数量特征分析与层次分析法结合的乡村绿化美化树种配置方法与流程

本发明涉及绿化领域，具体涉及一种数量特征分析与层次分析法结合的乡村绿化美化树种配置方法。

背景技术：

1、树木作为乡村绿化美化建设的主要因素，其种类的组成、树种配置是乡村绿化景观表现的主体，直接影响乡村的生态环境。因此，如何根据乡村现状特点及区位条件对乡村绿化树种进行合理配置、不断优化乡村绿化布局具有重要的意义。

2、目前多数乡村绿化美化树种规划欠缺，绝大多数是乡村自发地进行绿化美化，具有很强的主观性，易受决策者感官及外界形势氛围的影响，对乡村绿化美化树种配置缺少综合评价分析，容易导致只求当下绿化效果或绿化面积，忽略长远的生态效益及由此可以带来的经济价值等综合效益，严重地甚至造成乡村绿化美化失败而产生经济损失。因此，如果能用定量和定性结合分析的方法实现村庄绿化美化树种的规划，将有利于乡村建设长远发展。

3、现有的关于树种的规划或者配置方法还不能实现根据乡村现状特点及区位条件对乡村绿化树种进行合理配置的目标。例如中国专利申请cn201911282263.5中公开了一种基于层次分析法的城市园林树种规划模型，该模型直接采用人为选定好的树种，根据人为选定好的树种的评价指标得分与特定元素的递阶层次结构经层次分析法得到的人为选定好的树种的各树种各评价指标的组合权重，从而得到各人为选定好的树种的综合得分；由于人为选定好的树种具有很强的主观性、易受决策者感官及外界形势氛围的影响，容易偏离区位树种现状特点及区位条件，在此基础上进行树种的分析规划亦具有很强的主观性，不能根据区位树种现状特点及区位条件对乡村绿化树种进行合理配置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种数量特征分析与层次分析法结合的乡村绿化美化树种配置方法，将乡村绿化美化树种配置需要结合乡村区位条件及发展需求，根据乡村绿地的特点，先选择特定的数量特征指标量化分析乡村绿地原有树种各树种在乡村绿化中的地位和重要程度，并依据特定的数量特征指标筛选出一定的树种，再结合设置有多个特定的评价因子的层次分析法进一步筛选出与乡村契合的绿化美化树种，用定量和定性结合分析的方法，综合评价乡村树种的生态适应性、观赏特性、生态效益、经济效益和植物文化，从而对乡村绿化美化树种进行科学合理的配置，实现生态效益与经济效益的双赢。

2、一种数量特征分析与层次分析法结合的乡村绿化美化树种配置方法，包括步骤：

3、(1)对乡村绿地原有树种进行数量特征分析，依据各个树种重要值从大到小进行排序，保留重要值居于前90％且频度≥2的树种，作为待筛选树种；

4、(2)依据待筛选树种构建乡村绿化美化树种的综合评价指数模型，所述乡村绿化美化树种的综合评价指数模型包括目标层a、准则层b和因子层c，所述目标层a为乡村绿化美化待筛选树种中各个树种的综合评价指数，所述准则层b包括若干个准则指标，所述因子层c包括影响准则指标的若干个因子；

5、(3)采用层次分析法得出准则层b中每一个准则指标相对目标层a的权重(即a-b权重)w(k-1)以及因子层c中每一个因子相对其对应的准则指标的权重(即bi-c权重)pk，进而得出因子层c中每一个因子相对目标层a的绝对权重(即a-c总权重)w(kj)；

6、(4)对待筛选树种中各个树种的因子层c各个因子按其因子评价所属程度进行打分评定得出待筛选树种各个树种的各个因子得分值，将得分值通过隶属函数法进行标准化，将待筛选树种各个树种的各个因子标准化后得分值分别乘以相应因子相对目标层a的绝对权重w(kj)得到待筛选树种各个树种的各个因子评价指数，将一种树种的各个因子评价指数求和得到该树种的综合评价指数，按此每种树种单独求和，分别得到待筛选树种各个树种的综合评价指数zi；

