基于熵值法的高速公路生态景观评价——以广西南友高速公路为例

韩广志，李宇轩，唐忠国，邹一强，和太平

（1.广西大学林学院，广西南宁 530004；2.中共凤山县委组织部，广西凤山 547600；3.广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司，广西崇左 532200）

高速公路是附着于大地表面的带状硬质构筑物[1]。随着城市化与工业化进程的不断加快和经济社会的持续快速发展，中国交通基础设施日趋完善，其中高速公路总里程达14．3 万km，位居世界第一，高速公路网已成为物流和人流输送的主要网络体系。但由于人口众多，中国对道路运输需求量大，仍需建设大量高速公路，以完善高速公路网络体系，适应国家经济社会高质量发展的需要，同时随着生态文明理念日益深入人心，人们对公路生态景观尤其是高等级公路景观的要求越来越高，给公路规划建设和运营管理部门提出了规划建设集交通运输、生态、文化和旅游为一体且功能齐全、生态协调和景观优美的高速公路新课题。广西南宁至友谊关高速公路（简称南友高速公路）是国道主干线衡阳至昆明高速公路的重要支线和广西路网主骨架的重要组成部分，也是连接中国与越南重要的高速公路。围绕“南疆国门第一路”建设目标，南友高速公路建成投入运营十五年以来，经过多次景观改造与提升，路域的生态系统日益恢复，生态景观日趋宜人，已成为广西生态景观优美的标杆性高速公路。本研究开展南友高速公路生态景观质量评价，总结其生态景观规划建设经验，为西南地区乃至全国高速公路生态景观规划建设提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 研究方法

熵值法被认为是受主观影响较小且相对客观的评价方法[2]。不少学者运用其开展生态系统、经济社会发展、工程技术、交通安全和企业绩效等领域的评价或评估研究工作，殷明等[3]以江苏省南通市5 条主要干线高速公路为例，开展生态景观质量评价；李明峰等[4]应用熵值法，评价福建东山岛苏峰山公路生态景观。

本研究在全面踏查南友高速公路概况的基础上，应用3S 和AI 等现代新技术和设备，调查南友高速公路生态景观现状，了解该高速公路的生态景观基本情况；同时记录其每一标段公路的设施景观、人文景观及自然环境等信息，经筛选和综合分析，构建南友高速公路生态景观使用后评价体系和熵权模型，然后计算其指标层及准则层的熵值与权重，最后计算目标层（南友高速公路生态景观使用后评价）的加权分值，以评价该高速公路的生态景观水平。

1．2 研究区概况

南友高速公路（106°43'～108°10'E，21°58'～22°37'N）始于南宁市吴圩镇，止于崇左市凭祥市友谊关，与越南1号公路相接，是连接中国与东盟国家重要的高等级公路，全程180 km[5]。沿线地处北回归线以南，位于南亚热带至北热带过渡地带，适宜大量热带和亚热带植物的生长繁衍；位于我国35处生物多样性保护优先区的桂西南山区，拥有世界罕见的北热带岩溶森林，生物多样性丰富；分布着左江花山岩画文化景观这一世界文化遗产及土司遗址、民间舞蹈、扶绥恐龙化石群、崖棺葬和大石铲等历史文化遗产。这些资源为建设特色鲜明的高速公路生态景观奠定了自然环境和人文资源基础。

1．3 南友高速公路生态景观使用后评价体系

1．3．1 指标体系构建

高速公路使用者包括司机和乘员，汽车穿梭于公路，路域空间不断变换，司乘人员视线感应、空间感觉和心理感受也不断变化，产生路域生态景观感知的综合效应。借鉴前人成果和经验[6-8]，构建公路生态景观评价的三元准则，即景观效应评价、生态环境质量评价和安全保障评价；在全面调查生态景观的基础上，经合理筛选和综合分析，构建南友高速公路生态景观使用后评价指标体系[9]（表1）。

表1 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系Tab.1 Post occupancy evaluation index system of ecological landscape of Nanyou expressway

1．3．2 指标体系熵权模型

借鉴前人经验[2-3,9-10]，结合广西南友高速公路实际情况，将南友高速公路生态景观使用后评价指标体系的目标层（A1）设为X；将准则层的景观效应评价（B1）、生态环境质量评价（B2）和安全保障评价（B3）分别编号为I1、I2及I3；将指标层的植物观赏性（C1）、景观连续性（C2）、景观协调性（C3）……边坡防护效果（C15）依次分别编号为I11、I12、I13……I35；将Iij评价分值的平均值设为Zij，指标层Iij的各重要程度分值评价人数为Xijl，P（xijl）为Xijl在Yr评价人数的占比，评价论域Y分为5 级（Y1，Y2，Y3，Y4和Y5），若Xijl= 0，则不纳入计算，纳入计算并得分段数量以a表示：

评价指标体系的指标层各指标的熵值H（xij）：

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

Xij的熵权为：

wij为指标层的指标相对于单个准则层的指标权重，且有其中b为准则层Ii下指标层指标的个数。评价指标体系的准则层评分为准则层下指标层的平均分乘以熵权之和：

由此推算，评价指标体系的准则层指标熵权及熵值（其中c为目标层下准则层的指标个数）：

通过上述公式可以计算出准则层相对于目标层的权重值wi、指标层相对于准则层的权重值wij及指标层相对于目标层的综合权重值Wij。

为较客观地评估指标层各指标的重要程度，便于计算指标层和准则层的指标熵值与权重，制作调查问卷并发放给风景园林、道路工程、交通规划、生态学和旅游等相关专业领域的专家。调查问卷要求专家对指标层各指标的重要性打分，设定各指标重要性的分值为1～5 分。设评价论域Y分为5 级，赋予分值5、4、3、2 和1（Y1，Y2，Y3，Y4和Y5），分别为完全重要、较重要、一般重要、较不重要和完全不重要。共发放调查问卷28 份，收回问卷25 份，有效问卷25份。

