一种松花江干流堤防防护林配置方案综合评价方法技术

本发明专利技术涉及一种松花江干流堤岸防护林配置方案综合评价方法，该方法包括：构建松花江干流堤防防护林配置方案优选层次结构模型，运用层次分析法和熵权法分别计算各指标的主观权重和客观权重值，依据最小信息熵原理计算各指标的组合权重值。由防护林配置方案综合评价值函数计算各防护林配置方案综合评价值，依据综合评价值对防护林配置方案进行优化选择。本发明专利技术与现有发明专利技术评价方法相比，在缺乏足够的统计数据和原始数据情况下，能够对松花江干流堤岸防护林模式配置做出定量估价，并且使用简单，具有更强的直观性。

A Comprehensive Evaluation Method of Protection Forest Configuration Scheme for Songhua River Main Dike

The present invention relates to a comprehensive evaluation method of protection forest allocation scheme for Songhua River embankment. The method includes: constructing a hierarchical structure model for optimizing protection forest allocation scheme for Songhua River embankment, calculating the subjective and objective weight values of each index respectively by using the analytic hierarchy process and the entropy weight method, and calculating the combined weight values of each index according to the principle of minimum information entropy. The comprehensive evaluation value of each shelter forest allocation scheme is calculated by the comprehensive evaluation value function of shelter forest allocation scheme, and the optimal selection of shelter forest allocation scheme is made according to the comprehensive evaluation value. Compared with the existing inventive evaluation methods, the present invention can quantitatively evaluate the mode configuration of protection forest on the embankment of Songhua River in the absence of sufficient statistical data and original data, and is simple to use and more intuitive.

