生态规划论文 

层次模糊综合评价法在校园环境质量评价中的应用 一川师成龙校区为例

摘要： 本文将模糊数学方法与层次分析相结合,建立基于层次分析的多级模糊综合评价法,并将该方法应用于校园环境质量综合评价,结果表明:该方法较好地反映了环境质量分级界限的模糊性,较好地解决了权值分配问题,使评价结论更合理、可靠,是一种有价值的环境质量综合评价方法。 关键词： 模糊综合评价;层次分析法;校园环境质量

模糊综合评价是以模糊数学为基础,应用模糊关系合成的原理,将一些边界不清、不易定量的因素定量化,进行综合评价的一种方法。校园环境是评判学校综合实力的标准之一,在校园环境质量综合评价中,涉及到大量的复杂现象和多种因素的相互作用,而且,评价中存在大量的模糊现象和模糊概念 。因此,在综合评价时,常用模糊综合评价方法进行定量化处理,以便评价出校园环境的质量等级。本文以川师成龙校区为研究对象,建立了基于层次分析的多级模糊综合评价法,并将此方法应用于校园环境主观质量的评价中,以期建立一个校园环境主观质量评价指标体系,为学校以后的规划设计提供参考依据。 1 多级模糊综合评价法

校园环境评价是一种多因素、多指标、多层次的综合评判过程，所以它是一个多级模糊综合评价问题。对于校园环境总体质量，可由几个单一的环境要素构成的总的评价因素论域集：U??u1u2?uj?us?,它们需要满足?Ui?Ui?1s，

Ui?Uj每一个单一的因素Uk(k=1,2,...,s)又由nk个低一此的评价因子??(i?j)。

构成，由此构成一个层次结构因素模型，其Uk(uk1,uk2,...ukn)。设评语集合为

V??V1V2?Vi?Vm?即有m个评价等级，对应每一个单因素Uk，因素论域与评

价域之间的模糊关系容模糊矩阵Rk表示：

?r11?r21?m??????rn1r12r22?rn2???r1m??r2m? （1） ???rnm?R?(rij)nk

式中，rij表示单因素Uk中第i?i?1,2,...,nk?种因素被评为第j?j?1,2,...,mk?种评语的隶属度。设因素论域上每一个因素其Uk中各因子(uk1,uk2,...ukn)的权重

nkwk?{ak1,ak2,...,akn}，其中?j?1akj?1，则单因素模糊评价，即一级模糊综合评

价模型为

Bk?wk0Rk。用单因素评判结果

u2?B构成总的模户关系矩阵

kR=?B1,B2,...BS?T。设U中各评价因素U??u1uj?us?在主观评价的权重

W??a,a12,a3,...as?，其中?ai?1，按照以上方法进行综合评价，即

i?1s二级模糊综合评价，得到Bk?wk0Rk

2 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierar2chy Process ,AHP) 又称多层次权重解析方法,是一种行之有效的确定权系数的方法,特别适宜于那些难以用定量指标进行分析的复杂问题。它把复杂问题中的各因素划分为互相联系的有序层使之条理化,根据对客观实际的模糊判断,就每一层次的相对重要性给出定量的表示,再利用数学方法确定全部元素相对重要性次序的权系数。 2. 1 构造判断矩阵

任何系统的分析都以一定的信息为基础,层次分析法的信息基础主要是人们对于每一层次中各因素相对的重要性给出的定性判断。通过引入合适的标度,用数值将这些定性判断定量描述,得到的判断矩阵是进一步分析的基础。判断矩阵中的元素表示某2 个影响因素关于评价目标的相对重要性程度之比的赋值,这些赋值的根据或来源,一般由熟悉该方面知识的专家给出,专家据T.L.Saty 提出的1～9 标度法进行打分,进而构造相应的判断矩阵。 2. 2 确定各因素权重

根据评价因素判断矩阵,进行层次单排序及层次总排序,进而确定评价因素和评价因子权重。层次单排序是根据判断矩阵计算对于上一层次某元素而言,该层次与其有关的元素的重要性次序的权数,即计算出判断矩阵对应于最大特征值λmax的特征向量,经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值W。

