王 琦

(長(zhǎng)春電子科技學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 引言

聚類(lèi)分析是多元分析統(tǒng)計(jì)的一種方式，也是無(wú)監(jiān)督模式的重要分支，其處理規(guī)則已在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用?；谀：垲?lèi)準(zhǔn)則下低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化分析，更符合“雙碳”目標(biāo)等環(huán)保理念。2021年10月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》中明確指出：為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型，各地要處理好發(fā)展和減排整體及局部的發(fā)展關(guān)系，將碳達(dá)峰和碳中和納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局中，堅(jiān)定不移地走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展道路[1]。因此，在“雙碳”目標(biāo)的加持下，園林景觀設(shè)計(jì)也應(yīng)積極選用低碳環(huán)保植物，以此提高園林景觀的觀賞質(zhì)量。而在景觀設(shè)計(jì)中，如何對(duì)低碳環(huán)保植物美景度進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，并根據(jù)園林的類(lèi)型不同選擇適宜的植物種類(lèi)，已成為園林設(shè)計(jì)者首要解決的問(wèn)題之一。

2 基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化原理

綠色植物可通過(guò)光合作用將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為植物體中的有機(jī)物，整個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為植物的固碳過(guò)程。在低碳環(huán)保植物的選擇中，要將植物的固碳性作為評(píng)價(jià)的重要標(biāo)準(zhǔn)[2]。通過(guò)對(duì)226種園林中常見(jiàn)植物(包括110種喬木、85種灌木、12種藤本植物、10種地被草本植物和9種竹類(lèi))進(jìn)行光合速率測(cè)定，并將其轉(zhuǎn)化為單位面積的固碳量。從數(shù)據(jù)中可直觀看出，烏岡櫟、垂柳、糙葉樹(shù)、醉魚(yú)草、木芙蓉、烏桕等植物對(duì)二氧化碳的日吸收量較高，固碳能力較強(qiáng)；而另一些植物如欏木石楠、山茶、玉簪、蔓長(zhǎng)春花等對(duì)二氧化碳的日吸收量較低，固碳能力則相對(duì)較弱。因此，在園林景觀設(shè)計(jì)中，要根據(jù)園林的類(lèi)型不同，選擇適宜的低碳植物類(lèi)型，以保證低碳環(huán)保植物在園林中落地生根，發(fā)揮凈化空氣的根本作用。基于低碳環(huán)保植物的固碳能力，在園林景觀設(shè)計(jì)中，低碳環(huán)保植物的美景度分析則是評(píng)價(jià)園林觀賞質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。園林景觀設(shè)計(jì)低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化過(guò)程，是通過(guò)明確低碳環(huán)保植物美景度的數(shù)據(jù)集，針對(duì)不同觀賞者的觀賞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，計(jì)算出低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化因素的母集，并給出單個(gè)植物景觀美景度在低碳環(huán)保植物美景度中的子集，組成園林景觀設(shè)計(jì)植物美景度優(yōu)化矩陣，引入不同的低碳環(huán)保植物類(lèi)型和評(píng)價(jià)因素，模擬美景度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，最終得出園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的具體得分。其優(yōu)化原理的計(jì)算步驟如下。

在計(jì)算過(guò)程中，假設(shè)Qn代表在園林景觀設(shè)計(jì)中對(duì)低碳環(huán)保植物美景度有影響的第n個(gè)因素，Wnm代表第m個(gè)觀賞者對(duì)第n個(gè)景觀的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，Enm代表第m個(gè)觀賞者對(duì)第n個(gè)景觀的評(píng)價(jià)等級(jí)，Tm代表第m個(gè)觀賞者所有觀賞評(píng)分的平均值，美景度的評(píng)價(jià)得分[3]公式:

(1)

式(1)中，Ym代表第m個(gè)觀賞者的評(píng)價(jià)者標(biāo)準(zhǔn)差，Um代表第n個(gè)低碳環(huán)保植物景觀的標(biāo)準(zhǔn)化得分。假設(shè)，由p代表園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物優(yōu)化路徑的評(píng)價(jià)矩陣。p中第n行pn所代表的是被評(píng)價(jià)的美景度第n個(gè)評(píng)價(jià)因素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化因素母集[4]公式:

(2)

式(2)中，δ(v)代表低碳環(huán)保植物美景度的多元化因素，Wq代表不同低碳環(huán)保植物美景度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，knl代表在園林設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的配置層次，μm代表不同類(lèi)別低碳環(huán)保植物美景的屬性特征。基于此，計(jì)算不同低碳環(huán)保植物搭配下的美景度數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比，選擇最優(yōu)的低碳環(huán)保植物搭配方式，完成對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化，以此提高園林景觀的觀賞質(zhì)量。

3 基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化路徑

3.1 低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)因子的確定

設(shè)計(jì)人員要做到對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的精準(zhǔn)評(píng)析，首先應(yīng)確定低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)因子。其評(píng)價(jià)因子的主要類(lèi)型、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)分占比見(jiàn)表1[5]。

