CN105512941A - 一种水景观生态工程生态服务功能测定方法和评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态服务功能评价技术领域，特别涉及一种水景观生态工程生态服务功能测定方法和评价方法，具体为确立生态服务功能评价指标体系，得到各个评价指标的归一化值，根据该评价指标体系建立层次结构模型，得到各评价指标的权重，首先利用公式z_i＝y_i1·r₁+y_i2·r₂+……+y_ij·r_j得到准则层各服务功能的评价值z_i，然后利用公式P＝z₁·r₁+z₂·r₂+……+z_i·r_i得到水景观生态工程生态服务功能的综合评价值P。利用本发明提供的方法能够实现对水景观生态工程生态服务功能的精准、高效评价。

Description

一种水景观生态工程生态服务功能测定方法和评价方法

技术领域

本发明涉及生态服务功能评价技术领域，特别涉及一种水景观生态工程生态服务功能测定方法和评价方法。

背景技术

近年来，随着城市绿化的发展，越来越多的水景观生态工程被运用到绿化工程当中，其不仅具有良好的景观效果，同时也能够实现一定的生态服务功能。

水景观生态工程的生态服务功能是指水景观生态工程建设过程中所采用的各项措施对维持、改良和保护人类及人类社会赖以生存的自然环境条件的综合效用，其主要功能有：保持和改良土壤、保护和涵养水源、防风固沙、固碳供氧、净化空气、维持生物多样性和维持景观、文化价值等。

但是，目前水景观生态工程的主要功能是带来景观效应，其生态服务功能常常被忽略，导致设计人员在设计时不考虑水景观生态工程的生态功能，同时也缺少统一的评价方法，使不同水景观生态工程的生态服务功能不能定量的呈现，不能全面真实的反映水景观生态工程的生态服务功能。

发明内容

为了解决现有技术中无法准确评价水景观生态工程生态服务功能的问题，本发明提供了一种水景观生态工程生态服务功能测定方法和评价方法。

为达到上述目的，具体采用如下的技术方案：

一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，包括以下步骤：

(1)构建水景观生态工程生态服务功能评价指标体系，进而得到若干个评价指标；

(2)对所述若干个评价指标赋值，得到每一个评价指标的指标值；

(3)利用向量归一化的方法对指标值进行归一化处理，得到每一个评价指标的归一化值y_ij；

(4)根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系得到目标层、准则层和指标层，所述指标层内包含若干个评价指标，所述准则层内包含若干个服务功能，每个服务功能下至少包含一个评价指标；利用层次分析法得到每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i；

(5)利用公式z_i＝y_i1·r₁+y_i2·r₂+……+y_ij·r_j得到准则层各服务功能的评价值z_i；

(6)利用公式P＝z₁·r₁+z₂·r₂+......+z_i·r_i得到水景观生态工程生态服务功能的综合评价值P。

在本发明的技术方案中，步骤(1)中可以以生态服务功能为主要基础，依据科学性和唯一性相结合、系统性和完整性相结合、客观性和可比性相结合、目的性与可靠性相结合的原则，利用大数据技术全面搜索与景观生态工程相关的指标，构建水景观生态工程生态服务功能评价指标体系，进而得到各评价指标。

在本发明的技术方案中，步骤(2)中可以采用调查的方法对各评价指标进行赋值，得到各评价指标的指标值。

具体的，步骤(3)中采用向量归一化的方法进行处理，公式如下：

$y_{ij}=\frac{x_{ij}}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ij}^2}};0\≤y_{ij}\≤1$

其中，X_ij表示指标值；Y_ij表示归一化后的指标值；m表示指标的个数，最终得到的归一化值如上表所示。

在本发明的技术方案中，步骤(4)为根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系进行归类总结得到由上到下的目标层、准则层和指标层，其中目标层下面是准则层，准则层内包含若干个服务功能，准则层下面是指标层，指标层内包含若干个评价指标，每个服务功能下至少包含一个评价指标。

