景觀評價中的統(tǒng)計分析方法探究

摘要：

隨著人們環(huán)境意識的不斷增強，與人的生存和發(fā)展密切相關(guān)的景觀環(huán)境漸漸引起研究學(xué)者的關(guān)注。運用科學(xué)的景觀評價方法對景觀進行合理規(guī)劃和管理顯得尤為重要。而統(tǒng)計分析方法建立在對大量的數(shù)據(jù)搜集、整理及分析的基礎(chǔ)上，探究事物內(nèi)部之間的關(guān)系，最大程度地避免因為主觀原因而導(dǎo)致的評價結(jié)果的差異，為科學(xué)的景觀評價提供可能。本文通過對景觀評價中常用的方差分析、相關(guān)分析和回歸分析方法的原理及其應(yīng)用介紹，旨在為景觀評價探索科學(xué)的實踐方法。

關(guān)鍵詞：

景觀評價 方差分析 相關(guān)分析 回歸分析

中國分類號：X820.3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）04-0048-04

一 景觀評價的概念與方法簡述

根據(jù)美國南加州大學(xué)教授J.P-Guilford對評價的心理學(xué)定義，可以將景觀評價解釋為：個人或群體以某種標準對景觀的價值做出判斷，評價的過程就是為所做的判斷提供依據(jù)。

從20世紀60年代中期開始，以美國為中心開展的景觀評價研究一直持續(xù)到現(xiàn)在，并出現(xiàn)了許多學(xué)派，目前較為公認的有專家學(xué)派、心理物理學(xué)派、認知學(xué)派、經(jīng)驗學(xué)派等。

不同學(xué)派在不同的理論指導(dǎo)下形成很多不同的評價方法，總的來說，可以分為三種類型：一是側(cè)重于“景”，對景觀的物理特征進行分析研究，主要包括形式美學(xué)模式和生態(tài)模式；二是側(cè)重于“觀”，對個人或群體的主觀感受進行分析研究，主要包括心理模式、認知模式和經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑坏谌N是將主觀感受與客觀存在結(jié)合起來進行研究的方法，主要包括心理物理模式。其中，前兩類模式在解釋主觀感受與客觀存在之間的聯(lián)系方面顯得不足。而心理物理模式則是運用心理物理學(xué)的方法，尋找并解釋客觀存在與主觀感受之間的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上對景觀進行的評價更加具有科學(xué)價值。

隨著人們對景觀評價的認識不斷深刻，景觀評價的方法也日趨成熟，其中，心理物理學(xué)派被認為是目前景觀評價中比較科學(xué)、可靠的方法。該方法對主觀和客觀因素都采取定量研究的方式，通過測定公眾的審美態(tài)度以及景觀構(gòu)成的各要素量值，運用數(shù)理統(tǒng)計的方法建立美景度與各要素之間的數(shù)學(xué)模型，不僅使評價結(jié)果更加有說服力，也方便將其應(yīng)用于景觀評價的實踐。

統(tǒng)計方法作為一種實證性研究，廣泛運用在社會生活的各個領(lǐng)域，它在景觀評價中的運用，豐富了景觀評價方法，為理論假設(shè)提供了檢驗性依據(jù)。

在統(tǒng)計方法中，主要由描述統(tǒng)計和推斷統(tǒng)計兩部分組成。其中，描述統(tǒng)計包括統(tǒng)計表和統(tǒng)計圖，它可以直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)情況，便于分析問題。推斷統(tǒng)計建立在描述統(tǒng)計知識的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的關(guān)聯(lián)進行深層次的挖掘和分析，為理論研究提供了驗證的依據(jù)，使得理論與實踐更加緊密地結(jié)合。下文是對幾種常用推斷統(tǒng)計分析方法：方差分析、相關(guān)分析、回歸分析的介紹。

二 方差分析

（一）方差分析簡介

方差分析（analysis of variance，簡稱ANOVA），又稱變異數(shù)分析，主要用于兩組以上樣本均數(shù)間差別的顯著性檢驗。1928年英國統(tǒng)計學(xué)家費希爾（Ronald Aylmer Fisher，1890-1962）第一次在農(nóng)業(yè)試驗上應(yīng)用方差分析，最初檢驗統(tǒng)計量記做Z，后來發(fā)現(xiàn)這種方法可以在各類實驗中廣泛應(yīng)用。1934年，美國統(tǒng)計學(xué)家G-W.Snedecor將Z統(tǒng)計量轉(zhuǎn)換成另一個更容易運算的統(tǒng)計量F，以此紀念Fisher的貢獻，故方差分析又簡稱為“F檢驗”。

（二）方差分析理論基礎(chǔ)

在數(shù)理統(tǒng)計中，常用標準偏差表示精密度，用 代表，表達式為

方差代表各偏差平方和的平均值，用 表示。上式僅適用于大量數(shù)據(jù)的條件下（一般有30次以上測定），這時，測定的平均值接近于真值，用 表示，根式的分子代表各測定數(shù)據(jù)的偏差的平方和，N是測定次數(shù)。而當測定次數(shù)有限時，測定平均值與真值不相等，這時，如果按公式（1）去計算標準偏差就不合理。為表示有限測定次數(shù)的精密度，采用符號S代替，有限測定次數(shù)標準差的計算公式為

