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        基于熵值法的高速公路生態(tài)景觀評價
        ——以廣西南友高速公路為例

        2020-08-08 05:49:20韓廣志李宇軒唐忠國鄒一強和太平
        廣西林業(yè)科學(xué) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:高速公路景觀評價

        韓廣志,李宇軒,唐忠國,鄒一強,和太平

        (1.廣西大學(xué)林學(xué)院,廣西南寧 530004;2.中共鳳山縣委組織部,廣西鳳山 547600;3.廣西交通投資集團崇左高速公路運營有限公司,廣西崇左 532200)

        高速公路是附著于大地表面的帶狀硬質(zhì)構(gòu)筑物[1]。隨著城市化與工業(yè)化進程的不斷加快和經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展,中國交通基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善,其中高速公路總里程達14.3 萬km,位居世界第一,高速公路網(wǎng)已成為物流和人流輸送的主要網(wǎng)絡(luò)體系。但由于人口眾多,中國對道路運輸需求量大,仍需建設(shè)大量高速公路,以完善高速公路網(wǎng)絡(luò)體系,適應(yīng)國家經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的需要,同時隨著生態(tài)文明理念日益深入人心,人們對公路生態(tài)景觀尤其是高等級公路景觀的要求越來越高,給公路規(guī)劃建設(shè)和運營管理部門提出了規(guī)劃建設(shè)集交通運輸、生態(tài)、文化和旅游為一體且功能齊全、生態(tài)協(xié)調(diào)和景觀優(yōu)美的高速公路新課題。廣西南寧至友誼關(guān)高速公路(簡稱南友高速公路)是國道主干線衡陽至昆明高速公路的重要支線和廣西路網(wǎng)主骨架的重要組成部分,也是連接中國與越南重要的高速公路。圍繞“南疆國門第一路”建設(shè)目標(biāo),南友高速公路建成投入運營十五年以來,經(jīng)過多次景觀改造與提升,路域的生態(tài)系統(tǒng)日益恢復(fù),生態(tài)景觀日趨宜人,已成為廣西生態(tài)景觀優(yōu)美的標(biāo)桿性高速公路。本研究開展南友高速公路生態(tài)景觀質(zhì)量評價,總結(jié)其生態(tài)景觀規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗,為西南地區(qū)乃至全國高速公路生態(tài)景觀規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究方法

        熵值法被認為是受主觀影響較小且相對客觀的評價方法[2]。不少學(xué)者運用其開展生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟社會發(fā)展、工程技術(shù)、交通安全和企業(yè)績效等領(lǐng)域的評價或評估研究工作,殷明等[3]以江蘇省南通市5 條主要干線高速公路為例,開展生態(tài)景觀質(zhì)量評價;李明峰等[4]應(yīng)用熵值法,評價福建東山島蘇峰山公路生態(tài)景觀。

        本研究在全面踏查南友高速公路概況的基礎(chǔ)上,應(yīng)用3S 和AI 等現(xiàn)代新技術(shù)和設(shè)備,調(diào)查南友高速公路生態(tài)景觀現(xiàn)狀,了解該高速公路的生態(tài)景觀基本情況;同時記錄其每一標(biāo)段公路的設(shè)施景觀、人文景觀及自然環(huán)境等信息,經(jīng)篩選和綜合分析,構(gòu)建南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價體系和熵權(quán)模型,然后計算其指標(biāo)層及準(zhǔn)則層的熵值與權(quán)重,最后計算目標(biāo)層(南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價)的加權(quán)分值,以評價該高速公路的生態(tài)景觀水平。

        1.2 研究區(qū)概況

        南友高速公路(106°43'~108°10'E,21°58'~22°37'N)始于南寧市吳圩鎮(zhèn),止于崇左市憑祥市友誼關(guān),與越南1號公路相接,是連接中國與東盟國家重要的高等級公路,全程180 km[5]。沿線地處北回歸線以南,位于南亞熱帶至北熱帶過渡地帶,適宜大量熱帶和亞熱帶植物的生長繁衍;位于我國35處生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)的桂西南山區(qū),擁有世界罕見的北熱帶巖溶森林,生物多樣性豐富;分布著左江花山巖畫文化景觀這一世界文化遺產(chǎn)及土司遺址、民間舞蹈、扶綏恐龍化石群、崖棺葬和大石鏟等歷史文化遺產(chǎn)。這些資源為建設(shè)特色鮮明的高速公路生態(tài)景觀奠定了自然環(huán)境和人文資源基礎(chǔ)。

        1.3 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價體系

        1.3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

        高速公路使用者包括司機和乘員,汽車穿梭于公路,路域空間不斷變換,司乘人員視線感應(yīng)、空間感覺和心理感受也不斷變化,產(chǎn)生路域生態(tài)景觀感知的綜合效應(yīng)。借鑒前人成果和經(jīng)驗[6-8],構(gòu)建公路生態(tài)景觀評價的三元準(zhǔn)則,即景觀效應(yīng)評價、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價和安全保障評價;在全面調(diào)查生態(tài)景觀的基礎(chǔ)上,經(jīng)合理篩選和綜合分析,構(gòu)建南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系[9](表1)。

