基于ANP的杉木風(fēng)景游憩林評價(jià)指標(biāo)體系

梅光義，孫玉軍，林 方，王軼夫

（1. 北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2. 福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350000）

基于ANP的杉木風(fēng)景游憩林評價(jià)指標(biāo)體系

梅光義1，孫玉軍1，林 方2，王軼夫1

（1. 北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2. 福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350000）

網(wǎng)絡(luò)分析法是使用很廣的評價(jià)方法，該方法考慮了評價(jià)對象定量和定性指標(biāo)之間相互影響，準(zhǔn)確性更高。目前還沒有學(xué)者利用網(wǎng)絡(luò)分析方法（ANP）建立杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系的網(wǎng)絡(luò)分析模型。在查閱國內(nèi)外風(fēng)景游憩林一致性結(jié)論的基礎(chǔ)上，以杉木人工林為研究對象，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析法建立風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀評價(jià)指標(biāo)體系。結(jié)果表明：森林美學(xué)指標(biāo)在主指標(biāo)中權(quán)重是最大的，其余依次是林木測樹、林分空間結(jié)構(gòu)、地被物層特征、森林健康；二級指標(biāo)中，權(quán)重從大到小依次是：坡度、平均樹高、通視距離、林分平均直徑、生活型組成、郁閉度、冠幅、喬木株數(shù)、樹干顯示度、灌木高度、針闊比、綠量、枯倒木株數(shù)、草本高度、蓋度、灌草分布方式、干形、色彩多樣性、喬木分布方式、枯枝落葉分布方式、活枝下高。為杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀評價(jià)和改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

杉木；風(fēng)景游憩林；網(wǎng)絡(luò)分析方法（ANP）；指標(biāo)；林內(nèi)景觀

風(fēng)景林是美學(xué)價(jià)值較高并用來滿足審美需求的林分[1-2]，是森林旅游區(qū)、森林公園、自然保護(hù)區(qū)自然景觀的重要組成部分[3]。游憩林的概念比風(fēng)景林的大，所謂“游憩林”，是指具有適合開展游憩的自然條件和相應(yīng)的人工設(shè)施條件，以滿足游憩者娛樂、健身、療養(yǎng)、休息和觀賞等各種游憩需求為目標(biāo)的林分[4]。對于某些特定的林分，在風(fēng)景林和游憩林兩者難以區(qū)分時(shí)稱為風(fēng)景游憩林[5]。根據(jù)觀光者所處的位置，將風(fēng)景游憩林景觀分為林內(nèi)景觀和林外景觀[6]。

從20世紀(jì)60年代前期開始，工業(yè)用材林作為風(fēng)景游憩林的研究對象，就森林經(jīng)理活動的采伐過程對林內(nèi)景觀質(zhì)量的評價(jià)與改造技術(shù)進(jìn)行了深入的研究[7]。近幾年，我國在這方面也做了大量相關(guān)研究[8]。網(wǎng)絡(luò)分析法（Analytic Network Process，ANP）可以解決各評價(jià)指標(biāo)相互影響的關(guān)系，在各種評價(jià)研究中應(yīng)用廣泛[9]，但采用該方法對杉木風(fēng)景游憩林建立評價(jià)指標(biāo)體系還未見報(bào)道。鑒于此，本文以杉木人工林為對象，引入ANP方法，構(gòu)建更接近實(shí)際的風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量評價(jià)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，建立杉木風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量評價(jià)體系，以期為風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量的定量評價(jià)及改造技術(shù)提供理論參考。

1 研究方法

1.1 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型

ANP法是美國匹茲堡大學(xué)T.L.Saaty教授創(chuàng)立的，該方法將指標(biāo)中的元素劃分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層，控制層包括問題目標(biāo)及決策準(zhǔn)則，所有的決策準(zhǔn)則是相互獨(dú)立的，而且決策準(zhǔn)則受目標(biāo)元素支配[10]。控制層中所有的準(zhǔn)則彼此獨(dú)立，下一個(gè)準(zhǔn)則只受上一準(zhǔn)則控制，而且每個(gè)準(zhǔn)則的權(quán)重可以用傳統(tǒng)的層次分析法算得；網(wǎng)絡(luò)層是由受控制層支配的元素組成，元素之間相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[11]。

1.2 確定評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖定性地表達(dá)各個(gè)指標(biāo)之間的影響程度，而矩陣定量地表示這種相互關(guān)系。通過矩陣運(yùn)算得出的各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重[12]。

（1）構(gòu)建判斷矩陣。網(wǎng)絡(luò)分析法建立在層次分析法的基礎(chǔ)上，所以類似層次分析法，在網(wǎng)絡(luò)分析法中各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重同樣由兩兩比較判斷得到[13]，通過直接優(yōu)勢度和間接優(yōu)勢度結(jié)合1-9標(biāo)度表來構(gòu)建判斷矩陣[14]。

