海南环岛高速G98绿化质量综合评价方法

王 倜，薛 铸，陶双成，吕晓宇，王 风

(1. 交通运输部科学研究院，北京100029；2. 海南省交通运输厅，海南 海口 570204)



海南环岛高速G98绿化质量综合评价方法

王 倜1，薛 铸1，陶双成1，吕晓宇2，王 风2

(1. 交通运输部科学研究院，北京100029；2. 海南省交通运输厅，海南 海口 570204)

为总结海南早期环岛高速绿化工程建设经验，以理想点法为基本原理，选取涵盖公路绿化景观功能、生态功能、安全功能3方面共15个指标作为评价指标，采用德尔-菲理想点法确定各个指标的权重系数，建立了基于德尔菲-理想点法的海南环岛高速绿化质量综合评价模型。通过数据运算，分析得出该高速公路绿化质量正负理想点判断范围和距离，最后对结果进行等级判别。结合现场调查，表明采用德尔菲-理想点法进行环岛高速G98绿化质量综合评价是科学有效的，且简单明了，易于操作。

道路工程；绿化质量综合评价；德尔菲-理想点法

0 引 言

公路绿化是公路建设重要组成部分，其作用主要包括固土护坡，防止水土流失[1]；美化道路景观，改善路域环境[2]；提高行车安全，延长公路寿命[3]。但由于我国公路绿化工程中长期缺乏施工标准、方法和科学指导，致使绿化施工片面追求直接效果和覆盖率，包括强调短期效果，忽视长期效果引起的植被短期退化现象[4]等不科学、不可持续的理念和技术引发的后期的景观和环境问题都比较严重。近年来引进的国外先进的公路绿化技术虽然对公路绿化质量的改善具有一定的积极作用，但与此同时公路绿化也开始向生态恢复的方向转变，施工前期的景观绿化规划设计受到重视[4]。公路景观绿化规划设计的前提是有科学设计依据和标准进行参考，但是由于我国目前还没有系统的对以往和现有的公路绿化工程质量进行评价总结，造成适合我国的公路景观绿化规划设计的相关依据和标准较为缺乏。因此，公路绿化工程质量的评价影响公路景观绿化效果的进一步提高以及生态公路建设的进程，通过评价结果可以及时总结绿化设计和施工，以便科学把握和引导公路绿化的发展方向。因而选择简单、准确的公路绿化质量评价方法意义重大。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是近年来在应用较为广泛的定量与定性结合的评价方法，已经在公路绿化相关评价研究中采用，具有一定的系统性和科学性[5-6]。为了进一步简化公路绿化评价方法、提高准确性，探索更为科学和实用的评价方法，笔者在公路绿化质量评价研究中首次引入了理想点法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS)[7]。TOPSIS 法是解决多目标决策问题的多因子综合评价方法[8]，能够对多个因子综合评价以确定对象所属类别。该方法通过计算各因子与理想点的距离来区分对象类别，其具有原理简单、计算方便、拥有高分辨度等特点[9]。目前该方法在很多领域已经得到了广泛的应用[10-11]。

根据公路绿化的功能和作用，并参考相关研究成果[6]，总结出公路绿化一般包含景观、生态和安全这三大功能，每个功能均有相应的多种类型因子对其进行表征，因而公路绿化的质量需要进行多目标决策来综合评价，TOPSIS 法能够满足该本评价的要求。因此，笔者引入了TOPSIS法，从公路绿化三大功能入手，研究构建公路绿化质量评价指标体系并对其进行评价，然后结合德尔菲-理想点方法确定各个评价指标的权重，建立基于德尔菲-理想点法的海南环岛高速绿化质量综合评价模型，最后验证该方法的科学性和有效性，研究结果可以指导正在设计和实施的海南中线高速(海口—屯昌—琼中—乐东)公路景观绿化工程，对于本省和外省其他高速公路的景观绿化也具有重要的示范意义。

