基于AHP與GIS的蠶繭質(zhì)量敏感性評價研究
——以廣西宜州市為例

羅志祥，秦旭芝，謝 鈞，金奕岑

(1.廣西壯族自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，南寧 530022；3.廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，南寧 530022)

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研究與技術(shù)

基于AHP與GIS的蠶繭質(zhì)量敏感性評價研究
——以廣西宜州市為例

羅志祥1，秦旭芝2，謝 鈞1，金奕岑3

(1.廣西壯族自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，南寧 530022；3.廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，南寧 530022)

利用層次分析法(AHP)研究各因素對桑蠶繭質(zhì)量的敏感性和重要程度。選取21個二級指標(biāo)構(gòu)建評價指標(biāo)體系,根據(jù)國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)地區(qū)的現(xiàn)狀進(jìn)行指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化賦值,建立區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性評價方法。研究表明：該評價方法能科學(xué)表達(dá)桑蠶繭質(zhì)量對自然、種養(yǎng)、社會與經(jīng)濟因素影響的承載能力。使用該模型對廣西宜州市進(jìn)行研究，從評價結(jié)果看：2011年宜州蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)為7.226，2012年為6.162，2013年為5.888，分別處于高度敏感、高度敏感和中度敏感狀態(tài)，說明蠶繭質(zhì)量敏感指數(shù)對表征區(qū)域的蠶繭質(zhì)量的風(fēng)險具有很直觀的表達(dá)。

層次分析法；蠶繭質(zhì)量；敏感性指數(shù)；地理信息系統(tǒng)；廣西宜州

隨著“東桑西移”工程的深入實施，廣西以其良好的地理與氣候環(huán)境，成為全國桑蠶繭絲的生產(chǎn)大省，連續(xù)6年全國桑蠶繭產(chǎn)量第一，2013年廣西的桑蠶繭總產(chǎn)量達(dá)到32.34萬t左右。目前，桑蠶繭絲業(yè)在全區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展中有著重要的作用，是自治區(qū)政府優(yōu)先重點發(fā)展的14個千億元產(chǎn)業(yè)之一。全區(qū)規(guī)?；壗z生產(chǎn)企業(yè)達(dá)88家，自動繅絲機總規(guī)模31萬緒，年消耗各類蠶繭達(dá)25萬t左右，生絲總產(chǎn)量在3萬t左右[1]。近年來，受世界蠶絲市場供求關(guān)系的影響，各品位生絲價格差距逐漸增大，高品位的生絲價格比低品位的生絲價格高近30%，并且高品位生絲的銷量在市場上長期保持穩(wěn)定，而低品位的生絲銷量受到一定的阻礙。良好的蠶繭質(zhì)量是生產(chǎn)高品位生絲的前提條件，蠶繭質(zhì)量競爭已經(jīng)成為全區(qū)及全國蠶桑絲綢行業(yè)市場競爭的基本手段。因此，掌握桑蠶繭的質(zhì)量、繅制高品位生絲能夠為繅絲企業(yè)帶來較為可觀的經(jīng)濟效益。

蠶繭質(zhì)量敏感性是指區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)的蠶繭產(chǎn)品受自然條件、技術(shù)水平和社會經(jīng)濟影響的敏感程度，它反映區(qū)域蠶繭在遇到干擾時，發(fā)生蠶繭質(zhì)量(如上車?yán)O率、毛繭出絲率、解舒率、萬米吊糙等質(zhì)量指標(biāo))下降問題的難易程度和可能性的大小，并用來表征外界干擾可能造成的后果。目前，針對生態(tài)環(huán)境脆弱性進(jìn)行評價[2-9]的報道較多，而對桑蠶繭質(zhì)量敏感性的研究未見報道。本研究借鑒了環(huán)境質(zhì)量研究的思路，運用遙感影像解譯和層次分析法對研究區(qū)域的蠶繭質(zhì)量敏感性進(jìn)行定量評價，能夠為政府或者行業(yè)主管部門提供保護(hù)和防控區(qū)域內(nèi)桑蠶繭質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)，也能夠為桑蠶繭生產(chǎn)者和消費者提供區(qū)域蠶繭質(zhì)量風(fēng)險信息，可以最大限度地保持區(qū)域內(nèi)蠶繭質(zhì)量穩(wěn)定與提高。

