基于層次分析法的流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計研究

閆勝昝　孫穎慧

關(guān)鍵詞：流浪貓舍 智能系統(tǒng) 界面設(shè)計 KJ法 層次分析法

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）09-0145-04

引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，流浪貓狗已成為一個比較嚴重的社會問題。數(shù)據(jù)顯示全球流浪貓狗數(shù)量已突破5億只，社區(qū)中流浪貓狗隨處可見，直接或間接帶來一些社會影響，考驗著政府和社會的綜合治理能力，對流浪貓狗的科學救助迫在眉睫[1，2]。在我國生態(tài)文明建設(shè)的進程中，動物關(guān)懷也是文明程度的重要標志之一。國外針對流浪動物治理有健全的法制約束，通過登記建檔明確責任，建有公益動物收容組織。國內(nèi)在流浪動物治理的發(fā)展中，社區(qū)流浪動物救助所仍比較缺乏，針對流浪動物救助也有一些諸如喂食器、監(jiān)控App的產(chǎn)品開發(fā)，但獲得推廣使用的較少[3，4]。目前，社區(qū)流浪動物救助的主要力量仍為愛心個人喂養(yǎng)者，極少數(shù)的愛心救助站實為另一種形式擴大版的私人救助，政府組織的流浪動物救助及管理并不多見。

文獻研究和田野考察發(fā)現(xiàn)，社會流浪貓問題亟待解決，愛心人士有救助意愿，缺少統(tǒng)一規(guī)劃的救助系統(tǒng)以及搭建各方力量之間橋梁的智能產(chǎn)品。本文通過問卷調(diào)查和深度訪談分析各方用戶需求，明確設(shè)計要素，采用KJ親和圖法構(gòu)建流浪貓舍智能系統(tǒng)功能需求層次分析模型[5];運用層次分析法計算得出各指標體系的權(quán)重并排序[6-8]，為流浪貓舍智能系統(tǒng)的設(shè)計提供理論依據(jù);并設(shè)計實現(xiàn)一套包括庇護所、智能投喂及App救助平臺的流浪貓舍智能系統(tǒng)，為解決流浪貓的社會治理問題提供現(xiàn)實參考。

一、流浪貓舍智能系統(tǒng)需求分析

（一）問卷調(diào)查

問卷調(diào)查是社會調(diào)查中廣泛使用、直接有效的一種統(tǒng)計方法[9]。通過調(diào)查問卷數(shù)據(jù)分析可了解社區(qū)居民、校園學生對流浪貓問題的不同看法及對流浪貓舍智能系統(tǒng)的功能期待，結(jié)合調(diào)查對象的人群分類、生活形態(tài)（居家/在校時長）、活動場所等，發(fā)現(xiàn)愛貓人士對流浪貓舍智能系統(tǒng)的需求差異。為提高問卷結(jié)果的有效性，在問卷調(diào)查中，社區(qū)主要以居家為主的中老年女性為目標對象，學校主要以女同學為目標對象，所設(shè)計問題以對社區(qū)流浪貓現(xiàn)狀的看法、建議和感受為核心，并提供對流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)想功能的選擇和補充類問題。通過對小區(qū)、大學、中學開展實地田野調(diào)查，發(fā)放調(diào)查問卷，收回有效問卷35份，田野調(diào)查發(fā)現(xiàn)所調(diào)研的社區(qū)和學校100%有流浪貓出現(xiàn)，問卷調(diào)查結(jié)果表明，100%的社區(qū)和學校存在私人愛心喂養(yǎng)情況。

從收回的35份問卷結(jié)果得出愛貓人士主要特點為：91%的受訪者表示喜歡貓咪，有關(guān)愛流浪貓咪的意愿，但沒有較好的途徑。有3位受訪者曾投喂過流浪貓咪，但都希望能有更好的方式來救助流浪貓咪。其中“是否支持所在社區(qū)或?qū)W校設(shè)立流浪貓舍”一題，35人均選擇了9分支持?！傲骼素埳嶂悄芟到y(tǒng)便捷性”一題1-9分，28人選擇6分以上，平均7.11分，認為可遠程掃碼方式投喂、貓舍狀態(tài)提示功能重要;100%的愛貓人士認為流浪貓舍應該滿足遮風擋雨的基本功能。問卷中“流浪貓舍智能系統(tǒng)智能化功能重要程度”一題，有34位受訪者評分為9，認為智能化功能重要。“流浪貓舍智能系統(tǒng)中貓舍的顏色和外觀的重要程度”評分，僅10人認為重要。

