基于熵值法的高速公路生態(tài)景觀評價
——以廣西南友高速公路為例

韓廣志，李宇軒，唐忠國，鄒一強，和太平

（1.廣西大學林學院，廣西南寧 530004；2.中共鳳山縣委組織部，廣西鳳山 547600；3.廣西交通投資集團崇左高速公路運營有限公司，廣西崇左 532200）

高速公路是附著于大地表面的帶狀硬質構筑物[1]。隨著城市化與工業(yè)化進程的不斷加快和經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，中國交通基礎設施日趨完善，其中高速公路總里程達14．3 萬km，位居世界第一，高速公路網(wǎng)已成為物流和人流輸送的主要網(wǎng)絡體系。但由于人口眾多，中國對道路運輸需求量大，仍需建設大量高速公路，以完善高速公路網(wǎng)絡體系，適應國家經(jīng)濟社會高質量發(fā)展的需要，同時隨著生態(tài)文明理念日益深入人心，人們對公路生態(tài)景觀尤其是高等級公路景觀的要求越來越高，給公路規(guī)劃建設和運營管理部門提出了規(guī)劃建設集交通運輸、生態(tài)、文化和旅游為一體且功能齊全、生態(tài)協(xié)調和景觀優(yōu)美的高速公路新課題。廣西南寧至友誼關高速公路（簡稱南友高速公路）是國道主干線衡陽至昆明高速公路的重要支線和廣西路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，也是連接中國與越南重要的高速公路。圍繞“南疆國門第一路”建設目標，南友高速公路建成投入運營十五年以來，經(jīng)過多次景觀改造與提升，路域的生態(tài)系統(tǒng)日益恢復，生態(tài)景觀日趨宜人，已成為廣西生態(tài)景觀優(yōu)美的標桿性高速公路。本研究開展南友高速公路生態(tài)景觀質量評價，總結其生態(tài)景觀規(guī)劃建設經(jīng)驗，為西南地區(qū)乃至全國高速公路生態(tài)景觀規(guī)劃建設提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 研究方法

熵值法被認為是受主觀影響較小且相對客觀的評價方法[2]。不少學者運用其開展生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟社會發(fā)展、工程技術、交通安全和企業(yè)績效等領域的評價或評估研究工作，殷明等[3]以江蘇省南通市5 條主要干線高速公路為例，開展生態(tài)景觀質量評價；李明峰等[4]應用熵值法，評價福建東山島蘇峰山公路生態(tài)景觀。

本研究在全面踏查南友高速公路概況的基礎上，應用3S 和AI 等現(xiàn)代新技術和設備，調查南友高速公路生態(tài)景觀現(xiàn)狀，了解該高速公路的生態(tài)景觀基本情況；同時記錄其每一標段公路的設施景觀、人文景觀及自然環(huán)境等信息，經(jīng)篩選和綜合分析，構建南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價體系和熵權模型，然后計算其指標層及準則層的熵值與權重，最后計算目標層（南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價）的加權分值，以評價該高速公路的生態(tài)景觀水平。

1．2 研究區(qū)概況

南友高速公路（106°43'～108°10'E，21°58'～22°37'N）始于南寧市吳圩鎮(zhèn)，止于崇左市憑祥市友誼關，與越南1號公路相接，是連接中國與東盟國家重要的高等級公路，全程180 km[5]。沿線地處北回歸線以南，位于南亞熱帶至北熱帶過渡地帶，適宜大量熱帶和亞熱帶植物的生長繁衍；位于我國35處生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)的桂西南山區(qū)，擁有世界罕見的北熱帶巖溶森林，生物多樣性豐富；分布著左江花山巖畫文化景觀這一世界文化遺產及土司遺址、民間舞蹈、扶綏恐龍化石群、崖棺葬和大石鏟等歷史文化遺產。這些資源為建設特色鮮明的高速公路生態(tài)景觀奠定了自然環(huán)境和人文資源基礎。

1．3 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價體系

1．3．1 指標體系構建

高速公路使用者包括司機和乘員，汽車穿梭于公路，路域空間不斷變換，司乘人員視線感應、空間感覺和心理感受也不斷變化，產生路域生態(tài)景觀感知的綜合效應。借鑒前人成果和經(jīng)驗[6-8]，構建公路生態(tài)景觀評價的三元準則，即景觀效應評價、生態(tài)環(huán)境質量評價和安全保障評價；在全面調查生態(tài)景觀的基礎上，經(jīng)合理篩選和綜合分析，構建南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系[9]（表1）。