1 基于層次分析法(AHP)的區(qū)域蠶繭質(zhì)量評價指標(biāo)體系

層次分析法以復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題為特定系統(tǒng)，將考察指標(biāo)進(jìn)行量化分層，建立若干多指標(biāo)的目標(biāo)層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法計算層次矩陣特征值以確定權(quán)重關(guān)系，最后得到綜合評價結(jié)果。該方法結(jié)構(gòu)清晰，指向明確，目前廣泛應(yīng)用于社會各學(xué)科領(lǐng)域。運用遙感影像解譯和層次分析法對研究區(qū)域的蠶繭質(zhì)量敏感性進(jìn)行定量評價，將蠶繭質(zhì)量敏感性指標(biāo)劃分為3個層次：每1個層次分別選擇反映其主要特征的要素作為評價指標(biāo)，第1層次為目標(biāo)層，以區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)為目標(biāo)，用來度量區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性的總體水平；第2層為準(zhǔn)則層，包括自然、種養(yǎng)、社會、經(jīng)濟4個因素；第3層次為指標(biāo)層,考慮到指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可得性、實效性、易量化性和區(qū)域特征,選取了21個關(guān)鍵因子作為評價項目(指標(biāo)層)，擬定因子分級和評分標(biāo)準(zhǔn)。自然因素主要考察年降水量、年平均氣溫、年積溫、日照時間、石漠化強度等；種養(yǎng)因素考察桑樹種植面積、蠶業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、病蟲害防治、蠶沙治理、飼養(yǎng)水平，毛腳繭率、烘烤水平；社會因素包括人口素質(zhì)、政府支持、質(zhì)量檢測水平；經(jīng)濟因素包括蠶繭收購平均價格、價格波動指數(shù)、桑蠶業(yè)產(chǎn)投比、人均桑蠶純收入、桑蠶繭產(chǎn)量、繅絲企業(yè)密度等。

2 評價方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重分配

運用定性與定量綜合集成方法來確定權(quán)重，根據(jù)區(qū)域自然環(huán)境的特點和各評價指標(biāo)對區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性的貢獻(xiàn)大小，采用AHP法對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，構(gòu)造判斷矩陣A=(uij)m×m，即

通過Matlab軟件計算，對判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗。

CR=CI/RI=0.0460<0.10。式中CR為一致性比例(當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的)；CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機一致性指標(biāo)。

因此認(rèn)為層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性，即權(quán)系數(shù)的分配是合理的，其對應(yīng)的特征向量作歸一化處理后可得：A=(0.0934；0.4763；0.1766；0.2536)。則準(zhǔn)則層各指標(biāo)的權(quán)重分別為：自然因素(C1)0.09，種養(yǎng)因素(C2)0.48，社會因素(C3)0.18，經(jīng)濟因素(C4)0.25。對于指標(biāo)層的權(quán)重分配采用同樣的方法，分別構(gòu)造其各自的判斷矩陣，進(jìn)而計算出其合理的權(quán)系數(shù)，見表1。

2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

表1指標(biāo)體系中二級指標(biāo)數(shù)據(jù)來源可分為兩類：定量數(shù)據(jù)和不可定量數(shù)據(jù)?？啥繑?shù)據(jù)利用Arcgis 9.3地統(tǒng)計分析模塊，差值方法選用反距離權(quán)重法(IDW)，空間變異程度選取平方變異；面狀數(shù)據(jù)采用Arcgis 9.3屬性轉(zhuǎn)化工具Feature to Raster，轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)；不可定量數(shù)據(jù)指標(biāo)體系中各項評價指標(biāo)的類型復(fù)雜，各系數(shù)之間的量綱不統(tǒng)一，且各指標(biāo)

表1 因素指標(biāo)明細(xì)Tab.1 List of factor indexes

之間往往不具有可比性，因此直接用它們評價是不可行的，需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。為了簡便、明確、易于計算，首先對參評指標(biāo)的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行等級劃分。采用最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行了分級，使其數(shù)值范圍為0～10，再根據(jù)已有的點位信息，進(jìn)行插值，按數(shù)據(jù)分布規(guī)律劃分為五級，其標(biāo)準(zhǔn)值范圍為0～10，見表2。

