基于AHP－GA的地質(zhì)旅游資源評價研究

丁圓婷，于吉濤*，宋鄂平

(1.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作 454000;2.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北恩施 445000)

2000年9月，國土資源部下發(fā)《關(guān)于申報國家地質(zhì)公園的通知》(國土資廳發(fā)［2000］77號)，正式拉開我國申報、建設(shè)國家地質(zhì)公園的大幕.2001年3月經(jīng)國家地質(zhì)遺跡(地質(zhì)公園)評審委員會評審和國家地質(zhì)公園領(lǐng)導(dǎo)小組批準，正式公布了首批11處國家地質(zhì)公園名單.經(jīng)過10余年的發(fā)展，截止2013年底我國大陸已分6批正式批準建立了201家國家地質(zhì)公園，分9批有29家國家地質(zhì)公園(包括中國香港)入選聯(lián)合國教科文組織支持的世界地質(zhì)公園網(wǎng)絡(luò)名錄.伴隨著地質(zhì)公園這一事物的誕生，國內(nèi)很多的研究人員從不同方面入手對地質(zhì)公園或地質(zhì)遺跡開展了相關(guān)研究工作，這些研究工作歸納起來主要包括地質(zhì)公園的基礎(chǔ)理論研究、地質(zhì)公園與旅游、地質(zhì)公園保護與管理、地質(zhì)公園與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展等方面.在這些研究工作中，有關(guān)地質(zhì)公園(地質(zhì)遺跡)定量評價工作是“貫穿地質(zhì)公園申報→地質(zhì)公園建設(shè)→地質(zhì)旅游資源開發(fā)”這一過程中最核心的內(nèi)容.

在地質(zhì)公園申報階段，申報單位依據(jù)國土資源部77號文件有關(guān)國家地質(zhì)公園評審標準，基于地質(zhì)公園的自然屬性、可保護屬性和保護管理基礎(chǔ)三個方面對國家地質(zhì)公園定量賦分，更加關(guān)注地質(zhì)遺跡資源本身的典型性、稀有性、自然性、系統(tǒng)性和完整性、優(yōu)美性等方面［1］.另外，很多機構(gòu)在對地質(zhì)遺跡景觀綜合價值等級評價時，常參考國家旅游局頒布的《旅游資源分類、調(diào)查與評價GB T18972—2003》中有關(guān)“景觀質(zhì)量評分細則”［2］，結(jié)合《中國國家地質(zhì)公園建設(shè)技術(shù)要求和工作指南》中的地質(zhì)景觀評價指標［3］，制定出既考慮了地質(zhì)遺跡景觀本身的價值又考慮其它條件價值的綜合定量評分體系.這兩種方法可滿足地質(zhì)公園申報階段的評價工作所需，但是往往得到的不同園區(qū)(或景區(qū))的評價結(jié)果相差不大，并且更大程度上基于不同判別人士的主觀認識.因此，國內(nèi)學(xué)術(shù)界對地質(zhì)遺跡資源評價多在定性評價(經(jīng)驗的)的基礎(chǔ)上采用數(shù)學(xué)模型(定量的)進行評價，即綜合性評價方法.常用的主要方法有層次分析法、綜合價值評價法、模糊賦分法、特爾菲法等［4］.其中，由美國著名的運籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授Saaty于20世紀70年代初提出的層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，作為一種定性和定量相結(jié)合的多目標決策方法［5］，在地質(zhì)遺跡評價中應(yīng)用較為廣泛［6－11］.但常規(guī)層次分析法通常采用專家打分、多輪意見征詢等方法修改調(diào)整判斷矩陣，耗時、費力、工作量大，且效果也不一定理想.基于此，本文通過構(gòu)建國家地質(zhì)公園旅游開發(fā)決策系統(tǒng)，嘗試采用AHP法和AHP－GA法進行決策評價、對比，以期為地質(zhì)旅游資源開發(fā)帶動型縣域經(jīng)濟發(fā)展模式的地區(qū)提供更具針對性的決策依據(jù).

