基于粗糙集的濕地景觀質(zhì)量評價研究
——以重慶市阿蓬江國家濕地公園為例

呂 勇 ，孫 謙 ，張超家

(1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.桂平市林業(yè)局，廣西 桂平 537200)

基于粗糙集的濕地景觀質(zhì)量評價研究
——以重慶市阿蓬江國家濕地公園為例

呂 勇1，孫 謙1，張超家2

(1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.桂平市林業(yè)局，廣西 桂平 537200)

文章旨在構(gòu)建濕地景觀評價指標體系，在國家規(guī)定的科學價值、整體風貌、科普宣傳價值、歷史文化價值和美學價值5個一級指標的基礎(chǔ)上提出了29個二級指標。利用粗糙集理論，對29個二級指標進行篩選，最終在每個一級指標的基礎(chǔ)上篩選出二級指標各3個，分別是科學價值：物種多樣性、遺傳多樣性、科研教學價值；整體風貌：結(jié)構(gòu)復雜性、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)性、區(qū)位條件；科普宣傳價值：宣傳范圍、宣傳場館、宣傳次數(shù)；歷史文化價值：歷史人物、歷史事件、文化底蘊；美學價值：幽深度、開闊度、視覺多樣性。構(gòu)成一套較完整的擁有一級指標5個，二級指標15個的濕地景觀質(zhì)量評價指標體系。并對阿蓬江濕地景觀進行評價，其最后得分值為8.17，質(zhì)量等級為優(yōu)秀。

濕地景觀；評價指標體系；評價指標；粗糙集；阿蓬江濕地

濕地(wetlands)是地球上水陸相互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)，是人類重要的生存環(huán)境和自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀之一。對濕地進行評價，并根據(jù)評價結(jié)果對濕地采取相應的保護管理措施已逐漸成為一個熱點話題[1-5]。濕地景觀是濕地評價一個非常重要的方面，文章從濕地景觀入手，構(gòu)造一套較完整的濕地景觀評價指標體系，將濕地景觀這一定性指標進行量化，為濕地景觀的評價研究工作提供一個可靠的依據(jù)[5-18]。

然而，在選取評價指標的過程中，傳統(tǒng)的指標篩選方法，主觀性較強，篩選出來的指標權(quán)威性不夠，對評價對象進行評價的結(jié)果也不夠精確。利用粗糙集理論進行指標篩選，它對于問題的不確定性的描述或者處理是比較客觀的，因此篩選結(jié)果比較精確。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶阿蓬江國家濕地公園地處重慶市黔江區(qū)和酉陽縣境內(nèi)，其中心地理坐標為東經(jīng)108°46′03″，北緯 29°18′16″。公園范圍土地總面積 2 785.2 hm2，其中黔江區(qū)2 519.3 hm2，酉陽縣265.9 hm2。根據(jù)《濕地公約》、《全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》（試行）有關(guān)濕地的定義、分類系統(tǒng)與分類標準，通過調(diào)查，阿蓬江濕地公園的濕地面積1 706.5 hm2，占土地總面積的61.3%。濕地面積中，天然濕地（河流濕地）面積1 212.1 hm2，占濕地面積的71.0%；人工濕地面積494.4 hm2，占29.0%。

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)查與數(shù)據(jù)來源

論文數(shù)據(jù)主要來源于對重慶市阿蓬江濕地公園的實地調(diào)查，通過實地勘測，附近居民走訪等方式獲得阿蓬江濕地的相關(guān)因子數(shù)據(jù)。并通過查閱相關(guān)文獻和資料，結(jié)合《重慶市阿蓬江國家濕地公園總體規(guī)劃》，對已獲得的數(shù)據(jù)進行補充和修正，以求獲得最全面的阿蓬江濕地公園整體數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

對初選出來的二級評價指標，采用粗糙集屬性約減的方法對其進行指標篩選，最終經(jīng)過篩選得到的指標與五個一級指標共同構(gòu)成景觀質(zhì)量評價指標體系。并利用該評價指標體系對阿蓬江濕地的景觀質(zhì)量進行評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價指標體系的構(gòu)建

2.1.1 評價指標的初選

根據(jù)《國家濕地公園評估標準》，國家在對濕地景觀進行評價時，主要從五個方面著手進行評價，分別是：科學價值、整體風貌、科普宣傳價值、歷史文化價值、美學價值。文章針對這五個指標，將各個指標細化，通過查閱國內(nèi)外濕地及濕地景觀質(zhì)量評價的相關(guān)文獻和資料，盡可能多的收集評價指標，共收集了二級指標29個，構(gòu)成了濕地景觀的初步評價指標體系[7-12]，如下表1.