其中，目标层指我们进行评价工作的最终目的，一般指评价目标，本发明评价指标体系的目标层为水景观生态工程生态服务功能评价。

准则层一般指构成目标层对象的不同因素和属性，即对目标层对象按照一定的准则进行分类，准则层中的每一项目可以表达评价目标的一个方面，各个项目之间互相独立，并且准则层所有项目的集合可以很好的表示评价对象，并能实现对评价目标的较好表达。本发明中基准层分为提供产品功能、调节功能、支持功能和文化服务功能四个层次。

对象层即指标层，在本发明中为各功能种类在进行具体评价时需要调查和计算的指标。

“层次分明、关系清晰”是评价指标体系层次结构模型合理的关键。具体要求是各个层次的指标和项目全面而简洁，相互独立但是可以相互补充，并且三个层面有支配关系，目标层支配准则层，准则层支配指标层。

具体的，根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系得到的目标层、准则层和指标层如图1所示：

在本发明的技术方案中，步骤(4)中利用层次分析法得到指标层内每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i具体包括以下步骤：

(a)、分别构建准则层内各个服务功能间的判断矩阵(即提供产品功能、调节功能、支持功能、文化服务功能之间)、指标层内属于同一服务功能的各个评价指标间(例如改善水质、水源涵养、雨水调蓄、吸收污染物、滞尘、降噪、微气候调节之间)的判断矩阵；

(b)根据步骤(a)建立的判断矩阵，计算各个判断矩阵的特征向量；

(c)、对所述特征向量进行一致性检验；

(d)、若具有一致性，则所述特征向量即为指标层内每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i；如不具有一致性，则重新建立矩阵计算特征向量，直到符合一致性检验。

更加具体的，步骤(a)中，需要对准则层内各个服务功能间、指标层内属于同一生态服务功能的各个评价指标间的关系进行充分调查了解，并根据二者对评价结果的重要性构建判断矩阵。

在构建判断矩阵构建前需要对两个评价指标对比的重要性进行标示，一般采用1～9的比例进行标度，分级如下：

相对比较的重要程度	标度
		两个指标同样重要	1
一个指标比另一个指标稍微重要	3
		一个指标比另一个指标重要	5
一个指标比另一个指标重要得多	7
		一个指标比另一个指标绝对重要	9
重要程度介于1、3、5、7、9之间	2、4、6、8
		一个指标比另一个指标相对次要	上述各数的倒数

根据步骤(a)建立的判断矩阵，分别计算准则层判断矩阵表、提供产品功能评价指标判断矩阵表、调节功能评价指标判断矩阵表、支持功能评价指标判断矩阵表和文化价值功能评价指标判断矩阵表的特征向量。

具体的，特征向量的计算方法采用方根法。

在实际评价过程中，由于不同的人员对于不同元素之间的重要性判断不是很统一，这就要求我们在得出元素特征向量之后要进行一致性检验。

在公式z_i＝y_i1·r₁+y_i2·r₂+……+y_ij·r_j中，z_i为准则层各服务功能的评价值，y_ij为指标层各评价指标的归一化值，r_j为指标层各评价指标的权重，在y_ij中i代表准则层内的某一个服务功能，j代表指标层内的某一个评价指标。

在公式P＝z₁·r₁+z₂·r₂+......+z_i·r_i中，P为目标层水景观生态工程生态服务功能的综合评价值，z_i为准则层各服务功能的评价值，r_i准则层各服务功能对应的权重。

本发明的技术方案还包括对根据上述得到的综合评价值P，按照下述标准对水景观生态工程生态服务功能进行评价，按照下述标准对水景观生态工程生态服务功能进行评价，根据P将水景观生态工程生态服务功能分为五级，其中当P＜0.5时，级别为差，当0.5≤P＜1.0时，级别为较差，当1.0≤P＜1.5时，级别为一般，当1.5≤P＜2.0时，级别为良，当P≥2.0时，级别为优。

本发明以不同水景观生态工程为研究对象，采用层次分析法对生态工程内植被状况、气象因子、自然特征、地质环境因素等调查，以改善城市居民人居生态环境为目标，以水源涵养、大气环境净化、生物多样性保育为核心生态服务功能，构建水景观生态工程生态服务功能评价指标体系，确定各评价指标计测计量方法，提出水景观生态工程生态服务功能评价技术，实现对水景观生态工程生态服务功能精确、高效评价。