（二）深度訪談

為深入了解潛在用戶對流浪貓舍智能系統(tǒng)的真實需求，驗證調(diào)查問卷有效性，從35位愛貓人士中挑選3位代表性用戶進行深度訪談。對3位典型受訪者從生活形態(tài)、活動場所、愛心行為、用戶需求幾個方面進行畫像分析，具體見表1。

由表1可知，用戶的需求是多層次的，除產(chǎn)品功能層面，還涉及心理和感官體驗等方面。3位典型受訪者均為流浪貓舍智能系統(tǒng)的潛在用戶，均喜歡小動物，富有愛心，且有救護流浪動物的心理，其中2位有投喂行為;2位有時間、有能力關(guān)愛流浪動物;3位用戶代表了3類典型人群，其生活形態(tài)、活動場所、愛心行為等特征鮮明，對流浪貓舍智能系統(tǒng)的需求有智能、便捷、美觀和趣味等。3位典型用戶的深度訪談和問卷調(diào)查結(jié)果一致，證明問卷有效。

二、流浪貓舍智能系統(tǒng)功能指標

（一）構(gòu)建功能需求層次模型

KJ親和圖法[10]是日本川喜田二郎提出，用于將問題相關(guān)繁雜語言文字資料，依據(jù)其內(nèi)在關(guān)系歸類合并，從而找出復雜現(xiàn)象中問題解決新途徑的方法。

流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計中，功能要素選擇是需求多層次、影響多因素、評價多指標的復雜問題。在選擇功能指標時，通過文獻調(diào)研、問卷調(diào)查和深度訪談，采用KJ法對用戶需求、設(shè)計人員想法和相關(guān)專家意見進行分類歸納，并進行適當篩選和補充。最終構(gòu)建流浪貓舍智能系統(tǒng)功能需求層次模型為：1個目標層、4個準則層和12個備選方案層。

目標層：流浪貓舍智能系統(tǒng)功能需求，是該需求模型的總體目標。

準則層：歸納總結(jié)為便捷性、智能性、美觀性、舒適性四類指標，作為功能設(shè)計的評價準則。

備選方案層：對四類準則指標進行具體分析，借助KJ法提取12個具體功能作為備選方案層指標。

通過以上功能指標體系，對流浪貓舍智能系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計進行指導。構(gòu)建如圖1所示的三層功能需求分析模型。

（二）各功能指標具體描述

通過對現(xiàn)有智能應用技術(shù)的研究，分析其與流浪貓舍智能系統(tǒng)的功能結(jié)合，同時方便理解各項指標，對各備選方案層指標描述如下：

掃碼投喂：應用二維碼技術(shù)，為每個流浪貓舍中的智能投喂器設(shè)置一個二維碼，用戶掃描投喂器上的二維碼，支付一定費用后便可啟動智能投喂器進行喂食。

定時投喂：智能計時芯片可記錄每一次投喂時間，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間間隔，自動計算和啟動投喂系統(tǒng)定時投喂。

狀態(tài)提示：重力傳感器技術(shù)可監(jiān)測貓舍中貓糧和飲用水余量，實時上傳到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會根據(jù)用戶所關(guān)注的貓舍的狀態(tài)數(shù)據(jù)，為用戶發(fā)送狀態(tài)提示，如缺水、缺食等異常。

方便維護：流浪貓舍需要定期清理維護，設(shè)計為模塊化拼接組合方式，方便拆裝維護。

拍照識別：通過貓舍內(nèi)置攝像頭或由愛貓人士為貓咪拍照，上傳照片到系統(tǒng)確定身份，圖像識別技術(shù)可幫助識別確認流浪貓身份，統(tǒng)計流浪貓舍中的貓咪數(shù)量，指導系統(tǒng)根據(jù)貓咪數(shù)量調(diào)整投喂數(shù)量和時間間隔。

