季佳佳， 趙冬玲， 楊建宇， 王修貴， 杜 萌

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083）

基于多層次模糊綜合評判法的土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量評價研究

季佳佳， 趙冬玲， 楊建宇， 王修貴， 杜 萌

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083）

研究目的：為改善現(xiàn)有土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價方法過于剛性化的缺點，以甲、乙兩省為例，探究土地變更調(diào)查中錯誤量相近省份的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法。研究方法：基于多層次模糊綜合評判法，采用缺陷扣分法確定隸屬度，并結(jié)合層次分析法和Delphi法計算權(quán)重。研究結(jié)果：錯誤量的大小無法直接表明數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣。研究結(jié)論：實驗結(jié)果表明該方法不僅能快速識別影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要因素，同時評價結(jié)果更加客觀合理。

土地管理；土地調(diào)查；數(shù)據(jù)質(zhì)量評價；多層次模糊綜合評判；Delphi法；層次分析法

1 引言

為建設(shè)和完善土地利用數(shù)據(jù)庫，中國在第二次全國土地調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，制定了年度土地變更調(diào)查[1-2]。該方案自2009年施行以來，各省每年上報的成果數(shù)據(jù)經(jīng)檢查仍存在錯誤類型多、錯誤數(shù)量大等問題。土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括矢量數(shù)據(jù)、柵格影像、屬性列表、元數(shù)據(jù)記錄以及一些文檔資料等多元化類型的數(shù)據(jù)[3]，其質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的統(tǒng)計和分析[4]。

數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價方法可分為直接評價和間接評價兩個方向[5]。間接評價是從誤差傳播理論著手研究，它的模型復(fù)雜度較高，相關(guān)的研究方法較少。直接評價方法應(yīng)用較為廣泛，常見的方法主要有加分法、缺陷扣分法、ISO/TC211加權(quán)平均、粗集法等。其中，加分法是一種較簡單的線性統(tǒng)計方法，但其評價過程過于粗糙，且人為因素影響較大；缺陷扣分法是一種引入調(diào)整系數(shù)的扣分法，操作簡便，對缺陷的敏感度較強[6-7]，但同時存在著較多的不足，如缺陷等級間扣分量跳躍性較大，中間質(zhì)量信息損失，評價結(jié)果偏不合格等?？傮w而言，缺陷扣分法是一種剛性化的質(zhì)量觀[8]；ISO/TC211加權(quán)平均法是目前比較常用的評價方法，其采用正確率來表現(xiàn)不同質(zhì)量影響要素本身在整個數(shù)據(jù)集中的重要程度，但權(quán)重的確定和評價抽樣方法都具有不確定性[9]；粗集法篩選出關(guān)鍵因子，然后綜合決策規(guī)則做出評價，但這種方法的區(qū)域劃分略顯粗糙，且只可用于定性評價[10]。

針對上述評價方法問題，本文提出一種基于多層次模糊綜合評判法的土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法，對年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評價。

2 模糊綜合評判法

模糊綜合評判法主要適用于受到多種因素影響且各因素之間界線不明確的事物評價[11]。模糊綜合評判法可分為單因素評價和多因素綜合評價，兩者的基本原理均是在選擇評價目標的因素集、評語集基礎(chǔ)上，建立適宜的權(quán)重集，并確定隸屬函數(shù)，建立模糊綜合評判矩陣，通過模糊變換得到最終的綜合評價結(jié)果[12]。

依據(jù)土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查規(guī)則可以發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)質(zhì)量受到多方面因素的影響，如數(shù)據(jù)的完整性、屬性和圖形的正確性、邏輯一致性等，且這些因素具有不明確性，均不可直接量化，所以土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價可以采用多層次模糊綜合評判法進行定量評價。

2.1 技術(shù)流程

多層次模糊綜合評判過程主要的評價步驟分為以下5個步驟：

（1）建立評判對象因素集U。多層評價指標可按照從宏觀到微觀的次序進行構(gòu)建。

（2）建立評語集V。V = {V1，V2，…，Vn}。

（3）對因素子集Ui進行一級綜合評價。①分配各二級子因素的權(quán)重Ai。權(quán)重是影響最終評價結(jié)果的重要因素。在土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量評價中，二級質(zhì)量元素的權(quán)重可依據(jù)其缺陷等級，采用層次分析法計算求得。層次分析法通過定性指標模糊量化方法算出層次單排序和總排序，是一種作為多指標、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法[13]。②選擇隸屬函數(shù),確定各因素的隸屬度,構(gòu)造評判矩陣Ri。隸屬函數(shù)的選擇將直接影響評價結(jié)果的精度，需要根據(jù)評價指標的模糊分布選取合適的隸屬函數(shù)。③選擇綜合評價模型，求模糊綜合評價集Bi。當各因素的重要程度模糊集Ai和綜合評判矩陣Ri確定時，通過Ri做線性變換，把Ai變成評語集V上的模糊子集Bi= Ai·Ri=（b1，b2，…，bn）。

