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基于层次熵权法的城市公园动态考核综合评价研究
——以郑州市城市公园为例

2021-05-26杨永青宋贺

园艺与种苗 2021年4期
关键词:城市公园评判权重

杨永青,宋贺

(郑州市绿化工程管理处,河南郑州450000)

近年来,伴随着生态文明建设被纳入国家“五位一体”总体战略布局,全国各地对于生态的高质量发展关注度和重视度日趋增强,积极贯彻“绿色协调、共享开放”的发展理念[1],纷纷围绕“国家园林城市”“国家生态园林城市”创建目标,加速开展大规模的“增绿、植绿、补绿”的生态建设布局,以期满足人们对于生态环境日益美好的愿望追求。城市公园,作为城市生态系统中的重要一环,以其彩绿交融的优美景观、影响深远的生态效益、和谐清新的游憩环境、公益开放的服务展示等特色面貌和多样功能,受到群众的广泛青睐[2]。

根据住建部2017发布的《城市绿地分类标准》(CJJT 85-2017),将城市绿地按照功能划分为5个大类、15个中类,其中“公园绿地”(G1)大类之下4个中类和6个小类[3]。一般地,在将绿地分类标准中的G1大类(即公园绿地)作为对象的研究中,经常将其统称为“城市公园”。目前,在关于城市公园的研究中,主要可概括为以下4个大类:其一是倾向于城市各类型公园前期规划、设计布局、开发运营模式等方面的研究,如可达性分析、营造理念创新等,比较侧重于宏观把控和建设前期[4-6];其二是关于城市公园多种功能实现、各种效益价值的探讨与研究,主要方向侧重于功能实现的综合评价、生态效益的定量分析[7-8];其三是侧重于植物群落多样性、植物配置、布局优化等方面的研究,主要从Margalef丰富度指数、hannon-winener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数等指标对城市公园内的植物群落多样性和生态系统稳定性进行分析,并对优势群落结构进行推荐[9-10];其四是以城市公园的使用评价、满意度、多种视角下的感知体验及行为影响分析为主的研究[11-12]。

笔者主要结合城市公园运营期的基础功能实现、园区景观、养护管理和宣传服务等因素,运用主观经验判断和定量评价分析2种方法对影响园区整体动态考核评价的各因素指标权重进行耦合汇算,确定各因素指标的权重,并运用模糊数据中隶属度原理进行定量的综合评价,以期为城市公园运营期间的功能、景观、养护、服务等方面的进一步完善提供理论借鉴。

1 研究方法及模型构建

1.1 研究方法介绍

文中主要运用了3种研究方法,其中2种为权重确定的研究方法,分别为层次分析法和熵权法;1种为运用模糊数学隶属度原理的综合评价法。

指标权重确定中的层次分析法,是常用的多目标评价决策法,可将借助专家经验优势为基础的定性分析转化为定量分析,系统性强且结果清晰。但因其方案层指标对比的不传递性,会导致该层次指标不能全面、客观地反映判断信息[13]。因此,在层次分析法的基础上,辅以熵权法构建权重值耦合修正矩阵,提升方案层指标权重值的可信度。

模糊综合评价法,是以模糊数学原理进行定量分析的综合性评价方法,主要依据隶属度原理对多因素影响的目标进行综合评判[14]。

1.2 评价指标的建立

通过“中国知网”查询近5年来关于城市公园评价的相关文献,筛选出影响城市公园动态考核结果的相关指标,按照“科学系统、综合重要”的原则,再进行两轮德尔菲法对筛选出的相关指标进行二次甄别,建立了如图1所示的城市公园动态考核综合评价指标体系。即以城市公园动态考核作为目标层,用U来表示;功能实现、园区景观、养护管理、宣传服务4项为中间层指标,分别以{U1,U2,U3,U4}表示;休闲服务、生态调节等16项为基础层指标,分别以{U11,U12,…,U44}来表示。

图1 城市公园动态考核综合评价指标体系

1.3 评价模型构建及研究步骤

1.3.1 基于层次分析法的城市公园动态考核综合评价指标体系的权重分析。第一步,以目标层、中间层指标、基础层指标3个层次结构对象,将同层次指标进行两两互比,建立判断矩阵aij[15]。即将指标i与指标j对比,以aij表示二者重要相对尺度结果。则当aij={同等重要,一般重要,重要,非常重要,极其重要},分别对应量化值={1,3,5,7,9}列入,介于相对重要尺度间的中值可以量化值={2,4,6,8}计入,反之则以其倒数计入。

第二步,各层次指标的单排序及一致性检验。判断矩阵aij中最大特征根为λmax的特征向量,将其归一化后计为M,即为同层指标相对重要度的单排序权值;然后计算其一致性指标CI、随机一致性指标RI及检验系数CR进行一致性检验,计算公式分别为:

其中,n为n阶一致阵的唯一非零特征根;λ为n阶正互反阵A的最大特征根。

通常情况下,如检验系数CR<0.1,则可认为该矩阵一致性检验通过;否则就未通过一致性检验,需进行修正或者问卷无效。研究中如一致性检验未通过,则以迈实AHP软件中的可粒子群优化算法针对原始的专家判断矩阵修正后使用。

最后是3级指标的总排序及一致性检验,主要是计算出各层所有指标相较于上级指标相对重要性权值。其结果即为中间层指标的权重集合:M={M1,M2,M3,M4}={M11,M12,M13…M44}。