與公式（1）相比，用試樣平均值代替了真值，用N一1代替N。N-1在數(shù)理統(tǒng)計中稱之為“自由度”，它說明在N次測定中，只有N-1個可變的偏差。如果有幾個相互獨立的因素同時影響測定結(jié)果，設(shè)不同來源的方差分別為 ，按方差的加和法則，總的方差 應(yīng)為各個方差之和：

方差分析就是將總的方差分解為各個方差的成分，然后利用顯著性檢驗法進行分析判斷并作出適當?shù)慕Y(jié)論。

（三）方差分析原理

方差分析的內(nèi)容很多，主要有單因素方差分析、雙因素方差分析、三因素方差分析等，在具體應(yīng)用中根據(jù)不同的試驗設(shè)計方法采用不用的方差分析方法。本文以無交互影響的雙因素方差分析為例，對方差分析原理作詳細闡述。

無交互影響的雙因素方差分析原理：

設(shè)因素A取r個水平，分別記為A1，A2….，Ar，因素B取s個水平，分別記為B1，B2….，Bs，組合（Ai，Bj）下總體，數(shù)學(xué)模型為：由分解定理可得，當H01，H02均成立時且它們相互獨立。于是以FA為檢驗H01時的檢驗統(tǒng)計量；以FB為檢驗H02時的檢驗統(tǒng)計量。（3）寫出拒絕域由此可得，無交互影響的雙因素方差分析表（表1）。

（四）方差分析在景觀評價中的應(yīng)用

翁殊斐在用SBE法進行廣州市公園植物配置的研究中，將所有評判者依據(jù)不同原則（美學(xué)原則和生態(tài)學(xué)原則）做的植物景觀評判結(jié)果進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將兩個原則合并評判濱水植物景觀和棕櫚類植物景觀時，其差異不顯著（概率值P=0.8231～0.0802 >0.05）；而在評判復(fù)層植物景觀、色葉類植物景觀和園林建筑旁植物景觀時，其差異均極顯著（概率P值=0.0136～0.0001 <0.05）。故在評判前兩類植物景觀時，兩原則可以合并；而對后三類植物景觀，則需分原則進行評判。

三 相關(guān)分析

（一）相關(guān)分析的概念

在社會生活中存在的許多關(guān)系，歸結(jié)起來大約有以下兩種關(guān)系，即具有確定性的——對應(yīng)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系和非唯一性的統(tǒng)計關(guān)系。日常事物之間的關(guān)系往往以非唯一性、非確定性的形式存在，它們之間關(guān)系的性質(zhì)及程度各異。這種關(guān)系被稱之為相關(guān)關(guān)系。

相關(guān)分析是運用數(shù)理統(tǒng)計的方法研究兩種或多種現(xiàn)象間的相互關(guān)系、相互聯(lián)系的性質(zhì)和表現(xiàn)形式，以及聯(lián)系的密切程度的一種分析方法。

（二）相關(guān)分析研究的過程和方法

相關(guān)分析過程通常遵循以下幾個步驟：（1）根據(jù)大量觀察值，繪制散點圖，根據(jù)散點的密集程度和變化趨勢初步判定該現(xiàn)象間有無相關(guān)關(guān)系；（2）由散點圖定性確定相關(guān)關(guān)系后，通過計算相關(guān)系數(shù)，定量描述變量間相關(guān)關(guān)系的密切程度。在實際運用中，常以英國統(tǒng)計學(xué)家卡爾.皮爾遜提出的簡單相關(guān)系數(shù)來表征。其數(shù)學(xué)表達式為：

其中，X和Y為兩個待研究變量，（xi，yi） （i=l，2…n）為兩變量的n對觀察值，和分別為n個觀察值的均值。r的正負表示兩變量間相關(guān)的性質(zhì)，lrl（lrl

（三）相關(guān)分析在景觀評價中的應(yīng)用

為研究不同背景的人對景觀審美的相關(guān)關(guān)系，馬琳在濟南植物園景觀評價的研究中，對來自不同組別（專家組、園林專業(yè)學(xué)生組和非專業(yè)學(xué)生組）的人就美學(xué)原則給出的評價結(jié)果進行了相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：就美學(xué)原則評判來說，專家組和園林專業(yè)學(xué)生組之間、專家組和非專業(yè)學(xué)生組之間對廣場旁植物景觀和溫室植物景觀評判均不相關(guān)（顯著性水平P=0.082543～0.15294> 0.05）。除建筑旁景觀外，園林專業(yè)學(xué)生組和非專業(yè)學(xué)生組之間都有密切的相關(guān)性（顯著性水平P=0.00003～0.046029<0.05）。三個組對濱水植物景觀、色葉植物景觀和道路旁植物景觀評判均有密切的相關(guān)性（顯著性水平P=0.00003～0.046029<0.05）。

