[發明專利]一種確定土壤壓實程度的評價方法

在審

• 申請號: 201611243385.X
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106651195A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李洪文;王憲良;王慶杰;何進;陳婉芝;張翼夫;胡紅;章志強
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

1.一種確定土壤壓實程度的評價方法,其特征在于，所述確定土壤壓實程度的評價方法包括以下步驟：

1)建立綜合指標體系：進行土壤壓實試驗后土壤物理特性指標的方差分析，根據方差分析確定土壤壓實評價指標，將確定的評價指標分類組合形成一種層次結構，建立一個評價聚類因子的綜合指標體系；

2)聚類因子權重確定：通過判斷矩陣C確定各評價指標權重，應用層次分析法需要進行判斷矩陣一致性檢驗，若具有滿意一致性則不需要調整，否則需要調整判斷矩陣最初取值；

3)土壤壓實的綜合評判：基于模糊綜合判定的基本原理，綜合評價土壤壓實情況。

2.根據權利要求1所述確定土壤壓實程度的評價方法,其特征在于，所述步驟1)中，所述代表土壤壓實相關特征指標來源于行業標準或者相關文獻中的研究結果，將所有與土壤壓實相關的土壤特性指標形成一種層次結構，該層次結構為一級指標：1)土壤物理特性，2)水分特性，3)土壤力學特性；二級指標對應包括：1)土壤容重、土壤孔隙度；2)土壤水分特征曲線、土壤水分；3)土壤抗壓強度、土壤剪切強度。

3.根據權利要求1所述確定土壤壓實程度的評價方法,其特征在于，所述步驟2)中，所述聚類因子權重確定，包括以下步驟。

(a)建立判斷矩陣

采用Saaty T L教授提出的比例標度進行比較同一層的兩兩指標之間的重要程度，并賦予一定數值進行定量化，構成矩陣形式；在同一層次結構中參數之間的判斷矩陣建立，如果認為土壤物理特性和土壤水分特性同樣重要，則J_d13＝1，J_d31＝1；若認為土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要則J_d13＝3，J_db31＝1/3；其中J為比例標度；d表示層次；d13中的數字1、3表示d層次中的元素；兩兩判斷矩陣中各元素的數值大小通過專家評估所得；將比例標度的量化比較如下：若比例標度為1，表示兩個指標相比，具有同樣重要性；比例標度為3，表示兩個指標相比，一個元素比另一個元素稍微重要；比例標度為5，表示兩個指標相比，一個元素比另一個元素明顯重要；比例標度為7，表示兩個指標相比，一個元素比另一個元素強烈重要；比例標度為9，表示兩個指標相比，一個元素比另一個元素極端重要；比例標度為2、4、6、8表示上述兩相鄰判斷的中值；

判斷矩陣：

C是指c層次相對于d層次的判斷矩陣；

(b)計算各判斷矩陣的最大特征值

利用計算判斷矩陣最大特征值λ^(k)_max和它的標準化特征向量

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

CW^(k)＝λ^(k)_maxW^(k)

B_k與C_j指標無關時，C^(k)_j＝0；單一指標B_k下的下層指標C₁，C₂，…，C_m的單權重為C^(k)₁,C^(k)₂,…,C^(k)_m

(c)致性檢驗

判斷矩陣的最大特征值：

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

一致性比例

R₁為平均隨機一致性指標，其大小與矩陣階數有關，具體如下表示：若階數為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15，則對應的R₁值為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；

當C_R<0.1時，認為判斷矩陣是可以接受的，否則重新調整判斷矩陣的元素。

4.根據權利要求1所述確定土壤壓實程度的評價方法,其特征在于，所述步驟3)中，構建模糊評判矩陣包括以下步驟：

(a)模糊綜合判定涉及的3個因素

因素集：U＝{u₁,u₂,...,u_n}

確定決策集：V＝{v₁,v₂,...,v_m}，也稱為評價集，例如輕微壓實，中等壓實，嚴重壓實；

單因素評價方法：模糊映射f：U→V，即

u_i→f(u_i)＝(r_i1,r_i2,…,r_im)∈F(V)

根據模糊映射確定的模糊關系R_f∈F(U×V)

R_f(U_i,V_i)＝f(u_i)(v_i)＝r_ij，由模糊矩陣R∈M_n×m表示R_f(U,V,R)構成綜合評判模型，給定的W∈u_1×n(因素權重)，

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

綜合評價模型B＝W·R

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

綜合評價模型B的矩陣即對應每個指標的評價標準；其中，u、r、b為權重因素；

(b)綜合評價多層次土壤壓實

將因素U按土壤深度分為幾組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為兩層因素集，元素u_i為一層因素集U的子集。

對U_i＝(U_i1,U_i2,…,U_in)中的各個因素進行單因素評價

f_i·U_i→F(V)

u_i→f(u_i)＝(r_i1,r_i2,…,r_im)∈F(V)，評判矩陣R_i，以(U_i，V，R_i)為原始模型，在U_i中通過AHP法求出諸因素的權重A_i＝(a_i1,a_i2,…,a_in)，求綜合評價

B_i＝A_i·R_i∈F(V)i＝1,2,3,…,p

考慮兩層因素U＝{u₁,u₂,...,u_p}以B_i作為U_i的單因素判斷，建立模糊映射f：U→F(V)，U_i→F(U_i)＝B_i，得2層評價矩陣

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

以(U，V，R)為原始模型，U中通過AHP法求出諸因素的權重A＝(a₁,a₂,…,a_p)求出綜合評價：B＝A·R∈F(V)。