当需进行群决策分析时,运算中常借助软件选用群决策矩阵法求解计算,即结合专家们的问卷评分情况以几何平均数构建群合成矩阵,再进行矩阵求解。

1.3.2 基于熵权法的城市公园动态考核综合评价指标体系的权重修正。第一步,构建原始指标分析矩阵:

其中,m为待评价公园数量,n为评价指标数量。dij为第i个公园第j个评价指标的评分值。因该评价中无负数,则无需进行非负处理。

第二步,计算第j项指标下第i个公园占该指标的比重Pij、熵权ej及其差异系数gj。

其中,k>0,ln为自然对数,ej≥0。式中常数k与样本数m有关,一般令k=1/lnm,则0≤e≤1。

第三步,求第j项指标的权重数Wj。

第四步,求基于熵权法权数修正后的指标权重集M¯。

1.3.3 基于层次熵权模型修正权重下的城市公园动态考核模糊综合评价。首先,确定此次评价的因素集U和模型评价结论集H,研究中即以U作为城市公园动考核评价基础层指标集,即U={U11,U12…U44};评价集H引入通常用于等级评价的语集,令H={H1,H2,H3,H4,H5}={极好,良好,较好,一般,差},其对应评分区间分别为[90,100]、[80,90)、[70,80)、[50,70)、[0,50)。接着,利用模糊数学隶属度原理进行单指标评判和综合评判,其单指标模糊评判集合表示为:

式中Ri表示单指标评判集合,可简单表示为Ri=(Ri1,Ri2,…,Rim)。

综合评判时需要引入修正后指标权重M,综合评判公式为:

式中B为模糊综合评判集;bj(j=1,2,…,m)为模糊综合评判指标,其中:

最后进行各评判指标的总体考核。取以bj作为权数,对各个备择元素Hj进行加权平均,即:

则K即为模糊综合评判的结果。

2 以郑州市城市公园为例的实证分析

基于层次熵权法的城市动态考核综合评价模型,选取郑州市R、B、Z、W 4个公园,按照构建的4类16项评价指标体系设计2份问卷向7位行业内专家进行了意见征询,其中第1份问卷以专家经验评判为主,得到的群决策原始矩阵见表1。

表1 4个公园指标评价群决策原始矩阵

经计算,该原始矩阵中最大特征根λmax=4.020 6,CI=0.006 9;CR=0.007 7<0.1,说明原始矩阵通过一致性检验,可作为下一步研究依据。中间层指标的群决策矩阵不再赘述。将7位专家问卷意见利用迈实AHP分析软件进行代入自运算,经公式(1)~(3)运用可得到群决策下各级指标的同级权重及全局权重(表2)。

表2 基于层次分析法的各层指标同级权重及全局权重

第2份问卷为专家直接评分法,针对4个公园的4类16项指标直接以百分制进行打分,得到原始矩阵(表3)。

利用原始矩阵数据,代入公式(4)~(7),计算得出熵权法下的各指标权重集合为Wj={0.106 49,0.050 91,0.106 49,0.074 68,0.046 26,0.073 56,0.052 69,0.044 20,0.062 27,0.050 00,0.050 91,0.058 70,0.074 68,0.050 31,0.048 07,0.049 77}。

将表2中的基础层指标全局权重集M、熵权法下的权重集Wj代入公式(8),可计算出修正后的基础层指标全局权重集(保留2位小数)。={0.07,0.05,0.05,0.02,0.09,0.12,0.09,0.02,0.12,0.08,0.09,0.07,0.08,0.03,0.01,0.02}。则中间层指标权重集合为:U={0.19,0.32,0.35,0.13}。

下面,按照此权重以上述4个公园为例进行综合评价,得到原始评价集合并代入公式(9)和公式(10),求得4个公园的隶属度矩阵B及其综合得分(表4)。

其中,计算过程中模糊算子选用M(·,+)算子,为加权平均型算子,综合程度强、权重影响明显,为最优推荐算子。

4个公园综合评价降序排名为:W公园综合得分为92.25,排名第一;R公园综合得分为90.95,排名第二;B公园综合得分为89.41,排名第三;Z公园综合得分为88.83,排名第四。从综合评分情况来看,W公园、R公园综合得分∈[90,100),按照评价语集标准分级均属于“极好”等级;B公园、Z公园综合评分∈[80,90),属于“良好”等级。

3 结论与讨论

研究的主要结论体现在以下3个方面:一是通过层次熵权模型确定出的评价中间层指标权重排序为养护管理>园区景观>功能实现>宣传服务。养护管理作为评价中最为重要的指标,所占比重达到35%,且其4个基础层指标中有3项排在前列,与“三分建、七分养”理念相吻合。二是基础层指标中,权重值前10位指标排序为植物配置>人员配置>植物养护>景观效果>总体布局>设施维护>标识系统>休闲游憩>环境卫生>防灾避难。这10项指标影响权重和达85%以上,是城市公园日常运营中最需重点关注的因素。三是经与4个公园近3年来绩效评价中游客满意度调查情况对比,文中综合评价结果在评分、排名、等级划分上均与调查数据有高度相似性,说明基于层次熵权模型的城市公园动态考核综合评价具备较高的客观性和可信度。

表3 4个公园各指标专家直接评分原始矩阵

表4 4个公园隶属度矩阵及综合得分

文中虽然引入了模糊数学、熵权等定量化研究理论,以期最大限度地实现客观的评价分析,但在数据获取过程中,仍存在一定程度的专家经验依赖性,在今后的研究中还有待提高。

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