2.1.2 基于粗糙集的景觀質(zhì)量評價指標的篩選

采取粗糙集屬性約減的方法對評價指標進行篩選，可以用公式表示為S= {U，R，V，f}。其中阿蓬江濕地景觀質(zhì)量初步評價體系由5個單元構(gòu)成，記為U={U1,U2,U3,U4,U5}，屬性集R={R1,R2,R3,R4,R5}={(r1,r2,r3,r4,r5),(r6,r7,r8,r9,r10,r11,r12),(r13,r14,r15,r16,r17,r18),(r19,r20,r21,r22,r23,r24),(r25,r26,r27,r28,r29)}，值域V={1,2,3}。

表1 濕地景觀的初步評價指標體系Table 1 Preliminary evaluation index system of wetland landscape

由于選取的二級指標達到29個，如果利用粗糙集同時對其進行篩選，難度較大，因此，按照國家規(guī)定的一級指標的標準，分別對每一個一級指標的下面的二級進行篩選，具體情況如下。

2.1.2.1 科學價值

科學價值的初步指標體系表如下表2評價指標離散化數(shù)據(jù)表如表3。

表2 科學價值初步指標體系Table 2 Preliminary evaluation index system of scientific values

表3 評價指標離散化數(shù)據(jù)Table 3 Discrete data of evaluation indexes

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，按照粗糙集屬性約減原理，對評價指標進行約減，可得：

U/ind(P)= {U1,U2,U3,U4,U5};

U/ind(P-{r1})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P);

U/ind(P-{r2})={(U1,U2,U3,U4,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r3})={U1,(U2,U5),U3,U4}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r4})={(U1,U4),U2,U3,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r5})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P)

由以上結(jié)果可知，當刪減掉指標r1時，評價單元U/ind(P-{r1})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P)，并未發(fā)生改變，系統(tǒng)仍然是可分辨的，它表明對這個系統(tǒng)而言，指標r1是不必要的，是可以約減掉。同理，r4也是可以約減掉的。

當刪掉指標r2時，評價單元U1和U3是相同的了，評價系統(tǒng)U/ind(P-{r2})={(U1,U3),U2,U4,U5}≠U/ind(P)，證明指標r2是必要的，是不可約減的，刪減掉后，評價系統(tǒng)的可分辨能力發(fā)生改變。同理，r3和r4也是不可約減指標。

因此，最終一級指標科學價值下面的二級指標保留了3個，分別是：物種多樣性、遺傳多樣性、科研教學價值。

2.1.2.2 整體風貌

整體風貌的初步指標體系如下表4。

表4 整體風貌的初步指標體系Table 4 Preliminary evaluation index system of overall outlook

評價指標離散化數(shù)據(jù)表如表5。

表5 評價指標離散化數(shù)據(jù)Table 5 Discrete data of evaluation indexes

由表5可以看出，r7，r9，r113個指標對于5個評價單元的屬性值都相同，即說明它們具有相同的分辨能力，只需保留其中一個。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的容易程度和通用性原則，保留r7，約減r9和r11，則得到指標初步約減表如表6。

表6 指標初步約減Table 6 Preliminary reduction of indexes

根據(jù)表6數(shù)據(jù)，按照粗糙集屬性約減原理，對評價指標進行約減，可得：

U/ind(P)= {U1,U2,U3,U4,U5};

U/ind(P-{r6})={(U1,U3),U2,U4,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r7})={U1,(U2,U4),U3,U4}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r8})={U1,U2,U3,U4,U5) ≠U/ind(P);

U/ind(P-{r10})={U1,U2,U3,U4,U5}=U/ind(P)；

U/ind(P-{r12})={U1,U2,U3,U4,U5}=U/ind(P)