【技术实现步骤摘要】
一种松花江干流堤防防护林配置方案综合评价方法
本专利技术属于森林工程
，具体涉及一种堤防人工防护林配置方案综合评价方法。
技术介绍
防护林是为了保持水土、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少污染所经营的天然林和人工林，按照其不同的防护目的和效能，防护林可分为防风固沙林、水土保持林、农田防护林等。随着防护林体系建设的深入发展，实现防护林综合防护功能效益，生态效益、经济效益、景观及社会效益等多功能效益的全面充分发挥成为防护林体系建设的一种必然趋势。防护林多功能效益目标的实现与防护林林分空间配置密不可分，而现有的防护林经常出现：防护林数量少、质量差、林分结构单一、景观多样性偏低、防护林模式配置不够科学合理等多种问题，防护林体系建设前防护林多功能效益缺乏全面科学的评估。针对防护林配置方案的综合评价技术亟待研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种松花江干流堤防人工防护林配置方案的综合评价方法，解决在防护林体系建设前优选出使防护林多功能效益最大发挥的防护林配置方案。为了实现所属目的，本专利技术采取以下技术方案。一种松花江干流堤防人工防护林配置方案的综合评价方法，包括下列步骤：步骤一：建立堤防人工防护林配置方案综合评价结构模型，分为目标层A，准则层B，指标层C三个层次结构。目标层A为堤防人工防护林最优配置方案，准则层B为防护林的三个功能，包括防护功能B1、景观功能B2、经济效益B3。防护功能B1包括固土能力C1、防风能力C2、消浪能力C3，景观功能B2包括植被丰富度C4、美观度C5，经济效益B3包括造林及维护成本C6、防护林产出值C7。步骤二：采用层次分析法计算准则层B相对于目标层A的权重、指标层C相对于准则层B的权重，计算指标层C相对于目标层A的权重。方法如下：采用萨迪提出的1～9标度法来构造各指标层相对于上一层的判断矩阵。采用几何平均法计算指标权重，见公式(3)。其中，Wi为指标权重，aij为第i个指标相对于第j个指标的重要程度。对构造的判断矩阵采用公式(4)和公式(5)进行一致性检验：式中，n为判断矩阵阶数，λmax为判断矩阵最大特征根，CR为判断矩阵随机一致性比率，RI为判断矩阵平均随机一致性指标，当CR<0.10时，认为判断矩阵满足一致性，否则需要重新调整判断矩阵。指标层C相对于目标层A的权重由公式(6)计算得到。W1i＝WCj·WBj(6)式中WCj为指标层C相对于准则层B的权重，WBj为指标层B相对目标层A的权重。步骤三：采用熵权法计算指标层C层各指标的客观权重，方法如下：对适度指标和逆向指标采用减法一致化方法进行同趋化处理，即转为正向指标，由公式(7)和(8)计算得到。对指标正向化后的数据采用极大值化方法进行无量纲化处理，由公式(9)计算得到。x'ij＝max(xij)-xij(7)x'ij＝max|xij-k|-|xij-k|(8)式中，xij为指标的实际数据，x'ij为指标正向化后的数据，k为适度指标的适度值；yij为无量纲化处理后的数据。指标层C层各指标熵权由公式(10)和(11)计算得到。其中，k＝1/lnn，n为评价方案个数，Pi为第j个评价指标的信息熵，W2j为第j个指标的熵权。步骤四：确定指标层C层各指标相对于目标层A层的组合权重及各方案综合评价值，方法如下：依据最小信息熵原理，用拉格朗日乘子法优化确定指标层C层各指标相对于目标层A层的组合权重，由公式(12)计算得到。式中，W1j为指标的主观权重，W2j为指标的客观权重。各防护林配置方案综合评价值由组合权重值Wi及无量纲化处理后的数据Yij得到，见公式(13)。式中，Zi表示防护林配置方案综合评价值，Wi表示组合权重值，Yij表示无量纲化处理后的数据。本专利技术的有益效果体现在：影响防护林多功能综合效益发挥的因素有很多，应用这些因素进行防护林配置方案评价时，有的影响因素实验数据难以量化，对各影响因素指标进行合理性分析后，建立了三个层次的防护林配置方案评价结构模型；所建立的防护林配置方案评价结构模型有利于对防护林配置方案进行科学合理的评价。运用层次分析法计算各评价指标主观权重值，运用熵权法计算各评价指标客观权重值，主客观结合的方法既避免了专家的主观臆断，又避免了客观赋权的不真实性。本专利技术应用范围广泛，可应用于堤岸防护林建设前的防护林配置方案评价及优化选择。附图说明图1堤防人工防护林配置方案优选层次结构图具体实施方式下面对本专利技术具体实施过程进一步详细说明。指标层C层各个指标数据计算过程如下。固土能力C1：研究表明植被的固土能力与根系生物量有关，植物根系越发达、根系生物量越高，固土护坡效果越好，因此，采用根系生物量来表示植被的固土能力；对于乔木采用经验根系生物量模型计算根系生物量：Wr＝0.00239×D3+1.18(1)式中，Wr为乔木根系生物量，D为乔木胸径，单位为cm。对于灌木和草本植物则对比植被根系照片，采用1～5级(很少～很多)评分法，确定根系生物量，计算相应乔、灌、草植被总生物量表示每种防护林配置方案固土能力。防风能力C2：防护林带防风能力与林带疏透度有关，采用林带疏透度来表示防护林带防风能力，疏透度依据林带结构又分为稀疏型、疏透型、通风型，研究表明疏透度为0.3～0.5时林带防风效应最佳，林带疏透度的计算采用经验公式：β＝0.672x0.469(2)式中，β为林带疏透度，x为相对枝下高(枝下高/树木高度)。各乔、灌木枝下高、树高等数据根据实地测量得到，选取最适疏透度值为0.4。消浪能力C3：防护林的消浪效果主要受到林内生物量的影响，而林内生物量数据难以直接获得，对于乔木主要靠刚性树干消浪；对于灌木则依靠刚性树干及枝叶来消浪，而通常冠幅较大的，枝叶越繁茂；对于草本植物，在未被水体淹没时才会起到一定的消浪效果。综合考虑，防护林的消浪能力采用乔木胸径、灌木冠幅及草本植物高度各均值的和来表示。植被丰富度C4：植被丰富度是指所选人工防护林配置方案内的植被种类。美观度C5：美观度表示配置方案的美观程度，具体操作方法为：首先将20种方案的植被照片准备好，选择具有风景园林研究、防护林研究背景的专业人员及非专业人员进行问卷调查，让评价人员凭直观印象对每种组合方案进行评价打分，分值采用百分制(1～20分表示观赏性很差、21～40分表示观赏性差、41～60表示观赏性一般、61～80表示观赏性好、81～100分表示观赏性很好)。计算各方案得分平均值，作为各方案的美观度。造林及维护成本C6：造林及维护成本每种方案单株总价，由于人工防护林维护人工成本一致，因此不计算在内。防护林产出值C7：由于该地区人工防护林以防护功能为主要目的，不宜大面积采伐获取收益，因此主要考虑其生态产出；植被可以在生长过程中将大气中的CO2固定在植物体和土壤中，使森林成为陆地生态系统中最重要的碳汇，因此，该地区人工防护林作为一个小型的森林生态系统对全球碳循环也具有重要意义；因此将植物固碳量作为防护林产出值来分析，乔木和灌木采用单位叶面积固碳量表示、草本植物采用每平方米固碳量表示，计算每种方案固碳量总和。采用层次分析法计算指标权重步骤如下：构造比较判断矩阵。构造指标层C层各指标之间相对于准则层B层各因子及准则层B层各因子相对于目标层A层的两两比较判断矩阵。两指标之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种松花江干流堤岸防护林配置方案综合评价方法，其特征在于，该方法包括：构建松花江干流堤防防护林配置方案优选层次结构模型，运用层次分析法和熵权法分别计算各指标的主观权重和客观权重值，依据最小信息熵原理计算各指标的组合权重值。由防护林配置方案综合评价值函数计算各防护林配置方案综合评价值，依据综合评价值对防护林配置方案进行优化选择。