7、(5)将待筛选树种各个树种按其综合评价指数zi从高到低依次划分为i级、ii级、ⅲ级、ⅳ级四个等级；其中i级树种数量占待筛选树种总树种数量的30％-40％，ii级树种数量占待筛选树种总树种数量的20％-30％，ⅲ级树种数量占待筛选树种总树种数量的20％-30％，ⅳ级树种数量占待筛选树种总树种数量的10％-15％；

8、(6)所述乡村绿化美化树种配置时树种从所述i级树种、ii级树种、ⅲ级树种中选用。

9、为了达到更好的技术效果，进行以下优选：

10、步骤(1)所述原有树种包括乔木和灌木。考虑到乡村绿地中草本层过于零散杂乱，不便于进行数量特征数据统计分析和重要值计算，本发明不计算草本层。依据各个树种重要值从大到小进行排序时，将乔木作为一组，将灌木作为另一组，每组均保留重要值居于前90％且频度≥2的树种，作为待筛选树种。

11、目前用来描述植物群落数量特征的指标有：密度(density，d)、多度(abundance，a)、投影盖度(coverage，c)、频度(frequency，f)、显著度(dominance，p)、相对密度(relative density，rd)、相对多度(relative abundance，ra)、相对投影盖度(relativecoverage，rc)、相对频度(relative frequency，rf)、相对显著度(relative dominance，rp)及重要值(important value，iv)，本发明结合所调查乡村绿化状况的实际情况，选取适合乡村绿化美化树种配置的数量特征分析指标，步骤(1)所述数量特征分析的指标包括频度、相对多度、相对显著度、相对投影盖度和重要值。

12、步骤(1)中，所述树种为乔木时，所述数量特征分析的指标包括频度、相对多度、相对显著度和重要值。所述树种为灌木时，所述数量特征分析的指标包括频度、相对多度、相对投影盖度和重要值。根据乡村绿化美化树种的特点，本发明对于乔木重要值的计算，采取相对多度、相对显著度两项指标。对于灌木重要值的计算，采取相对多度和相对投影盖度两项指标。

13、频度(f)：某种植物出现的样地数量。

14、相对多度(ra)：样地内某种植物的个体数量/样地内同一生活型植物个体总数×100％。

15、相对显著度(rp)＝(样地内某种植物的胸高断面积之和/样地内同一生活型所有植物的胸高断面积之和)×100％。

16、相对投影盖度(rc)＝(样地内某种植物的冠幅垂直投影覆盖面积之和/样地内同一生活型所有植株冠幅垂直投影覆盖面积之和)×100％。

17、重要值(iv)：乔木的重要值＝(相对多度+相对显著度)/2；灌木的重要值＝(相对多度+相对投影盖度)/2。

18、步骤(1)对乡村绿地原有树种进行数量特征分析时样地的设置包括公共休闲绿地(公园绿地、广场绿地、村口绿地等)、道路绿地(村内主干道旁绿地、村内支路旁绿地)、滨水绿地(河道绿地等)、房前屋后绿地中的一种或多种。进一步优选设置多种不同类型的绿地，以尽可能多的提供丰富多样的样本，实现与当地乡村适配度更好的绿化美化树种配置。

19、优选地，所述样地尺寸采用以下标准：公共休闲绿地的样地标准为20m×20m或50m×50m；道路绿地的样地标准为1m×50m或2m×100m；滨水绿地的样地标准为5m×50m；房前屋后绿地不设标准，根据样地的实际大小进行调查。优选地样地标准可适用范围广，便于对存在多种不规则绿地的乡村绿地进行灵活操作。

20、步骤(1)所述待筛选树种还可以包括一种或多种的补充推荐树种。所述补充推荐树种是本领域技术人员根据乡村所在地的社会条件及自然条件推荐的适宜用于该乡村绿化美化的一种或多种树种。待筛选树种中是否增加补充推荐树种可基于待筛选树种的树种是否全面决定，如果待筛选树种的树种已经足够全面，可以不增加补充推荐树种，不对待筛选树种做补充。优选地，所述待筛选树种中增加补充推荐树种时，所述补充推荐树种的树种数量小于等于从乡村绿地原有树种中经数量特征分析筛选出的待筛选原有树种数量的10％。所述补充推荐树种包括乔木、灌木、藤本植物中的一种或者多种。