        表1 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系Tab.1 Post occupancy evaluation index system of ecological landscape of Nanyou expressway

        1.3.2 指標(biāo)體系熵權(quán)模型

        借鑒前人經(jīng)驗[2-3,9-10],結(jié)合廣西南友高速公路實際情況,將南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系的目標(biāo)層(A1)設(shè)為X;將準(zhǔn)則層的景觀效應(yīng)評價(B1)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(B2)和安全保障評價(B3)分別編號為I1、I2及I3;將指標(biāo)層的植物觀賞性(C1)、景觀連續(xù)性(C2)、景觀協(xié)調(diào)性(C3)……邊坡防護效果(C15)依次分別編號為I11、I12、I13……I35;將Iij評價分值的平均值設(shè)為Zij,指標(biāo)層Iij的各重要程度分值評價人數(shù)為Xijl,P(xijl)為Xijl在Yr評價人數(shù)的占比,評價論域Y分為5 級(Y1,Y2,Y3,Y4和Y5),若Xijl= 0,則不納入計算,納入計算并得分段數(shù)量以a表示:

        評價指標(biāo)體系的指標(biāo)層各指標(biāo)的熵值H(xij):

        令k= 1/lnn,使得0 ≤H(xij)≤1。偏差度D(xij)=1 -H(xij)。

        Xij的熵權(quán)為:

        wij為指標(biāo)層的指標(biāo)相對于單個準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)重,且有其中b為準(zhǔn)則層Ii下指標(biāo)層指標(biāo)的個數(shù)。評價指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層評分為準(zhǔn)則層下指標(biāo)層的平均分乘以熵權(quán)之和:

        由此推算,評價指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層指標(biāo)熵權(quán)及熵值(其中c為目標(biāo)層下準(zhǔn)則層的指標(biāo)個數(shù)):

        通過上述公式可以計算出準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的權(quán)重值wi、指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的權(quán)重值wij及指標(biāo)層相對于目標(biāo)層的綜合權(quán)重值Wij。

        為較客觀地評估指標(biāo)層各指標(biāo)的重要程度,便于計算指標(biāo)層和準(zhǔn)則層的指標(biāo)熵值與權(quán)重,制作調(diào)查問卷并發(fā)放給風(fēng)景園林、道路工程、交通規(guī)劃、生態(tài)學(xué)和旅游等相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家。調(diào)查問卷要求專家對指標(biāo)層各指標(biāo)的重要性打分,設(shè)定各指標(biāo)重要性的分值為1~5 分。設(shè)評價論域Y分為5 級,賦予分值5、4、3、2 和1(Y1,Y2,Y3,Y4和Y5),分別為完全重要、較重要、一般重要、較不重要和完全不重要。共發(fā)放調(diào)查問卷28 份,收回問卷25 份,有效問卷25份。

        1.3.3 指標(biāo)體系綜合評分模型

        借鑒前人方法[10-12],將指標(biāo)層的15 個指標(biāo)因子轉(zhuǎn)換為高速公路一般使用者(公眾)易于理解的問題,制作成南友高速公路生態(tài)景觀的公眾調(diào)查問卷,開展使用者對該高速公路生態(tài)景觀評價的調(diào)查問卷。調(diào)查問卷中單項指標(biāo)評分劃分為5 級,評價論域U分為5 級(U1,U2,U3,U4和U5),代表司乘人員對南友高速公路生態(tài)景觀的評價,分別為非常好、好、一般、不好和非常不好。

        公眾問卷調(diào)查主要選擇在高速公路多個服務(wù)區(qū)和條件允許的少數(shù)幾個出入口外進行,共發(fā)出問卷242 份,收回問卷234 份,回收率96.7%;其中有效問卷225 份,有效率96.2%。匯總、整理和統(tǒng)計有效調(diào)查問卷,發(fā)現(xiàn)接受問卷的人員涉及不同的性別、年齡、文化程度、居住地、職業(yè)、駕車經(jīng)歷和司乘角色等,結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,有較強的代表性。

        設(shè)指標(biāo)評分個案數(shù)為t,評價指標(biāo)體系的指標(biāo)層指標(biāo)得分為,準(zhǔn)則層加權(quán)評分值可按以下公式計算:

        目標(biāo)層綜合評分值可按以下公式計算:

        2 結(jié)果與分析

        2.1 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系的熵值與權(quán)重

        指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重為行車路感>邊坡防護效果>環(huán)境污染情況>視線誘導(dǎo)性>植物觀賞性>夜間防眩效果>植被狀況>水土流失狀況>景觀協(xié)調(diào)性>景觀地域性>景觀多樣性>視線通透性>自然資源豐富度>景觀連續(xù)性>奇異景觀資源(表2)。行車路感、邊坡防護效果、環(huán)境污染情況和視線誘導(dǎo)性等指標(biāo)權(quán)重均超過0.09,表明這些指標(biāo)最重要;景觀連續(xù)性和奇異景觀資源指標(biāo)的權(quán)重均小于0.03,說明其重要性最低。

        準(zhǔn)則層的權(quán)重值為安全保障評價>生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價>景觀效應(yīng)評價,表明安全保障評價最重要,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價重要性次之(表3)。

        表2 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系指標(biāo)層指標(biāo)的熵值與權(quán)重Tab.2 Entropy and weight of index layer in post occupancy evaluatia system of ecological landscape in Nanyou expressway

        表3 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系準(zhǔn)則層指標(biāo)的熵值與權(quán)重Tab.3 Entropy and weight of index in criteria layer in post occupancy evaluation system of ecological landscape in Nanyou expressway

        2.2 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系的綜合評分

        制訂優(yōu)劣等級標(biāo)準(zhǔn),按分值均值劃分為優(yōu)秀、良好、中等和差4 個等級,均值≥4.00 分為優(yōu)秀,3.50~3.99 分為良好,3.00~3.49 分為中等,≤2.99分為差。

        在指標(biāo)層中,等級為優(yōu)秀的指標(biāo)4項(植被狀況、環(huán)境污染情況、水土流失狀況和行車路感),占26.67%;良好的指標(biāo)9項(植物觀賞性、景觀連續(xù)性、景觀協(xié)調(diào)性、景觀地域性、自然資源豐富度、夜間防眩效果、視線誘導(dǎo)性、視線通透性和邊坡防護效果),占60.00%;優(yōu)良指標(biāo)共13項,優(yōu)良率達到86.67%;中等的指標(biāo)2 項(景觀多樣性和奇異景觀資源),占13.33%;未見差的指標(biāo)(表4)。各項指標(biāo)雖屬性獨立,但也有一定聯(lián)系,若某一指標(biāo)分值發(fā)生變化,其他指標(biāo)的分值也可能隨之改變;使用者對一些生態(tài)景觀要素難以發(fā)現(xiàn),影響指標(biāo)分值,但指標(biāo)分值始終代表著使用者對各項因子的滿意程度。

        在準(zhǔn)則層中,優(yōu)秀等級的1項(安全保障評價);良好等級的2項(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和景觀效應(yīng)評價);沒有中等及差等級者(表4)。表明安全保障評價獲得廣泛好評,特別是行車路感指標(biāo),司乘人員行車體驗舒適;其次是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價,其中的路域植被景觀、沿線污染控制和水土流失防治等均獲得司乘人員較高的評價;景觀效應(yīng)評價分值相對較低,其中的景觀多樣性和景觀地域性指標(biāo)分值較低,但植物觀賞性和景觀協(xié)調(diào)性指標(biāo)的分值較高,整體而言,南友高速公路植物景觀效果良好。

        根據(jù)式(9)計算,目標(biāo)層綜合得分為3.98 分,達到良好等級,非常接近優(yōu)秀等級。總體評價,南友高速公路生態(tài)景觀效果表現(xiàn)優(yōu)良,就生態(tài)景觀而言,該高速公路已實現(xiàn)“南疆國門第一路”的基本目標(biāo)。

        表4 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標(biāo)體系的綜合評分結(jié)果Tab.4 Comprehensive scoring results of post occupancy evaluation system of ecological landscape of Nanyou expressway

        3 討論

        高速公路生態(tài)景觀質(zhì)量受規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、養(yǎng)護管理和運營評價等環(huán)節(jié)影響,每個環(huán)節(jié)的評價均涉及自然科學(xué)、工程技術(shù)和人文社會科學(xué)等不同的學(xué)科和專業(yè)領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟社會和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,以及人們對美好生活包括對優(yōu)質(zhì)生態(tài)環(huán)境的迫切需求,生態(tài)文明建設(shè)形勢逼人也喜人,我國縱橫交錯的公路網(wǎng)更需要遵循生態(tài)科學(xué)原理并利用現(xiàn)代生態(tài)技術(shù)開展生態(tài)修復(fù),既是為了降低因公路工程建設(shè)造成的生態(tài)破壞,也是為了滿足公路使用者對路域內(nèi)外高質(zhì)量生態(tài)景觀的迫切需求。在高速公路景觀規(guī)劃建設(shè)中,應(yīng)組織由自然科學(xué)、工程技術(shù)和人文社會科學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的專家組成的規(guī)劃設(shè)計團隊,確保規(guī)劃建設(shè)方案的科學(xué)性,同時應(yīng)廣泛收集并充分考慮社會各界的意見,提倡并鼓勵公眾參與高速公路景觀的規(guī)劃與建設(shè)。

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