（4）對U進行二級模糊綜合評價。①分配一級質(zhì)量元素的權(quán)重A。一級質(zhì)量元素為宏觀影響因素，各因素之間語義界限較明確，可采用Delphi法求得權(quán)重。Delphi法不僅可以滿足專業(yè)領(lǐng)域?qū)δ繕嗽u價數(shù)據(jù)的要求，也可以考慮數(shù)據(jù)使用者的需求，對目標對象做出全面合理的評價，具有較強的客觀性、準確性和權(quán)威性[11]。②構(gòu)造二級綜合評判矩陣R。多層次綜合模糊評判中較高級的評判矩陣是以低一級元素的模糊子集構(gòu)造而來。

（5）選擇評判模型，得出最終評價結(jié)果B。利用最大隸屬原則，評價集B中最大的bj對應(yīng)的等級（評語）vj即為最終定性的評價結(jié)果。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

隸屬度的確定是多層次模糊綜合評判法的關(guān)鍵，本文采用缺陷扣分法進行定量分析，依據(jù)原質(zhì)檢規(guī)則的主體分布原則以及人們客觀認識的規(guī)律，構(gòu)造梯形隸屬函數(shù)，建立隸屬度Ri與分值X之間的函數(shù)關(guān)系，最終求得二級單因素對應(yīng)各評語集Vj的隸屬度。這種方法改變了一般專家打分法的主觀性，為后續(xù)評價過程提供了科學(xué)合理的隸屬度，增強了評價結(jié)果的可靠性。

如圖1所示，X表示最底層質(zhì)量元素的分值。X＞95為優(yōu)，81—88為良，67—74為中，＜60為差，其余中間分值需依據(jù)函數(shù)關(guān)系圖求得對應(yīng)各評語集的隸屬度。

圖1 隸屬函數(shù)Fig.1 Membership function

對應(yīng)的分段函數(shù)為：

X的取值采用缺陷扣分法：無錯誤為滿分100，單個輕缺陷扣分值為0.5，單個重缺陷扣分值為2，若出現(xiàn)嚴重錯誤則X為0，則：

3 實驗及結(jié)果分析

3.1 實驗數(shù)據(jù)

2012年甲、乙兩省提交的土地變更數(shù)據(jù)庫成果中分別檢查出122和93條錯誤項，均占全國總錯誤量的0.01%；它們包含的錯誤缺陷類型相同，均無嚴重缺陷錯誤。按照原始變更數(shù)據(jù)評價規(guī)則和方法，這兩省的數(shù)據(jù)庫質(zhì)量等級均為不合格，但在全國范圍內(nèi)這兩省是屬于錯誤數(shù)少、錯誤缺陷輕的較優(yōu)行列，因此類似省份可采用多層次模糊綜合評判法進一步評價分等，辨別相對優(yōu)劣。依據(jù)國內(nèi)和國外相應(yīng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價規(guī)范標準[14-16]，調(diào)整和更新土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的指標，如表1所示。

表1 土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)評價指標及2012年甲、乙兩省相關(guān)錯誤統(tǒng)計表Tab.1 Evaluation index system of land change investigation data &statistical table of relative error checked out in A and B Provinces in 2012

3.2 評判實施

3.2.1 建立評判對象因素集U 如表1所示，土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量評價建成二層體系評價集。U = {U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7}；U1= {U11，U12}；U3= {U31，U32}；U4= {U41，U42，U43，U44}；U5= {U51，U52，U53}；U6= {U61，U62，U63，U64}；U7= {U71，U72，U73，U74，U75，U76}。

3.2.2 建立評語集V 依據(jù)中國《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定與質(zhì)量評定》（GB/T18316-2001）等GIS產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)定，以及日常生活中人們的感官認知能力，建立4類評語等級。

3.2.3 一級綜合評價

（1）計算二級質(zhì)量元素權(quán)重Ai。按表1中二級質(zhì)量元素的缺陷等級構(gòu)造對比較矩陣，以dij表示評價因素ui與uj的重要程度，則1表示ui與uj同等缺陷，3表示ui比uj高一等，5表示ui比uj高二等。以U3的二級質(zhì)量評價因素為例，其對比較矩陣如表2所示。構(gòu)造矩陣后，計算其特征向量，歸一化處理即可求得各二級質(zhì)量元素的權(quán)重，則含有子質(zhì)量元素的各二級質(zhì)量元素的權(quán)重分別為：A1= （0.500，0.500），A3= （0.167，0.833），A4= （0.375，0.375，0.125，0.125），A5= （0.429，0.143，0.429），A6= （0.25，0.25，0.25，0.25），A7= （0.167，0.167，0.167，0.167，0.167，0.167）。