21、步骤(2)所述准则层b包括生态适应性b1、观赏特性b2、生态效益b3、经济效益b4、植物文化b5五个准则指标；该五个准则指标作为影响目标层a乡村绿化美化待筛选树种中各个树种的综合评价指数的元素。所述因子层c包括抗寒性c1、抗旱性c2、耐瘠薄c3、耐盐碱c4、抗病虫害c5、抗风性c6、叶形及叶色c7、花形及花色c8、果形及果色c9、树形特色c10、干皮特色c11、吸收有毒气体能力c12、杀菌能力c13、抗尘能力c14、苗木成本c15、养护成本c16、直接经济效益c17、文化寓意c18十八个因子。其中，抗寒性c1、抗旱性c2、耐瘠薄c3、耐盐碱c4、抗病虫害c5、抗风性c6作为影响生态适应性b1准则指标的因子；叶形及叶色c7、花形及花色c8、果形及果色c9、树形特色c10、干皮特色c11作为影响观赏特性b2准则指标的因子；吸收有毒气体能力c12、杀菌能力c13、抗尘能力c14作为影响生态效益b3准则指标的因子；苗木成本c15、养护成本c16、直接经济效益c17作为影响经济效益b4准则指标的因子；文化寓意c18作为影响植物文化b5准则指标的因子。具体见表1。

22、表1乡村绿化美化树种综合评价指数模型

23、

24、

25、步骤(3)权重w(k-1)、权重pk、绝对权重w(kj)采用层次分析法得出的过程包括：

26、将准则层b中的若干个准则指标两两比较结果构成判断矩阵；将因子层c中的若干个因子按其对应的影响准则指标分组后，每组内的因子两两比较结果构成判断矩阵；根据判断矩阵确定准则层b中每一个准则指标相对目标层a的权重w(k-1)以及因子层c中每一个因子相对其对应的准则指标的权重pk，经一致性检验的检验系数cr<0.10表示通过一致性检验，均通过一致性检验后得出的权重w(k-1)与权重pk的乘积即为因子层c中每一个因子相对目标层a的绝对权重w(kj)。

27、所述判断矩阵中的两两比较结果采用1-9比率标度法的量化结果。

28、所述判断矩阵的最大特征值λmax和特征向量采用方根法经归一化处理得到。

29、具体示例如下：

30、根据乡村绿化美化树种的综合评价指数模型的三层层次结构，逐层设计两两判断矩阵，包括a-b、b1-c、b2-c、b3-c、b4-c、b5-c共6个判断矩阵。其中，a-b判断矩阵为目标层a支配下的准则层b的所有5个准则指标元素生态适应性b1、观赏特性b2、生态效益b3、经济效益b4、植物文化b5进行两两比较的5阶矩阵；b1-c判断矩阵为准则层b1元素支配下的因子层c中的抗寒性c1、抗旱性c2、耐瘠薄c3、耐盐碱c4、抗病虫害c5、抗风性c6共6个因子元素进行两两比较的6阶矩阵；b2-c判断矩阵为准则层b2元素支配下的因子层c中的叶形及叶色c7、花形及花色c8、果形及果色c9、树形特色c10、干皮特色c11共5个因子元素进行两两比较的5阶矩阵；b3-c判断矩阵为准则层b3元素支配下的因子层c中的吸收有毒气体能力c12、杀菌能力c13、抗尘能力c14共3个因子元素进行两两比较的3阶矩阵；b4-c判断矩阵为准则层b4元素支配下的因子层c中的苗木成本c15、养护成本c16、直接经济效益c17共3个因子元素进行两两比较的3阶矩阵；b5-c判断矩阵为准则层b5元素支配下的因子层c中的文化寓意c18因子元素构成的1阶矩阵。

31、运用1-9比率标度法对判断矩阵中两两比较的元素的重要性等级进行标度赋值(简称标度值，即判断矩阵两两比较的量化结果)。根据1-9比率标度方法表示两个元素相比的重要程度，两个元素同样重要标度值为1，一个元素比另一个元素稍微重要标度值为3，一个元素比另一个元素明显重要标度值为5，一个元素比另一个元素强烈重要标度值为7，一个元素比另一个元素绝对重要标度值为9，2、4、6、8分别表示上述两个相邻判断重要性等级之间的折中值。如表2所示a-b判断矩阵，对角线上的元素b11、b22、b33、b44、b55表示元素自身的比较取值为1，如第二行第四列b13表示b3与b1比较，如果b3稍微重要则b13取值为3，相应的第四行第二列b31取值为1/3，其余同理。