線上喂養(yǎng)：除線下掃碼投喂，還可以掃描系統(tǒng)中指定貓舍的投喂器二維碼，進行線上投喂，并可通過貓舍頂置攝像頭觀看貓咪進食視頻，實現(xiàn)線上真貓喂養(yǎng)。

線上獎勵：與虛擬養(yǎng)貓游戲結(jié)合，為提升用戶救護流浪貓的心理體驗，設(shè)計線上獎勵機制，當投喂次數(shù)達到一定值，或者完成領(lǐng)養(yǎng)或其他救護任務(wù)，可為用戶頒發(fā)不同等級的獎牌。

美化環(huán)境：流浪貓舍設(shè)置在社區(qū)、公園、學校等場所，將作為環(huán)境的一部分，在不破壞整體環(huán)境的前提下，應盡量具有美化環(huán)境的功能。

外觀可愛：流浪貓舍作為貓咪、愛貓人士和流浪動物救助組織之間的橋梁紐帶，設(shè)計可愛的外觀有助于吸引更多的愛心人士為之駐足，加入流浪動物救護的隊伍，提升流浪動物治理水平。

顏色靚麗：同外觀可愛類似，顏色靚麗的設(shè)計方案更能吸引眼球，吸引更多的愛心人士關(guān)注流浪貓舍，并參與到流浪貓救助活動中。

遮風擋雨：該功能應是流浪貓舍最基本的功能之一，流浪動物救助從給它們一個溫暖的窩開始，遮風擋雨貓舍的設(shè)計將引導流浪貓咪在固定區(qū)域活動，對社區(qū)、公園、校園中隨處可見的流浪貓咪實行有序治理。

進出方便：貓咪善攀爬、喜跳躍，身體能適應各種情境，在做好遮風擋雨的同時，對洞口進行適當設(shè)計，可提高貓咪進出的舒適性。

三、功能指標層次分析

20世紀70年代美國的運籌學家托馬斯·薩迪（ThomasL.Saaty）提出一種定量和定性相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化分析方法，將與決策有關(guān)的要素分解成目標、準則、方案等層次，以處理復雜決策問題，即層次分析法[11]。對流浪貓舍智能系統(tǒng)，通過問卷及訪談，對構(gòu)建的三層功能需求指標模型，運用層次分析法計算出流浪貓舍智能系統(tǒng)各功能指標的權(quán)重值，并進行一致性檢驗。

（一）判斷矩陣

選取前述35位潛在用戶組成決策小組，按層次分析法，對功能評價指標的目標層、準則層和備選方案層，以1-9的重要性等級兩兩進行比較，分別構(gòu)造判斷矩陣[12]，關(guān)于目標層“流浪貓舍智能系統(tǒng)功能需求”對準則層4個指標兩兩比較構(gòu)成4×4的判斷矩陣A1;關(guān)于準則層的“便捷性”“智能性”“美觀性”和“舒適性”對備選方案層12個指標兩兩比較構(gòu)成12×12的判斷矩陣A2、A3、A4、A5，判斷矩陣的形式如下：

其中，的值來自問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，×=1。在A1中 表示關(guān)于目標層B_i相對于B_j的重要程度;在A2中 表示關(guān)于“便捷性”C_i相對于C_j的重要程度;在A3中 表示關(guān)于“智能性”Ci相對于C_j的重要程度;在A4中表示關(guān)于“美觀性”C_i相對于C_j的重要程度;在A5中 表示關(guān)于“舒適性”C_i相對于C_j的重要程度。

（二）計算權(quán)重

通過計算判斷矩陣的特征向量，可以得出各指標對上一層目標的權(quán)重值，即對A1的計算可以得到B1-B4對目標層的權(quán)重值如圖2所示;對A2、A3、A4、A5的計算得到C1-C12分別對B1-B4的權(quán)重值，進而計算得到C1-C12的綜合權(quán)重，如圖3所示。

