)護(hù)維修不夠及時；③附近有兩處風(fēng)景區(qū)，經(jīng)濟(jì)密度大，人口密度也大，尤其是在“五一”和“十一”黃金周期間，人口密度會達(dá)到一個峰值；④經(jīng)綜合分析，專家一致認(rèn)定該處公路災(zāi)害易損性較嚴(yán)重，需加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)力度，防患于未然。最后，將兩種結(jié)論進(jìn)行對比分析可知，AHP-模糊綜合評價法與專家現(xiàn)場定性分析法取得的評估結(jié)果大體吻合，說明該方法對山區(qū)丘陵公路進(jìn)行災(zāi)害易損性評估是可行的。

3.7 防治建議

根據(jù)AHP-模糊綜合評價法取得的評估結(jié)果，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況及專家意見，本文提出了一些具有針對性的防災(zāi)減災(zāi)建議。

(1)由于研究區(qū)公路位于凈影寺和云臺山兩大風(fēng)景區(qū)附近，在春秋兩季的旅游旺季時期，尤其是“五一”和“十一”黃金周期間，人流量大，人口密度也大，公路災(zāi)害易損性較高，此時應(yīng)對該區(qū)域公路邊坡進(jìn)行重點(diǎn)檢查，排除危巖體，消除山體落石、崩塌隱患。

(2)最近幾年暴雨天氣較多，極易引起山體滑坡，在條件允許的情況下，公路部門可在該區(qū)域增設(shè)若干災(zāi)害監(jiān)控站，利用三維激光掃描儀及配套的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件對人流量較大的公路地區(qū)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測掃描，觀察邊坡位移量和位移速度，并設(shè)定安全閾值，當(dāng)邊坡位移量和位移速度超過安全閾值時，系統(tǒng)將自動報(bào)警，公路部門可隨即發(fā)布安全通知并疏散人群，以及進(jìn)行相應(yīng)的排險(xiǎn)處理。

(3)公路部門應(yīng)和災(zāi)害管理部門進(jìn)行協(xié)同合作，根據(jù)該區(qū)域?qū)嶋H情況，擬定具有針對性的災(zāi)害預(yù)防治理方案，投入更多人力物力到該區(qū)域公路的養(yǎng)護(hù)維修中，完善路基路面的防護(hù)設(shè)施，提高公路抗災(zāi)防災(zāi)能力，降低公路災(zāi)害易損性。

4 結(jié)論

(1)針對目前山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性評估案例較少且多為定性評估的問題，本文以河南省修武縣某典型山區(qū)丘陵公路為例，采用AHP-模糊綜合評價法實(shí)現(xiàn)了公路災(zāi)害易損性定定量和定性綜合評估，并提出了相應(yīng)的防治建議。研究結(jié)果表明，文中方法取得了良好的評估效果，與專家現(xiàn)場定性分析結(jié)果基本一致，體現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確性、客觀性以及適用性。

(2)針對目前山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性評估參評因子較為單一的問題，本文從社會因素、道路因素、防治因素三大方面進(jìn)行了多角度多層次的考量考察，確定了3類8項(xiàng)山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性評估的主要參評因子，分別為：經(jīng)濟(jì)密度、人口密度、公路等級、路基工程、路面工程、公路使用年限、防護(hù)完善程度、養(yǎng)護(hù)維修力度。

(3)本文為山區(qū)丘陵公路災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型的前瞻性研究，后續(xù)在具備多期公路邊坡三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)時，會將測繪學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)理念與其他交叉學(xué)科進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并應(yīng)用到山區(qū)丘陵公路災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究中，目的是建立一個新的、完整的、具有較強(qiáng)適用性和科學(xué)性的山區(qū)丘陵公路災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型，為公路防災(zāi)減災(zāi)研究提供一種新思路。

[1] 張從明. 公路邊坡治理措施及安全評價方法[M]. 北京:人民交通出版社, 2009.

[2]ZayedT,AmerM,PanJ.AssessingriskanduncertaintyinherentinChinesehighwayprojectsusingAHP[J].InternationalJournalofProjectManagement, 2008, 26(4):408-419.

[3] 趙歡, 田偉平, 李家春, 等. 公路泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2016, 31(2):24-29.

[4] 趙立冬, 傅榮華, 張博. 天山公路沿線地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性模糊綜合評判——以K576+800～K690+000段為 例[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2007,27(1): 96-100.

[5] 柳厚祥, 胡勇軍, 曹志偉,等. 基于模糊聚類理論的公路邊坡穩(wěn)定性分區(qū)研究[J]. 公路交通科技, 2015, 32(5):49-55.