根據(jù)以上結(jié)果可知，r6，r7，r8是必要的，為不可約減指標，刪減后評價系統(tǒng)的可分辨能力發(fā)生改變。而r10，r12是不必要的，是可以刪減的，刪減后評價系統(tǒng)的可分辨能力未發(fā)生改變。

因此，最終一級指標整體風貌下面的二級指標保留了3個，分別是：結(jié)構(gòu)復雜性、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)性、區(qū)位條件。

2.1.2.3 科普宣傳價值

科普宣傳價值初步評價指標體系如表7。

表7 科普宣傳價值初步指標體系Table 7 Preliminary evaluation index system of science propaganda values

評價指標離散化數(shù)據(jù)表如表8。

表8 評價指標離散化化數(shù)據(jù)Table 8 Discrete data of evaluation indexes

由表8可以看出，r13和r16兩個指標對5個單元的屬性值都相同，即說明它們具有相同的分辨能力，只需保留其中一個。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的容易程度和通用性原則，保留r13，約減r16，則得到指標初步約減表如表9。

表9 指標初步約減Table 9 Preliminary reduction of index

根據(jù)表9數(shù)據(jù)，按照粗糙集屬性約減原理，對評價指標進行約減，可得：

U/ind(P)= {U1,U2,U3,U4,U5};

U/ind(P-{r13})={(U1,U5),U2,U3,U4}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r14})={U1,(U2,U3),U4,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r15})={(U1,U4),U2,U3,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r17})={U1,U2,U3,U4,U5}=U/ind(P);

U/ind(P-{r18})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P)

根據(jù)以上結(jié)果可知，r13，r14，r153個指標是必要的，為不可約減指標，如果刪減，評價系統(tǒng)的可分辨能力發(fā)生改變。而r17和r18兩個指標是不必要的，是可以約減的，刪減后，評價系統(tǒng)的可分辨能力不發(fā)生改變。

因此，最終一級指標科普宣傳價值下的二級指標保留了3個，分別是：宣傳范圍、宣傳場館、宣傳次數(shù)。

2.1.2.4 歷史文化價值

歷史文化價值初步評價指標體系如表10。指標離散化數(shù)據(jù)表如表11。由表11可知，r21和r22兩個指標對于5個評價單元的屬性值相同，即說明它們的分辨能力相同，只需保留其中一個。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的容易程度和通用性原則，保留r22，約減r21，則得到指標初步約減表如表12。

表10 歷史文化價值初步評價指標體系Table 10 Preliminary evaluation index system of historical and cultural values

表11 指標離散化數(shù)據(jù)Table 11 Discrete data of evaluation indexes

表12 指標初步約減Table 12 Preliminary reduction of indexse

根據(jù)表12數(shù)據(jù)，按照粗糙集屬性約減原理，對評價指標進行約減，可得：

U/ind(P)= {U1,U2,U3,U4,U5};

U/ind(P-{r19})={U1,U2,(U3,U4),U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r20})={(U1,U4),U2,U3,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r22})= {U1,(U2,U3),U4,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r23})={U1,U2,U3,U4,U5}=U/ind(P);

U/ind(P-{r24})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P)

由以上結(jié)果可知，r19，r20和r223個指標是必要的，為不可約減指標，如若刪減，評價系統(tǒng)的可分辨能力發(fā)生改變。而r23和r24兩個指標是不必要的，是可以約減的指標，刪減后，評價系統(tǒng)的可分辨能力不發(fā)生改變。

因此，最終一級指標歷史文化價值下的二級指標保留了3個，分別是歷史人物、歷史事件、文化底蘊。

2.1.2.5 美學價值

美學價值初步評價指標體系如表13。

表13 美學價值初步評價指標體系Table 13 Preliminary evaluation index system of aesthetic value

指標離散化數(shù)據(jù)如表14。

表14 指標離散化數(shù)據(jù)表Table 14 Discrete data of evaluation indexes

根據(jù)表14數(shù)據(jù)，按照粗糙集屬性約減原理，對評價指標進行約減，可得：

U/ind(P)= {U1,U2,U3,U4,U5};

U/ind(P-{r25})={(U1,U2),U3,U4,U5}≠U/ind(P);

