佟 斌

(黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040)

城市道路是構(gòu)成城市的輪廓和紐帶，占市區(qū)總面積中的20%［1］。既是交通的通道，又是居民活動最主要的場所。道路景觀是城市面貌、特色的最直接體現(xiàn)，是人們認(rèn)識城市的主要視覺和感覺場所。優(yōu)秀的城市街景使城市居民有愉悅感、自豪感，使外來者對該城市有著美好的印象［2］。道路植物景觀是城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，它以“線”的形式將城市中的“綠點(diǎn)”和“綠面”聯(lián)系起來，進(jìn)而改善城市生態(tài)環(huán)境［3］。在城市中道路綠化影響著城市的生態(tài)環(huán)境，也直接影響城市的景觀，所以對道路植物景觀進(jìn)行研究十分必要［4］。對道路植物景觀進(jìn)行科學(xué)評價已勢在必行。然而，城市道路植物景觀的定性評價主觀性太強(qiáng)，難以客觀說明問題［4］。為了確切地反映景觀構(gòu)成的合理性和生態(tài)效益水平，更需要完善道路綠化評價指標(biāo)體系［5］。這樣才能更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)城市道路植物景觀中存在的問題，找出解決問題的有效方法。

1 評價方法概述

城市道路植物景觀的評價是一個綜合評價問題，它涉及多個因子。由人們的主觀印象判定，所以使這種評判結(jié)果帶有很大的模糊性。因此要得到更加確切的城市道路植物景觀的評價結(jié)果，就要找到一種可以綜合多種因子處理主觀模糊性判斷等問題的評價方法。所以本文利用AHP—模糊綜合評價法進(jìn)行城市道路植物景觀評估。利用的數(shù)學(xué)工具將這個極度抽象的數(shù)學(xué)思想變成一個對實(shí)踐有用的方法，得到一個簡潔而科學(xué)的評價結(jié)果。

1.1 層次分析法

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP)是美國運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·薩提(Thomas L Saaty)于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)系統(tǒng)化、層次化決策分析方法，其實(shí)質(zhì)就是將決策者對復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化、簡單化，特別適用于那些難以完全定量分析的問題［6］。

1.2 模糊綜合評判法

模糊綜合評判法(Fuzzy Comprehensive Evaluation，簡稱FCE)是美國加利福尼亞大學(xué)的控制論專家查德(L.A.Zadeh)于1965年提出的。是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，利用模糊關(guān)系原理，將不易定量的指標(biāo)定量化，進(jìn)行綜合評價的一種方法。是研究和描述模糊性現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)工具，它本身是精確的，是用精確的數(shù)學(xué)方法去描述和研究模糊性現(xiàn)象的。模糊綜合評價是模糊數(shù)學(xué)在自然科學(xué)領(lǐng)域和社會科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的一個重要方面。

2 植物景觀評價理論研究現(xiàn)狀

國外在城市植物景觀的美學(xué)評價方面，多數(shù)的研究是植物景觀的位置、形態(tài)與環(huán)境給人美的感受。如:1984年P(guān)atsfall研究了植物在景觀中的位置對于人們對美的感受的差異。1980年Buhyoff、Gauthier＆Wellman說明種植面積、天空、樹干、樹冠面積、胸徑與根莖都會影響行道樹景觀的好壞［7］。1994年 Schroeder、O.Brian運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)對景觀進(jìn)行美景度評估，得出美感受景觀中樹木的數(shù)量及直徑所影響的結(jié)論［8］。1999年Marcel研究了快速評價體系的建立［9］。2000年Dunwell提出了專類植物景觀的體系評價［10］。2006年Vyapari研究了基于網(wǎng)絡(luò)的植物景觀評價體系［11］等。