1 研究区概况

海南自然条件优越，生物资源丰富，生态系统多样，气候潮湿多雨，四季常绿，极利于植物生长[12]，为海南公路绿化奠定了较好的环境条件。目前，海南省公路总里程已达22 916 km(2011年)，形成了覆盖全岛的公路网，其中环岛高速公路G98(包括西线高速和东线高速)建设时间较早(1995年)，属于海南省第一批建设的高速公路之一。

按照目前的公路景观绿化发展趋势来看，海南省高速公路的绿化存在诸多问题，例如绿化技术落后、绿化形式呆板、植物选择与配置不合理、公路绿化与周边环境缺乏融合、绿化养护管理缺乏等，亟需及时进行评价总结，以为正在进行的海南国际旅游岛生态公路的建设提供参考标准和依据。由于高速公路绿化主要包括线性绿化工程(路侧、边坡及中分带绿化)和节点绿化工程(服务区、收费站、互通立交等绿化)，两者的评价指标和标准均有较大差异，因此本文仅针对高速公路线性绿化工程的绿化质量展开评价研究。

2 研究方法

2.1 德尔菲-理想点法

德尔菲-理想点法首先确定评价指标体系，再通过德尔菲法确定各个评价指标的权重，对数据规范化处理，然后定义m维欧式空间中各指标均为最优值时的理想点。通过闵可夫斯基公式(Minkowski)计算各评价指标的最优解到正负理想点的距离。根据距离正理想点越近、离负理想点越远就越优的原则判断对象所属类别范围。最终通过理想点贴近度来对对象的状况进行评价。

2.1.1 建立评价指标矩阵

假设评价对象A有n个评价指标，这n个指标看成是评价对象决策的n个目标函数，则其向量函数为：F(x)=[f1(x),f2(x),…,fn(x)]，令相应的权重分别为W1，W2，…，Wn，且在对象A中yi=fi(x)，则评价矩阵可表示为：

(1)

2.1.2 指标权重确定

德尔菲-理想点法是采用匿名有序的连续个人征询计划，通过对应答者有控制的信息反馈，对某问题在不易获得准确资料时，用以阐明和精选专家组所给判断的一种方法[13]。该方法充分利用了专家的专业知识，尽可能地降低了专家的主观影响因数，使得权重结果更科学，且更符合实际。操作步骤为：①专家小组选择；②评价意见征询表设计；③专家问题征询；④各位专家给出自己的评判结果；④专家判断意见汇总和信息反馈；⑤再次汇总、反馈；⑥权重确定和结果的数据处理，最终确定评判结果。计算过程如下：

(2)

(3)

归一化处理：

(4)

权重矩阵为：

(5)

2.1.3 数据规格化

将指标所有数据做统一标准规格化处理，以消除不同指标的等级变差[14]：

(6)

式中：Bij为规格化后的第i个指标的第j个数据；xij为处理前的第i个指标的第j个数据；xi上为第i个指标第1级的上限值；xin下为第i个指标的第n级指标的下限值。

规格化后的评价矩阵为：

(7)

2.1.4 正负理想点法

假定指标单调变化，从而定义正理想点和反理想点。

正指标时：

(8)

(9)

负指标时：

(10)

(11)

2.1.5 理想点评价函数

指标的最优解距离正理想点越近，距离负理想点越远解越优。

利用闵可夫斯基(Minkowski) 距离法：

(12)