U/ind(P-{r26})={(U1,(U2,U4),U3,U5) ≠U/ind(P);

U/ind(P-{r27})={U1,U2,U3,U4,U5}=U/ind(P);

U/ind(P-{r28})={U1,U2,U3,U4,U5}= U/ind(P);

U/ind(P-{r29})={U1,U2,(U3,U5),U4}≠U/ind(P)

由以上結(jié)果可知，r25，r26和r293個指標是必要的，為不可約減指標，如果刪掉，評價系統(tǒng)的可分辨能力發(fā)生改變。而r27和r28兩個指標是不必要的，為可以約減指標，刪掉后評價系統(tǒng)的可分辨能力不發(fā)生改變。

因此，最終一級指標美學價值下的二級指標保留了3個，分別是：幽深度、開闊度、視覺多樣性。

2.1.3 濕地景觀質(zhì)量評價指標體系的確定

通過粗糙集理論屬性約減的篩選后，將原有的29個二級指標刪除掉14個，保留15個，與5個一級指標一起，構(gòu)成一套較完整的，層次分明的濕地景觀質(zhì)量評價指標體系（見表15）。

2.2 重慶市阿蓬江濕地景觀質(zhì)量評價

2.2.1 指標權(quán)重的確定

利用層次分析法，通過構(gòu)造判斷矩陣來確定各指標的權(quán)重（各權(quán)重賦值計算見表16～21）。

表15 濕地景觀質(zhì)量評價指標體系Table 15 Evaluation index system of wetland landscape quality

表16 判斷矩陣A-B層排序結(jié)構(gòu)Table 16 Ordering structure of judgment matrix A-B

表17 判斷矩陣B1-C層排序結(jié)果Table 17 Ordering structure of judgment matrix B1-C

表18 判斷矩陣B2-C層排序結(jié)果Table 18 Ordering structure of judgment matrix B2-C

表19 判斷矩陣B3-C層排序結(jié)果Table 19 Ordering structure of judgment matrix B3-C

表20 判斷矩陣B4-C層排序結(jié)果Table 20 Ordering structure of judgment matrix B4-C

表21 判斷矩陣B5-C層排序結(jié)果Table 21 Ordering structure of judgment matrix B5-C

利用matlab等軟件，對以上判斷矩陣進行計算，得出評價指標總排序如表22。

表22 指標層次總排序(權(quán)重)計算結(jié)果Table 22 Results of total ordering of index level

2.2.2 阿蓬江濕地景觀質(zhì)量評價

根據(jù)阿蓬江濕地的實際情況，采取十分制的打分方式，對阿蓬江濕地景觀進行專家打分，其最后得分情況如表23。

表23 各評價指標最后得分值Table 23 Final scores of evaluation indexes

根據(jù)表3中各指標得分值和權(quán)重，計算得出阿蓬江濕地景觀質(zhì)量的最后得分為8.17分，質(zhì)量等級為優(yōu)秀。

3 結(jié)論與討論

(1)通過借鑒國內(nèi)外對于濕地和濕地景觀已有的研究成果，在國家規(guī)定的對于濕地景觀進行評價的5項評價指標的基礎(chǔ)上將其細化，選取了二級指標29個，并通過指標篩選，構(gòu)成了一套擁有一級指標5個，二級指標15個的濕地景觀評價指標體系。

(2)在濕地景觀質(zhì)量評價指標體系的構(gòu)建過程中，首次嘗試使用粗糙集理論，利用粗糙集理論中的屬性約減的方法分別對每一個一級指標下的二級指標進行篩選，最終共篩選出15個二級指標，分別是：物種多樣性、遺傳多樣性、科研教學價值、結(jié)構(gòu)復雜性、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)性、區(qū)位條件、宣傳范圍、宣傳場館、宣傳次數(shù)、歷史人物、歷史事件、文化底蘊、幽深度、開闊度、視覺多樣性。

(3)利用已經(jīng)構(gòu)建好的景觀質(zhì)量評價指標體系，對阿蓬江濕地景觀質(zhì)量進行評價，并得出阿蓬江濕地景觀質(zhì)量的最后得分為8.17分，質(zhì)量等級為優(yōu)秀。

[1] 李祿康.濕地與濕地公約[J].世界林業(yè)研究,2001,(1):1-7.