32、表2 a-b判断矩阵示例

33、 目标a <![cdata[b₁生态适应性]]> <![cdata[b₂观赏特性]]> <![cdata[b₃生态效益]]> <![cdata[b₄经济效益]]> <![cdata[b₅植物文化]]> <![cdata[b₁生态适应性]]> <![cdata[b₁₁]]> <![cdata[b₁₂]]> <![cdata[b₁₃]]> <![cdata[b₁₄]]> <![cdata[b₁₅]]> <![cdata[b₂观赏特性]]> <![cdata[b₂₁]]> <![cdata[b₂₂]]> <![cdata[b₂₃]]> <![cdata[b₂₄]]> <![cdata[b₂₅]]> <![cdata[b₃生态效益]]> <![cdata[b₃₁]]> <![cdata[b₃₂]]> <![cdata[b₃₃]]> <![cdata[b₃₄]]> <![cdata[b₃₅]]> <![cdata[b₄经济效益]]> <![cdata[b₄₁]]> <![cdata[b₄₂]]> <![cdata[b₄₃]]> <![cdata[b₄₄]]> <![cdata[b₄₅]]> <![cdata[b₅植物文化]]> <![cdata[b₅₁]]> <![cdata[b₅₂]]> <![cdata[b₅₃]]> <![cdata[b₅₄]]> <![cdata[b₅₅]]>

34、运用1-9比率标度法对判断矩阵中两两比较的元素的重要性等级进行标度赋值时，优选8名或8名以上本领域普通技术人员进行标度赋值，默认每名人员的意见都同等重要，能够较好的保证绿化树种综合评价体系的科学性与准确性。进一步优选本领域专家或资深从业者，默认每名专家或资深从业者的意见都同等重要。当选择多名赋值人员时，分别计算每位赋值人员的每个判断矩阵各个元素的权重wi，并计算判断矩阵的最大特征值λmax。

35、计算判断矩阵每一行标度值的乘积的n次方根通过归一化处理，得特征向量，特征向量的数值即为权重wi；计算判断矩阵的最大特征值λmax。计算公式如下，其中n表示判断矩阵的阶数，bij表示判断矩阵中的标度值，a为由标度值构成的判断矩阵。

36、

37、由于判断矩阵中元素进行两两比较时有可能会出现自相矛盾的现象(比如，第一次标度赋值时认为元素b3比b2明显重要，比b1稍微重要，而后面继续标度赋值时，却认为b3比b2稍微重要，比b1明显重要，即对几个元素的重要性没有按照一个固定的顺序即一贯性原则进行排列，从而导致矩阵标度赋值存在逻辑上自相矛盾的问题，故而不能通过一致性检验，需要检查后重新将几个元素的重要性按照一贯性原则进行标度赋值避免自相矛盾)，因此在进行层次单排序时为了避免自相矛盾的现象，必须检验一致性。n＝1或者2的判断矩阵中的标度赋值不会出现自相矛盾的情况，因此不检验一致性。对于n>2的判断矩阵，需要检验一致性；cr<0.10时表示该判断矩阵通过一致性检验；cr≥0.10时表示该判断矩阵没有通过一致性检验，需要对判断矩阵两两比较自相矛盾的地方按一贯性原则修正标度赋值后再检验一致性，直至cr<0.10。

38、一致性指标ci、检验系数cr分别按下列公式计算：

39、

40、式中，n为判断矩阵的阶数，ci与同阶(指n相同)的ri相比，矩阵阶数为l-9阶的ri取值为现有，现有ri取值中的波动对本发明效果没有影响。

41、所有判断矩阵通过一致性检验后得到各个判断矩阵的各个元素的权重wi，1名赋值人员时各个判断矩阵的各个元素的权重wi即分别为准则层b中每一个准则指标相对目标层a的权重w(k-1)、因子层c中每一个因子相对其对应的准则指标的权重pk；多名赋值人员时多人同准则下判断矩阵群的权重向量即对所得的各位赋值人员的各矩阵权重wi进行同级矩阵的简单算术平均，分别得到准则层b中每一个准则指标相对目标层a的权重w(k-1)以及因子层c中每一个因子相对其对应的准则指标的权重pk，权重w(k-1)与权重pk的乘积即为因子层c中每一个因子相对目标层a的绝对权重w(kj)。k表示模型的层数，为3；j代表因子层c中的若干个因子。用公式表示如下：