因可定量性數(shù)據(jù)中不同變量具有不同的單位和不同的變異程度，為了消除量綱影響和變量自身變異大小和數(shù)值大小的影響，故將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換。設(shè)Xmin和Xmax分別為屬性A的最小值和最大值，將A的一個原始值x通過min-max標(biāo)準(zhǔn)化映射成在區(qū)間[0,10]中的方法，計算公式如下：

式中：Xi為處理前的數(shù)值，Xmin為一組數(shù)值中的最小值，Xmax為一組數(shù)值中的最大值，Si為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

采用軟件ENVI5.1中波段計算band math對已經(jīng)柵格化的圖層(b1)按min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法計算，使其數(shù)值范圍為0～10。

表2 指標(biāo)分級及對應(yīng)數(shù)值Tab.2 Index classification and corresponding numerical values

續(xù)表2

2.3 綜合評價方法

利用ArcMap中的Spatial Analyst模塊，結(jié)合各因子權(quán)重和加權(quán)指數(shù)建立蠶繭質(zhì)量敏感性評價模型：

式中：C表示蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)，Xi、Wi表示第i個因子及其權(quán)重值。

通過導(dǎo)入數(shù)據(jù)和權(quán)重，得出相應(yīng)的評價結(jié)果，根據(jù)結(jié)果，可以得出每個評價單元上的敏感性指數(shù)，由于評價結(jié)果主要反映的是蠶繭質(zhì)量的敏感程度，所以分值越高，表示蠶繭質(zhì)量的敏感性越高。同時為了使評價結(jié)果更直觀，按照蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)從高到低劃分為5級。各等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 蠶繭質(zhì)量敏感性分級Tab.3 Cocoon quality sensitivity classification table

C值越大，表明蠶繭質(zhì)量敏感性越高。按照區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性綜合指數(shù)從高到低排序，反映其蠶繭質(zhì)量敏感性的變化，評價結(jié)果分為5個等級：(0-2]處于微度敏感狀態(tài)；(2-4]處于低度敏感狀態(tài)；(4-6]處于中度敏感狀態(tài)；(6-8]處于高敏感狀態(tài)；≥8處于極度敏感狀態(tài)，隨時會發(fā)生大面積的蠶繭質(zhì)量下降問題。

3 廣西宜州市蠶繭質(zhì)量敏感性評價

3.1 研究區(qū)概況

宜州市地理位置位于廣西壯族自治區(qū)中部地區(qū)偏北部，處于龍江中游處。市域面積3 869 km2，其中丘陵面積占58.80%，中山、低山面積占27.47%，平原面積占10.20%，臺地面積占3.53%。宜州市自然環(huán)境優(yōu)越，地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量較充沛，光照充足，年平均氣溫在19.6～20.2 ℃，年平均日照時數(shù)1 696.9 h，極端最高溫39.8 ℃，最低氣溫-2.2 ℃。市境地形特點為南北高，中部低，自西向東傾斜，屬半山半丘陵地區(qū)。全市土地總面積34.66萬hm2(519.89萬畝)，基中平地(包括臺地)4.75萬hm2(71.31萬畝)，丘陵20.36萬hm2(305.45萬畝)，山地9.54萬hm2(143.13萬畝)。土地利用現(xiàn)狀中，耕地面積4.57萬hm2(68.54萬畝)，宜糧荒地1.27萬hm2(19萬畝)，有林面積8.27萬hm2(124萬畝)，宜林荒地4.4萬hm2(66萬畝)。

截止2013年10月，宜州市已連續(xù)8年為中國第一大桑蠶基地縣市。2013年宜州市桑園總面積發(fā)展到2.15萬hm2(32.3萬畝)，全市養(yǎng)蠶138萬張，全市養(yǎng)蠶農(nóng)戶11.9萬戶51萬人，占農(nóng)村總戶數(shù)90%以上，農(nóng)民人均養(yǎng)蠶收入4 970元。宜州市有14家繭絲綢加工企業(yè)，鮮繭收購資格的繭站270家，分布在16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)200個行政村。14家繭絲綢加工企業(yè)年繅絲能力6 000 t，生產(chǎn)白廠絲3 148 t、坯綢218萬m，蠶絲被10萬床，繭絲綢加工實現(xiàn)產(chǎn)值12億元。全年蠶繭生產(chǎn)、繭絲綢加工及資源綜合利用總產(chǎn)值達(dá)到33億元。

