梅光義，孫玉軍，林 方，王軼夫

（1. 北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京100083；2. 福建農林大學 林學院，福建 福州 350000）

基于ANP的杉木風景游憩林評價指標體系

梅光義1，孫玉軍1，林 方2，王軼夫1

（1. 北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京100083；2. 福建農林大學 林學院，福建 福州 350000）

網絡分析法是使用很廣的評價方法，該方法考慮了評價對象定量和定性指標之間相互影響，準確性更高。目前還沒有學者利用網絡分析方法（ANP）建立杉木風景游憩林林內景觀質量評價指標體系的網絡分析模型。在查閱國內外風景游憩林一致性結論的基礎上，以杉木人工林為研究對象，運用網絡分析法建立風景游憩林林內景觀評價指標體系。結果表明：森林美學指標在主指標中權重是最大的，其余依次是林木測樹、林分空間結構、地被物層特征、森林健康；二級指標中，權重從大到小依次是：坡度、平均樹高、通視距離、林分平均直徑、生活型組成、郁閉度、冠幅、喬木株數、樹干顯示度、灌木高度、針闊比、綠量、枯倒木株數、草本高度、蓋度、灌草分布方式、干形、色彩多樣性、喬木分布方式、枯枝落葉分布方式、活枝下高。為杉木風景游憩林林內景觀評價和改造提供基礎數據。

杉木；風景游憩林；網絡分析方法（ANP）；指標；林內景觀

風景林是美學價值較高并用來滿足審美需求的林分[1-2]，是森林旅游區(qū)、森林公園、自然保護區(qū)自然景觀的重要組成部分[3]。游憩林的概念比風景林的大，所謂“游憩林”，是指具有適合開展游憩的自然條件和相應的人工設施條件，以滿足游憩者娛樂、健身、療養(yǎng)、休息和觀賞等各種游憩需求為目標的林分[4]。對于某些特定的林分，在風景林和游憩林兩者難以區(qū)分時稱為風景游憩林[5]。根據觀光者所處的位置，將風景游憩林景觀分為林內景觀和林外景觀[6]。

從20世紀60年代前期開始，工業(yè)用材林作為風景游憩林的研究對象，就森林經理活動的采伐過程對林內景觀質量的評價與改造技術進行了深入的研究[7]。近幾年，我國在這方面也做了大量相關研究[8]。網絡分析法（Analytic Network Process，ANP）可以解決各評價指標相互影響的關系，在各種評價研究中應用廣泛[9]，但采用該方法對杉木風景游憩林建立評價指標體系還未見報道。鑒于此，本文以杉木人工林為對象，引入ANP方法，構建更接近實際的風景游憩林景觀質量評價網絡結構模型，建立杉木風景游憩林景觀質量評價體系，以期為風景游憩林景觀質量的定量評價及改造技術提供理論參考。

1 研究方法

1.1 構建網絡模型

ANP法是美國匹茲堡大學T.L.Saaty教授創(chuàng)立的，該方法將指標中的元素劃分為控制層和網絡層，控制層包括問題目標及決策準則，所有的決策準則是相互獨立的，而且決策準則受目標元素支配[10]。控制層中所有的準則彼此獨立，下一個準則只受上一準則控制，而且每個準則的權重可以用傳統(tǒng)的層次分析法算得；網絡層是由受控制層支配的元素組成，元素之間相互聯(lián)系的網絡結構[11]。

1.2 確定評價指標的權重

網絡結構圖定性地表達各個指標之間的影響程度，而矩陣定量地表示這種相互關系。通過矩陣運算得出的各個評價指標的權重[12]。

（1）構建判斷矩陣。網絡分析法建立在層次分析法的基礎上，所以類似層次分析法，在網絡分析法中各評價指標的權重同樣由兩兩比較判斷得到[13]，通過直接優(yōu)勢度和間接優(yōu)勢度結合1-9標度表來構建判斷矩陣[14]。