附图说明

图1为目标层、准则层和指标层示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

按照本发明的步骤，对奥林匹克公园水景观生态工程生态服务功能进行测定，具体包括以下步骤：

(1)利用大数据技术全面搜索与景观生态工程相关的指标，构建水景观生态工程生态服务功能评价指标体系，进而得到各评价指标，所述评价指标包括水资源、改善水质、水源涵养、雨水调蓄、吸收污染物、滞尘、降噪、微气候调节、减少土壤肥力损失、减少土壤侵蚀总量、生物多样性、固碳、旅游休闲娱乐、水景观功能、水文化传承。

(2)对各评价指标赋值，得到每一个评价指标的指标值；

(3)利用向量归一化的方法对步骤(2)得到的指标值利用公式

$y_{ij}=\frac{x_{ij}}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ij}^2}};0\≤y_{ij}\≤1---\left(1\right)$ 进行归一化处理，得到每一个评价指标的归一化值，具体的各个评价指标的指标值和归一化值如下表所示；

(4)根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系得到目标层、准则层和指标层，并利用层次分析法分别得到准则层与指标层的权重和目标层与准则层的权重。

在步骤(4)中具体包括步骤(a)～(d)：

(a)、根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系得到的目标层、准则层和指标层图1所示：

按照以上判断矩阵的建立方法，对水景观生态工程生态服务功能评价准则层的四项服务功能构建判断矩阵，其中，提供产品功能用B1表示，调节功能用B2表示，支持功能用B3表示，文化价值功能用B4表示，根据四者对水景观生态工程生态服务功能评价(A)的重要程度构建的判断矩阵如下：

A	B1	B2	B3	B4
					B1	1	1/3	1/4	1
B2	3	1	1/2	2
					B3	4	2	1	3
B4	1	1/2	1/3	1

准则层的判断矩阵构建完成之后，按照相同的方法构建指标层的判断矩阵，其中提供产品功能评价的判断矩阵如下，其中C1代表水资源：

B1	C1
		C1	1

调节功能评价指标的判断矩阵如下，其中C2～C8分别表示改善水质、水源涵养、雨水调蓄、吸收污染物、滞尘、降噪、微气候调节：

B2	C2	C3	C4	C5	C6	C7	C8
								C2	1	1/3	2	7	1/2	1	3/2
C3	3	1	1/3	1/4	1/5	1/4	1/3
								C4	1/2	3	1	3/4	1/2	3/4	3/2
C5	1/7	4	4/3	1	1	1	2
								C6	2	5	2	1	1	1/2	2
C7	1	4	4/3	2	1	1	2
								C8	2/3	3	2/3	1/2	1/2	1/2	1

支持功能评价指标的判断矩阵如下，其中C9～C12分别表示减少土壤肥力损失、减少土壤侵蚀总量、生物多样性、固碳：

B3	C9	C10	C11	C12
					C9	1	1/3	1/2	2
C10	3	1	2	4
					C11	2	1/2	1	3
C12	1/2	1/4	1/3	1

文化价值功能评价指标的判断矩阵如下，其中C13～C15分别表示旅游休闲娱乐、水景观功能、水文化传承：

B4	C13	C14	C15
				C13	1	2	4
C14	1/2	1	3
				C15	1/4	1/3	1

(b)、根据步骤(a)建立的判断矩阵，采用方根法分别计算准则层判断矩阵表、提供产品功能评价指标判断矩阵表、调节功能评价指标判断矩阵表、支持功能评价指标判断矩阵表和文化价值功能评价指标判断矩阵表的特征向量，结果如下表所示：

(c)、对所述特征向量进行一致性检验(为本领的常规技术手段，由于篇幅所限，在此不再赘述)；

(d)、经一致性检验得知，计算得到的特征向量能够应用到层次分析法的评价中。

(5)、利用公式z_i＝y_i1·r₁+y_i2·r₂+……+y_ij·r_j得到准则层各服务功能的评价值z_i；其中，z_i为准则层各服务功能的评价值，y_ij为指标层各评价指标的归一化值，r_j为指标层各评价指标的权重。

结果如下表所示：

其中，提供产品功能评价值为0.205；调节功能评价值为0.274+0.082+0.191+0.348+0.343+0.391+0.150＝1.779；支持功能评价值为0.216+0.485+0.341+0.105＝1.147；文化服务功能评价值为0.639+0.326+0.118＝1.083。

