[发明专利]一种确定土壤压实程度的评价方法

权利要求书

1.一种确定土壤压实程度的评价方法,其特征在于，所述确定土壤压实程度的评价方法包括以下步骤：

1)建立综合指标体系：进行土壤压实试验后土壤物理特性指标的方差分析，根据方差分析确定土壤压实评价指标，将确定的评价指标分类组合形成一种层次结构，建立一个评价聚类因子的综合指标体系；

2)聚类因子权重确定：通过判断矩阵C确定各评价指标权重，应用层次分析法需要进行判断矩阵一致性检验，若具有满意一致性则不需要调整，否则需要调整判断矩阵最初取值；

3)土壤压实的综合评判：基于模糊综合判定的基本原理，综合评价土壤压实情况。

2.根据权利要求1所述确定土壤压实程度的评价方法,其特征在于，所述步骤1)中，所述代表土壤压实相关特征指标来源于行业标准或者相关文献中的研究结果，将所有与土壤压实相关的土壤特性指标形成一种层次结构，该层次结构为一级指标：1)土壤物理特性，2)水分特性，3)土壤力学特性；二级指标对应包括：1)土壤容重、土壤孔隙度；2)土壤水分特征曲线、土壤水分；3)土壤抗压强度、土壤剪切强度。

3.根据权利要求1所述确定土壤压实程度的评价方法,其特征在于，所述步骤2)中，所述聚类因子权重确定，包括以下步骤。

(a)建立判断矩阵

采用Saaty T L教授提出的比例标度进行比较同一层的两两指标之间的重要程度，并赋予一定数值进行定量化，构成矩阵形式；在同一层次结构中参数之间的判断矩阵建立，如果认为土壤物理特性和土壤水分特性同样重要，则J_d13＝1，J_d31＝1；若认为土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要则J_d13＝3，J_db31＝1/3；其中J为比例标度；d表示层次；d13中的数字1、3表示d层次中的元素；两两判断矩阵中各元素的数值大小通过专家评估所得；将比例标度的量化比较如下：若比例标度为1，表示两个指标相比，具有同样重要性；比例标度为3，表示两个指标相比，一个元素比另一个元素稍微重要；比例标度为5，表示两个指标相比，一个元素比另一个元素明显重要；比例标度为7，表示两个指标相比，一个元素比另一个元素强烈重要；比例标度为9，表示两个指标相比，一个元素比另一个元素极端重要；比例标度为2、4、6、8表示上述两相邻判断的中值；

判断矩阵：

C是指c层次相对于d层次的判断矩阵；

(b)计算各判断矩阵的最大特征值

利用计算判断矩阵最大特征值λ^(k)_max和它的标准化特征向量

W^(k)＝(C^(k)₁,C^(k)₂,…,C^(k)_m)，特征向量W^(k)满足

CW^(k)＝λ^(k)_maxW^(k)

B_k与C_j指标无关时，C^(k)_j＝0；单一指标B_k下的下层指标C₁，C₂，…，C_m的单权重为C^(k)₁,C^(k)₂,…,C^(k)_m

(c)致性检验

判断矩阵的最大特征值：

${\mathrm{\λ}}_{\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\left(CW\right)}_i}{{\mathrm{nW}}_i}$

一致性比例

R₁为平均随机一致性指标，其大小与矩阵阶数有关，具体如下表示：若阶数为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15，则对应的R₁值为0、0、0.5 0.9、1.1、1.3、1.4、1.41、1.46、1.5、1.52、1.54、1.56、1.58、1.59；

当C_R<0.1时，认为判断矩阵是可以接受的，否则重新调整判断矩阵的元素。

4.根据权利要求1所述确定土壤压实程度的评价方法,其特征在于，所述步骤3)中，构建模糊评判矩阵包括以下步骤：

(a)模糊综合判定涉及的3个因素

因素集：U＝{u₁,u₂,...,u_n}

确定决策集：V＝{v₁,v₂,...,v_m}，也称为评价集，例如轻微压实，中等压实，严重压实；

单因素评价方法：模糊映射f：U→V，即

u_i→f(u_i)＝(r_i1,r_i2,…,r_im)∈F(V)

根据模糊映射确定的模糊关系R_f∈F(U×V)

R_f(U_i,V_i)＝f(u_i)(v_i)＝r_ij，由模糊矩阵R∈M_n×m表示R_f(U,V,R)构成综合评判模型，给定的W∈u_1×n(因素权重)，

$R=\left\{\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \mathrm{...}& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& \mathrm{...}& r_{2m}\\ r_{31}& r_{32}& \mathrm{...}& r_{3m}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ r_{n1}& r_{n2}& \mathrm{...}& r_{nm}\end{array}\right\}$

综合评价模型B＝W·R

$\begin{array}{c}B=WR=\left(\begin{array}{cccc}{W}_1& W_2& \mathrm{....}& W_m\end{array}\right)\left\{\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \mathrm{...}& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& \mathrm{...}& r_{2m}\\ r_{31}& r_{32}& \mathrm{...}& r_{3m}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ r_{m1}& r_{m2}& \mathrm{...}& r_{mm}\end{array}\right\}\\ =\left(\begin{array}{cccc}{b}_1& b_2& \mathrm{....}& b_m\end{array}\right)\end{array}$

综合评价模型B的矩阵即对应每个指标的评价标准；其中，u、r、b为权重因素；

(b)综合评价多层次土壤压实

将因素U按土壤深度分为几组U_i＝(U_i1,U_i2,…,U_in),

$U=\underset{i=1}{\overset{p}{\&cup;}}{u}_i,(u_i\&cap;u_j=\mathrm{\&Phi;},i\&NotEqual;j)$

U＝{u₁₁,u₁₂,...,u_1n,u₂₁,u₂₂,...,u_2n,...,u_p1,u_p2,...,u_pn}

U＝{u₁,u₂,...,u_p}，U为两层因素集，元素u_i为一层因素集U的子集。

对U_i＝(U_i1,U_i2,…,U_in)中的各个因素进行单因素评价

f_i·U_i→F(V)

u_i→f(u_i)＝(r_i1,r_i2,…,r_im)∈F(V)，评判矩阵R_i，以(U_i，V，R_i)为原始模型，在U_i中通过AHP法求出诸因素的权重A_i＝(a_i1,a_i2,…,a_in)，求综合评价

B_i＝A_i·R_i∈F(V)i＝1,2,3,…,p

考虑两层因素U＝{u₁,u₂,...,u_p}以B_i作为U_i的单因素判断，建立模糊映射f：U→F(V)，U_i→F(U_i)＝B_i，得2层评价矩阵

$R=\left\{\begin{array}{c}{B}_1\\ B_2\\ .\\ .\\ .\\ B_p\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{cccc}{b}_{11}& b_{12}& \mathrm{...}& b_{1m}\\ b_{21}& b_{22}& \mathrm{...}& b_{2m}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ b_{p1}& b_{p2}& \mathrm{...}& b_{pm}\end{array}\right\}$

以(U，V，R)为原始模型，U中通过AHP法求出诸因素的权重A＝(a₁,a₂,…,a_p)求出综合评价：B＝A·R∈F(V)。