1 層次分析法與遺傳算法

1.1 層次分析法的步驟

1)基于目標建立層次結(jié)構(gòu)模型.針對復(fù)雜的決策系統(tǒng)，從利于決策的角度出發(fā)，將系統(tǒng)進行遞價分層，依次劃分為目標層、準則層(可為多層)和方案層，每一層可包含多個指標(準則C1～Cn，U1～Um或方案P1～Pi，n，m，i=1，2，…，n)，構(gòu)建一個各指標相互聯(lián)結(jié)的層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示.

圖1 基于目標建立的層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 The hierarchical structure model based on the target

由公式(1)可知，如果計算出的CI值為零，那么判斷矩陣滿足完全一致性條件，則滿足cij=wi/wj(i，j=1，2，…，n).但實際情況是，當人們對客觀問題進行評估時，由于每個人對問題的主觀認識有所偏差，很難達到完全一致性，因此處于應(yīng)用的考慮，采用了人為設(shè)定的滿意一致性(CI＜0.10).判斷矩陣C的一致性程度主要取決于判斷人員對決策系統(tǒng)各指標的掌握程度，掌握程度越深入，矩陣的一致性程度就越高.層次分析法在應(yīng)用過程中存在的主要問題就是判斷矩陣的一致性問題，這也是目前層次分析法研究的難點和熱點.

同樣只有當CR＜0.10，才認為這一層的總排序結(jié)果滿足滿意一致性檢驗，而當CR大于0.10時，就需要對判斷矩陣的元素取值進行重新調(diào)整.

1.2 遺傳算法

由層次分析法的計算步驟可以看出，層次分析法擬解決的核心問題是步驟3)采用何種方法來計算判斷矩陣的特征根和特征向量.常用的計算方法除了最簡單的和積法和方根法之外，應(yīng)用較多的還有［12－14］:行和正規(guī)化法、列和求逆法、特征值法、梯度特征值法、對數(shù)回歸法、最小平方法和最小偏差法等.這些方法致力解決的關(guān)鍵問題是如何合理計算判斷矩陣的排序權(quán)值，但是歸根到底本質(zhì)問題是如何解決判斷矩陣的一致性問題.由上文步驟3):如果判斷矩陣C={cij|i，j=1，2，…，n}n×n，滿足完全一致性條件，所計算的各指標的單排序的權(quán)值{wk|k=1，2，…，n}，那么 cij=wi/wj(i，j=1，2，…，n)，于是就有:

金菊良等將式(4)左端變換后標記為CIF(n)，稱為一致性指標函數(shù)［15］(consistent index function).如果CIF值越趨近于0，則判斷矩陣C的一致性程度就越高.這就將層次分析法中的判斷矩陣的排序權(quán)值的計算和一致性檢驗問題轉(zhuǎn)化為針對特定目標、決策的非線性優(yōu)化問題，這一問題采用常規(guī)方法較難處理.如下式(5)所示.

基于模擬生物優(yōu)勝劣汰規(guī)則與群體內(nèi)部染色體信息交換機制的遺傳算法(genetic algorithm，簡稱GA)，是一種全局尋優(yōu)的優(yōu)化算法，用GA來求解公式(5)十分簡便、有效.采用遺傳算法對層次分析法的指標權(quán)重進行優(yōu)化已引起廣泛關(guān)注［16－18］，主要采用的算法是標準遺傳算法(SGA)和加速遺傳算法(AGA).但這些算法在地質(zhì)遺跡、地質(zhì)旅游資源評價方面尚沒有明顯應(yīng)用.

