On Evaluation of Suitability for Land Construction of Low Hill and Gentle Slope Based on AHP-CV Combined Weight

内江市(29°5′-30°2′N、104°14′-105°26′E)位于四川省东南部，地处沱江(长江一级支流)下游中段，东与重庆相邻，南与泸州相接，西与自贡接壤，北与资阳相邻^[5].其地形多以丘陵为主，海拔350~450 m的丘陵约占90%.全市总面积达5 385 km²，下辖2区(市中区、东兴区)3县(隆昌县、资中县、威远县).国内对低丘缓坡土地定义有不同的界定，蒋佳佳等根据《城市用地竖向规划规范》(CJJ 83-99)规定，以及对建设用地需求较大的现状，将海拔500 m视为低丘缓坡土地区域的海拔上限；杨远琴等^[6]结合研究区实际情况，选用海拔500 m以下、坡度低于25°的区域作为低丘缓坡土地资源.

内江市海拔约在211~894 m(图 1)，地势相对平缓，由于自然资源部规定25°以上的陡坡禁止开垦，因此本文选择海拔500 m以下、坡度6°~25°的区域作为研究区域(图 2)，研究区面积1 568.63 km²，占内江市总面积约29.20%.

本文研究数据主要包括: ①内江市DEM，来源于地理空间数据云平台，通过区域位置提取像素大小为30 m×30 m的坡度、坡向及高程；②2017年9月成像的Sentinel-2遥感影像图，来源于欧洲航天局哨兵官网(https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home)，借助ENVI 5.0完成辐射定标、大气校正等预处理；③内江市道路、区县行政界线等来源于研究区1∶50 000数字化矢量图.

低丘缓坡土地的开发建设是自然、社会、生态与人各种因素共同作用的结果，本文选取评价因子主要遵循4个原则: ①全面性原则: 利用土地适宜性评价的复杂性特征选取评价因子；②主导性原则: 选取对低丘缓坡土地适宜性评价起主导作用的因子；③稳定性原则: 选取长期稳定的因子；④可操作性原则: 选取目前能够获取信息的因子^[7].

本文根据土地开发适宜性所要求的地形、环境等条件，结合内江市低丘缓坡土地资源特点，建立内江市低丘缓坡土地评价指标体系.本文的层次模型分为决策层、准则层和方案层3个层次，其中决策层为低丘缓坡土地适宜性，准则层由地形条件、生态环境因素和交通构成，坡度、高程、地灾易发性等9个指标共同构成方案层.图 3为低丘缓坡土地适宜性评价体系.

评价方法上主要有主观赋权法和客观赋权法两大类.主观赋权法主要有层次分析法(AHP)、德尔菲法(Delphi)等，客观赋权法主要有熵值法、神经网络分析法、主成分分析法(PCA)、变异系数法(CV)等.

层次分析法(AHP)是一种主观确定权重的方法，其优点在于可将问题分解，构建出评价模型，比较各因子重要程度，构建权重矩阵，并排序做出决策^[8].

1) 建立层次结构模型.将评价指标进行分层，分为决策层、准则层和方案层.

2) 构造判断矩阵.运用1-9级标度法，用数字表示各评价因子间的相对重要性.为使评价结果更具客观性，通过专家打分，并对评价因子两两比较，构成判断矩阵D.

3) 权重计算.

计算权重向量的近似值: $ {{\boldsymbol{\bar w}}_j} = \sqrt[x]{{\prod\limits_{i = 1}^x {{D_{ij}}} }} $，其中(j=1，2，…，x)

归一化处理: $ \boldsymbol{w}_{j}=\overline{\boldsymbol{w}}_{j} / \sum\limits_{k = 1}^x {{{\overline {\boldsymbol{w}} }_j}}, \boldsymbol{W}=\left(w_{1}, w_{2}, \cdots, w_{x}\right)^{\mathrm{T}} $

4) 一致性检验.

计算判断矩阵的最大特征值$ {\lambda _{\max }} = \frac{1}{x}\sum\limits_{j = 1}^x {\frac{{{{(\boldsymbol{DW})}_j}}}{{{\boldsymbol{w}_j}}}} $

计算一致性检验指标$ CI = \frac{{{\lambda _{\max }} - x}}{{x - 1}} $

一致性检验公式为: CR=CI/RI.其中CR为检验系数，CI为一致性检验指标，$ RI = \frac{{C{I_1} + C{I_2} + \cdots + C{I_x}}}{x} $为一致性指标.当CR < 0.1时，认为该结果满足一致性；当CR>0.1时，调整判断矩阵内各项评价指标的数值，并计算至满足一致性检验.