一般来说,由于客观事物的复杂性和人们认识上的多样性以及主观上的片面性和不稳定性,由专家填写的判断矩阵不可能满足完全一致性条件,因此,为检验判断矩阵的一致性,需计算随机一致性比率: CR?CI/RI （2）

CI?1n?1 其中

??max?n? ,表示判断矩阵的一致性指标值

RI ---------为平均随机一致性指标。

当随机一致性比率CR < 0. 1时,认为层次分析排序的结果有满意的一致性,即权系数的分配是合理的。否则,要调整判断矩阵的元素取值,重新分配权系数的值。

层次总排序是在层次单排序的基础之上,计算针对上一层次而言下一层次所有元素的权重值。层次总排序需要从上到下逐层进行,对于最高层下面的第2 层,其层次单排序即为总排序。 3 校园环境质量综合评价

以川师成龙校区为研究对象,将本校校各院各专业的学生及在校教职员工为调查对象,采用自填式问卷法收集数据,将涉及校园环境质量的有关评价指标设计成问卷,然后采用分层抽样方法,将问卷随机发放给被调查人员中,让其独立

完成调查问卷,并对每份问卷进行有效性审查。共发出问卷100份,回收100份,回收率100 %,有效问卷95份,有效率为98. 6 %。被调查的学生有女生也有男生,来自不同层次和不同年龄阶段。 3. 1 评价体系指标的设置

问卷设计成李克特量表的格式,所制定的环境质量评价指标体系共由6 个一级指标(含总印象) 与19 个二级指标构成(表1) ,利用语义学标度分为4个测量等级,即评语集合V = { v1 , v2 , v3 , v4} = {好,良好,一般,差} 。为便于计算,将主观评价的语义学标度进行量化,并依次赋值为4、3、2 与1 ,设计的评价定量标准见表2。

表1校园环境质量两级评价指标及其权重 一级指标 权重 二级指标 权重

U1校园总体环境品质 0.202 u11校园的环境气氛 0.183 u12校园的总体布局和分布 0.128 u13校园的吸引力 0.210 u14校园的安静度 0.174 u15校园的大气质量 0.199 u16校园的卫生状况 0.106 U2绿化和景观 0.156 u21校园中的景观度 0.213 u22校园绿化的总体印象 0.321 u23校园的标志建筑印象 0.285 u24校园的周边环境 0.181 U3校园类交通体系 0.165 u31校园内的交通体系评价 1

U4建筑品质 0.202 u41教学建筑的美观度 0.217 u42教学建筑的使用性 0.285 u43食堂、住宿的使用性 0.246 u44 文娱场所的适用性 0.252 U5照明设施的评价 0.109 u51路灯等基本情况 0.474 u52校园大型建筑照明情况 0.526 U6大型公共设施 0.166 u61读书公园的基本情况的合理性0.429 u62 科研布局的合理性急实用性 0.571 表2 评价定量分级标准

评价值 评语 定级 xi>3.5 好 E1 2.5

根据测量所采用的4 级语义学标度,计算各因素得分的平均值,参考文献[5]

中的方法,可建立如下的单因素评价矩阵:

3. 3 各因素权重的确定

在环境质量评价中,权重问题及定权方法是其中最复杂、最易引起争论的问题,单因素评价参数及各环境要素的定权问题是2 个层次的定权问题,笔者采用层次分析的方法分别求出校园总体环境品质、绿化和景

观、建筑品质、照明设施、科研园区和大型公共设施各指标的权重(已归一化处理) :

W1 = （0. 183 , 0. 128 , 0. 210 , 0. 174 , 0. 199 , 0. 106） W2 =（0. 213 , 0. 321 , 0. 285 , 0. 181） W4 = （0. 217 , 0. 285 , 0. 246 ,0. 252） W5 = （0. 474 ,0. 526） W6 = （0. 429 ,0. 571） 其中W3 = 1