（2）計(jì)算超矩陣和加權(quán)超矩陣。以控制層的準(zhǔn)則Bm（m=1，2，……，m）作主準(zhǔn)則，以網(wǎng)絡(luò)層中各元素組Cj中的元素bjk（K=1，2，3……）作為次準(zhǔn)則，按照元素組Ci中各元素bjk對元素的影響程度采用間接優(yōu)勢度構(gòu)造判斷矩陣，并歸一化特征向量依次將Cj中的每個(gè)元素作為次準(zhǔn)則，將元素組Ci與元素組Cj中的元素兩兩進(jìn)行比較，構(gòu)造判斷矩陣，最后將歸一化特征向量匯總成矩陣Wij。同樣，以Bm為主準(zhǔn)則，依次把各元素組元素之間的里外關(guān)系進(jìn)行比較，最后得到超矩陣Wm。

以Bm為主準(zhǔn)則，以元素組Cj為次準(zhǔn)則，構(gòu)造判斷矩陣Dj，經(jīng)歸一化處理得歸一化特征向量（a1j，a2j，…，aNj）T。由此得到加權(quán)矩陣Am。通過加權(quán)矩陣得到加權(quán)超矩陣W=Am*Wm。

（3）計(jì)算目標(biāo)權(quán)重。加權(quán)超矩陣進(jìn)行冪次運(yùn)算，直到矩陣的權(quán)重值一致，取其中一列作為各評價(jià)指標(biāo)的排序向量，此排序向量就是各指標(biāo)相對于評價(jià)目標(biāo)A的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價(jià)指標(biāo)選擇及ANP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

2.1.1 ANP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

采用綜合法建立圖1所示的網(wǎng)絡(luò)評價(jià)模型。它由控制元素層和網(wǎng)絡(luò)層組成，控制元素層是一個(gè)目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)層由5個(gè)主指標(biāo)和21個(gè)二級指標(biāo)組成。在林木測樹指標(biāo)評價(jià)中包括的具體指標(biāo)有：活枝下高、林分平均直徑、平均樹高、冠幅、干形[15]；林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)主要包括針闊比、喬木株數(shù)、郁閉度、喬木分布方式、生活型[16]；地被層特征指標(biāo)主要包括灌草分布、蓋度、灌木高度、草本高度；森林健康指標(biāo)主要包括枯倒木株數(shù)、枯枝落葉分布[17]；林內(nèi)美學(xué)指標(biāo)主要包括綠量、色彩多樣性、通視距離、樹干顯示度、坡度[18-19]。各指標(biāo)之間都存在著相互依存和反饋關(guān)系。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo)元素說明

在查閱國內(nèi)外風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量評價(jià)基礎(chǔ)上，針對杉木人工林，采用綜合法構(gòu)建了杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀質(zhì)量評價(jià)體系。表1為風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀評價(jià)指標(biāo)與美景度關(guān)系說明。

2.2 指標(biāo)權(quán)重

2.2.1 建立超矩陣與加權(quán)超矩陣

（1）構(gòu)建判斷矩陣

由圖1所示的網(wǎng)絡(luò)模型可知，本文的決策目標(biāo)景觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系，所以風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量既是評價(jià)目標(biāo)也是評價(jià)判斷的準(zhǔn)則，所有元素指標(biāo)都是以最能提高風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量水平為評判準(zhǔn)則進(jìn)行比較。網(wǎng)絡(luò)層中有元素組Ei即（E1，E2，E3，E4，E5），Ei中有元素 Eij（i =1，2，3，4，5；j=1，2，3，4，5）。

圖1 風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系分析網(wǎng)絡(luò)模型Fig.1 Quality evaluation indexes system of scenic recreational forest landscape based on analytic network model

表1 網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo)元素說明Table 1 Network layer index elements

表2 以林木測樹為次準(zhǔn)則的比較矩陣Table 2 Comparison matrix with forest measurement as second criterion

第一步，以目標(biāo)A為主準(zhǔn)則E1為次準(zhǔn)則，建立主指標(biāo)間的判斷矩陣（表2），然后依次以E2、E3、E4、E5為次準(zhǔn)則算得各指標(biāo)權(quán)重。

用和法[25]把5個(gè)判斷矩陣分別進(jìn)行列歸一化處理，得到的在目標(biāo)風(fēng)景游憩林景觀質(zhì)量A下5個(gè)主指標(biāo)相互影響程度的相對權(quán)重向量，因此由公式（1）通過計(jì)算可算得反映指標(biāo)（Ei）間關(guān)系的加權(quán)矩陣B。

其中：其中bij是Ei與Ej相對于A的重要性比例標(biāo)度。

第二步，以二級指標(biāo)Ei為主準(zhǔn)則，依次將Ei中的元素Eij作為次準(zhǔn)則，將元素組Ej中的元素按其對Eij的影響程度進(jìn)行間接優(yōu)勢度比較（表3）。類似求得其他主指標(biāo)對E11、E12、E13、E14、E15的比較矩陣，構(gòu)建判斷矩陣W11。同理求得判斷矩陣W21，W31，W41，W51；W12，W22，W32，W42，W52；W13，W23，W33，W43，W53；W14，W44，W24，W34，W54；W15，W25，W35，W45，W55。