变异系数法(CV)是一种客观计算权重的方法，它可以直接利用各项评价因子所包含的信息，通过计算得到各项指标的权重^[9].过程如下:

计算变异系数: $ V_{i}=\frac{S_{i}}{X_{i}} $，其中，S_i是第i个指标的标准差；X_i是第i个指标的平均值.归一化计算权重: $ {\boldsymbol{w}_i} = \frac{{{V_i}}}{{\sum\nolimits_{i = 1}^n {{V_i}} }} $，其中，V_i是第i个因子的变异系数.

本文根据低丘缓坡土地适宜性评价体系模型，在YAAHP软件中建立层次结构模型(图 3)，得到专家打分结果并输入判断矩阵，通过一致性检验得出主观权重(表 1).

单一的层次分析法主观因素影响较大，因此结合变异系数法(CV)进行客观赋权.在ArcGIS10.2中，每个评价指标的栅格图层属性中根据系统自动统计的各个图层的平均值和标准差，使用变异系数法计算变异系数，经归一化处理得到客观权重(表 2):

将AHP权重与CV权重求平均值得到组合权重w，如表 3所示:

本文基于Arcgis10.2，参考已有文献，并根据内江市低丘缓坡土地特性，为确保计算的精度和效率，将研究区地形图、土地利用类型图、生态环境图和交通等所有图件统一划分像元大小为30 m×30 m的评价单元，每个因子根据对应的适宜性高低分类为4个等级，分别赋值7，5，3，1，采用叠加分析法，在Arcgis10.2栅格计算器中按照评价层次模型进行综合叠加分析，公式如下:

其中n表示指标个数；x_i表示第i个评价指标的分值；q_i表示第i个评价因子的权重；S表示各评价因子量化值之和.

本文依据“土地评价纲要”评价系统划分低丘缓坡土地适宜性类型，将其划分为4类^[10]，如表 4.

为分析内江市各区县低丘缓坡土地建设适宜性区域，借助ArcGIS10.2栅格计算器和重分类^[11]，选择可以在数据值差异相对较大的位置设置等级界限的自然间距分类法，依次将低丘缓坡土地建设适宜区分为高度适宜区、一般适宜区、勉强适宜区和不适宜区^[12-13]，结合低丘缓坡土地区域图(图 2)，分别得到内江市层次分析法赋权低丘缓坡土地适宜性结果图(图 4)和变异系数法赋权低丘缓坡土地适宜性结果图(图 5).

从图 4和图 5可以看出，由层次分析法求得的结果受专家主观因素影响较多，高度适宜区主要集中在市中区与东兴区交界处以及资中县北部.变异系数法赋权则更为客观，结果显示各适宜度分布较为均匀，故将2种方法结合，突出本次研究的客观性和主导性^[14]，得到内江市低丘缓坡土地适宜性区域划分图(图 6).

其中资中县高度适宜区主要分布在资中县北部及中部地区；威远县北部及西北地区地势较高、坡度较大，低丘缓坡土地较少，故威远县高度适宜区主要集中在威远县东南部及中部地区；隆昌县高度适宜区主要分布在隆昌县中部，所属龙市镇；东兴区高度适宜区分布较分散，主要集中在东兴区西南部，与市中区交界处；市中区高度适宜区占比最高且分布较均匀，大面积区域主要集中在市中区与东兴区交界处，凌家镇中部、伏龙乡北部、沱江乡东南部及白马镇均有大面积适宜区.内江市各区县适宜性等级分区占比见表 5.

本文以内江市为例，综合考虑内江市地形、生态、交通等因素的影响，选取了9个评价因子，构建低丘缓坡土地适宜性层次模型，运用层次分析法(AHP)和变异系数法(CV)分别计算评价因子主客观权重及组合权重.在ArcGIS空间分析及统计功能支持下，根据相关低丘缓坡土地资源界定的规定，充分考虑地形条件、生态条件及交通等因素，分析计算出内江市低丘缓坡土地资源共1 568.63 km²，约占内江市总面积29.20%.结果显示，全市高度适宜区面积为485.09 km²，占低丘缓坡土地资源面积约30.92%；一般适宜区面积为665.08 km²，占比约42.40%；勉强适宜区面积为355.44 km²，占比约22.66%；不适宜区面积为62.99 km²，占比约4.02%.