2 基于AHP－GA的思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園旅游資源開發(fā)評價

貴州思南烏江喀斯特地質(zhì)公園位于黔東北銅仁地區(qū)西部思南縣境內(nèi)，公園占地面積202.99 km2，主要地質(zhì)遺跡面積 35.94 km2(其中一級保護區(qū)面積 23.41 km2).地理坐標:107°52'～108°28'E，27°32'～ 28°09'N.公園以喀斯特地貌景觀為主體，結(jié)合峽谷地貌、水體景觀、生態(tài)景觀與人文景觀，集地學(xué)資源的獨特性、系統(tǒng)性、科學(xué)性與觀賞性于一身的大型喀斯特地貌型地質(zhì)公園.公園分別由長壩、文家店－荊竹園、思林、青杠坡、鸚鵡溪、板橋、思唐等七個景區(qū)組成.作為原先的國家級貧困縣，確定地質(zhì)公園帶動縣域經(jīng)濟的發(fā)展模式，就需要平衡地方經(jīng)濟發(fā)展與地質(zhì)遺跡保護之間的關(guān)系，也需要確定縣域地質(zhì)旅游景觀開發(fā)順序這一關(guān)鍵問題，這就需要在國家地質(zhì)公園的開發(fā)和建設(shè)過程中制定科學(xué)的旅游開發(fā)決策.

2.1 基于AHP法評價

2.1.1 選取評價因子 評價因子的選取是進行國家地質(zhì)公園旅游開發(fā)決策評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，這些評價因子既要針對地質(zhì)遺跡資源自身的自然屬性，也要考慮這些地質(zhì)遺跡資源的科學(xué)、美學(xué)及科普價值，還要體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念，即體現(xiàn)“在保護中開發(fā)，在開發(fā)中保護”的原則;同時作為一種待開發(fā)的旅游資源，也需要分析公園及所在區(qū)域的開發(fā)條件.曾文煜根據(jù)旅游資源的評價體系，選取自然屬性、價值屬性、保護條件、景觀特征和開發(fā)條件等5個評價指標和20個評價因子，采用層次分析法對陜西商南金絲峽國家地質(zhì)公園和陜西嵐皋南宮山國家地質(zhì)公園進行了決策評價［8］.這一評價模型一方面體現(xiàn)了國土資源部地質(zhì)環(huán)境司關(guān)于國家地質(zhì)公園評審時所依據(jù)的指標體系，另一方面也較好的體現(xiàn)了地質(zhì)公園自身以及公園內(nèi)涵蓋的地質(zhì)遺跡各個方面的因素，因此本文也傾向采用這一評價體系(如表1).但是，本文是針對一個公園各個景區(qū)進行量化計算，通過將各個景區(qū)作為層次分析模型的方案層，自上而下分別采用AHP法和AHP－GA法進行決策評價，并且將兩種方法的決策結(jié)果進行對比分析，一方面可進一步對思南縣地質(zhì)旅游的開展進行更準確的決策，另一方面也希望能較好地解決運用層次分析法時可能出現(xiàn)的人的主觀因素偏差所致的層次一致性難以保證的問題.

表1 貴州思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園地質(zhì)旅游評價決策系統(tǒng)Tab.1 The geological tourism evaluation and decision system of Wujiang Karst National Geopark，Sinan，Guizhou

2.1.2 建立評價體系 思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園地質(zhì)旅游評價、決策模型如表1所示，目標層為A，目標是對思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園的地質(zhì)旅游資源進行評價、決策;準則I層為C層，包括針對地質(zhì)遺跡資源的自然屬性、價值屬性及地質(zhì)公園自身開發(fā)的保護條件、景觀在公園內(nèi)的分布特征、公園自身的開發(fā)條件等;準則II層為U層，是指針對準則I層C層各個指標所涵蓋不同的評價內(nèi)容(評價因子);方案層為P層，是指公園的長壩景區(qū)、文家店－荊竹園景區(qū)、思林景區(qū)、青杠坡景區(qū)、鸚鵡溪景區(qū)、板橋景區(qū)和思唐景區(qū)，共七個景區(qū).