[2] 吳 凱.景觀評價模式研究——兼北京奧林匹克公園景觀評價[D].南京：南京林業(yè)大學,2009.

[3] 肖篤寧.景觀生態(tài)學研究進展[M].湖南: 湖南科學技術(shù)出版社,1999.

[4] 鄔建國.景觀生態(tài)學: 格局、過程、尺度與等級[M]. 北京:高等教育出版社,2000.

[5] 趙魁義.中國濕地生物多樣性的研究與持續(xù)利用[C]//陳宜瑜.中國濕地研究.長春:吉林科學技術(shù)出版社,1995.

[6] 張雅桌,練繼亮.城市河湖濕地景觀價值評估方法研究[M].天津:天津大學出版社,2011.

[7] Maltby E. Water logged wealth: why waste the world. s wet places[M] . London: London Earthsca Publication, 1986.

[8] Nixon S. Between coastal marshes and coastal waters: twenty years research of salt marshes [C] / / Hamilton P. Estuarine and wetland processes with emphasis on modeling. New York:Plenum Press, 1980.

[9] Young P. The New Science of wetland restoration [J].Environmental Science & Technology, 1996, 7(4): 292- 296.

[10] Jenson J R. Inland wetland change detection in the Everglades water conservation area using a time series of normalized remotely sensed data[J]. Photogram metric Engineering &Remote Sensing, 1995, 2: 199-209.

[11] Brinsonm M. Developing an approach for assessing the functions of wetlands[C]//MITSCH. Global wetlands: old world and new.Netherlands: Elsevier, 1995.

[12] 宗躍光.城市景觀生態(tài)價值的邊際效用分析法[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài),1998,11(4):52-54.

[13] 梁延海,朱萬昌,王立功. 大興安嶺濕地價值的初步評價[J].防護林科技,2005,67(4):54-55.

[14] 王國胤,于 洪. 粗糙集理論與應用研究綜述[J].計算機學報,2009,(7):12-15.

[15] 張 昆,遲國泰.基于相關(guān)分析-粗糙集理論的生態(tài)評價指標體系構(gòu)建[J].系統(tǒng)工程學報,2012,(1):12-15.

[16] 王 平.基于粗糙集屬性約減的分類算法研究與應用[J].計算機學報,2013,(7):12-15.

[17] 劉 剛,陳 利.洪湖濕地碳儲量的研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2013,33(8):103-107.

[18] 陳 利,林 輝,劉 剛.1974～2010年洪湖濕地景觀類型特征變化的分析[J].中南林業(yè)科技大學學報,2013,33(8):108-112.

Study on evaluation of wetland landscape quality based on rough set

LU Yong1, SUN Qian1, ZHANG Chao-jia2
(1. Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry Bureau of Guiping City, Guiping 537200, Guangxi, China)

In order to set up a wetland landscape evaluation system, according to fi ve fi rst-level indicators such as scientif i c value,integral style, science propaganda value, historical and cultural values and aesthetic value, 29 secondary indexes were put forward. Then the 29 secondary indexes were fi ltered by using rough set theory. Finally, 3 secondary indexes were picked respectively up from each fi rst level index, so there were 15 indexes to be selected out such as species diversity, genetic diversity, scientif i c research and teaching value, structure complexity, surrounding environment coordination, location conditions, scope of propaganda, propaganda venues,amount of propaganda, historical fi gures, historical events, culture, deep degree, open degree, visual diversity, which make up a set of relatively complete wetland landscape quality evaluation index system (f i ve fi rst level indexes and fi fteen secondary indexes). By using the wetland landscape evaluation system, Apengjiang wetland landscape in Chongqing was evaluated, the fi nal score of Apengjiang wetland landscape was 8.17, whose quality grade is outstanding.

wetland landscape; evaluation index system; evaluation index; rough set; Apengjiang wetland in Chongqing city

S718.55+7

A

1673-923X(2014)07-0012-07

2014-03-10

國家自然科學基金項目（30972362）

呂 勇（1965-），男，湖北崇陽人，教授，博士生導師，主要從事森林資源經(jīng)營管理的教學和研究工作

[本文編校：吳 毅]