（2）計算超矩陣和加權超矩陣。以控制層的準則Bm（m=1，2，……，m）作主準則，以網絡層中各元素組Cj中的元素bjk（K=1，2，3……）作為次準則，按照元素組Ci中各元素bjk對元素的影響程度采用間接優(yōu)勢度構造判斷矩陣，并歸一化特征向量依次將Cj中的每個元素作為次準則，將元素組Ci與元素組Cj中的元素兩兩進行比較，構造判斷矩陣，最后將歸一化特征向量匯總成矩陣Wij。同樣，以Bm為主準則，依次把各元素組元素之間的里外關系進行比較，最后得到超矩陣Wm。

以Bm為主準則，以元素組Cj為次準則，構造判斷矩陣Dj，經歸一化處理得歸一化特征向量（a1j，a2j，…，aNj）T。由此得到加權矩陣Am。通過加權矩陣得到加權超矩陣W=Am*Wm。

（3）計算目標權重。加權超矩陣進行冪次運算，直到矩陣的權重值一致，取其中一列作為各評價指標的排序向量，此排序向量就是各指標相對于評價目標A的權重。

2 結果與分析

2.1 評價指標選擇及ANP網絡模型構建

2.1.1 ANP網絡模型構建

采用綜合法建立圖1所示的網絡評價模型。它由控制元素層和網絡層組成，控制元素層是一個目標。網絡層由5個主指標和21個二級指標組成。在林木測樹指標評價中包括的具體指標有：活枝下高、林分平均直徑、平均樹高、冠幅、干形[15]；林分結構指標主要包括針闊比、喬木株數、郁閉度、喬木分布方式、生活型[16]；地被層特征指標主要包括灌草分布、蓋度、灌木高度、草本高度；森林健康指標主要包括枯倒木株數、枯枝落葉分布[17]；林內美學指標主要包括綠量、色彩多樣性、通視距離、樹干顯示度、坡度[18-19]。各指標之間都存在著相互依存和反饋關系。

2.1.2 網絡層指標元素說明

在查閱國內外風景游憩林景觀質量評價基礎上，針對杉木人工林，采用綜合法構建了杉木風景游憩林林內景觀質量評價體系。表1為風景游憩林林內景觀評價指標與美景度關系說明。

2.2 指標權重

2.2.1 建立超矩陣與加權超矩陣

（1）構建判斷矩陣

由圖1所示的網絡模型可知，本文的決策目標景觀質量評價指標體系，所以風景游憩林景觀質量既是評價目標也是評價判斷的準則，所有元素指標都是以最能提高風景游憩林景觀質量水平為評判準則進行比較。網絡層中有元素組Ei即（E1，E2，E3，E4，E5），Ei中有元素 Eij（i =1，2，3，4，5；j=1，2，3，4，5）。

圖1 風景游憩林景觀質量評價指標體系分析網絡模型Fig.1 Quality evaluation indexes system of scenic recreational forest landscape based on analytic network model

表1 網絡層指標元素說明Table 1 Network layer index elements

表2 以林木測樹為次準則的比較矩陣Table 2 Comparison matrix with forest measurement as second criterion

第一步，以目標A為主準則E1為次準則，建立主指標間的判斷矩陣（表2），然后依次以E2、E3、E4、E5為次準則算得各指標權重。

用和法[25]把5個判斷矩陣分別進行列歸一化處理，得到的在目標風景游憩林景觀質量A下5個主指標相互影響程度的相對權重向量，因此由公式（1）通過計算可算得反映指標（Ei）間關系的加權矩陣B。

其中：其中bij是Ei與Ej相對于A的重要性比例標度。

第二步，以二級指標Ei為主準則，依次將Ei中的元素Eij作為次準則，將元素組Ej中的元素按其對Eij的影響程度進行間接優(yōu)勢度比較（表3）。類似求得其他主指標對E11、E12、E13、E14、E15的比較矩陣，構建判斷矩陣W11。同理求得判斷矩陣W21，W31，W41，W51；W12，W22，W32，W42，W52；W13，W23，W33，W43，W53；W14，W44，W24，W34，W54；W15，W25，W35，W45，W55。

