基于灰色聚类分析的矿山环境质量评价

焦明连

（淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港２２２００５）

［摘要］在灰色聚类分析中，把山西省矿区环境质量作为灰色系统进行研究，利用灰色聚类分析方法对山西省矿区环境质量进行评价。为定量评估研究区矿区环境质量，以国家环境质量标准为依据，以矿山环境１１个主要污染物为评价指标，对２０１２年１２个监测点的环境质量监测数据建立了灰色聚类评价模型。在对数据样本进行预处理之前，需采用平均标准化方法对原始样本数据进行无量纲化。通过建立灰类的三角形白化权函数计算实测值的灰类隶属度，采用临界值倒数法得到不同污染因子的危害度，最后对样本数据进行灰色综合聚类评价，并基于ＡＲＣＧＩＳ平台直观地显示矿山环境质量总体情况。数值结果表明了该方法的合理性和有效性。该研究成果为矿山环境评价提供一条新途径，同时可以在非煤矿山环境评价中进行推广应用。

［关键词］灰色聚类法；白化权函数；矿区环境；评价模型

［中图分类号］Ｘ８［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００６－６２２５（２０１６）０２－００７８－０５

ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＱｕａｌｉｔｙＢａｓｅｄｏｎＧｒａｙＣｌｕｓｔｅｒＡｎａｌｙｓｉｓ

［收稿日期］２０１５-０８-１９

［ＤＯＩ］１０．１３５３２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１１-３６７７／ｔｄ．２０１６．０２．０２１

［作者简介］焦明连（１９６３-），男，河南商丘人，教授，研究方向为空间信息处理和测绘教育。

［引用格式］焦明连．基于灰色聚类分析的矿山环境质量评价［Ｊ］．煤矿开采，２０１６，２１（２）：７８-８２．

煤炭是我国的重要战略资源，但在煤炭资源开

采中，由于忽视了生态环境保护，水质污染、水土流失、土壤沙化、土地塌陷、空气污染等一系列问题非常突出，严重制约着人类经济社会的可持续发展。因此，正确地分析和评价煤炭开采对生态环境的影响对促进人类社会的健康可持续发展具有重要参考价值。模糊数学法［１］

、层次分析法

［２］

和综合

评价法

［３］

是目前比较流行的矿山环境评价方法。

评价结果受主观因素影响较大

［４］

。矿山环境作为

一个开放系统，其作用机制纷繁复杂。因此，矿山环境数据也主要在有限的时空范围内获取，从而导致数据能提供的信息不完全或不确切。为了实现高

精度的矿山环境质量评价，本文将矿山环境系统看作是一个灰色系统开展相关研究。灰色聚类将灰色理论与聚类思想有机结合，依据不同灰类的白化权函数，将聚类对象归入事先定好的各个灰类中。山西省是煤炭大省，煤炭开采对土地资源、水资源、大气环境造成严重的破坏和影响，制约着山西省经济社会的发展和人民生活的稳定。本文以国家环境质量标准为依据，以矿山环境１１个主要污染物为评价指标，对２０１２年１２个监测点的环境质量监测数据建立了灰色聚类评价模型。通过建立灰类的三角形白化权函数计算实测值的灰类隶属度，采用临界值倒数法得到不同污染因子的危害度，最后对样本数据进行灰色综合聚类评价，并基于

ＡＲＣＧＩＳ平台得出山西省大中型矿区环境影响等级。为矿山环境保护和治理提供参考。１灰色聚类法的评价原理

矿山环境是一个包含众多影响因素的系统，它所隐含的参数多少以及时空分布是人们无法确知的，因此矿山环境系统是一个灰色系统。灰色聚类

法的评价原理和步骤如下［５］

。１．１建立聚类样本

灰色聚类是以生成灰数的白化函数为基础，首先需弄清聚类对象，聚类指标和聚类灰类的概念和区别，之后将聚类对象按照不同聚类指标所拥有的白化数，按照设定的灰类进行归纳，从而判断出聚类对象属于哪一类。

设有ｎ个聚类对象，每个聚类对象各有ｍ个聚类指标，每个聚类指标有ｓ个不同的灰类（即环境质量等级），根据第ｉ个聚类对象关于第ｊ个聚类指标的样本值将第ｉ个聚类对象归入第ｋ个灰类之中。聚类样本的白化值构成矩阵为：

Ｘ＝Ｘ１１ … Ｘ１ｍ

… …

Ｘｎ１ … Ｘｎｍ

１．２确定各灰类的白化权函数

记ｘｋｊ（１），ｘｋｊ（２），ｘｋｊ（３），ｘｋｊ（４）为白化权函数的阈值，ｆｋｊ（ｘ）为第ｊ个指标属于第ｋ个灰

８

７第２１卷第２期（总第１２９期）

２０１６年４月

煤矿开采

ＣＯＡＬＭＩＮＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．２（ＳｅｒｉｅｓＮｏ．１２９）

Ａｐｒｉｌ２０１６