1．3．3 指标体系综合评分模型

借鉴前人方法[10-12]，将指标层的15 个指标因子转换为高速公路一般使用者（公众）易于理解的问题，制作成南友高速公路生态景观的公众调查问卷，开展使用者对该高速公路生态景观评价的调查问卷。调查问卷中单项指标评分划分为5 级，评价论域U分为5 级（U1，U2，U3，U4和U5），代表司乘人员对南友高速公路生态景观的评价，分别为非常好、好、一般、不好和非常不好。

公众问卷调查主要选择在高速公路多个服务区和条件允许的少数几个出入口外进行，共发出问卷242 份，收回问卷234 份，回收率96．7%；其中有效问卷225 份，有效率96．2%。汇总、整理和统计有效调查问卷，发现接受问卷的人员涉及不同的性别、年龄、文化程度、居住地、职业、驾车经历和司乘角色等，结构复杂多样，有较强的代表性。

设指标评分个案数为t，评价指标体系的指标层指标得分为，准则层加权评分值可按以下公式计算：

目标层综合评分值可按以下公式计算：

2 结果与分析

2．1 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系的熵值与权重

指标层指标权重为行车路感＞边坡防护效果＞环境污染情况＞视线诱导性＞植物观赏性＞夜间防眩效果＞植被状况＞水土流失状况＞景观协调性＞景观地域性＞景观多样性＞视线通透性＞自然资源丰富度＞景观连续性＞奇异景观资源（表2）。行车路感、边坡防护效果、环境污染情况和视线诱导性等指标权重均超过0．09，表明这些指标最重要；景观连续性和奇异景观资源指标的权重均小于0．03，说明其重要性最低。

准则层的权重值为安全保障评价＞生态环境质量评价＞景观效应评价，表明安全保障评价最重要，生态环境质量评价重要性次之（表3）。

表2 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系指标层指标的熵值与权重Tab.2 Entropy and weight of index layer in post occupancy evaluatia system of ecological landscape in Nanyou expressway

表3 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系准则层指标的熵值与权重Tab.3 Entropy and weight of index in criteria layer in post occupancy evaluation system of ecological landscape in Nanyou expressway

2．2 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系的综合评分

制订优劣等级标准，按分值均值划分为优秀、良好、中等和差4 个等级，均值≥4．00 分为优秀，3．50～3．99 分为良好，3．00～3．49 分为中等，≤2．99分为差。

在指标层中，等级为优秀的指标4项（植被状况、环境污染情况、水土流失状况和行车路感），占26．67%；良好的指标9项（植物观赏性、景观连续性、景观协调性、景观地域性、自然资源丰富度、夜间防眩效果、视线诱导性、视线通透性和边坡防护效果），占60．00%；优良指标共13项，优良率达到86．67%；中等的指标2 项（景观多样性和奇异景观资源），占13．33%；未见差的指标（表4）。各项指标虽属性独立，但也有一定联系，若某一指标分值发生变化，其他指标的分值也可能随之改变；使用者对一些生态景观要素难以发现，影响指标分值，但指标分值始终代表着使用者对各项因子的满意程度。

在准则层中，优秀等级的1项（安全保障评价）；良好等级的2项（生态环境质量和景观效应评价）；没有中等及差等级者（表4）。表明安全保障评价获得广泛好评，特别是行车路感指标，司乘人员行车体验舒适；其次是生态环境质量评价，其中的路域植被景观、沿线污染控制和水土流失防治等均获得司乘人员较高的评价；景观效应评价分值相对较低，其中的景观多样性和景观地域性指标分值较低，但植物观赏性和景观协调性指标的分值较高，整体而言，南友高速公路植物景观效果良好。

根据式（9）计算，目标层综合得分为3．98 分，达到良好等级，非常接近优秀等级。总体评价，南友高速公路生态景观效果表现优良，就生态景观而言，该高速公路已实现“南疆国门第一路”的基本目标。

表4 南友高速公路生态景观使用后评价指标体系的综合评分结果Tab.4 Comprehensive scoring results of post occupancy evaluation system of ecological landscape of Nanyou expressway

3 讨论

高速公路生态景观质量受规划设计、施工建设、养护管理和运营评价等环节影响，每个环节的评价均涉及自然科学、工程技术和人文社会科学等不同的学科和专业领域。随着经济社会和科学技术的快速发展，以及人们对美好生活包括对优质生态环境的迫切需求，生态文明建设形势逼人也喜人，我国纵横交错的公路网更需要遵循生态科学原理并利用现代生态技术开展生态修复，既是为了降低因公路工程建设造成的生态破坏，也是为了满足公路使用者对路域内外高质量生态景观的迫切需求。在高速公路景观规划建设中，应组织由自然科学、工程技术和人文社会科学等相关学科领域的专家组成的规划设计团队，确保规划建设方案的科学性，同时应广泛收集并充分考虑社会各界的意见，提倡并鼓励公众参与高速公路景观的规划与建设。