式中：f(x)为评价指标函数；fi(x)为第i个指标数据；f*(+)为第i个指标的正理想点；f*(-)为第i个指标的负理想点；Wi为第i个指标的权重。

当P=1 时，为海明距离或绝对距离；当P=2 时，为欧氏距离；当P=∞时为切比雪夫距离。笔者采用欧式距离进行计算。

2.2 数据的获取

包括定量和定性的数据，定量数据一般采用现场调查、测定获取，定性数据一般采用专家评分法获取。

2.2.1 现场调查

公路绿化质量现场调查主要是对公路路域绿化植物多样性调查，群落结构和特征等现场量化指标进行调查和记录。笔者于2011—2013年采取均匀分布和典型样地相结合的方法，对G98路侧和边坡位置的植物群落采取了样方调查。由于G98高速全长612.8 km，为了便于调查工作的开展，参考各服务区的间距，平均40 km左右的里程设置1个植物调查样方，共计设置了15个样方。样方调查步骤为：① 设置植物调查样方。每一样方的面积为10 m(宽度，垂直公路)×10 m(长度，平行公路)×2(路两侧)。将大样方平均划分为4×4=16个小样方调查灌木，在每一小样方内随机布设2个1 m×1 m 的小样方调查草本植物。② 植物群落调查。记录大样方内乔木种类、数量、每株胸径；记录每一小样方内的灌木种类、盖度、高度；记录每一小样方内的草本植物种类、数量、盖度。③ 记录样方所在地的两侧绿化带宽度，植物生长状态，外来种入侵的比率等。利用Shannon-Weiner 多样性指数、Pielou 均匀度指数计算每个样方乔、灌、草的多样性指数和均匀度指数[15]。

2.2.2 专家打分

2011年7月，邀请公路环保和景观绿化领域专家3人，高校园林专业教师2 人、交通运输厅管理人员2人、公路绿化管理人员2人、道路的使用者(司机或者乘客)1人共10人进行打分；2012年再次邀请有关人员进行现场考察，对各指标所得分值进行校正。

2.2.3 数据处理

数据分析及图表建立利用SPSS1 9.0及Excel 2013进行处理。

3 德尔菲-理想点法实际应用

3.1 建立评价指标体系

3.1.1 指标选取原则

景观、生态和安全三大功能的优劣反应了公路绿化的质量和效果，因此评价指标的选取应以最大可能科学、有效、全面的反应绿化功能相应的特点为指导思想，遵循客观性、代表性、可操作性、独立性、可比性等原则，以减少因指标选取不当而导致的评价结果偏离。同时，指标的选择还考虑了本高速公路的区域环境、植被和景观特点，力争更客观合理的对本高速公路绿化质量进行评价。

3.1.2 指标的选取与评述

公路绿化的景观功能是指路域植被通过特定的组合方式、栽植形式、外观特征、彩色搭配等，给司乘人员带来的视觉体验和心理感受，基于以上特点，筛选了以下6个指标作为景观功能的表征：①绿化物种种类数量(Z4)的多少，可以增加植被景观的丰富性和绿化结构层次，有利于减少单一植被的重复出现带来的视觉疲劳；②绿化结构和形式(Z5)是前期景观绿化规划设计的最终体现，其可以呈现多种不同植被的栽植形式和配置方式，还能够以此来寓意本地环境特点和文化特色，是景观特色体现的重要因子；③本地绿化种比例(Z6)强调了使用不同生态区划绿化植物在公路景观绿化中的重要性，是绿化物种选择的趋势[16]，不仅能体现植被地域景观特色，还对本地物种多样性保护、构建生态功能区安全具有举足轻重的作用；④绿化植被色彩多样性(Z7)指标的选取基于色彩与人心理感受关系的理论研究基础[27]，不同植物色彩及其组合能够予人多种心理感受，以满足不同公路部位的景观功能需求；⑤绿化植被的总体观赏性(Z8)是指绿化植被的个体形态呈现的景观效果，包括单个植被和群落的观赏性；⑥植物与周边环境的融合程度(Z15)是指绿化植被与周围环境植被的过渡和融合情况，是景观适宜性的重要指标。

公路绿化的生态功能是指路域植被能够起到固土护坡、改善环境等维护路域生态系统稳定的作用，因而筛选了以下7个指标作为生态功能的表征：①Shannon-Weiner多样性指数(Z1)是反应植被多样性高低的常用且重要的生态系指标，同样适用于公路路域植被调查，可以说明一定空间和时间内公路绿化演替的效果；②物种丰富度指数(Z2)表明了公路路域植被种类的丰富性，也能够说明公路绿化演替的效果；③Pielou均匀度指数(Z3)反应了路域植被群落的均匀性和稳定性，是群落生态特征的重要指标；④边坡植被防护效果(Z11)是指绿化植被固土护坡、防止水土流失的效果，是绿化植被建植成败的重要生态指标；⑤路侧裸露情况(Z12)也反指绿化植被覆盖率，是验证绿化效果最常用最直观的生态指标；⑥绿化植被生长状况(Z13)是指个体植被或群落的生长势，影响群落演替进展的速率；⑦外来种侵入情况(Z14)是反应路域生态系统安全的一项重要指标。