3.2 評價結(jié)果

研究所需要的資料分別是近三年宜州市的社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料、桑蠶種養(yǎng)資料、土地資料及該地區(qū)的氣象資料，所有數(shù)據(jù)均來源于《廣西壯族自治區(qū)人口普查資料》和《廣西壯族自治區(qū)國土資源地圖集》，以及2011—2013年《廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》。另一方面,采用遙感(RS)調(diào)查為主、種養(yǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)的采集以及現(xiàn)場定點調(diào)查為輔、與(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)相結(jié)合的調(diào)查手段開展區(qū)域蠶繭種養(yǎng)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查。桑樹面積是利用衛(wèi)星影像識別，通過面向?qū)ο蠓诸愜浖Cognition，利用桑樹在不同時相影像上的光譜特征提取桑樹種植區(qū)[10]。按照上述區(qū)域蠶繭質(zhì)量敏感性的指標(biāo)體系和綜合評價模型，得出了宜州市2011年、2012年和2013年的蠶繭敏感性綜合指數(shù)，見圖1。

圖1 宜州市桑蠶繭質(zhì)量敏感性評價結(jié)果Fig.1 Assessment results of silkworm cocoon quality sensitivity in Yizhou area

如圖1的評價結(jié)果表明：2011年，宜州市桑蠶繭質(zhì)量敏感性綜合指數(shù)C為7.226，處于(6-8]，屬于高度敏感狀態(tài)。質(zhì)量敏感性狀態(tài)較差，蠶繭質(zhì)量所面臨的壓力比較大，受到的影響也不容樂觀，宜州市蠶繭的整體質(zhì)量的對各方面的影響因素敏感性較強，極易受到影響而產(chǎn)生大面積的質(zhì)量波動，尤其是受經(jīng)濟條件的影響，盲目追求產(chǎn)量而忽視質(zhì)量的現(xiàn)象較為普遍。2012年，宜州市桑蠶繭質(zhì)量敏感性生態(tài)環(huán)境安全綜合指數(shù)C為6.162,處于(6-8]，屬于高度敏感狀態(tài)。但是總體狀況好于2011年，一方面受當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懀瑲鉁亍⒔邓康缺３衷诤线m的范圍內(nèi)，有效地促進(jìn)了蠶繭的質(zhì)量提高；另一方面受鮮繭繅絲的影響，整個蠶繭市場出現(xiàn)求量不求質(zhì)的狀態(tài)，鮮繭的需求旺盛，供不應(yīng)求，蠶繭質(zhì)量敏感性雖然有降低但仍然處于高敏感性狀態(tài)。2013年綜合指數(shù)為5.888處于(4-6]，屬于較敏感狀態(tài)。主要由于鮮繭繅絲副產(chǎn)物鮮蛹的價格大幅回落，鮮繭繅絲的產(chǎn)量有所降低，鮮繭收購價格趨于平穩(wěn)，當(dāng)?shù)刈非螽a(chǎn)量的態(tài)勢有明顯好轉(zhuǎn)，有效地改變當(dāng)前較敏感的質(zhì)量水平,減輕蠶繭敏感性所面臨的影響，進(jìn)一步降低其影響程度?？偟膩砜矗酥菔械男Q繭質(zhì)量敏感性的狀況較差，需要實施綜合措施盡可能地保護(hù)和促進(jìn)桑蠶繭質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

4 結(jié) 論

1)宜州作為廣西乃至全國桑蠶繭第一大產(chǎn)區(qū)，年產(chǎn)量已占全區(qū)產(chǎn)量的四成以上，但是蠶繭質(zhì)量一直處在中等水平，因此，宜州市蠶繭質(zhì)量對于廣西乃至全國蠶繭質(zhì)量的穩(wěn)定提升起著至關(guān)重要的作用。通過評價，得出宜州市桑蠶繭質(zhì)量敏感性整體較高，主要表現(xiàn)為市場交易環(huán)境較差，哄搶原料繭的現(xiàn)象嚴(yán)重，“以質(zhì)論價”的良性交易秩序沒有建立，收購毛腳繭、過潮繭的情況較易發(fā)生，繭農(nóng)的積極性受市場行情的影響很大，區(qū)域桑蠶繭質(zhì)量提升任重道遠(yuǎn)。