由此得出，年齡相仿的園林專業(yè)學(xué)生組與非專業(yè)學(xué)生組對植物景觀評判具有普遍相關(guān)性，而專家組和學(xué)生組之間的相關(guān)性并不多?？梢姴煌挲g階段的人，對景觀評判不同，需要考慮不同年齡層的人展開調(diào)研，才能全面了解大眾對于植物景觀的審美偏好。

四 回歸分析

（一）回歸分析的概念

回歸分析是用數(shù)理統(tǒng)計的方法，研究自然界變量之間存在的非確定的相互依賴和制約關(guān)系，并把這種關(guān)系用數(shù)學(xué)表達式表達出來，其目的在于利用這些數(shù)學(xué)表達式以及對這些表達式的精度估計，對未知變量做出預(yù)測或檢驗其變化，為決策服務(wù)。

回歸分析方法的種類很多，包括簡單的一元線性回歸、多元線性回歸、曲線回歸以及不斷發(fā)展壯大起來的新的回歸體系，如逐步回歸、主成分回歸、模糊回歸、灰色回歸、自回歸等，根據(jù)變量類型及研究需要選擇合適的回歸模型進行擬合，最終獲得具備一定精度的回歸模型，可以為科學(xué)的預(yù)測提供可靠依據(jù)。

（二）回歸分析的原理

回歸分析的主要思路是：分析影響預(yù)報因子的各種因素，依據(jù)一定的規(guī)則，選擇其中一個或幾個重要的因素作為影響因子。搜集預(yù)報因子與影響因子的資料，按此資料確定含參數(shù)的關(guān)系解析式，采用優(yōu)化方法求解參數(shù)，利用模型進行預(yù)測。其中，線性回歸的數(shù)學(xué)表達形式如下：

設(shè)有k個自變量（預(yù)報因子）x1，....k，p個因變量y1，....yp，相應(yīng)的n組觀測資料是

統(tǒng)計問題就是從已知的資料矩陣Y和X出發(fā)，如何求得上式中的這些未知常數(shù)Uij，并且對誤差XT作出估計和推斷。Uij稱為回歸系數(shù)，而略去誤差后的關(guān)系式

稱為回歸方程。Uij用最小二乘法求解。

（三）回歸分析在景觀評價中的應(yīng)用

Buhyoff和Wellman早在1982年就采用回歸分析的方法對受蟲害影響的山松和西部云杉森林的美景度進行預(yù)測。通過對景物特征及觀察者的反應(yīng)進行定量研究，并采用多元線性回歸法對不同景觀特征與美景度之間的關(guān)系進行數(shù)學(xué)分析，進一步優(yōu)化得到以下的預(yù)測模型：

其中，SHRP為突起的山形面積；BVF為遠景森林面積；FLT為照片上的平地面積；TRED為受蟲害林木面積。

由回歸方程可以看出，美景度隨著突起的山形面積的增大而升高到一定程度后，再增加突起的山形面積，反而會使其美景度下降。遠景的森林面積與平地面積都與美景度呈現(xiàn)某種程度的正相關(guān)關(guān)系，而受蟲害林木面積與美景度則是負相關(guān)關(guān)系。

通過此項研究，Buhyoff發(fā)現(xiàn)，城市綠地中，樹木大而少，往往比樹木小而多具有更高的美景度。這樣的模型建立后，既可以解釋保護古樹名木的重要性，也可以為新的城市綠地建設(shè)提供指導(dǎo)意見，如：種植大樹可以提高景觀品質(zhì)。

五 結(jié)語

通過對幾種常用的統(tǒng)計分析方法的原理介紹可以看出，方差分析、相關(guān)分析以及回歸分析都是研究變量間關(guān)系的方法，均可以應(yīng)用于景觀評價的研究，但是它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。其中，方差分析是研究一個或者多個分類型自變量與一個數(shù)值型因變量之間的關(guān)系，而回歸分析的研究對象則是兩個數(shù)值型變量，這就意味著，在景觀評價的研究中，遇到涉及探討分類型自變量與數(shù)值型因變量關(guān)系時，可以使用方差分析，而回歸分析雖然比方差分析能夠提供更多的信息，但它對變量的類型有更高的要求。關(guān)于相關(guān)分析和回歸分析之間的密切聯(lián)系，可以概括為，相關(guān)分析是回歸分析的基礎(chǔ)和前提，回歸分析是相關(guān)分析的繼續(xù)和深化。其本質(zhì)區(qū)別就在于，相關(guān)分析是兩變量間質(zhì)的數(shù)量分析，其目的是描述兩變量間的相互關(guān)系，并用一個定量的指標來反映這種關(guān)系的方向和程度；而回歸分析則是對兩個變量間量的數(shù)量分析，其目的是描述因變量與自變量間的數(shù)量依存關(guān)系，通過建立回歸模型，從而可以進行統(tǒng)計預(yù)測和控制。

從以上幾種統(tǒng)計分析方法在景觀評價中的應(yīng)用舉例，可以看出，將統(tǒng)計分析方法應(yīng)用于景觀評價的研究，具備一定的可行性?？茖W(xué)的統(tǒng)計分析方法的引入定會在一定程度上豐富并完善景觀評價的研究體系。