表3 林木測樹對E11比較矩陣Table 3 Comparison matrix of forest measurement to E11

（2）建立超矩陣和加權超矩陣

超矩陣是把各個指標間判斷矩陣整合到一塊得到，因此風景游憩林林內景觀評價指標體系下的指標元素間的超矩陣為W。

加權矩陣是把超矩陣的一個權重乘以各個子塊，這個權重就是反映了5個二級主指標相互影響程度的權重矩陣B對應的值?？梢杂霉剑?）計算加權超矩陣，其中

其中，bij表示權重矩陣B中的元素，加權超矩陣（下文用w代表）

2.2.2 計算極限超矩陣權重

為了使求算結果合理，使各元素指標的權重趨于一致，在ANP法中采用求極限相對排序向量的方法來解決[9]。用公式（3）計算極限權重。

其中， W∞表示極限超矩陣，w表示加權超矩陣。

利用公式（3）通過Matlab7.0計算結果發(fā)現極限超矩陣各行數值是趨于相等的。取其中的一列作為極限相對排序向量=（0.0123 0.0656 0.0556 0.0985 0.0273 0.0437 0.0533 0.0599 0.0236 0.0645 0.0296 0.0304 0.0469 0.0327 0.0343 0.0355 0.0345 0.0266 0.0763 0.0485 0.1004）T。

2.2.3 結果總排序及分析

表4 林內景觀質量指標權重排序Table 4 Weightings sequencing of in-forest landscape quality indexes

從表4結果中可以看出，森林美學指標在主指標中權重是最大的，其余依次是林木測樹、林分空間結構、地被物層特征、森林健康。在二級指標中，權重從大到小排列是：坡度、平均樹高、通視距離、林分平均直徑、生活型組成、郁閉度、冠幅、喬木株數、樹干顯示度、灌木高度、針闊比、綠量、枯倒木株數、草本高度、蓋度、灌草分布方式、干形、色彩多樣性、喬木分布方式、枯枝落葉分布方式、活枝下高。

3 討 論

（1）研究結果表明，本研究所建立的杉木風景游憩林林內景觀質量評價指標體系與前人建立的評價指標體系略有不同[7-8]，一方面可夢是因為杉木是南方主要用材樹種，側柏是北方重要樹種，而南方林地坡度大，北方林地平緩造成；另外可能是杉木的生長率比側柏大，冠幅比側柏大，還有其他原因造成了杉木的景觀質量評價指標體系與其他樹種略有不同，因此評價和改造的時候需要考慮樹種。

（2）本研究在前人的研究基礎上，基于網絡分析法建立杉木風景游憩林林內景觀結構評價指標體系并求解各指標權重是一種新的嘗試。旨在考慮林分各指標之間的相互影響關系，杉木風景游憩林林內景觀質量到底哪些指標才是人們最關注的，為杉木風景游憩林和其他用材林的評價、改造和設計提供參考。

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Study on evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests based on analytic network process

MEI Guang-yi1, SUN Yu-jun1, LIN Fang2, WANG Yi-fu1
(1. Key Lab. for Silviculture and Forest Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350000, Fujian, China)

So far, there is no evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests by analytic network process. Based on the data of scenic and recreational forests at home and abroad, by taking C. lanceolata forests as studying objects,an evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests was set up by analytic network process. The results show that in the fi rst grade indexes, the weighting of forest aesthetics index was the biggest, that of other indexes followed by:forest measurement, stand spatial structure, Characteristics of surface cover, forest’s health. In the second grade indexes, the weightings ordered by magnitude: slope, tree height, transparency distance, DBH, life form, canopy density, crown width, density of trees number,show degree of trunk, height of shrub, green quantity, proportion of coniferous trees and broadleaved trees, fallen dead wood, height of grass, coverage, distribution of grass and shrub, stem form, color diversity, forest tree distribution, litter distribution, mean height under fi rst alive branch. This study provides basis data for city forest planning, management and further research.

Cunninghamia lanceolata；scenic recreational forest；analytic network process；index；in-forest landscapes

S757.4

A

1673-923X(2013)02-0110-05

2012-11-07

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經費“基于林改的森林多功能經營技術研究與示范”（200904003-1）

梅光義(1987-)，男，福建人，碩士，主要研究方向森林資源監(jiān)測與評價

孫玉軍(1963-)，男，教授; E-mail：sunyj@bjfu.edu.cn

[本文編校：吳 彬]