基于AHP－模糊綜合評價體系的城市道路植物景觀評價

佟 斌

(黑龍江省科學院自然與生態研究所，哈爾濱 150040)

城市道路是構成城市的輪廓和紐帶，占市區總面積中的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，是人們認識城市的主要視覺和感覺場所。優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的重要組成部分，它以“線”的形式將城市中的“綠點”和“綠面”聯系起來，進而改善城市生態環境［3］。在城市中道路綠化影響著城市的生態環境，也直接影響城市的景觀，所以對道路植物景觀進行研究十分必要［4］。對道路植物景觀進行科學評價已勢在必行。然而，城市道路植物景觀的定性評價主觀性太強，難以客觀說明問題［4］。為了確切地反映景觀構成的合理性和生態效益水平，更需要完善道路綠化評價指標體系［5］。這樣才能更加準確地發現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—模糊綜合評價法進行城市道路植物景觀評估。利用的數學工具將這個極度抽象的數學思想變成一個對實踐有用的方法，得到一個簡潔而科學的評價結果。

1.1 層次分析法

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP)是美國運籌學家托馬斯·薩提(Thomas L Saaty)于20世紀70年代提出的一種定性與定量分析相結合的多目標系統化、層次化決策分析方法，其實質就是將決策者對復雜系統的決策思維過程模型化、數量化、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的控制論專家查德(L.A.Zadeh)于1965年提出的。是以模糊數學為基礎，利用模糊關系原理，將不易定量的指標定量化，進行綜合評價的一種方法。是研究和描述模糊性現象的一種數學工具，它本身是精確的，是用精確的數學方法去描述和研究模糊性現象的。模糊綜合評價是模糊數學在自然科學領域和社會科學領域中應用的一個重要方面。

2 植物景觀評價理論研究現狀

國外在城市植物景觀的美學評價方面，多數的研究是植物景觀的位置、形態與環境給人美的感受。如:1984年Patsfall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運用計算機模擬仿真技術對景觀進行美景度評估，得出美感受景觀中樹木的數量及直徑所影響的結論［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研究了基于網絡的植物景觀評價體系［11］等。

國內2002年唐東芹、楊學軍、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，通過對定性指標的量化，應用綜合評價模型對園林植物景觀進行了實例評價［11］。2004年嚴俊峰、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行了研究確立了8個評價因子，通對指標的量化，對各測試段的景觀進行了分級評價［12］。2005年孫振邦利用LCJ法對東北城市長綠樹景觀進行了配置模式的評價［13］。

城市道路景觀評價是一個十分復雜的問題，需要考慮到景觀的客觀性和人們對景觀認知的主觀性，并呈現出多目標、多屬性的特征［14］。在查閱的大量資料中顯示，國內外對定量評價城市道路景觀質量的優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行評價，提出評價指標，計算權重，綜合分析，定性處理。為科學的評價城市中道路植物景觀的優劣做出有益嘗試。

3 構建評價指標體系

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，根據道路植物景觀具體指標的評分及諸因素的相對重要程度權值計算出各條道路植物景觀的綜合評價值，并進行排序。

3.1.1 城市道路植物景觀評價指標體系

層次結構分析和模型的建立，根據城市道路植物景觀的配置特點，建立遞階層次結構評價模型，模型分為3層，即目標層、準則層、因素層。目標層(A)即根據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到的要求水平。準則層(C)制約和限制道路植物景觀配置的各種因素，包括美學、生物學、生態學、社會學等方面。因素層(P)涉及上述準則層的具體評價指標。評價指標的合理選擇是綜合評價客觀性的基礎。本研究在參考了多種評價體系優劣的基礎上，綜合了道路植物景觀配置模式的特點，設定11個具體評價指標，并相應地歸入準則層的三個因素中，從而構成一個多層次的分析結構模型。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 確定評價指標權重

3.1.2.1 建立判斷矩陣

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

對于遞階層次結構中各層上的要素可以依次相對于與之有關的上一層要素表述的性質，進行兩兩比較，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度，判斷矩陣的值反映了人們對各因素相對重要性的認識。

利用1－9比率標度(表2)使之定量化。一般引用數字 1，2，…，9 及其倒數 1，1/2，…，1/9 去做尺度，來進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、強烈重要、極端重要的重要性標度，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，這些數字的倒數表示不同程度的不重要性。建立遞階層次結構。構造出A－C、C－P共四個矩陣(見表4)。

表2 1－9標度方法表Tab.2 Scaling method of 1 －9

3.1.2.2 層次單排序

運用和積法求解各判斷矩陣，得出單一準則下被比較元素的相對權重。層次單排序是計算判斷矩陣的最大特征根λmax，及其相應的特征向量W，經歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值。相應數據的計算公式如下:

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正規化得近似特征向量:

3.1.2.3 一致性檢驗

因素間兩兩比較構成的判斷矩陣，由于客觀事物的復雜性及人類認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重進行一致性檢驗，當CR＜0.10時，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性，權重分配合理，否則重新判斷矩陣數值［16］。相應數據的計算公式如下:

一致性檢驗的方法是將一致性指標C.I.(consistency index)與平均隨機一致性指標R.I.(random index)進行比較。對n=1，2，…3，Saaty等人在對正負反矩陣計算1 000次后給定了R.I.的值，見表3:

表3 平均隨機一致性指標R.I.Tab.3 Random identical index

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

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

3.1.2.4 評價指標權重集結果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值，叫作層次總排序。如表5所示。在計算出各個具體評價指標(P)相對于所隸屬性狀(C)的加權值后，再與該性狀(C)的權值加權綜合，即可計算出各評價指標因素(P)相對于綜合評價值(A)的權值，得到總排序。計算結果如下(表5):

表5 因素層(P)對于目標層(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)權重值最大，占33.1%，這說明植物季相、色相的豐富程度對生態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(環境保護)、P10(物種多樣性)、P11(植物造型豐富性及合理性)對配置模式的貢獻較大，分別占13.7%、11.6%、9.6%、9.6%。對生態園林景觀配置模式影響較小的是P5(時代性)，其權值僅占0.7%。

3.2 運用模糊評價法進行定量化處理

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

選用均勻分布作為隸屬函數:

式中 xi1，xi2…，xij…，xi，m －1 分別為 i種指標的 j等級的分級標準(i=1，2…，m);xi為第i種指標的基礎數據;μj(xi)為某一指標對第j等級的隸屬度。

3.2.3 一級綜合評價

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

其中rij的確定:①對于定量指標，rij為i指標對j等級的隸屬度。②對于定性指標，rij的確定根據專家們的意見考慮，假如專家征詢的總人數為n，則rij=(對于指標i，專家認為其歸于V中j等級的人數)/n.對二級指標層權重集ωUk和相應的評判矩陣Rk進行模糊合成運算，得到一級指標層的一級綜合評判

3.2.4 二級綜合評判

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

3.2.5 評價結果歸類

最后根據最大隸屬原則，將評價結果歸類。

4 實例分析

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 進行一級綜合評判

得到一級指標層的一級綜合評判Rk:

4.1.3 進行二級綜合評判

4.1.4 評價結果歸類

根據最大隸屬原則，將評價結果歸類。中央大街植物景觀效果應屬于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 進行一級綜合評判

得到一級指標層的一級綜合評判Rk:

4.2.3 進行二級綜合評判

得到目標層的二級綜合評判A

4.2.4 評價結果歸類

根據最大隸屬原則，將評價結果歸類。黃河路植物景觀效果應屬于V1，即為很美。

5 結論

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

在評價的初始階段利用層次分析法，解決了評價要素權重確定過程中的主觀性問題，改變了依靠統計試驗或專家評分來確定模型之中要素權重的缺陷。不再用專家打出確切的數值，利用人為給出的數值來進行因素的排序，而是用數學的方法將兩兩評價的結果進行綜合。這樣可以保證各級指標權重確定的準確性。利用層次分析法從原理上把因素權重的不確定性去除，改善了傳統的權重確定方法由于人為誤差失真導致最終評價結果不夠科學的情況。

模糊綜合運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的模糊性問題。科學地進行了定量化處理，將定性評價與定量計算有機地結合起來，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有的道路植物景觀，在城市道路景觀評價領域有著廣闊的應用前景，對城市道路植物景觀的建立有著重要的實踐意義。

［1］鄭西平.北京城市道路綠化現狀及發展趨勢的探討［J］.中國園林，2001，17(1):43 －45.

［2］劉承珊，曹洪虎，黃建.城市街道綠化規劃設計探討［J］.江西科學，2005，23(3).

［3］嚴玲璋，陶康華，周國祺.努力創造有利于城市生態質量的綠色空間環境［J］.中國園林，1999，15(1):4 －7.

［4］王浩，孫新旺，趙巖.江寧開發區道路綠地系統規劃［J］.南京林業大學學報，2000，24(1):77 －80.

［5］楊英書，彭盡暉，粟德瓊，等.城市道路綠地規劃評價指標體系研究進展［J］.西北林學院學報，2007，22(5):193 －197.

［6］NATHANIEL C，BENTAYAN IAN.BISHOP D.Linking Objective and Subjective Modeling fo Landaus Decision－making［J］.Landscape and Urban Planning，1998，(43):35 －48.

［7］BUHYOFF，G.J.and J.D.WELLMAN.The specification of an on－linear psychophysical function for visual landscape dimensions［J］.Journal of Leisure，1980，(14):97 －99.

［8］SCHROEDER，H.W.and O.BRIAN.Viewer preference for spatial arrangement park trees:anapplication of video－imaging technology［J］.Environmental management，1994，18(1):119 －128.

［9］MARCEL HUNZIER AND FELIX KIENAST.Potential impacts of changing agricultural activities on scenic beauty－prototypical technique for automated rapid assessment［J］.Landscape Ecology，1999，(14):161 －176.

［10］DUNWELL，WINSTON C.Nursery crop and landscape systems［J］.Hortscience，2003，5(4):567.

［11］VYAPARI，S.An evaluation of a statewide，web － based course in landscape plant establishment［J］.Hortscience，2006，41(4):931－932.

［12］唐東芹，楊學軍，許東新.園林植物景觀評價方法及其應用［J］.浙江林學院學報，2001，18(4):394 －397.

［13］嚴俊峰，劉華.武漢市道路植物景觀評價研究［J］.湖北職業技術學院學報，2004，7(4):46 －49.

［14］孫振邦.常綠樹在東北城市綠化中應用及景觀評價［D］.東北林業大學，2005.

［15］姚士謀，朱英明，陳振光，等.中國城市群［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2001.

［16］周春玲，張啟翔，孫迎坤.居住區綠地的美景度評價［J］.中國園林，2006，(4):62 －67.