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

韓廣志，李宇軒，唐忠國，鄒一強(qiáng)，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(tuán)崇左高速公路運(yùn)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(jìn)程的不斷加快和經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(dá)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(duì)道路運(yùn)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(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的需要，同時(shí)隨著生態(tài)文明理念日益深入人心，人們對(duì)公路生態(tài)景觀尤其是高等級(jí)公路景觀的要求越來越高，給公路規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營管理部門提出了規(guī)劃建設(shè)集交通運(yùn)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(jiǎn)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(yùn)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(píng)價(jià)，總結(jié)其生態(tài)景觀規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，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(rèn)為是受主觀影響較小且相對(duì)客觀的評(píng)價(jià)方法[2]。不少學(xué)者運(yùn)用其開展生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、工程技術(shù)、交通安全和企業(yè)績(jī)效等領(lǐng)域的評(píng)價(jià)或評(píng)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(píng)價(jià)；李明峰等[4]應(yīng)用熵值法，評(píng)價(jià)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(shí)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(píng)價(jià)體系和熵權(quán)模型，然后計(jì)算其指標(biāo)層及準(zhǔn)則層的熵值與權(quán)重，最后計(jì)算目標(biāo)層（南友高速公路生態(tài)景觀使用后評(píng)價(jià)）的加權(quán)分值，以評(píng)價(jià)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(hào)公路相接，是連接中國與東盟國家重要的高等級(jí)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(hù)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(píng)價(jià)體系

1．3．1 指標(biāo)體系構(gòu)建

高速公路使用者包括司機(jī)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(yàn)[6-8]，構(gòu)建公路生態(tài)景觀評(píng)價(jià)的三元準(zhǔn)則，即景觀效應(yīng)評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和安全保障評(píng)價(jià)；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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(yàn)[2-3,9-10]，結(jié)合廣西南友高速公路實(shí)際情況，將南友高速公路生態(tài)景觀使用后評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)（B1）、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)（B2）和安全保障評(píng)價(jià)（B3）分別編號(hào)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(hù)效果（C15）依次分別編號(hào)為I11、I12、I13……I35；將Iij評(píng)價(jià)分值的平均值設(shè)為Zij，指標(biāo)層Iij的各重要程度分值評(píng)價(jià)人數(shù)為Xijl，P（xijl）為Xijl在Yr評(píng)價(jià)人數(shù)的占比，評(píng)價(jià)論域Y分為5 級(jí)（Y1，Y2，Y3，Y4和Y5），若Xijl= 0，則不納入計(jì)算，納入計(jì)算并得分段數(shù)量以a表示：

評(píng)價(jià)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(duì)于單個(gè)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(gè)數(shù)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層評(píng)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(píng)價(jià)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(gè)數(shù)）：

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

為較客觀地評(píng)估指標(biāo)層各指標(biāo)的重要程度，便于計(jì)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(duì)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(píng)價(jià)論域Y分為5 級(jí)，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(píng)分模型

借鑒前人方法[10-12]，將指標(biāo)層的15 個(gè)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(duì)該高速公路生態(tài)景觀評(píng)價(jià)的調(diào)查問卷。調(diào)查問卷中單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分劃分為5 級(jí)，評(píng)價(jià)論域U分為5 級(jí)（U1，U2，U3，U4和U5），代表司乘人員對(duì)南友高速公路生態(tài)景觀的評(píng)價(jià)，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(gè)服務(wù)區(qū)和條件允許的少數(shù)幾個(gè)出入口外進(jìn)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(jì)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(qiáng)的代表性。

設(shè)指標(biāo)評(píng)分個(gè)案數(shù)為t，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的指標(biāo)層指標(biāo)得分為，準(zhǔn)則層加權(quán)評(píng)分值可按以下公式計(jì)算：

目標(biāo)層綜合評(píng)分值可按以下公式計(jì)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(píng)價(jià)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(hù)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(hù)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(píng)價(jià)＞生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)＞景觀效應(yīng)評(píng)價(jià)，表明安全保障評(píng)價(jià)最重要，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)重要性次之（表3）。

表2 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系的綜合評(píng)分

制訂優(yōu)劣等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按分值均值劃分為優(yōu)秀、良好、中等和差4 個(gè)等級(jí)，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(jí)為優(yōu)秀的指標(biāo)4項(xiàng)（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(xiàng)（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(hù)效果），占60．00%；優(yōu)良指標(biāo)共13項(xiàng)，優(yōu)良率達(dá)到86．67%；中等的指標(biāo)2 項(xiàng)（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(xiàng)指標(biāo)雖屬性獨(dú)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(duì)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(duì)各項(xiàng)因子的滿意程度。

在準(zhǔn)則層中，優(yōu)秀等級(jí)的1項(xiàng)（安全保障評(píng)價(jià)）；良好等級(jí)的2項(xiàng)（生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和景觀效應(yīng)評(píng)價(jià)）；沒有中等及差等級(jí)者（表4）。表明安全保障評(píng)價(jià)獲得廣泛好評(píng)，特別是行車路感指標(biāo)，司乘人員行車體驗(yàn)舒適；其次是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，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(píng)價(jià)；景觀效應(yīng)評(píng)價(jià)分值相對(duì)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(jì)算，目標(biāo)層綜合得分為3．98 分，達(dá)到良好等級(jí)，非常接近優(yōu)秀等級(jí)。總體評(píng)價(jià)，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(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系的綜合評(píng)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(jì)、施工建設(shè)、養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)影響，每個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)均涉及自然科學(xué)、工程技術(shù)和人文社會(huì)科學(xué)等不同的學(xué)科和專業(yè)領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及人們對(duì)美好生活包括對(duì)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(shì)逼人也喜人，我國縱橫交錯(cuò)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(duì)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(huì)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(jì)團(tuán)隊(duì)，確保規(guī)劃建設(shè)方案的科學(xué)性，同時(shí)應(yīng)廣泛收集并充分考慮社會(huì)各界的意見，提倡并鼓勵(lì)公眾參與高速公路景觀的規(guī)劃與建設(shè)。