大數(shù)據(jù)驅(qū)動的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估研究

趙克讓

（黃河科技學(xué)院，河南 鄭州 450006）

0 引 言

環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估結(jié)果受多種指標(biāo)影響，其中包括尺度、材質(zhì)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等。這些指標(biāo)共同作用的結(jié)果決定了環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，對區(qū)域環(huán)境影響評價時，需了解評價指標(biāo)的主次關(guān)系、影響力大小，抓住影響因素的關(guān)鍵，以提高評價的準(zhǔn)確性[1-3]。傳統(tǒng)的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型受到影響因素制約，導(dǎo)致環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估結(jié)果與實(shí)際評價結(jié)果具有差異性[4-6]?；疑P(guān)聯(lián)分析是一種大數(shù)據(jù)分析方法，其可以對某一發(fā)展變化系統(tǒng)的動態(tài)過程、發(fā)展態(tài)勢量化分析，反映各個因素之間的親疏次序和空間分布規(guī)律。使所研究對象從結(jié)構(gòu)、模型、關(guān)系上由模糊到評價，逐漸明確不確定因素，進(jìn)而得到系統(tǒng)內(nèi)各個因素之間的關(guān)聯(lián)度，得到評價結(jié)果[7-9]。

針對目前存在的問題，本文設(shè)計(jì)一種基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型。將效果評價準(zhǔn)確性作為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，對環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息無綱化處理，提取環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案的評估信息，得到評價指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算各權(quán)重指標(biāo)、構(gòu)建判斷矩陣、計(jì)算關(guān)聯(lián)因素變量。最后將灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用到環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估中，完成環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型比傳統(tǒng)方法評價準(zhǔn)確性高。

1 提取環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息

環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息中各個因素的物理意義不一致，計(jì)算單位具有差異性，數(shù)據(jù)量綱和數(shù)量級不同。在提取環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息之前，進(jìn)行無量綱化預(yù)處理，預(yù)處理公式如下所示：

式中：min（j）和 max（j）分別為i=1，2，…，j時，數(shù)據(jù)序列xj在第j項(xiàng)的最小值和最大值[10]。

根據(jù)上述公式生成評價指標(biāo)，如表1 所示。

表1 評價指標(biāo)

經(jīng)過上述無量綱化處理，得到一個無量綱的新數(shù)據(jù)列，根據(jù)環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估特征，在得到的指標(biāo)數(shù)列中選出一個最優(yōu)的參考數(shù)據(jù)列，如下所示：

式中：x0（1），x0（2）和x0(n)分別為子序列為母序列。

將上述計(jì)算得到的序列進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算，計(jì)算過程如下。

2 關(guān)聯(lián)因素變量計(jì)算

對各個指標(biāo)求和處理，根據(jù)不同指標(biāo)關(guān)聯(lián)度大小分配指標(biāo)權(quán)重，各指標(biāo)權(quán)重確定過程如下：由專家調(diào)查法得到判斷矩陣，利用Matlab 的求特征根語句[a,c]=eig(b)，得到矩陣a和矩陣c。其中：c為指標(biāo)中最大特征根；a為特征根所對應(yīng)的特征向量組成的矩陣；eig（b）為最大特征根對應(yīng)的特征向量。根據(jù)確定的指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算實(shí)際評判序列與最優(yōu)序列之間的關(guān)聯(lián)性。

設(shè)有m個方案，n個評價指標(biāo)，采用 1～9 比率標(biāo)度判斷矩陣求出權(quán)重集，若因素中有n個評價因素，構(gòu)造一個判斷矩陣Cnj，C中的元素Cnj標(biāo)度值為 1～9 及其倒數(shù)。當(dāng)ni與nj相比同樣重要，Cnj取值為 1；當(dāng)ni與nj相比稍微重要；Cnj取值為 3；當(dāng)ni與nj相比明顯重要，Cnj取值為 5；當(dāng)ni與nj相比特別重要，Cnj取值為 7；當(dāng)ni與nj相比絕對重要，Cnj取值為9。

若ni與nj相比重要程度隸屬于它們各集之間，用2，4，6，8 及 1 2，1 4，1 6，1 8 標(biāo)度。

在此基礎(chǔ)上，計(jì)算判斷矩陣Cnj的特征量，對其歸一化處理。

構(gòu)造特征序列，由每個獨(dú)立指標(biāo)的最優(yōu)值與最理想值組成，計(jì)算各個指標(biāo)加權(quán)關(guān)聯(lián)度[6]，計(jì)算公式為：

式中：ξ為指標(biāo)數(shù)列為構(gòu)造數(shù)列在各個點(diǎn)中的關(guān)聯(lián)系數(shù)；G為灰色指標(biāo)加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

通過得到的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，為環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3 環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估

在上述提取環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息和關(guān)聯(lián)因素變量計(jì)算的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估。其中，基于單層次灰色關(guān)聯(lián)分析的評價模型如圖1 所示。

圖中X為待評價的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的評價指標(biāo)值組成的矩陣，計(jì)算效果如下所示：

1）根據(jù)環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估目的、專家經(jīng)驗(yàn)、研究興趣等知識，選擇環(huán)境、評價、尺度、相關(guān)系數(shù)等N個評價指標(biāo)Qj（j=1，2，…，N）。

圖1 單層次灰色關(guān)聯(lián)分析效果評價

2）設(shè)待評價的目標(biāo)有T個，由各個到評價目標(biāo)的評價指標(biāo)組成比較序列xi(j)（i=1，2，…，m），其中，xi(j)代表第i個待評價目標(biāo)在j項(xiàng)目標(biāo)下的值。