公路绿化的安全功能是指路域绿化植被发挥的交通安全的作用，通常选择以下2个指标作为安全功能的表征：①绿化植物的诱导和缓冲效果(Z9)，是指在公路不同部位利用植被通过视觉提醒来吸引驾驶人员的注意，已达到特定的目的，最终维护行车安全；②中分带植物的隔离和防眩效果(Z10)是指植被在夜间能够有效阻隔反方向行车车灯光线对驾驶人员眼睛的直射，保证夜间行车安全。

综上所述，以上15个指标涵盖了公路绿化的三大功能，筛选过程最大可能保证了指标的代表性和科学性，兼顾了公路绿化的最新理论和方法，以及海南省的环境和工程特点。因此指标的筛选既有通用性也有特殊性，如海南省由于植被生长条件较佳，生长迅速，因此较为强调绿化的景观效果，尤其是绿化植被的彩色效果等因子。本研究的指标筛选方法和原则对于其他类似工程有一定的参考意义，但是指标的选择应该因地制宜，通过专家咨询和文献查阅来对指标进行调整。

3.1.3 指标体系建立

表1为通过指标筛选建立的指标体系，其中“+”代表正效益指标；“-”代表负效益指标。

表1 G98绿化质量综合评价指标体系

参考其他研究将评价指标划分为优、良、中、次、差等 5个等级，以Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ表示。定性的指标按照百分制进行等级划分，定量指标按照实际统计或计算结果划分等级，等级的划分标准以均等间隔为基础，同时参考其他学者的研究成果，并根据专家咨询意见和本高速绿化工程实际情况进行了各个指标评分标准的适当调整，如表2。

表2 G98绿化质量综合评价分级标准

3.2 理想点矩阵

所选指标中，Z1～Z11，Z13，Z15为正指标，其值越大，绿化质量越好；Z12和Z14为逆指标，其值越小，绿化质量越好。根据式(8)和式(9)，得到Ⅰ～Ⅴ级绿化质量的理想点矩阵f*(+)和反理想点矩阵f*(-)：

3.3 实现过程

现场样方调查、软件处理、即专家评分获得数据，基于已确定的评价指标体系和正负理想点，根据式(12)计算出各评价对象到理想点的欧氏距离，最终对绿化质量进行评价。实现过程如图1。

图1 绿化质量综合评价理想点运算过程Fig.1 Flow chart of ideal point method for G98 highway greening quality evaluation

3.4 评价指标值

将G98高速分成东线和西线两段统计评价指标值，根据现场调查、数据处理、专家打分，得出以下指标值，见表3。

表3 绿化质量评价指标值

3.5 权重的确定

利用德尔菲-理想点法确定各个指标权重，具体如表4。

表4 各评价因子权重

由各指标权重计算结果可以看出，10位专家对于目前G98绿化植被色彩多样性(Z7)和多样性指数(Z1)的意见分散性比较大，其方差最大，为3.57和3.06；路侧裸露情况(Z14)，与周围环境的融合度(Z15)，绿化植被生长状况(Z13)的意见分散性相对较小。各指标的归一化权重系数由大到小依次为：Z13>Z12>Z8>Z10>Z1>Z4>Z6>Z2>Z7>Z11>Z15>Z3>Z14>Z5>Z9。

可以看出绿化植被的生长状况是绿化质量级别最重要的指标，其次是路侧裸露情况和植被总体观赏性。高速公路绿化质量评价权重矩阵：W=[0.077，0.066，0.052，0.076，0.048，0.067，0.065，0.084，0.042，0.083，0.064，0.085，0.086，0.05，0.053]。