根據(jù)以上準則層指標權(quán)重可知，流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計準則重要性由高到低的排列順序為B1便捷性、B2智能性、B4舒適性、B3美觀性，說明潛在用戶對該產(chǎn)品系統(tǒng)的便捷性和智能性要求較高，而對美觀性的要求最低。根據(jù)備選方案層指標權(quán)重可知，C11遮風擋雨作為貓舍最基本的功能是首先要考慮的，其次C3狀態(tài)提示、C7線上獎勵、C1掃碼投喂功能評級也較高，而C9外觀可愛、C12進出方便、C4方便維護等功能的關(guān)注度較低。

（三）一致性檢驗

為保證權(quán)重值的有效性，以及各指標重要度之間的協(xié)調(diào)性，對所有數(shù)據(jù)進行一致性檢驗，檢驗的具體步驟[13]如下：

1.先計算判斷矩陣的最大特征值λ_max，再計算指標CI。

其中，n為矩陣維數(shù)，當判斷矩陣的最大特征值為n時，此判斷矩陣為一致矩陣，此時CI=0。

2.根據(jù)n的大小，按表2查找平均隨機一致性指標RI。

表中n=1，2時，RI=0，因為n=1，2的判斷矩陣均為一致矩陣。

3.計算一致性比例CR。

如果CR<0.1，則可認為判斷矩陣的一致性可以接受。

經(jīng)計算5個判斷矩陣的一致性比例C R 分別為0.028807，0.030117，0.030256，0.034672，0.037599，均小于0.1。

四、流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計實踐

依據(jù)流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計功能要素的指標權(quán)重結(jié)果，采用設(shè)計開發(fā)的程序與方法，落實設(shè)計實踐，完成一套集救助庇護所、智能投喂和App救助平臺的流浪貓舍智能系統(tǒng)設(shè)計。貓舍及投喂器設(shè)計簡潔大方，不強調(diào)美觀，但具有環(huán)境融入感，突出便捷性和智能性的功能需求，從服務(wù)設(shè)計向引導設(shè)計發(fā)展，增加引導性治理輔助功能。

（一）流浪貓舍智能系統(tǒng)的設(shè)計效果圖

流浪貓舍智能系統(tǒng)由前端直接為流浪貓?zhí)峁┍幼o場所和飲食的智能貓舍，以及為愛心人士提供學習、交流、智能喂養(yǎng)的平臺系統(tǒng)兩部分組成。

貓舍主要使用對象為流浪貓，在層次分析結(jié)果的指導下，從動物五個基本需求：生理（飲食需求）、環(huán)境（庇護場所）、行為（天性自由）、心理（避免恐懼）、衛(wèi)生（減少傷?。┓矫婵紤]，貓舍設(shè)有智能投喂器，具備遮風避雨功能，從貓咪喜歡隱蔽、玩耍跳躍的習性出發(fā)，采用多變幾何形態(tài)，設(shè)計了兩種造型方案的貓舍。兩種智能貓舍整體效果圖如圖4所示。

結(jié)合前述功能指標權(quán)重，設(shè)計了流浪貓舍智能系統(tǒng)的手機App系統(tǒng)界面，以簡潔的三級界面實現(xiàn)主要操作功能，在總界面上設(shè)置有：貓貓社區(qū)、貓貓定位、位置地圖、附近、養(yǎng)貓知識、發(fā)布、貓圈、我的。利用GPS定位，通過位置地圖可以查看貓貓社區(qū)的智能貓舍設(shè)置情況;點擊附近可查看距離用戶當前所在位置方圓500m的貓舍信息;點擊養(yǎng)貓知識可進入養(yǎng)貓知識字帖和視頻界面進行觀看學習;除智能貓舍自動識別拍照記錄的流浪貓信息，愛貓人士也可以給貓咪拍照，并將流浪貓信息發(fā)布在貓貓社區(qū);在貓圈愛貓人士、愛心寵物醫(yī)護人士、救助站之間可進行溝通，查看貓咪領(lǐng)養(yǎng)信息;“我的”可記錄愛貓人士的救助行為，發(fā)布、投喂、領(lǐng)養(yǎng)等信息，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，為愛心人士頒發(fā)榮譽勛章。同時界面借助貓咪形態(tài)的抽象設(shè)計，提升愛貓人士的使用心理體驗，部分界面效果如圖5所示。