國內(nèi)2002年唐東芹、楊學(xué)軍、許東新采用層次分析法(AHP法)建立了園林植物景觀的綜合評價模型，通過對定性指標(biāo)的量化，應(yīng)用綜合評價模型對園林植物景觀進(jìn)行了實(shí)例評價［11］。2004年嚴(yán)俊峰、劉華利用了唐東芹的園林植物景觀評價AHP模型對武漢市道路植物景觀評價進(jìn)行了研究確立了8個評價因子，通對指標(biāo)的量化，對各測試段的景觀進(jìn)行了分級評價［12］。2005年孫振邦利用LCJ法對東北城市長綠樹景觀進(jìn)行了配置模式的評價［13］。

城市道路景觀評價是一個十分復(fù)雜的問題，需要考慮到景觀的客觀性和人們對景觀認(rèn)知的主觀性，并呈現(xiàn)出多目標(biāo)、多屬性的特征［14］。在查閱的大量資料中顯示，國內(nèi)外對定量評價城市道路景觀質(zhì)量的優(yōu)劣沒有固定的模式與方法。所以本文引入AHP—模糊綜合評價法這一方法對城市道路植物景觀進(jìn)行評價，提出評價指標(biāo)，計(jì)算權(quán)重，綜合分析，定性處理。為科學(xué)的評價城市中道路植物景觀的優(yōu)劣做出有益嘗試。

3 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

3.1 AHP城市道路植物景觀評價體系

道路植物分析方法，參照Saaty等的方法略有改動。評價方式采用層次分析法，根據(jù)道路植物景觀具體指標(biāo)的評分及諸因素的相對重要程度權(quán)值計(jì)算出各條道路植物景觀的綜合評價值，并進(jìn)行排序。

3.1.1 城市道路植物景觀評價指標(biāo)體系

層次結(jié)構(gòu)分析和模型的建立，根據(jù)城市道路植物景觀的配置特點(diǎn)，建立遞階層次結(jié)構(gòu)評價模型，模型分為3層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層。目標(biāo)層(A)即根據(jù)人們的審美意識以及道路植物景觀的功能特性和文化特性，確定在植物配置與造景中城市道路植物景觀所達(dá)到的要求水平。準(zhǔn)則層(C)制約和限制道路植物景觀配置的各種因素，包括美學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會學(xué)等方面。因素層(P)涉及上述準(zhǔn)則層的具體評價指標(biāo)。評價指標(biāo)的合理選擇是綜合評價客觀性的基礎(chǔ)。本研究在參考了多種評價體系優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，綜合了道路植物景觀配置模式的特點(diǎn)，設(shè)定11個具體評價指標(biāo)，并相應(yīng)地歸入準(zhǔn)則層的三個因素中，從而構(gòu)成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。如表1所示:

表1 城市道路植物景觀綜合評價模型Tab.1 Former of comprehensive evaluation on urbanroad plant landscape

3.1.2 確定評價指標(biāo)權(quán)重

3.1.2.1 建立判斷矩陣

根據(jù)專家問卷調(diào)查確定的各因子的相對重要性按小組進(jìn)行AHP分析，一對比較值為組內(nèi)每個判定值的幾何平均［15］。

對于遞階層次結(jié)構(gòu)中各層上的要素可以依次相對于與之有關(guān)的上一層要素表述的性質(zhì)，進(jìn)行兩兩比較，從而建立一系列的判斷矩陣。

其中 Pij＞0，Pij=1/Pij(i，j=1，2，…，n).Pij(i，j=1，2，…，n)代表兩元素相對于其上一層元素重要性的比例標(biāo)度，判斷矩陣的值反映了人們對各因素相對重要性的認(rèn)識。

利用1－9比率標(biāo)度(表2)使之定量化。一般引用數(shù)字 1，2，…，9 及其倒數(shù) 1，1/2，…，1/9 去做尺度，來進(jìn)行每兩元素的相對比較，即1、3、5、7、9分別表示兩個因素同等重要、稍微重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要的重要性標(biāo)度，2、4、6、8 則分別表示1 和3，3 和5，5 和7，7 和9 的中間值，這些數(shù)字的倒數(shù)表示不同程度的不重要性。建立遞階層次結(jié)構(gòu)。構(gòu)造出A－C、C－P共四個矩陣(見表4)。