3.6 等级判别

根据式(8)～式(11)计算表2各级指标上下限到正负理想点距离，评价等级标准范围如表5。

表5 G98绿化质量评价等级

计算两个分路段的指标到理想点的距离〔式(12)〕，并根据表 5的距离范围确定两个分路段的绿化质量评价等级，其结果如表 6。

表6 G98绿化质量综合评价结果

从表 6 中可以看出，东线段的判别结果为中，西线段的正理想点判别为次，负理想点判别为中。评价结果说明目前G98东线段的绿化质量处于中等水平，而西线段的绿化质量较次。将得出的结果用于评分专家回访调查，专家同意研究的评价结果与绿化工程质量的现场实际情况基本相符。因此提出的德尔菲-理想点法评价模型能够应用于海南G98高速公路绿化质量综合评价中，评价结果较为客观，评价方法具有可行性，操作简单准确度高，能够满足一般公路绿化工程质量的综合评价。

4 讨 论

笔者的评价结果说明了海南省G98高速的绿化工程确实存在一定的问题，从表4每个指标的平均得分可以看出，绿化植物的诱导和缓冲效果(Z9)得分最低，说明全线绿化工程基本没有发挥行车安全的作用，这与绿化种类的选择以及绿化施工的千篇一律有关；其次是绿化结构和形式(Z5)指标，这表明G98高速起初设计的绿化栽植形式和植物配置模式已经不能满足目前的绿化工程的新要求；然后是外来种侵入情况(Z14)，说明外来物种在公路沿线的侵入情况比较严重，这与最初的绿化设计以及后期的绿化管养措施有一定的关系。

总体而言，评价结构指出了海南G98高速在绿化设计、施工、养护上存在的一系列问题，这与现场实际调查结果基本相符。这些问题导致了现阶段公路绿化存在种类少、绿化形式呆板、绿化结构单一、色彩无变化、外来绿化种南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)泛滥成灾等一系列问题，绿化质量综合评价结果较次。因此本次评价的结果具有客观性和科学性，基本阐明了海南省G98高速的绿化工程的现状和突出问题。

5 结 语

德尔菲-理想点法具有简单、方便、准确等特点，笔者首次将该方法引入到高速公路绿化质量评价研究中，根据公路绿化的主要功能选择评价指标，建立评价体系，对高速公路绿化质量进行了经验总结，为绿化工程的设计、施工、养护等工作提供了参考和依据，能够指导海南省公路绿化今后的发展方向，其指标的选取、评价体系的建立等研究方法也能够为其他地区生态公路的建设起到示范作用。同时由于该方法是一种系统综合性很强的评价分析方法，因此在使用本研究结果用于公路绿化质量评价中时，应综合考虑环境和地域的差别和特点，明确评价的方向，指标的选取也要综合分析，因地制宜，同时还要进一步完善评价指标体系，明确科学合理的评判因子和理想点，用更科学的方法使各指标权重系数的确定更加合理，使判别结果更为准确和符合实际，不断提高其适用性。

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Comprehensive Evaluation Method for Greening Quality in Island Ring Highway (G98) of Hainan

Wang Ti1, Xue Zhu1, Tao Shuangcheng1, Lv Xiaoyu2, Wang Feng2

(1. China Academy of Transportation Sciences, Beijing 100029, China; 2. Hainan Provincial Department of Transportation, Haikou 570204, Hainan, China)

In order to summarize the greening experience of island ring highway, based on the basic principles of the ideal point method, fifteen indexes of the landscape features, ecological functions and security features were selected as the evaluation indexes. The weight coefficient of each evaluation index was determined by the Delphi-ideal point method. A comprehensive evaluation model for highway greening quality was established based on the Delphi method and ideal point method. The range and distance of plus-minus grade classification of the highway greening quality given by the ideal point method were analyzed by data operating. And the results were graded at last. Combined with site investigation, the results show that the method is scientific and effective, also easy to operate.

road engineering; greening quality evaluation; Delphi-ideal point method

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.02.14

2013-12-19；

2014-04-08

交通运输部建设科技项目(2013318221470)；海南省交通科技项目(JT20120898016)

王 倜(1983—)，男，重庆万州人，助理研究员，硕士，主要从事公路环保方面的研究。E-mail: wangti119@163.com。

U418.9；S731.8；X821

A

1674-0696(2015)02-063-06