3. 4 一级模糊综合评价

对Wk 与Rk ( k = 1 ,2 , ?,6) 做复合运算“°”,再做归一化处理,可得校园总体环境品质、绿化和景观、校园内的交通体系、建筑品质、照明设施、科研园区和大型公共设施一级模糊棕合评价向量: B1 = (0. 150 ,0. 459 ,0. 312 ,0. 079)

B2 = (0. 084 , 0. 226 , 0. 499 , 0. 197) B3 = (0. 035 , 0.370 ,0. 511 ,0. 084) B4 = (0. 032 , 0. 279 , 0. 501 , 0. 188) B5 = (0. 027 ,0. 300 ,0. 496 ,0. 177) B6 = (0. 020 ,0. 231 ,0. 457 ,0. 292)

其中“°”为合成运算算子,该研究采用加权平均型算子M(·, ?) ,下同。 评语集合V = { v1 , v2 , v3 , v4} = { 好,良好,一般,差} 的分值为{1 ,2 ,3 ,4} ,那么一级评价因素( U1 , U2 , ?, U5) 的模糊评定分值为: V1 = 4 ×0. 150 + 3 ×0. 459 + 2 ×0. 312 + 1 ×0. 079 =2. 68 V2 = 4 ×0. 084 + 3 ×0. 226 + 2 ×0. 499 + 1 ×0. 197 = 2. 09 V3 = 4 ×0. 035 + 3 ×0. 370 + 2 ×0. 511 + 1 ×0. 084 = 2. 356 V4 =4 ×0. 032 + 3 ×0. 279 + 2 ×0. 501 + 1 ×0. 188 = 2. 155 V5 = 4 ×0. 027 + 3 ×0. 300 + 2 ×0. 496 + 1 ×0. 177 = 2. 177 V6 = 4 ×0. 020 + 3 ×0. 231 + 2 ×0. 457 + 1 ×0. 292 = 1. 979。 由上述计算可知,对照表2 的评价分级标准可得川师校园的“校园总体环境品质”评价指标的评价结果为“良好”,属于E2 级,其它5 个指标的评价结果都均为“一般”,属于E3 级。按照各个指标的评分等级的大小可以对其排序,其中“绿化和景观”和“科研园区和大型公共设施”的评价比其他指标都要低。 3. 5 二级模糊综合评价

根据层次分析法可以得出6 个一级指标因子的权重(已归一化处理) :

W = (0. 202 ,0. 156 ,0. 165 ,0. 202 ,0. 109 ,0. 166) 。对W 与R = (B1 , B2 , ?, B6) T 作复合运算“°”,再作归一化处理, 可得二级模糊综合评价向量: B =(0. 057 ,0. 318 ,0. 458 ,0. 167) 。则总体的模糊综合评判分值为: V=4 ×0. 057 + 3 ×0. 318 + 2 ×0. 458 + 1 ×0. 167 = 2. 65 ,说明川师成龙校区校园总体环境质量为“良好”,属于E2 级。 4 结论

由于评价问卷设计方法的问题, 各评价指标的平均值不能作为综合评价的判别值,但利用模糊学原理进行综合评价可解决此问题。模糊综合评价的结果表明, 川师成龙校区的校园的环境质量被评为E2 级,但其分值2. 65 靠近E2 (2. 5 < xi ≤3. 5) 的左端点2. 5 ,说明成龙校区校园环境在总体上有待提高。对于权重的确定,目前大多由专家凭经验给出,人为干扰较为严重,导致评判结果存在出入。本文在模糊综合评价中采用层次分析法来确定权重,此方法具有较强的逻辑性,并能较准确地得出各评价指标的权系数。 参考文献

[1 ] 胡永宏,贺恩辉. 综合评价方法[M]. 北京:科学出版社,2000. [2] 张征. 环境评价学[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[3] 杨纶标,高英仪. 模糊数学原理及应用[M]. 4 版. 广州:华南理工大学出版社,2006.

[4] 姜启源. 数学模型[M]. 北京:高等教育出版社,2005.

[5] 朱小雷,吴硕贤. 大学校园环境主观质量的多级模糊综合评价[J ]. 城 市规划,2002 ,26(10) :57 - 60.

[6] 葛军,葛伦应. 层次分析法确定水质指标权重[J ]. 当代建筑