【技术特征摘要】
1.一种松花江干流堤岸防护林配置方案综合评价方法，其特征在于，该方法包括：构建松花江干流堤防防护林配置方案优选层次结构模型，运用层次分析法和熵权法分别计算各指标的主观权重和客观权重值，依据最小信息熵原理计算各指标的组合权重值。由防护林配置方案综合评价值函数计算各防护林配置方案综合评价值，依据综合评价值对防护林配置方案进行优化选择。2.根据权利要求1所述的一种松花江干流堤岸防护林配置方案综合评价方法，该评价方法的步骤如下：a、构建堤防人工防护林配置方案优选层次结构模型：分为目标层A，准则层B，指标层C三个层次结构。目标层A为堤防人工防护林最优配置方案，准则层B为防护林的三个功能，包括防护功能B1、景观功能B2、经济效益B3。防护功能B1包括固土能力C1、防风能力C2、消浪能力C3，景观功能B2包括植被丰富度C4、美观度C5，经济效益B3包括造林及维护成本C6、防护林产出值C7；b、采用层次分析法计算指标层C层各指标相对于目标层A的主观权重值,方法如下：(1)采用萨迪提出的1～9标度法来构造每一层相对于上一层的判断矩阵，并调整判断矩阵至满足随机一致性；(2)为了避免由于专家的知识、经验不足，而造成极强的个人主观性，研究选取10位具有防护林研究、风景园林、生态学、林木养护等知识背景的专家进行评定，取其平均值作为最终判断矩阵；(3)采用几何平均法计算指标权重；计算指标层C层各指标相对于目标层A的主观权重值W1j，由公式(6)计算得到，W1i＝WCj·WBj(6)式中，WCj为指标层C相对于准则层B的权重，WBj为指标层B相对目标层A的权重；c、采用熵权法计算指标层C层各指标的客观权重，方法如下：(1)对适度指标和逆向指标采用减法一致化方法转为正向指标，对指标正向化后的数据采用极大值化方法进行无量纲化处理；(2)采用熵权法计算指标层C层各指标的熵权W2j；d、确定指标层C层各指标的组合权重及防护林配置方案综合评价值，方法如下：(1)依据最小信息熵原理，用拉格朗日乘子法优化确定指标层C层各指标相对于目标层A层的组合权重；(2)各防护林配置方案综合评价值由组合权重值Wi及无量纲化处理后的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪文文，王立海，王远明，郝泉龄，张广晖，张平，徐庆波，孙学东，曹时凯，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23