山西省綠化樹種選擇決策支持系統(tǒng)初探

王 潔

(太原市萬柏林區(qū)自然資源局，山西 太原 030024)

1 引言

隨著人工智能的發(fā)展，智能決策系統(tǒng)越來越多地被應(yīng)用于城市綠化植物配置和園林設(shè)計中。筆者以山西省常見園林綠化樹種為研究對象，運(yùn)用人工智能輔助決策技術(shù)進(jìn)行功能模塊設(shè)計，并構(gòu)建關(guān)聯(lián)規(guī)則算法，可為科學(xué)合理地選擇綠化樹種提供決策支持服務(wù)，以提高園林綠化中樹種選擇的可行性和科學(xué)性。

2 城鄉(xiāng)綠化樹種選擇模式

2.1 樹種選擇決策模型算法的構(gòu)建基礎(chǔ)

《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》是城鄉(xiāng)規(guī)劃、建設(shè)、生態(tài)保護(hù)和綠地管理中的規(guī)范性文件。筆者在現(xiàn)行的《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》基礎(chǔ)上，引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的先進(jìn)理論，并建立科學(xué)合理的算法規(guī)則和數(shù)學(xué)模型，提高了園林綠化中樹種選擇的可區(qū)分性和實(shí)用性。生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能主要包括支持功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能和供給功能。

2.2 生態(tài)適應(yīng)性評價算法

結(jié)合山西省自然地理環(huán)境和氣候條件，依據(jù)耐受性法則(美國生態(tài)學(xué)家 V.E.Shelford)中的量化規(guī)則對樹種與環(huán)境因子進(jìn)行模糊定量分析并建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對樹種進(jìn)行生態(tài)適應(yīng)性評價。

2.2.1 確定指標(biāo)

山西省土壤類型多樣，干旱缺水，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。經(jīng)過咨詢專家和綜合分析，筆者最終確定以樹種的生長適應(yīng)性、抗旱性、土壤適應(yīng)性和耐鹽堿性4項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成山西省綠化樹種生態(tài)適應(yīng)性評價體系。其中，生長適應(yīng)性即山西省氣候條件下樹種的自然生長情況；抗旱性即樹種對干旱條件的耐受程度；土壤適應(yīng)性即樹種對土壤的需求程度；耐鹽堿性即樹種對鹽堿土的耐受程度。

2.2.2 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

利用yaahpv 7.5軟件，根據(jù)指標(biāo)越重要權(quán)重越大的原則，建立樹種生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)評價模型。構(gòu)造判斷矩陣并判斷矩陣的一致性，通過矩陣算法得出指標(biāo)權(quán)重。其中，權(quán)重最大的指標(biāo)為生長適應(yīng)性，權(quán)重為0.590 7；其次為抗旱性，權(quán)重為0.191 8；土壤適應(yīng)性指標(biāo)權(quán)重為0.162 4；權(quán)重最小的指標(biāo)為耐鹽堿性，權(quán)重為0.055 2.

2.2.3 加權(quán)指數(shù)法確定植物綜合得分

運(yùn)用 TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，逼近理想解)排序方法對樹種進(jìn)行綜合排序或擇優(yōu)，即綜合評價。現(xiàn)將每個指標(biāo)劃分為不同級別并賦予相應(yīng)的分值。具體賦值情況如表1.

表1 指標(biāo)權(quán)重和量化分值情況

利用加權(quán)指數(shù)法確定樹種生態(tài)適應(yīng)性模型為：

假設(shè)樹種各生態(tài)指標(biāo)均取最高分時生態(tài)適應(yīng)性最強(qiáng)，用戶對樹種滿意度最高，得到樹種選擇模型的最優(yōu)解；反之得到樹種選擇模型的最劣解。

X最優(yōu)=4×0.590 7+3×0.191 8+3×0.055 2+3×0.162 4=3.591 0；

X最劣=1×0.590 7+1×0.191 8+1×0.055 2+1×0.162 4=1.000 1.

為了更加直觀的表示樹種的生態(tài)適應(yīng)性，將得到的結(jié)果轉(zhuǎn)化為百分制形式，最優(yōu)解為100分，最劣解為0分。得到樹種生態(tài)適應(yīng)性計算模型的最終公式為：

式中：f(x)——樹種生態(tài)適應(yīng)性綜合得分；

Xi——第i個指標(biāo)得分；

Wi——第i個指標(biāo)權(quán)重；

n——評價指標(biāo)的個數(shù)。

2.3 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的綠地類型選擇

2.3.1 防護(hù)調(diào)節(jié)功能型樹種

防護(hù)調(diào)節(jié)功能型樹種的構(gòu)建原則是防護(hù)優(yōu)先，具有調(diào)節(jié)城市氣候、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、改善土壤、降低噪音等功能。在園林綠化樹種選擇中，對樹種的要求首先是具有良好的生態(tài)適應(yīng)性(即生態(tài)適應(yīng)性綜合得分較高)。其次，具有防風(fēng)固沙、滯塵殺菌、改善環(huán)境、凈化空氣、吸收有毒氣體等生態(tài)防護(hù)功能，從而達(dá)到改善環(huán)境、保持水土的效果。

2.3.2 觀賞文化功能型樹種

借鑒生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中文化功能的相關(guān)理論，觀賞文化功能型樹種主要是以滿足人類的美學(xué)欣賞和精神文化生活為目的，以樹種的觀賞性為構(gòu)建原則，從樹種的生長類型、觀賞特性、景觀需求3個方面為用戶進(jìn)行樹種推薦，以滿足用戶的需求。樹種觀賞文化功能屬性見表2.

2.3.3 生產(chǎn)供給功能型樹種

借鑒生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的供給功能，生產(chǎn)供給功能型樹種選擇主要是針對樹種的經(jīng)濟(jì)價值。應(yīng)根據(jù)不同樹種的經(jīng)濟(jì)價值對樹種進(jìn)行分類，如，藥用、食用、油料、果品、工業(yè)原料等供給功能。

表2 樹種觀賞文化功能屬性

3 結(jié)論

筆者利用計算機(jī)智能技術(shù)結(jié)合生態(tài)學(xué)相關(guān)知識，基本實(shí)現(xiàn)了根據(jù)特定生態(tài)功能對城鄉(xiāng)園林綠化樹種進(jìn)行選擇，對園林綠化工作具有實(shí)際意義。目前，園林綠化樹種選擇決策支持系統(tǒng)仍處于初級探索階段，在理論論證和技術(shù)方法上是可行的，但真正推廣應(yīng)用尚需做大量的工作。