表2 1－9標(biāo)度方法表Tab.2 Scaling method of 1 －9

3.1.2.2 層次單排序

運(yùn)用和積法求解各判斷矩陣，得出單一準(zhǔn)則下被比較元素的相對權(quán)重。層次單排序是計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax，及其相應(yīng)的特征向量W，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。相應(yīng)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式如下:

將判斷矩陣A的每一列向量歸一化得:

?ij按行求和:ω =(ω1，ω2，…，ωn)T正規(guī)化得近似特征向量:

3.1.2.3 一致性檢驗(yàn)

因素間兩兩比較構(gòu)成的判斷矩陣，由于客觀事物的復(fù)雜性及人類認(rèn)識的多樣性和主觀性，不能保證矩陣具有完全的一致性。因此有必要對判斷矩陣單一層下元素的相對權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)CR＜0.10時，則認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，權(quán)重分配合理，否則重新判斷矩陣數(shù)值［16］。相應(yīng)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式如下:

一致性檢驗(yàn)的方法是將一致性指標(biāo)C.I.(consistency index)與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.(random index)進(jìn)行比較。對n=1，2，…3，Saaty等人在對正負(fù)反矩陣計(jì)算1 000次后給定了R.I.的值，見表3:

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.Tab.3 Random identical index

表4 判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)Tab.4 Judgement matrix and identical test

由表4四個判斷矩陣的計(jì)算結(jié)果可知，四個判斷矩陣的 C.R.＜0.1，皆具有滿意的一致性。

3.1.2.4 評價指標(biāo)權(quán)重集結(jié)果ω1=(0.103，0.291，0.606)ω2=(0.606，0.103，0.291)ω3=(0.185，0.109，0.448，0.129，0.129)

3.1.2.5 層次總排序的計(jì)算

同一層次所有因素對于最高層次的相對重要性的排序數(shù)值，叫作層次總排序。如表5所示。在計(jì)算出各個具體評價指標(biāo)(P)相對于所隸屬性狀(C)的加權(quán)值后，再與該性狀(C)的權(quán)值加權(quán)綜合，即可計(jì)算出各評價指標(biāo)因素(P)相對于綜合評價值(A)的權(quán)值，得到總排序。計(jì)算結(jié)果如下(表5):

表5 因素層(P)對于目標(biāo)層(A)的總排序值Tab.5 Total order for target hierarchy(P)related to the objective hierarchy(A)

從表5中可以看出P9(植物季相、色相豐富度)權(quán)重值最大，占33.1%，這說明植物季相、色相的豐富程度對生態(tài)園林景觀的配置模式有著較重要的影響。其次是P7(景觀層次豐富性)、P3(環(huán)境保護(hù))、P10(物種多樣性)、P11(植物造型豐富性及合理性)對配置模式的貢獻(xiàn)較大，分別占13.7%、11.6%、9.6%、9.6%。對生態(tài)園林景觀配置模式影響較小的是P5(時代性)，其權(quán)值僅占0.7%。

3.2 運(yùn)用模糊評價法進(jìn)行定量化處理

3.2.1 建立判斷集

為了反映城市道路植物景觀的美感，將其分為五個等級，即 V={V1(很美)，V2(較美)，V3(一般)，V4(較差)，V5(很差)}。

3.2.2 建立隸屬函數(shù)

選用均勻分布作為隸屬函數(shù):

式中 xi1，xi2…，xij…，xi，m －1 分別為 i種指標(biāo)的 j等級的分級標(biāo)準(zhǔn)(i=1，2…，m);xi為第i種指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);μj(xi)為某一指標(biāo)對第j等級的隸屬度。