表3 林木測樹對E11比較矩陣Table 3 Comparison matrix of forest measurement to E11

（2）建立超矩陣和加權(quán)超矩陣

超矩陣是把各個(gè)指標(biāo)間判斷矩陣整合到一塊得到，因此風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀評價(jià)指標(biāo)體系下的指標(biāo)元素間的超矩陣為W。

加權(quán)矩陣是把超矩陣的一個(gè)權(quán)重乘以各個(gè)子塊，這個(gè)權(quán)重就是反映了5個(gè)二級主指標(biāo)相互影響程度的權(quán)重矩陣B對應(yīng)的值?？梢杂霉剑?）計(jì)算加權(quán)超矩陣，其中

其中，bij表示權(quán)重矩陣B中的元素，加權(quán)超矩陣（下文用w代表）

2.2.2 計(jì)算極限超矩陣權(quán)重

為了使求算結(jié)果合理，使各元素指標(biāo)的權(quán)重趨于一致，在ANP法中采用求極限相對排序向量的方法來解決[9]。用公式（3）計(jì)算極限權(quán)重。

其中， W∞表示極限超矩陣，w表示加權(quán)超矩陣。

利用公式（3）通過Matlab7.0計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)極限超矩陣各行數(shù)值是趨于相等的。取其中的一列作為極限相對排序向量=（0.0123 0.0656 0.0556 0.0985 0.0273 0.0437 0.0533 0.0599 0.0236 0.0645 0.0296 0.0304 0.0469 0.0327 0.0343 0.0355 0.0345 0.0266 0.0763 0.0485 0.1004）T。

2.2.3 結(jié)果總排序及分析

表4 林內(nèi)景觀質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重排序Table 4 Weightings sequencing of in-forest landscape quality indexes

從表4結(jié)果中可以看出，森林美學(xué)指標(biāo)在主指標(biāo)中權(quán)重是最大的，其余依次是林木測樹、林分空間結(jié)構(gòu)、地被物層特征、森林健康。在二級指標(biāo)中，權(quán)重從大到小排列是：坡度、平均樹高、通視距離、林分平均直徑、生活型組成、郁閉度、冠幅、喬木株數(shù)、樹干顯示度、灌木高度、針闊比、綠量、枯倒木株數(shù)、草本高度、蓋度、灌草分布方式、干形、色彩多樣性、喬木分布方式、枯枝落葉分布方式、活枝下高。

3 討 論

（1）研究結(jié)果表明，本研究所建立的杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系與前人建立的評價(jià)指標(biāo)體系略有不同[7-8]，一方面可夢是因?yàn)樯寄臼悄戏街饕貌臉浞N，側(cè)柏是北方重要樹種，而南方林地坡度大，北方林地平緩造成；另外可能是杉木的生長率比側(cè)柏大，冠幅比側(cè)柏大，還有其他原因造成了杉木的景觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系與其他樹種略有不同，因此評價(jià)和改造的時(shí)候需要考慮樹種。

（2）本研究在前人的研究基礎(chǔ)上，基于網(wǎng)絡(luò)分析法建立杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)評價(jià)指標(biāo)體系并求解各指標(biāo)權(quán)重是一種新的嘗試。旨在考慮林分各指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系，杉木風(fēng)景游憩林林內(nèi)景觀質(zhì)量到底哪些指標(biāo)才是人們最關(guān)注的，為杉木風(fēng)景游憩林和其他用材林的評價(jià)、改造和設(shè)計(jì)提供參考。

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Study on evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests based on analytic network process

MEI Guang-yi1, SUN Yu-jun1, LIN Fang2, WANG Yi-fu1
(1. Key Lab. for Silviculture and Forest Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350000, Fujian, China)

So far, there is no evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests by analytic network process. Based on the data of scenic and recreational forests at home and abroad, by taking C. lanceolata forests as studying objects,an evaluation index system of Cunninghamia lanceolata scenic and recreational forests was set up by analytic network process. The results show that in the fi rst grade indexes, the weighting of forest aesthetics index was the biggest, that of other indexes followed by:forest measurement, stand spatial structure, Characteristics of surface cover, forest’s health. In the second grade indexes, the weightings ordered by magnitude: slope, tree height, transparency distance, DBH, life form, canopy density, crown width, density of trees number,show degree of trunk, height of shrub, green quantity, proportion of coniferous trees and broadleaved trees, fallen dead wood, height of grass, coverage, distribution of grass and shrub, stem form, color diversity, forest tree distribution, litter distribution, mean height under fi rst alive branch. This study provides basis data for city forest planning, management and further research.

Cunninghamia lanceolata；scenic recreational forest；analytic network process；index；in-forest landscapes

S757.4

A

1673-923X(2013)02-0110-05

2012-11-07

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)“基于林改的森林多功能經(jīng)營技術(shù)研究與示范”（200904003-1）

梅光義(1987-)，男，福建人，碩士，主要研究方向森林資源監(jiān)測與評價(jià)

孫玉軍(1963-)，男，教授; E-mail：sunyj@bjfu.edu.cn

[本文編校：吳 彬]