42、w(kj)＝p(k)w(k-1)。

43、步骤(4)中，根据乡村的自然条件和乡村绿化水平，采用定性与定量相结合的模糊数学评价法，根据指标量化评分标准，对所述因子层c各个因子按其因子评价所属程度进行打分评定的评分标准见表3，按其因子评价所属程度分别给出分值为3、2、l。

44、表3乡村绿化美化树种综合评价各项指标评分标准

45、

46、

47、注：表3中“特殊年份”根据当地的极低温记录来界定，例如浙江省乡村冬季温度低于-5℃的年份视为特殊年份；“高温干旱”根据当地以往夏季温度及降水情况制定标准，例如浙江省乡村根据浙江省气候特点持续一周最高温大于35℃、且无降水视为高温干旱。

48、将得分值通过隶属函数法进行标准化，可采用下列公式：

49、

50、式中，i代表树种样本，j代表因子层c中的若干个因子；x′ij代表各个树种的各因子的得分数据标准化处理后的数据，xij代表各个树种的各因子按其因子评价所属程度进行打分评定的得分数据，xmin代表某项因子按其因子评价所属程度进行打分评定时的最小得分值，xmax代表某项因子按其因子评价所属程度进行打分评定时的最大得分值。

51、所述待筛选树种各个树种的综合评价指数zi利用下列公式计算：

52、

53、式中，zi代表树种综合评价指数，w(kj)代表各项因子对应的绝对权重值，x′ij代表各个树种的各因子的得分数据标准化处理后的数据；i代表树种样本，p代表因子层c中因子的数量，此处为18。综合评价指数zi值越大，树种综合价值就越高。

54、本发明还可以采用综合评价指数zi的公式计算树种的各准则指标的评价指数，作为树种配置时树种选用的辅助依据：计算生态适应性b1的评价指数时p值取6，w(kj)代表抗寒性c1、抗旱性c2、耐瘠薄c3、耐盐碱c4、抗病虫害c5、抗风性c6因子对应的绝对权重值，x′ij代表抗寒性c1、抗旱性c2、耐瘠薄c3、耐盐碱c4、抗病虫害c5、抗风性c6因子的得分数据标准化处理后的数据；计算观赏特性b2的评价指数时p值取5，w(kj)代表叶形及叶色c7、花形及花色c8、果形及果色c9、树形特色c10、干皮特色c11因子对应的绝对权重值，x′ij代表叶形及叶色c7、花形及花色c8、果形及果色c9、树形特色c10、干皮特色c11因子的得分数据标准化处理后的数据；计算生态效益b3的评价指数时p值取3，w(kj)代表吸收有毒气体能力c12、杀菌能力c13、抗尘能力c14因子对应的绝对权重值，x′ij代表吸收有毒气体能力c12、杀菌能力c13、抗尘能力c14因子的得分数据标准化处理后的数据；计算经济效益b4的评价指数时p值取3，w(kj)代表苗木成本c15、养护成本c16、直接经济效益c17因子对应的绝对权重值，x′ij代表苗木成本c15、养护成本c16、直接经济效益c17因子的得分数据标准化处理后的数据；计算植物文化b5的评价指数时p值取1，w(kj)代表文化寓意c18因子对应的绝对权重值，x′ij代表文化寓意c18因子的得分数据标准化处理后的数据。

55、步骤(5)中，将待筛选树种各个树种按其综合评价指数zi从高到低依次划分为i级、ii级、ⅲ级、ⅳ级四个等级时，将乔木作为一组，将灌木作为另一组或者将灌木和藤本植物作为另一组，每组均按综合评价指数zi从高到低依次划分为i级、ii级、ⅲ级、ⅳ级四个等级。每组中，i级树种的树种数量占该组待筛选树种总树种数量的30％-40％，ii级树种的树种数量占该组待筛选树种总树种数量的20％-30％，ⅲ级树种的树种数量占该组待筛选树种总树种数量的20％-30％，ⅳ级树种的树种数量占该组待筛选树种总树种数量的10％-15％。