（二）設(shè)計中的智能化功能

根據(jù)前述分析結(jié)果，智能性僅次于便捷性占有較高權(quán)重，且便捷性的實現(xiàn)也與智能化有關(guān)。以現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等先進技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)動物的五個基本需求和愛貓人士的心理需求，從智能感知、智能投喂、智能識別、智能交互、智能記錄五個方面完成流浪貓舍系統(tǒng)智能化功能設(shè)計實踐。

1.智能感知：智能感知包括智能投喂器中貓糧和飲用水余量感知、進出智能貓舍的流浪貓數(shù)量感知、貓舍溫濕狀態(tài)感知等功能，通過感知傳感器和無線傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)實時顯示在智能系統(tǒng)App的貓舍界面狀態(tài)中。

2.智能投喂：智能投喂分自動定時投喂和干預式掃碼投喂。貓舍的智能投喂器，會按照智能系統(tǒng)設(shè)定的時間間隔自動進行定時投喂;愛心人士掃描系統(tǒng)中每個貓舍的二維碼，也可以觸發(fā)投喂。且系統(tǒng)會根據(jù)有無掃碼投喂調(diào)整或保持定時投喂的時間，還可根據(jù)貓咪數(shù)量，調(diào)整每次投喂的數(shù)量。

3.智能識別：智能投喂器可根據(jù)重量傳感器識別貓糧及飲用水的余量，并在系統(tǒng)中顯示。貓舍攝像頭可識別不同貓咪，統(tǒng)計貓咪數(shù)量，從而在系統(tǒng)中發(fā)布貓咪信息，并根據(jù)貓咪數(shù)量調(diào)整投喂數(shù)量和間隔時間。

4.智能監(jiān)控：貓舍攝像頭可監(jiān)控記錄貓舍的運行情況，更新系統(tǒng)中貓舍狀態(tài)數(shù)據(jù)，保證貓舍正常運行。

5.智能記錄：系統(tǒng)自動記錄投喂數(shù)量、投喂時間，做到合理投喂;記錄每一位愛心人士的投喂、領(lǐng)養(yǎng)、拍照、分享等活動，并頒發(fā)榮譽勛章，提升用戶心理體驗，形成良性循環(huán);記錄貓咪數(shù)量、貓舍利用情況，指導投喂系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和貓舍布置。

手機App為愛貓人士提供交流分享的平臺，可愛的貓咪圖片給人們帶來心靈的慰藉，同時人們在投喂中釋放壓力，提升心理體驗，也為流浪動物救助提供資金支持，促進人與動物和諧共生。

結(jié)論

采用KJ法歸納整理流浪動物文獻資料、問卷調(diào)查和田野考察有效用戶意見，確立流浪貓舍智能系統(tǒng)1個目標層、4個準則層和12個備選方案層的功能需求層次模型指標體系。對問卷調(diào)查和深度訪談結(jié)果進行層次化分析，通過指標權(quán)重計算發(fā)現(xiàn)，潛在用戶對該產(chǎn)品系統(tǒng)的便捷性和智能性要求較高，而對美觀性的要求最低。在備選方案上應首先考慮遮風擋雨功能，進而考慮智能化的狀態(tài)提示、線上獎勵和掃碼投喂等功能。運用產(chǎn)品設(shè)計程序方法，綜合考慮流浪貓舍智能系統(tǒng)功能指標層次化分析結(jié)果，設(shè)計一套集貓舍、智能投喂和救助App界面的流浪貓舍智能系統(tǒng)，充分考慮了基礎(chǔ)功能和智能化功能服務(wù)，以助力解決流浪貓治理問題，滿足愛貓人士使用需求。