基于ANP的杉木风景游憩林评价指标体系

梅光义，孙玉军，林 方，王轶夫

（1. 北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京100083；2. 福建农林大学 林学院，福建 福州 350000）

基于ANP的杉木风景游憩林评价指标体系

梅光义1，孙玉军1，林 方2，王轶夫1

（1. 北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京100083；2. 福建农林大学 林学院，福建 福州 350000）

网络分析法是使用很广的评价方法，该方法考虑了评价对象定量和定性指标之间相互影响，准确性更高。目前还没有学者利用网络分析方法（ANP）建立杉木风景游憩林林内景观质量评价指标体系的网络分析模型。在查阅国内外风景游憩林一致性结论的基础上，以杉木人工林为研究对象，运用网络分析法建立风景游憩林林内景观评价指标体系。结果表明：森林美学指标在主指标中权重是最大的，其余依次是林木测树、林分空间结构、地被物层特征、森林健康；二级指标中，权重从大到小依次是：坡度、平均树高、通视距离、林分平均直径、生活型组成、郁闭度、冠幅、乔木株数、树干显示度、灌木高度、针阔比、绿量、枯倒木株数、草本高度、盖度、灌草分布方式、干形、色彩多样性、乔木分布方式、枯枝落叶分布方式、活枝下高。为杉木风景游憩林林内景观评价和改造提供基础数据。

杉木；风景游憩林；网络分析方法（ANP）；指标；林内景观

风景林是美学价值较高并用来满足审美需求的林分[1-2]，是森林旅游区、森林公园、自然保护区自然景观的重要组成部分[3]。游憩林的概念比风景林的大，所谓“游憩林”，是指具有适合开展游憩的自然条件和相应的人工设施条件，以满足游憩者娱乐、健身、疗养、休息和观赏等各种游憩需求为目标的林分[4]。对于某些特定的林分，在风景林和游憩林两者难以区分时称为风景游憩林[5]。根据观光者所处的位置，将风景游憩林景观分为林内景观和林外景观[6]。

从20世纪60年代前期开始，工业用材林作为风景游憩林的研究对象，就森林经理活动的采伐过程对林内景观质量的评价与改造技术进行了深入的研究[7]。近几年，我国在这方面也做了大量相关研究[8]。网络分析法（Analytic Network Process，ANP）可以解决各评价指标相互影响的关系，在各种评价研究中应用广泛[9]，但采用该方法对杉木风景游憩林建立评价指标体系还未见报道。鉴于此，本文以杉木人工林为对象，引入ANP方法，构建更接近实际的风景游憩林景观质量评价网络结构模型，建立杉木风景游憩林景观质量评价体系，以期为风景游憩林景观质量的定量评价及改造技术提供理论参考。

1 研究方法

1.1 构建网络模型

ANP法是美国匹兹堡大学T.L.Saaty教授创立的，该方法将指标中的元素划分为控制层和网络层，控制层包括问题目标及决策准则，所有的决策准则是相互独立的，而且决策准则受目标元素支配[10]。控制层中所有的准则彼此独立，下一个准则只受上一准则控制，而且每个准则的权重可以用传统的层次分析法算得；网络层是由受控制层支配的元素组成，元素之间相互联系的网络结构[11]。

1.2 确定评价指标的权重

网络结构图定性地表达各个指标之间的影响程度，而矩阵定量地表示这种相互关系。通过矩阵运算得出的各个评价指标的权重[12]。

（1）构建判断矩阵。网络分析法建立在层次分析法的基础上，所以类似层次分析法，在网络分析法中各评价指标的权重同样由两两比较判断得到[13]，通过直接优势度和间接优势度结合1-9标度表来构建判断矩阵[14]。

（2）计算超矩阵和加权超矩阵。以控制层的准则Bm（m=1，2，……，m）作主准则，以网络层中各元素组Cj中的元素bjk（K=1，2，3……）作为次准则，按照元素组Ci中各元素bjk对元素的影响程度采用间接优势度构造判断矩阵，并归一化特征向量依次将Cj中的每个元素作为次准则，将元素组Ci与元素组Cj中的元素两两进行比较，构造判断矩阵，最后将归一化特征向量汇总成矩阵Wij。同样，以Bm为主准则，依次把各元素组元素之间的里外关系进行比较，最后得到超矩阵Wm。

以Bm为主准则，以元素组Cj为次准则，构造判断矩阵Dj，经归一化处理得归一化特征向量（a1j，a2j，…，aNj）T。由此得到加权矩阵Am。通过加权矩阵得到加权超矩阵W=Am*Wm。