表1 低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)因子

從表1中可以看出，低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)共分為植物形態(tài)的判定、色彩與季節(jié)的適應(yīng)、植物層次的構(gòu)建、植物種類(lèi)的選擇、視線吸引性的對(duì)比5大類(lèi)型。在優(yōu)化園林景觀低碳環(huán)保植物美景度的探索路徑中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)客觀性地評(píng)價(jià)低碳環(huán)保植物的美景度，立足與植物的生長(zhǎng)情況，結(jié)合植物的生長(zhǎng)特征，確保結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，切實(shí)提高園林景觀的觀賞質(zhì)量[6]。

3.2 低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化路徑

在探究園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化路徑中，設(shè)計(jì)人員要基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則，對(duì)低碳環(huán)保植物美景度因子進(jìn)行聚類(lèi)，比較植物美景度因子之間的相似程度，并根據(jù)模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則推斷出各類(lèi)低碳環(huán)保植物美景度因子之間的輕重關(guān)系，構(gòu)建美景度因子的劃分目標(biāo)，具體優(yōu)化路徑及計(jì)算過(guò)程如下所示[7]。

(1)假設(shè)，由D代表低碳環(huán)保植物美景度因子集的類(lèi)型數(shù)量，利用式(3)計(jì)算出低碳環(huán)保植物美景度因子集a，b之間的相異度。公式為：

(3)

(2)假設(shè)，由S代表低碳環(huán)保植物美景度其中的因子集，利用式(4)計(jì)算出園林景觀設(shè)計(jì)中美景度模式空間Z的有限數(shù)據(jù)集：

(4)

其(4)中，sl代表低碳環(huán)保植物美景度的特征矢量，slm代表低碳環(huán)保制度美景度模式矢量的第m個(gè)特征。

(3)假設(shè)，由G代表低碳環(huán)保植物美景度因子的模糊聚類(lèi)矩陣，vit代表矩陣G第i行第t列的元素，利用式(5)計(jì)算出G矩陣的實(shí)際數(shù)值:

(5)

式(5)中，μ(ω)代表低碳環(huán)保植物美景度值于園林景觀設(shè)計(jì)中其他要素之間的線性關(guān)系，η(F)代表影響低碳環(huán)保植物美景度美感的關(guān)鍵因素。

(4)假設(shè)，Mi由代表一個(gè)任意整數(shù)，利用式(6)計(jì)算低碳環(huán)保植物美景度因子模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則函數(shù):

(6)

式(6)中，σ(ω)代表低碳環(huán)保植物美景度量值，O(L)代表各類(lèi)植物的組織結(jié)構(gòu)特征，μ(M)代表各類(lèi)植物種群的群落特征。

(5)假設(shè)，由X代表低碳環(huán)保植物美景度因子聚類(lèi)的中心數(shù)，(x1,x2,x3,…,xn)代表模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的中心矩陣，prt代表第t組數(shù)據(jù)對(duì)第r個(gè)聚類(lèi)中心的距離，利用式(7)計(jì)算出低碳環(huán)保植物美景度因子之間的輕重關(guān)系，構(gòu)建植物分類(lèi)的劃分函數(shù):

(7)

式(7)中，Rs代表拉格朗日算子，η(i)代表滿足公式函數(shù)成立的最小值條件，α(t)代表模糊指數(shù)。

收集式(3)～式(7)所得出的計(jì)算數(shù)據(jù)后可以看出：在針對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美觀度的優(yōu)化過(guò)程中，基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下的構(gòu)建思想，更符合園林景觀設(shè)計(jì)的理念初衷。設(shè)計(jì)人員通過(guò)公式計(jì)算，將低碳環(huán)保植物的美景度因子進(jìn)行聚類(lèi)，總結(jié)了美景度因子的計(jì)算函數(shù)，明確了低碳環(huán)保植物美景度因子之間的輕重關(guān)系，為優(yōu)化提升園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的美景度提供理論基礎(chǔ)[8]。

4 實(shí)驗(yàn)證明與討論——以廣州市公園為例

為證明基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下的構(gòu)建思想能夠有效提升園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的美景度，利用BIM技術(shù)中的3D模擬，以廣州市城市公園作為搭建背景，構(gòu)建園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化的仿真平臺(tái)。廣州市地處廣東省的中南部，珠江三角洲的北緣。東連惠州市博羅、龍門(mén)兩縣,西鄰佛山市的三水、南海和順德區(qū),北靠清遠(yuǎn)市市區(qū)、佛岡縣及韶關(guān)市的新豐縣,南接?xùn)|莞市和中山市,隔海與香港、澳門(mén)特別行政區(qū)相望。廣州市地處亞熱帶沿海，屬于海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，以溫暖多雨，光熱充足，夏季時(shí)間長(zhǎng)，霜期時(shí)間短為特征，全面的平均氣溫在20～22 ℃左右，是中國(guó)年平均溫差最小的大城市之一，具有花城之城的美譽(yù)[9]?；趶V州市地理位置和氣候特點(diǎn)的鮮明特性，以廣州市為例所總結(jié)出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說(shuō)服力。因此，本實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)資源來(lái)自于2021年廣州市城市公園低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化數(shù)據(jù)集，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比分析如下所示[10]。