2.1.3 AHP計算 按照層次分析法的計算步驟2)～4)，構(gòu)建目標層－準則I層判斷矩陣A－C矩陣1個，構(gòu)建準則I層－準則II層判斷矩陣C－U矩陣5個，構(gòu)建準則II層－方案層判斷矩陣U－P矩陣20個，計算各個矩陣的權(quán)重并通過一致性檢驗，根據(jù)公式(2)對C－U層、U－P層進行層次總排序一致性檢驗:C－U層:CI=0.0461，RI=0.8103，CR=0.0569＜0.10，滿足一致性檢驗;U－P 層:CI=0.1548，RI=6.6000，CR=0.023 5＜0.10，滿足一致性檢驗.最終經(jīng)AHP法計算的貴州思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園地質(zhì)旅游評價、決策的層次排序結(jié)果如表2所示.

2.2 基于AHP－GA評價

采用標準遺傳算法(SGA)，選取種群大小為40，染色體長度為52，最大進化代數(shù)為25，代溝為0.9，以公式(5)作為目標函數(shù)，通過調(diào)整矩陣的標度范圍而對層次結(jié)構(gòu)模型進行優(yōu)化，得到的C－U層、C－U層層次總排序一致性檢驗結(jié)果為:C－U 層:CI=0.021 4，RI=0.773 9，CR=0.027 7＜0.10;U－P層:CI=0.069 9，RI=6.6000，CR=0.0106＜0.10.

計算結(jié)果比基于層次分析法所得到的一致性檢驗結(jié)果更優(yōu).基于AHP－SGA法所計算出的貴州思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園地質(zhì)旅游評價、決策的層次排序結(jié)果如表2所示.

2.3 評價結(jié)果與討論

1)對七個景區(qū)基于AHP法得到的最終排序順序為:P1長壩景區(qū)(0.2914)＞P3思林景區(qū)(0.1931)＞P7思唐景區(qū)(0.1389)＞P6板橋景區(qū)(0.1320)＞P5鸚鵡溪景區(qū)(0.1028)＞P2文家店景區(qū)(0.0941)＞P4青杠坡景區(qū)(0.0476);基于AHP－GA法得到的最終排序順序為:P1長壩景區(qū)(0.2494)＞P3思林景區(qū)(0.2137)＞P7思唐景區(qū)(0.1531)＞P5鸚鵡溪景區(qū)(0.1327)＞P6板橋景區(qū)(0.1326)＞P2文家店景區(qū)(0.0829)＞P4青杠坡景區(qū)(0.0355).兩種方法得到的排序結(jié)果稍有不同(如圖2)，長壩景區(qū)的“思南石林”類型豐富、形態(tài)多樣，在全國范圍內(nèi)具有較高的對比意義，是該公園最核心的景區(qū);思林景區(qū)峽谷－喀斯特瀑－天生橋－地下峽谷－盲谷－溶洞的組合在成因上與烏江河谷的下切密切相關(guān)，在喀斯特學(xué)研究與科普上具有重要現(xiàn)實意義，是僅次于長壩景區(qū)的另一核心景區(qū).基于AHP－GA法壓低了長壩景區(qū)的得分權(quán)重，而一定程度提高了思林景區(qū)的權(quán)重值，更加能夠體現(xiàn)這兩大核心景區(qū)的地位.

另外，思唐景區(qū)的江心洲－邊灘－民俗－思南古建筑群組合，蘊涵了濃厚的民族風(fēng)情，體現(xiàn)了多民族文化融合、多宗教交匯，是該公園的重要景區(qū).而兩種方法排序順序不同的是鸚鵡溪景區(qū)和板橋景區(qū)，從目前實際情況看，以溫泉－冷泉－溶洞組合為主的鸚鵡溪景區(qū)，因貴州省內(nèi)水溫最高的天然泉水——羅灣坨熱泉的發(fā)現(xiàn)，相比于以峰叢—喀斯特泉—明清古民居群－溶蝕洼地組合為主的板橋景區(qū)，應(yīng)更具有開發(fā)潛力，AHP－GA法得到的評價結(jié)果更能體現(xiàn)出這一點.而文家店景區(qū)和青杠坡景區(qū)相比來講，開發(fā)潛力較差.