（3）计算目标权重。加权超矩阵进行幂次运算，直到矩阵的权重值一致，取其中一列作为各评价指标的排序向量，此排序向量就是各指标相对于评价目标A的权重。

2 结果与分析

2.1 评价指标选择及ANP网络模型构建

2.1.1 ANP网络模型构建

采用综合法建立图1所示的网络评价模型。它由控制元素层和网络层组成，控制元素层是一个目标。网络层由5个主指标和21个二级指标组成。在林木测树指标评价中包括的具体指标有：活枝下高、林分平均直径、平均树高、冠幅、干形[15]；林分结构指标主要包括针阔比、乔木株数、郁闭度、乔木分布方式、生活型[16]；地被层特征指标主要包括灌草分布、盖度、灌木高度、草本高度；森林健康指标主要包括枯倒木株数、枯枝落叶分布[17]；林内美学指标主要包括绿量、色彩多样性、通视距离、树干显示度、坡度[18-19]。各指标之间都存在着相互依存和反馈关系。

2.1.2 网络层指标元素说明

在查阅国内外风景游憩林景观质量评价基础上，针对杉木人工林，采用综合法构建了杉木风景游憩林林内景观质量评价体系。表1为风景游憩林林内景观评价指标与美景度关系说明。

2.2 指标权重

2.2.1 建立超矩阵与加权超矩阵

（1）构建判断矩阵

由图1所示的网络模型可知，本文的决策目标景观质量评价指标体系，所以风景游憩林景观质量既是评价目标也是评价判断的准则，所有元素指标都是以最能提高风景游憩林景观质量水平为评判准则进行比较。网络层中有元素组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）。

图1 风景游憩林景观质量评价指标体系分析网络模型Fig.1 Quality evaluation indexes system of scenic recreational forest landscape based on analytic network model

表1 网络层指标元素说明Table 1 Network layer index elements

表2 以林木测树为次准则的比较矩阵Table 2 Comparison matrix with forest measurement as second criterion

第一步，以目标A为主准则E1为次准则，建立主指标间的判断矩阵（表2），然后依次以E2、E3、E4、E5为次准则算得各指标权重。

用和法[25]把5个判断矩阵分别进行列归一化处理，得到的在目标风景游憩林景观质量A下5个主指标相互影响程度的相对权重向量，因此由公式（1）通过计算可算得反映指标（Ei）间关系的加权矩阵B。

其中：其中bij是Ei与Ej相对于A的重要性比例标度。

第二步，以二级指标Ei为主准则，依次将Ei中的元素Eij作为次准则，将元素组Ej中的元素按其对Eij的影响程度进行间接优势度比较（表3）。类似求得其他主指标对E11、E12、E13、E14、E15的比较矩阵，构建判断矩阵W11。同理求得判断矩阵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 林木测树对E11比较矩阵Table 3 Comparison matrix of forest measurement to E11

（2）建立超矩阵和加权超矩阵

超矩阵是把各个指标间判断矩阵整合到一块得到，因此风景游憩林林内景观评价指标体系下的指标元素间的超矩阵为W。

加权矩阵是把超矩阵的一个权重乘以各个子块，这个权重就是反映了5个二级主指标相互影响程度的权重矩阵B对应的值。可以用公式（2）计算加权超矩阵，其中

其中，bij表示权重矩阵B中的元素，加权超矩阵（下文用w代表）

2.2.2 计算极限超矩阵权重

为了使求算结果合理，使各元素指标的权重趋于一致，在ANP法中采用求极限相对排序向量的方法来解决[9]。用公式（3）计算极限权重。

其中， W∞表示极限超矩阵，w表示加权超矩阵。

利用公式（3）通过Matlab7.0计算结果发现极限超矩阵各行数值是趋于相等的。取其中的一列作为极限相对排序向量=（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 结果总排序及分析

表4 林内景观质量指标权重排序Table 4 Weightings sequencing of in-forest landscape quality indexes

从表4结果中可以看出，森林美学指标在主指标中权重是最大的，其余依次是林木测树、林分空间结构、地被物层特征、森林健康。在二级指标中，权重从大到小排列是：坡度、平均树高、通视距离、林分平均直径、生活型组成、郁闭度、冠幅、乔木株数、树干显示度、灌木高度、针阔比、绿量、枯倒木株数、草本高度、盖度、灌草分布方式、干形、色彩多样性、乔木分布方式、枯枝落叶分布方式、活枝下高。

3 讨 论

（1）研究结果表明，本研究所建立的杉木风景游憩林林内景观质量评价指标体系与前人建立的评价指标体系略有不同[7-8]，一方面可梦是因为杉木是南方主要用材树种，侧柏是北方重要树种，而南方林地坡度大，北方林地平缓造成；另外可能是杉木的生长率比侧柏大，冠幅比侧柏大，还有其他原因造成了杉木的景观质量评价指标体系与其他树种略有不同，因此评价和改造的时候需要考虑树种。

（2）本研究在前人的研究基础上，基于网络分析法建立杉木风景游憩林林内景观结构评价指标体系并求解各指标权重是一种新的尝试。旨在考虑林分各指标之间的相互影响关系，杉木风景游憩林林内景观质量到底哪些指标才是人们最关注的，为杉木风景游憩林和其他用材林的评价、改造和设计提供参考。

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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

林业公益性行业科研专项经费“基于林改的森林多功能经营技术研究与示范”（200904003-1）

梅光义(1987-)，男，福建人，硕士，主要研究方向森林资源监测与评价

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

[本文编校：吴 彬]