(6)、利用公式P＝z₁·r₁+z₂·r₂+......+z_i·r_i得到水景观生态工程生态服务功能的综合评价值P。其中，P为目标层水景观生态工程生态服务功能的综合评价值，z_i为准则层各服务功能的评价值，r_i准则层各服务功能对应的权重。

结果如下表所示：

功能类型	评价值	权重
			提供产品功能	0.205	0.1988
调节功能	1.779	0.4871
			支持功能	1.147	0.8171
文化服务功能	1.083	0.2358
			综合功能	2.140

由上表按照P＝z₁·r₁+z₂·r₂+……+z_i·r_i计算得到奥林匹克公园的水景观生态工程生态服务综合功能评价值为2.140。根据评价分级方法，奥林匹克公园的水景观生态工程生态服务功能为优。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建水景观生态工程生态服务功能评价指标体系，进而得到若干个评价指标；

(2)对所述若干个评价指标赋值，得到每一个评价指标的指标值；

(3)利用向量归一化的方法对指标值进行归一化处理，得到每一个评价指标的归一化值y_ij；

(4)根据步骤(1)建立的水景观生态工程生态服务功能评价指标体系得到由上到下的目标层、准则层和指标层，其中目标层下面是准则层，准则层内包含若干个服务功能，准则层下面是指标层，指标层内包含若干个评价指标；利用层次分析法得到指标层内每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i；

(5)利用公式z_i＝y_i1·r₁+y_i2·r₂+……+y_ij·r_j得到准则层内各服务功能的评价值z_i；

(6)利用公式P＝z₁·r₁+z₂·r₂+……+z_i·r_i得到水景观生态工程生态服务功能的综合评价值P。

2.根据权利要求1所述的一种景观生态工程生态服务功能测定方法，其特征在于，步骤(1)中得到的评价指标包括水资源、改善水质、水源涵养、雨水调蓄、吸收污染物、滞尘、降噪、微气候调节、减少土壤肥力损失、减少土壤侵蚀总量、生物多样性、固碳、旅游休闲娱乐、水景观功能、水文化传承。

3.根据权利要求1或2所述的一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，其特征在于，步骤(3)中利用向量归一化的方法对步骤(2)得到的指标值进行归一化处理的公式为：

$y_{ij}=\frac{x_{ij}}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_{ij}^2}};0\≤y_{ij}\≤1$

其中，X_ij表示指标值；Y_ij表示归一化后的指标值；m表示指标的个数。

4.根据权利要求3所述的一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，步骤(4)中所述目标层为水景观生态工程生态服务功能评价；所述准则层包括提供产品功能、调节功能、支持功能、文化服务功能；所述指标层包括步骤(1)中的各个评价指标。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，其特征在于，步骤(4)中利用层次分析法得到指标层内每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i具体包括以下步骤：

(a)、分别构建准则层内各个服务功能间的判断矩阵、指标层内属于同一服务功能的各个评价指标间的判断矩阵；

(b)、根据步骤(a)建立的判断矩阵，计算各个判断矩阵的特征向量；

(b)、对所述特征向量进行一致性检验；

(c)、若具有一致性，则所述特征向量即为指标层内每一个评价指标到准则层的权重r_j、准则层内每一个服务功能到目标层的权重r_i；如不具有一致性，则重新建立判断矩阵计算特征向量，直到符合一致性检验。

6.根据权利要求5所述的一种水景观生态工程生态服务功能测定方法，其特征在于：步骤(a)中判断矩阵的构建方法为：首先对准则层内各个服务功能间、指标层内属于同一生态服务功能的各个评价指标间的关系进行充分调查了解，并根据二者对评价结果的重要性构建判断矩阵。

7.一种水景观生态工程生态服务功能评价方法，其特征在于，根据权利要求1～6任一项得到的综合评价值P，按照下述标准对水景观生态工程生态服务功能进行评价，其中当P＜0.5时，级别为差，当0.5≤P＜1.0时，级别为较差，当1.0≤P＜1.5时，级别为一般，当1.5≤P＜2.0时，级别为良，当P≥2.0时，级别为优。