3）從第N個評價目標(biāo)的m組取值中選取最優(yōu)特征，組成參考序列[12]。

4）評價目標(biāo)的性能指標(biāo)作為灰色關(guān)聯(lián)分析對象時，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理[13]。

5）計(jì)算評價目標(biāo)中的比較序列與參考序列之間的灰色關(guān)聯(lián)度。

6）利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對關(guān)聯(lián)度排序，由此確定各個評價目標(biāo)的性能排序[13-15]。

在此基礎(chǔ)上，確定環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估方法的層次結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 多層次灰色關(guān)聯(lián)分析的綜合評價

圖 2 中，X1,X2,…,Xn表示將指標(biāo)集X劃分為n個子集，利用Ui=1X=X，再次劃分X，劃分后得到三層至更多層次的環(huán)境景觀效果評價模型。y1,y2,…,yn代表相應(yīng)權(quán)值，R1,R2,…,Rn分別代表一級單層次評價中各個子目標(biāo)的評估結(jié)果向量。

最后實(shí)現(xiàn)環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估，評價過程如下所示：

Step1：確定方法層次結(jié)構(gòu)；

Step2：依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)度排序，確定各個單層次中的優(yōu)劣排序；

Step3：計(jì)算目標(biāo)中權(quán)向量值；

Step4：計(jì)算多目標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度，對關(guān)聯(lián)度排序，確定各個目標(biāo)效果的綜合性能排序。

根據(jù)上述步驟計(jì)算，得到環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的最終評價結(jié)論。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為證明此次設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。此次實(shí)驗(yàn)以某年已竣工的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)對象，已知該地環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估評分。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，將傳統(tǒng)的評價模型、本文評價模型和已知評分對比，與已知評分接近說明該方法準(zhǔn)確性高，如果與已知評分相差較大，說明本文方法準(zhǔn)確性低。

4.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

在對環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估前，需要制定多元評價表，此評價表設(shè)定參考園林、林業(yè)、綠化等內(nèi)容，選取10個環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的相關(guān)評價對象。同時，為了方便統(tǒng)計(jì)分析，以數(shù)值1～5 進(jìn)行打分，評價內(nèi)容如表2所示。

表2 環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評價內(nèi)容

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述設(shè)置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，對比傳統(tǒng)評分、本文評分和已知評分的差異情況，對比結(jié)果如表3 所示。分析表3 可知，此次設(shè)計(jì)的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型與已知評分相差較小，在第3 項(xiàng)目評分中，與已知評分達(dá)到一致，經(jīng)過計(jì)算，與已知評分相差最高為0.4，準(zhǔn)確性較高，誤差較低。傳統(tǒng)評分與已知評分最小相差0.3，最大相差1.9，與已知評分相差較大。

通過對比實(shí)驗(yàn)可知，此次設(shè)計(jì)的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型與已知評分相差小，傳統(tǒng)評分與已知評分相差較大。說明，此次設(shè)計(jì)的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型比傳統(tǒng)方法評價準(zhǔn)確度高，更具有實(shí)際應(yīng)用意義。

權(quán)重是環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估中一項(xiàng)十分重要的參數(shù)，一般可用其衡量各個評價項(xiàng)目在評價過程中所占據(jù)的重要地位和所起作用，影響環(huán)境景觀評價結(jié)果。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為此參照表2 的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估對象中的10 個評價項(xiàng)目，采用兩種方法分別對其進(jìn)行評價項(xiàng)目排序。環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估項(xiàng)目排序結(jié)果如表4所示。

分析表4 數(shù)據(jù)可知，本文方法得出的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的10 項(xiàng)評價項(xiàng)目按照順序的排序結(jié)果分別為3，5，1，4，2，10，8，6，7，9。與該已竣工的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)的實(shí)際排序結(jié)果一致，而傳統(tǒng)方法的排序結(jié)果與實(shí)際排序結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文評價模型更易于定量化表示環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案的評估，環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估性能好壞區(qū)分度更加顯著，評價準(zhǔn)確度、客觀性更強(qiáng)。

本文方法和傳統(tǒng)方法的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估10 個項(xiàng)目的評價可信度結(jié)果如圖3 所示。

分析圖3 可知，傳統(tǒng)評價模型的評價可信度最高為愉悅感的可信度評價，評價可信度大小為87%，10 個項(xiàng)目的評估可信度均值為83%。而本文方法的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估項(xiàng)目評價可信度最高值為98%，該評價項(xiàng)目為色彩感，環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的10 個項(xiàng)目的評價可信度均達(dá)到95%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文方法的評價可信度更高。

表4 環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估項(xiàng)目排序結(jié)果

圖3 環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估10 個項(xiàng)目的評價可信度

5 結(jié) 語

為了提高環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了一種基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估模型，主要解決傳統(tǒng)評價模型準(zhǔn)確性低的問題。通過無量綱化方法提取環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估信息，得到影響因素的評價指標(biāo)，根據(jù)不同指標(biāo)關(guān)聯(lián)度大小分配指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算各個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，最后將灰色關(guān)聯(lián)分析法應(yīng)用到環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估中，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案的評估。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，該方法比傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確性高，評價結(jié)果更為精確、直觀，滿足環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估的準(zhǔn)確度要求。

隨著人們對環(huán)境景觀設(shè)計(jì)的需求增加，環(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估將更受到人們的關(guān)注，希望上述研究能夠?yàn)槲覈h(huán)境景觀設(shè)計(jì)方案評估提供參考，進(jìn)而提高我國的環(huán)境景觀設(shè)計(jì)水平。