表1 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系Tab.1 Post occupancy evaluation index system of ecological landscape of Nanyou expressway

1．3．2 指標體系熵權模型

借鑒前人經(jīng)驗[2-3,9-10]，結合廣西南友高速公路實際情況，將南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系的目標層（A1）設為X；將準則層的景觀效應評價（B1）、生態(tài)環(huán)境質量評價（B2）和安全保障評價（B3）分別編號為I1、I2及I3；將指標層的植物觀賞性（C1）、景觀連續(xù)性（C2）、景觀協(xié)調性（C3）……邊坡防護效果（C15）依次分別編號為I11、I12、I13……I35；將Iij評價分值的平均值設為Zij，指標層Iij的各重要程度分值評價人數(shù)為Xijl，P（xijl）為Xijl在Yr評價人數(shù)的占比，評價論域Y分為5 級（Y1，Y2，Y3，Y4和Y5），若Xijl= 0，則不納入計算，納入計算并得分段數(shù)量以a表示：

評價指標體系的指標層各指標的熵值H（xij）：

令k= 1/lnn，使得0 ≤H（xij）≤1。偏差度D（xij）=1 -H（xij）。

Xij的熵權為：

wij為指標層的指標相對于單個準則層的指標權重，且有其中b為準則層Ii下指標層指標的個數(shù)。評價指標體系的準則層評分為準則層下指標層的平均分乘以熵權之和：

由此推算，評價指標體系的準則層指標熵權及熵值（其中c為目標層下準則層的指標個數(shù)）：

通過上述公式可以計算出準則層相對于目標層的權重值wi、指標層相對于準則層的權重值wij及指標層相對于目標層的綜合權重值Wij。

為較客觀地評估指標層各指標的重要程度，便于計算指標層和準則層的指標熵值與權重，制作調查問卷并發(fā)放給風景園林、道路工程、交通規(guī)劃、生態(tài)學和旅游等相關專業(yè)領域的專家。調查問卷要求專家對指標層各指標的重要性打分，設定各指標重要性的分值為1～5 分。設評價論域Y分為5 級，賦予分值5、4、3、2 和1（Y1，Y2，Y3，Y4和Y5），分別為完全重要、較重要、一般重要、較不重要和完全不重要。共發(fā)放調查問卷28 份，收回問卷25 份，有效問卷25份。

1．3．3 指標體系綜合評分模型

借鑒前人方法[10-12]，將指標層的15 個指標因子轉換為高速公路一般使用者（公眾）易于理解的問題，制作成南友高速公路生態(tài)景觀的公眾調查問卷，開展使用者對該高速公路生態(tài)景觀評價的調查問卷。調查問卷中單項指標評分劃分為5 級，評價論域U分為5 級（U1，U2，U3，U4和U5），代表司乘人員對南友高速公路生態(tài)景觀的評價，分別為非常好、好、一般、不好和非常不好。

公眾問卷調查主要選擇在高速公路多個服務區(qū)和條件允許的少數(shù)幾個出入口外進行，共發(fā)出問卷242 份，收回問卷234 份，回收率96．7%；其中有效問卷225 份，有效率96．2%。匯總、整理和統(tǒng)計有效調查問卷，發(fā)現(xiàn)接受問卷的人員涉及不同的性別、年齡、文化程度、居住地、職業(yè)、駕車經(jīng)歷和司乘角色等，結構復雜多樣，有較強的代表性。

設指標評分個案數(shù)為t，評價指標體系的指標層指標得分為，準則層加權評分值可按以下公式計算：

目標層綜合評分值可按以下公式計算：

2 結果與分析

2．1 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系的熵值與權重

指標層指標權重為行車路感＞邊坡防護效果＞環(huán)境污染情況＞視線誘導性＞植物觀賞性＞夜間防眩效果＞植被狀況＞水土流失狀況＞景觀協(xié)調性＞景觀地域性＞景觀多樣性＞視線通透性＞自然資源豐富度＞景觀連續(xù)性＞奇異景觀資源（表2）。行車路感、邊坡防護效果、環(huán)境污染情況和視線誘導性等指標權重均超過0．09，表明這些指標最重要；景觀連續(xù)性和奇異景觀資源指標的權重均小于0．03，說明其重要性最低。