[6] 林孝松. 山區(qū)公路邊坡安全評價與災(zāi)害預(yù)警研究[D]. 重慶：重慶大學(xué), 2010.

[7] 田述軍, 孔紀(jì)名, 陳澤富. 基于公路功能的邊坡災(zāi)害易損性評價[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 35(3):119-126.

[8] 李家春, 尹超, 田偉平, 等. 中國公路自然災(zāi)害易損性評價[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,41(7):1067-1072.

[9] 任占偉. 公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評價體系研究[D]. 西安：長安大學(xué), 2010.

[10]許樹柏. 層次分析法原理[M]. 天津：天津大學(xué)出版社,1988.

[11]王思長, 折學(xué)森, 周志軍,等. 基于層次分析法的工程模糊集理論在公路邊坡穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 10(5):189-192.

[12]李柏年. 模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用[M]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2007.

[13]韓利, 梅強(qiáng), 陸玉梅,等. AHP-模糊綜合評價方法的分析與研究[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 14(7):86-89.

[14]趙龍. 基于改進(jìn)的AHP-模糊綜合評價法的高速公路路線安全性評價研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué), 2011.

[15]蘭繼斌, 徐揚(yáng), 霍良安,等. 模糊層次分析法權(quán)重研究[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2006, 26(9):107-112.

[16]王瑋, 張玉芝. 模糊AHP的權(quán)重向量求解方法研究[J]. 控制與決策, 2006, 21(2):184-188.

[17]田偉平, 馬保成, 舒淼. 山區(qū)沿河公路路基水毀災(zāi)害易損性評價[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2011,20(5):125-130.

[18]夏卜敬. 基于模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對邊坡穩(wěn)定性的分析研究[D]. 武漢：武漢科技大學(xué), 2008.

[19]陳耀輝, 孫春燕.模糊綜合評判法中的最大隸屬原則有效度[J].重慶師范學(xué)院學(xué)報(bào):(自然科學(xué)版), 2001, 18(1): 45-47.

Research of Highway Disaster Vulnerability Based on AHP-Fuzzy Comprehensive Evaluation Method: A Case Study of Xiuwu County in Henan Province

LIU Yangyang, LI Yongqiang, LI Youpeng and YANG Qingke

(CollegeofSurveyingandMapping,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

TakinghillyandmountainousareahighwayofXiuwuCountyinHenanProvinceasanexample,combinedwithlocalactualsituation,weinvestigatefromthreeaspectsassocialfactors,roadfactorsandcontrolfactors,andselectingeconomicdensity,populationdensity,roadgradeselectionetc.eightfactorastheevaluatingfactors,establishingthehighwaydisastervulnerabilityhierarchyassessmentmodel,achievethehighwaydisastervulnerabilityquantitativeandqualitativeevaluationbyusingAHP-fuzzycomprehensiveevaluationmethod,finally,accordingtotheevaluationresults,weputforwardthecorrespondingsuggestionsonpreventionandcontrol.Researchresultsshowthattheregionalhighwaydisastervulnerabilityisgreat,needtofocusonprevention;theresultsobtainedinthispaperarebasicallyconsistentwiththeresultsobtainedbytheexpertsinthefieldofqualitativeanalysis,reflectingthehigheraccuracyandpracticality,andthenhasalsoprovidesomereferencevaluetothesubsequentriskresearchofhighwayinmountainousandhilly.

XiuwuCountyinHenanProvince;mountainousandhilly;highwaydisaster;vulnerabilityassessment;AHP-fuzzycomprehensiveevaluationmethod;disasterpreventionandreduction

2016-07-20

2016-08-29

國家“十二五”科技支撐項(xiàng)目 (2012BAH34B00)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (41501491)；國家測繪局測繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目 (201412020)

劉洋洋(1991-)，男，河南許昌人，博士研究生，主要從事地理空間信息應(yīng)用及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究. E-mail：975492655@qq.com

李永強(qiáng)(1976-)，男，河南許昌人，博士，副教授，主要從事三維激光掃描及移動激光測量方面研究. E-mail：liyongqiang@hpu.edu.cn

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.006.]

X43

A

1000-811X(2017)02-0032-07

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.02.006

劉洋洋, 李永強(qiáng), 李有鵬，等. 基于AHP-模糊綜合評價法的山區(qū)丘陵公路災(zāi)害易損性研究—以河南省修武縣為例[J]. 災(zāi)害學(xué)，2017，32(2)：32-38. [LIU Yangyang，LI Yongqiang，LI Youpeng, et al. Research of Highway Disaster Vulnerability Based on AHP-Fuzzy Comprehensive Evaluation Method：A Case Study of Xiuwu County in Henan Province [J]. Journal of Catastrophology，2017，32(2)：32-38.