表2 U3對比較矩陣Tab.2 Comparison matrix of U3

（2）構(gòu)造評判矩陣Ri，確定二級子因素的隸屬度。以U3因素集為例，依據(jù)式2計算可得X32= 98.5，代入隸屬函數(shù)式1，則：R（V1） = 1，R（V2） = 0，R（V3） = 0，R（V4） = 0，即該因素對應(yīng)各評語集的隸屬度為（1，0，0，0）。以此類推，則U3的二級因素隸屬度構(gòu)成評判矩陣R3。

同理，二級質(zhì)量元素的其他隸屬矩陣為：

（3）選擇綜合評價模型，求模糊綜合評價集Bi。由于評判矩陣中元素rij存在偏小的情況，因此本文中評判模型均選擇加權(quán)平均型算子求得模糊子集Bi。

3.2.4 二級綜合評價

（1）計算一級質(zhì)量元素權(quán)重A。一級質(zhì)量元素由7類影響因素組成，且各自獨立互不影響，是數(shù)據(jù)質(zhì)量因素的宏觀組成成分，易于理解和辨別重要性，可采用Delphi評價法計算權(quán)重。經(jīng)文獻查閱與調(diào)查問卷等方式，獲得k組關(guān)于土地變更數(shù)據(jù)各評價因素的重要性序列值e，結(jié)果如表3。

表3 ei值評定統(tǒng)計表Tab.3 The value of eiassessment statistics

經(jīng)演算變換，最終得到一級質(zhì)量元素的重要程度模糊集A，A = （0.532，1，0.748，0.532，0.748，0.316，0.1）。（2）構(gòu)造二級綜合評判矩陣R。由多層次模糊綜合評判法的基本原理可知，二級模糊評判中的R由一級評判中的模糊集組成，即：

3.2.5 求得評判結(jié)果B 最終計算得到甲省的綜合評價結(jié)果，如式5：

以此類推，得到乙省的二級模糊評判矩陣R0以及最終評價結(jié)果B0，如式6和式7。

3.3 評價結(jié)果分析

根據(jù)最大隸屬度原則，甲省的最終評價結(jié)果為“優(yōu)”，由其二級綜合評判矩陣R可以看出：一級質(zhì)量評價因素的質(zhì)量等級均為優(yōu)；另一方面U3和U7的優(yōu)級隸屬度較低，即邏輯一致性和與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫一致性方面質(zhì)量較差；乙省的最終評價結(jié)果為“優(yōu)”，一級評價因素中U3和U5的優(yōu)級隸屬度較低，即屬性準確度和邏輯一致性的質(zhì)量較差，仍需進一步修改完善；對比兩省評價結(jié)果，甲省的b1值比乙省的大，即甲省的數(shù)據(jù)質(zhì)量更優(yōu)。該評價結(jié)果顯示，錯誤數(shù)量多的數(shù)據(jù)質(zhì)量未必比錯誤數(shù)少的差，合理的評判結(jié)果還需結(jié)合各因素所占的權(quán)重和科學(xué)的評價模型。

4 結(jié)論

本文采用多層次模糊綜合評判法對2012年度甲、乙兩省的土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)進行了評價，取得了較為合理的評價結(jié)果。研究表明：多層次模糊綜合評判法充分考慮了評價因素的錯誤數(shù)及其對數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響程度，可定量區(qū)分各?。ㄊ校┩恋刈兏{(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量等級；采用缺陷扣分法確定隸屬度、層次分析和Delphi相結(jié)合的權(quán)重計算方法，能有效降低主觀因素的影響，大大提高評價結(jié)果的客觀性；同時，綜合判讀矩陣可直觀表現(xiàn)出尚需改善的二級質(zhì)量評價因素，能夠為進一步完善成果數(shù)據(jù)提供參考意見和技術(shù)支持。

在此基礎(chǔ)上，進一步的研究可以將各省（市）的調(diào)查工作及建庫流程等影響因素納入土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價體系中，實現(xiàn)更加全面、科學(xué)、合理的評價。

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（本文責編：仲濟香）

Quality Assessment of Land Changing Investigation Data based on Multi-level Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

JI Jia-jia, ZHAO Dong-ling, YANG Jian-yu, WANG Xiu-gui, DU Meng
（College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China）

The purpose of this paper is to explores the survey data quality differences between two provinces with similar wrong amount, because of that the existing evaluation method for land changing investigation data quality is too rigid. Method is the multi-level fuzzy comprehensive evaluation, which is combined with defect deduction method to determine the membership degree and the analytic hierarchy process (AHP) and Delphi method to determine the weight. The experimental results show that the size of the error amount does not directly show the merits of the data quality. It is concluded that this method cannot only quickly identify the important factors that affect the quality of data, but also make the evaluation results more objective and reasonable.

land management; land survey; data quality evaluation; multi-level fuzzy comprehensive evaluation; Delphi method; AHP

F301.2

A

1001-8158（2015）04-0090-07

10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.04.012

2014-10-08

2015-02-10

季佳佳（1991-），女，江蘇鹽城人，碩士。主要研究方向為土地空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價。E-mail: jijiajia129@126.com