2)宜州市影響蠶繭質(zhì)量敏感性主要根源是市場交易模式，宜州分布著200多家繭站，14家規(guī)模化的繅絲企業(yè)，對原料繭的需求巨大。另外，宜州蠶繭也受到區(qū)內(nèi)外眾多繅絲企業(yè)的青睞，原料繭供不應(yīng)求。此時，宜州蠶繭市場機制失靈，公共利益損害風(fēng)險徒增，市場已不能自發(fā)調(diào)整解決。為應(yīng)對這種狀況，政府應(yīng)及時進(jìn)行干預(yù)、管理和調(diào)控。一方面可以通過整合宜州市零星分散的鮮繭收購站點，限制發(fā)展規(guī)模較小，質(zhì)量保證條件較差的繭站；另一方面,由繅絲企業(yè)聯(lián)合繭絲行業(yè)管理部門結(jié)合本地區(qū)的實際情況建立蠶繭交易平臺，建立直接收購繭農(nóng)的桑蠶繭的市場交易模式，改變目前鮮繭收購站點哄搶原料繭的亂象。同時，加大公證檢驗的支持力度，發(fā)揮公證檢驗公共技術(shù)平臺的技術(shù)優(yōu)勢，維護(hù)好“以質(zhì)論價”交易原則，對大面積的質(zhì)量波動及時跟蹤預(yù)警。

3)結(jié)合AHP與GIS方法，利用插值和標(biāo)準(zhǔn)化值多種方法，能夠定量蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)，蠶繭質(zhì)量敏感性指數(shù)對表征區(qū)域的蠶繭質(zhì)量的風(fēng)險具有很直觀的表達(dá)，利用蠶繭質(zhì)量敏感性，可用于指示不同地區(qū)的蠶繭質(zhì)量敏感性評價及蠶繭質(zhì)量防控工作，尤其是對定量的因素進(jìn)行預(yù)估，能準(zhǔn)確判斷未來時間內(nèi)區(qū)域內(nèi)蠶繭質(zhì)量敏感性狀況，對全國的桑蠶繭產(chǎn)量大的重點區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控和防范具有重要的意義。本研究在指標(biāo)的選擇上僅選擇了4個因素層和21個子因素層，還不能完全反映一個地區(qū)的蠶繭質(zhì)量敏感性水平，需要進(jìn)一步加大研究力度，盡可能全面地覆蓋各種影響條件。

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Evaluation Research of Cocoon Quality Sensitivity Based on AHP and GIS： A Case Study of Yizhou City in Guangxi Province

LUO Zhixiang1, QIN Xuzhi2, XIE Jun1, JIN Yicen3

(1. Guangxi Inspection and Research Institute for Product Quality, Nanning 530022, China; 2. Environment Monitoring Station of Guangxi, Nanning 530022, China; 3. Guangxi Special Equipment Inspection and Research Institute, Nanning 530022, China)

In this paper, AHP is applied to study sensibility and importance degree of various factors on cocoon quality. 21 secondary indicators were chosen to construct assessment indicator system. As per national, industrial and local standards, standardized assignment was carried out in combination of current situation of foreign and domestic advanced regions to establish the evaluation method of cocoon quality sensitivity. It can scientifically express bearing capacity of silkworm cocoon quality under the influence of the natural, planting, breeding, social and economic factors. This model was used to study Yizhou City in Guangxi Province. The results show that cocoon quality sensibility indicator of Yizhou in 2011 was 7.226, 6.162 in 2012 and 5.888 in 2013. They are in high sensitivity, high sensitivity and medium sensitivity state. This indicates cocoon quality sensitivity indicator can visually express the risks of cocoon quality in the representation zone.

analytic hierarchy process; cocoon quality; sensitivity index; geographic information system; Yizhou city of Guangxi province

2015-04-01;

2015-06-11

國家繭絲綢發(fā)展專項資金資助項目(桂工信輕紡〔2014〕865號)

TS101.9；S886.1

A

1001-7003(2015)10-0019-06 引用頁碼: 101104

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.10.004