56、步骤(6)中，所述乡村绿化美化树种配置时，基调树种从所述i级树种中选用，骨干树种从所述i级树种和/或ii级树种中选用，一般树种从所述i级树种、ii级树种、ⅲ级树种中的一种或者两种以上中选用。所述i级树种的综合效能最高，是乡村绿化美化的首选树种。所述ii级树种的综合效能也较高，可在乡村绿化美化上尽可能地选择和应用，不仅丰富乡村绿化的植物种类，而且还会增加人工植物群落的物种多样性。所述ⅲ级树种的综合效能较低，可作为绿化植物种类选择的辅助和补充。所述ⅳ级树种的综合效能差，一般不选用；根据实际情况确实有需要可在特定条件下少量选用。各等级树种选用时，同等级树种的选用可将树种的各准则指标的评价指数和/或待筛选树种各个树种的各个因子评价指数作为选择依据。

57、基调树种是指能充分体现地方特色并在各类园林绿地中普遍使用的树种。基调树种常选用普遍种植且历史较长的乡土树种，此类树种突出特点是种类少，但数量大，一般可选1-4种。它可以广布在各种类型不同的绿地例如公共休闲绿地、道路绿地、房前屋后绿地中，从i级树种中选择基调树种。

58、骨干树种是指根据不同功能类型的绿地，选用具有不同使用和景观价值的树种，其在不同功能类型的绿地中起骨干作用。在不同功能类型绿地中，在不排除基调树种的同时，选择骨干树种，一般由5-15种树种组成，从i级树种和/或ⅱ级树种中选择各类绿地的骨干树种。

59、一般树种与基调树种、骨干树种相比较种类多、每种量少，五彩缤纷，起到变化的作用。按照生态学理论，绿化树种要求的数量以丰富为好，只要配置协调，就能产生相应丰富多彩的景观效果。因此，在突出基调树种、骨干树种的同时，只要条件许可，尽可能多用一般树种，从i级-ⅲ级树种中选择。

60、本发明方法适用于乡村绿化美化树种配置，特别适用于浙江省乡村绿化美化树种配置。

61、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

62、本发明方法根据乡村绿地的特点，先选择特定的数量特征指标量化分析各原有树种在乡村绿化中的地位和重要程度，并依据特定的数量特征指标筛选出一定的树种，再结合设置有多个特定的评价因子的层次分析法进一步筛选出综合评价指数与乡村绿化契合的绿化美化树种，用定量和定性结合分析的方法，综合评价乡村树种的生态适应性、观赏特性、生态效益、经济效益和植物文化，从而对乡村绿化美化树种进行科学合理的配置，实现生态效益与经济效益的双赢。

63、本发明方法配置的乡村绿化美化树种进行了分级，同级别的树种清单会有一个范围，从这个范围里选择不会出现树种选择不适宜的问题，能够快捷准确的选取彰显地方特色的树种，不会各个村庄千篇一律，避免绿地同质化问题。采用本发明配置方法还可以因地制宜保留古树及较大规格的原生树种。

64、本发明配置方法使乡村绿化更有据可依，更有目的性，不但有生态价值，也更美观，更经济，避免了主观随意进行绿化。

65、本发明根据乡村绿化美化树种的应用要求及乡村的气候特点(例如浙江省亚热带季风气候的特点)，结合乡村自然地理条件，在科学性、可测性、可比性的原则下，构建乡村绿化美化树种综合评价指数模型。该模型采用自上而下、逐层分解的方法，模型的每一层中各元素支配下一层中的相应元素，从而形成一个总目标和若干个准则层组成的递进的“金字塔”型层次结构。该模型层次结构有三层：目标层a，准则层b，因子层c。每层设置特定的元素，对数量特征分析初步筛选出的树种进行进一步的量化分级，从而实现乡村绿化美化树种的合理配置。

66、本发明按照乡村建设规律，选取乡村所属大区域内的代表村庄，对乡村绿地例如村庄房前屋后绿地、村庄道路绿地、村庄滨水绿地、村内公共休闲绿地等区域内的绿化植被进行乡村绿化美化植物调查，根据调查结果，选择性结合补充推荐树种进行乡村绿化美化树种综合评价，从而对乡村绿化美化树种配置进行科学合理的指导，不仅有利于提高乡村绿化美化水平。