3.2.3 一級綜合評價

建立從指標(biāo)層到評語集V(景觀美感的五個等級)的模糊映射，并誘導(dǎo)出指標(biāo)的模糊關(guān)系，Rk(k=1，2，…s)，即評判矩陣:

其中rij的確定:①對于定量指標(biāo)，rij為i指標(biāo)對j等級的隸屬度。②對于定性指標(biāo)，rij的確定根據(jù)專家們的意見考慮，假如專家征詢的總?cè)藬?shù)為n，則rij=(對于指標(biāo)i，專家認(rèn)為其歸于V中j等級的人數(shù))/n.對二級指標(biāo)層權(quán)重集ωUk和相應(yīng)的評判矩陣Rk進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，得到一級指標(biāo)層的一級綜合評判

3.2.4 二級綜合評判

把Uk視為一個元素，而把Ak視為它的單指標(biāo)評判向量，那么可得目標(biāo)層U的評判矩陣:R=(A1，A2…，An)T。對一級指標(biāo)層權(quán)重集ω和評判矩陣R再次進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，最后得到反映目標(biāo)層景觀美感的二級綜合評判

3.2.5 評價結(jié)果歸類

最后根據(jù)最大隸屬原則，將評價結(jié)果歸類。

4 實(shí)例分析

4.1 哈爾濱市中央大街植物景觀評價

4.1.1 模糊綜合評判矩陣如下:

4.1.2 進(jìn)行一級綜合評判

得到一級指標(biāo)層的一級綜合評判Rk:

4.1.3 進(jìn)行二級綜合評判

4.1.4 評價結(jié)果歸類

根據(jù)最大隸屬原則，將評價結(jié)果歸類。中央大街植物景觀效果應(yīng)屬于V3，即為一般。

4.2 哈爾濱市黃河路植物景觀評價

4.2.1 模糊綜合評判矩陣如下:

4.2.2 進(jìn)行一級綜合評判

得到一級指標(biāo)層的一級綜合評判Rk:

4.2.3 進(jìn)行二級綜合評判

得到目標(biāo)層的二級綜合評判A

4.2.4 評價結(jié)果歸類

根據(jù)最大隸屬原則，將評價結(jié)果歸類。黃河路植物景觀效果應(yīng)屬于V1，即為很美。

5 結(jié)論

本文認(rèn)為AHP—模糊綜合評價模型對于城市道路植物景觀評價中、評價指標(biāo)的權(quán)重確定問題，評價過程中的定性問題和模糊性現(xiàn)象的處理，與其他評價方法相比有著很大的優(yōu)勢。

在評價的初始階段利用層次分析法，解決了評價要素權(quán)重確定過程中的主觀性問題，改變了依靠統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)或?qū)＜以u分來確定模型之中要素權(quán)重的缺陷。不再用專家打出確切的數(shù)值，利用人為給出的數(shù)值來進(jìn)行因素的排序，而是用數(shù)學(xué)的方法將兩兩評價的結(jié)果進(jìn)行綜合。這樣可以保證各級指標(biāo)權(quán)重確定的準(zhǔn)確性。利用層次分析法從原理上把因素權(quán)重的不確定性去除，改善了傳統(tǒng)的權(quán)重確定方法由于人為誤差失真導(dǎo)致最終評價結(jié)果不夠科學(xué)的情況。

模糊綜合運(yùn)算充分考慮到了各種因素對所研究問題的影響，綜合多個評價主體的意見有效地解決了評價過程中出現(xiàn)的模糊性問題?？茖W(xué)地進(jìn)行了定量化處理，將定性評價與定量計(jì)算有機(jī)地結(jié)合起來，所以大大提高了城市道路植物景觀評估的精確度。

因此，本模型能夠客觀全面地分析評價現(xiàn)有的道路植物景觀，在城市道路景觀評價領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，對城市道路植物景觀的建立有著重要的實(shí)踐意義。

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