4.1 不同優(yōu)化路徑下園林景觀的美景度對(duì)比

在園林景觀設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)中，分別利用模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則法和文獻(xiàn)[7]的操作方法，進(jìn)行園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)比2種方法下園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的可靠度與不同方法評(píng)價(jià)的正確率、工作效率以及時(shí)間復(fù)雜度，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖1～圖4[11]。

圖1 不同方法下低碳環(huán)保植物美景度的可靠度對(duì)比

首先，從圖1中可以看出，基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則進(jìn)行園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化的可靠度要遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[7]中的設(shè)計(jì)方法[12]。因?yàn)?，設(shè)計(jì)人員在利用基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化方法時(shí)，一方面，明確了模糊聚類(lèi)理論思想，并對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)的美景度因子詳細(xì)分類(lèi)；另一方面，將各類(lèi)低碳環(huán)保植物的美景度因子進(jìn)行聚類(lèi)，得到了模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則函數(shù)，后通過(guò)數(shù)據(jù)展示，清晰地反應(yīng)出美景度因子之間的重要性關(guān)系，使低碳環(huán)保植物的美景度樣本清晰明確，從而保障了園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度優(yōu)化的可靠度。其次，從圖2～圖4的數(shù)據(jù)對(duì)比圖中可以看出，基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的優(yōu)化方法的整體優(yōu)勢(shì)要遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[7]中優(yōu)化方法。基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的優(yōu)化方法具有評(píng)價(jià)正確率高、評(píng)價(jià)效率高、時(shí)間復(fù)雜度低的顯著特點(diǎn)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員在利用基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化方法時(shí)，建立了低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)觀賞指標(biāo)集，將觀賞者的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為了實(shí)際的數(shù)據(jù)分析，并獲取了園林景觀設(shè)計(jì)中的矩陣數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)人員在提高園林景觀中低碳環(huán)保植物優(yōu)越度時(shí)，就可通過(guò)隨機(jī)的數(shù)據(jù)代入，得出最終的仿真結(jié)果，提高了優(yōu)化路徑的工作效率[13]。

圖2 不同方法評(píng)價(jià)正確率對(duì)比

圖3 不同方法評(píng)價(jià)工作效率對(duì)比

圖4 不同方法評(píng)價(jià)時(shí)間復(fù)雜度對(duì)比

4.2 不同園林景觀類(lèi)型下模擬前后美景度對(duì)比

基于廣州市城市公園的不同類(lèi)型，選取越秀公園、火爐山森林公園、黃山魯森林公園作為模擬試驗(yàn)對(duì)象，隨機(jī)選擇5塊樣地，對(duì)比基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下不同園林類(lèi)型下模擬前后美景度數(shù)值，匯總數(shù)據(jù)如表2所示[14]。

從表2數(shù)據(jù)中可以看出，基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下，不同類(lèi)型園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的美景度數(shù)值較模擬前有了大幅度地提升。這說(shuō)明，基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的優(yōu)化方法適用于不同類(lèi)型的園林景觀，是提升城市景觀美景度的全新嘗試，是提高當(dāng)?shù)貓@林景觀公園觀賞質(zhì)量的必要手段[15]。

表2 不同園林景觀類(lèi)型下的美景度對(duì)比

5 結(jié)論與討論

在探究園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化路徑中，要嚴(yán)格遵循模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則，切實(shí)提升園林景觀的觀賞質(zhì)量。

(1)利用公式(1)、(2)可計(jì)算得出城市公園的美景度評(píng)價(jià)得分和美景度優(yōu)化因素母集，通過(guò)結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，選擇最優(yōu)的低碳環(huán)保植物搭配方式，以此提高園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物美景度數(shù)值。

(2)在基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則下低碳環(huán)保植物美景度的優(yōu)化路徑中，要確立低碳環(huán)保植物美景度評(píng)價(jià)因子，再通過(guò)假設(shè)低碳環(huán)保植物美景度因子集的類(lèi)型數(shù)量、因子集、模糊聚類(lèi)矩陣等方式，將低碳環(huán)保植物的美景度因子進(jìn)行聚類(lèi)，以此總結(jié)美景度因子的計(jì)算函數(shù)，明確低碳環(huán)保植物美景度因子間的輕重關(guān)系。

(3)通過(guò)利用BIM技術(shù)3D模擬搭建園林景觀設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于模糊聚類(lèi)準(zhǔn)則的園林景觀設(shè)計(jì)中低碳環(huán)保植物的優(yōu)化方法，能有效提高園林景觀的觀賞質(zhì)量。并在保證園林功能的前提下，選用喬木、灌木、地被等多層次的低碳環(huán)保植物種植，可為風(fēng)景園林產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。