準則層的權重值為安全保障評價＞生態(tài)環(huán)境質量評價＞景觀效應評價，表明安全保障評價最重要，生態(tài)環(huán)境質量評價重要性次之（表3）。

表2 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系指標層指標的熵值與權重Tab.2 Entropy and weight of index layer in post occupancy evaluatia system of ecological landscape in Nanyou expressway

表3 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系準則層指標的熵值與權重Tab.3 Entropy and weight of index in criteria layer in post occupancy evaluation system of ecological landscape in Nanyou expressway

2．2 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系的綜合評分

制訂優(yōu)劣等級標準，按分值均值劃分為優(yōu)秀、良好、中等和差4 個等級，均值≥4．00 分為優(yōu)秀，3．50～3．99 分為良好，3．00～3．49 分為中等，≤2．99分為差。

在指標層中，等級為優(yōu)秀的指標4項（植被狀況、環(huán)境污染情況、水土流失狀況和行車路感），占26．67%；良好的指標9項（植物觀賞性、景觀連續(xù)性、景觀協(xié)調性、景觀地域性、自然資源豐富度、夜間防眩效果、視線誘導性、視線通透性和邊坡防護效果），占60．00%；優(yōu)良指標共13項，優(yōu)良率達到86．67%；中等的指標2 項（景觀多樣性和奇異景觀資源），占13．33%；未見差的指標（表4）。各項指標雖屬性獨立，但也有一定聯(lián)系，若某一指標分值發(fā)生變化，其他指標的分值也可能隨之改變；使用者對一些生態(tài)景觀要素難以發(fā)現(xiàn)，影響指標分值，但指標分值始終代表著使用者對各項因子的滿意程度。

在準則層中，優(yōu)秀等級的1項（安全保障評價）；良好等級的2項（生態(tài)環(huán)境質量和景觀效應評價）；沒有中等及差等級者（表4）。表明安全保障評價獲得廣泛好評，特別是行車路感指標，司乘人員行車體驗舒適；其次是生態(tài)環(huán)境質量評價，其中的路域植被景觀、沿線污染控制和水土流失防治等均獲得司乘人員較高的評價；景觀效應評價分值相對較低，其中的景觀多樣性和景觀地域性指標分值較低，但植物觀賞性和景觀協(xié)調性指標的分值較高，整體而言，南友高速公路植物景觀效果良好。

根據(jù)式（9）計算，目標層綜合得分為3．98 分，達到良好等級，非常接近優(yōu)秀等級?？傮w評價，南友高速公路生態(tài)景觀效果表現(xiàn)優(yōu)良，就生態(tài)景觀而言，該高速公路已實現(xiàn)“南疆國門第一路”的基本目標。

表4 南友高速公路生態(tài)景觀使用后評價指標體系的綜合評分結果Tab.4 Comprehensive scoring results of post occupancy evaluation system of ecological landscape of Nanyou expressway

3 討論

高速公路生態(tài)景觀質量受規(guī)劃設計、施工建設、養(yǎng)護管理和運營評價等環(huán)節(jié)影響，每個環(huán)節(jié)的評價均涉及自然科學、工程技術和人文社會科學等不同的學科和專業(yè)領域。隨著經(jīng)濟社會和科學技術的快速發(fā)展，以及人們對美好生活包括對優(yōu)質生態(tài)環(huán)境的迫切需求，生態(tài)文明建設形勢逼人也喜人，我國縱橫交錯的公路網(wǎng)更需要遵循生態(tài)科學原理并利用現(xiàn)代生態(tài)技術開展生態(tài)修復，既是為了降低因公路工程建設造成的生態(tài)破壞，也是為了滿足公路使用者對路域內外高質量生態(tài)景觀的迫切需求。在高速公路景觀規(guī)劃建設中，應組織由自然科學、工程技術和人文社會科學等相關學科領域的專家組成的規(guī)劃設計團隊，確保規(guī)劃建設方案的科學性，同時應廣泛收集并充分考慮社會各界的意見，提倡并鼓勵公眾參與高速公路景觀的規(guī)劃與建設。