2)由表2也可以看出，由AHP方法和AHP－GA方法所計算的每一層指標的權(quán)重結(jié)果有所不同，但是兩種方法對層次評價模型中各指標權(quán)重所能指示的意義基本相同.如決定公園地質(zhì)旅游景觀的5個大的指標—自然屬性、價值屬性、保護條件、景觀特征、開發(fā)條件，相對而言價值屬性和開發(fā)條件更加重要，不同之處在于基于AHP－GA法得到的計算結(jié)果更加凸顯了價值屬性和開發(fā)條件這兩個因素的重要性.而公園自然屬性方面，AHP－GA法也更加凸顯了優(yōu)美性的重要性;價值屬性方面，也都能指示景觀的觀賞游憩價值和科學(xué)研究價值更為重要，但AHP－GA法體現(xiàn)了地質(zhì)公園的觀賞游憩價值和科學(xué)價值同等重要;保護條件方面，兩種方法都指出保護設(shè)施比機構(gòu)設(shè)施更為重要;景觀特征方面，兩種方法也都指出人文景觀吸引力更為重要;開發(fā)條件方面，兩種方法皆指示了客源市場和可進入性這兩個指標更為重要，但AHP－GA法指示了客源市場與可進入性幾乎同等重要.綜上所述，基于AHP－GA法得到的思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園各個景區(qū)最終權(quán)重值的排序結(jié)果更加科學(xué)，這對于思南縣基于地質(zhì)旅游資源開發(fā)帶動縣域經(jīng)濟發(fā)展的開發(fā)、決策更有針對性和指導(dǎo)意義.

圖2 AHP法和AHP－GA法得到的方案層最終權(quán)重對比Fig.2 The final weight comparison of the solution layer based on the method of AHP and AHP－GA

3 結(jié)論

目前在旅游資源評價方面，AHP方法由于其高度的邏輯性、系統(tǒng)性的特點，以及針對系統(tǒng)目標處理靈活簡潔的優(yōu)點，被廣泛使用.但AHP法存在著人的主觀因素影響較大，構(gòu)建的判斷矩陣一致性檢驗難以通過的問題.本文采用遺傳算法優(yōu)化AHP法構(gòu)建的各個判斷矩陣，并基于AHP－GA法對思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園七個景區(qū)的開發(fā)、決策順序進行了量化評價，兩種方法所計算出來的結(jié)果進行對比，得出如下結(jié)論:

1)AHP－GA法能較好地解決常規(guī)層次分析法由于可能出現(xiàn)的人的主觀因素偏差所致的層次一致性難以保證的問題，計算結(jié)果比常規(guī)層次分析法更優(yōu)，這一方法目前在地質(zhì)遺跡評價、地質(zhì)旅游資源開發(fā)方面應(yīng)用較少.

2)構(gòu)建貴州思南烏江喀斯特國家地質(zhì)公園旅游開發(fā)評價、決策系統(tǒng)，采用AHP－GA法對地質(zhì)公園所覆蓋的7個景區(qū)進行定量評價，最終評價結(jié)果按權(quán)重高低依次為長壩景區(qū)、思林景區(qū)、思唐景區(qū)、鸚鵡溪景區(qū)、板橋景區(qū)、文家店景區(qū)、青杠坡景區(qū)，評價結(jié)果將對思南縣基于地質(zhì)旅游資源開發(fā)帶動縣域經(jīng)濟發(fā)展的地區(qū)提供更具針對性的決策依據(jù).

［1］國土資源部.關(guān)于申報國家地質(zhì)公園的通知(國土資廳發(fā)［2000］77號)［A］.2000－09－22.

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