基于模糊评价的中药生长适宜性地理分析方法研究.pdf

第 3 0卷 第 2期 2 01 4年 6月 Vo 1 3 0 NO 2 J u n 2 0 1 4 文章编号 1 0 0 4 6 0 1 1 2 0 1 4 0 2 0 0 6 4 0 9 基 于模糊评价的 中药生长适宜性地理分 析方法研究 王 红 霍 亮 北京建筑大学 测绘与城市空间信息学 院 现代城市测绘 国家测绘地理信息局重点实验室 北京 1 0 0 0 4 4 摘 要 基 于 中药 资源生 态学 统 计 生态 学及 地理 分析 等的理 论 和方 法 对影 响 中药资 源适 宜性 的 指 标如 地形 气候 土壤 大 气 生物 等 因素进行 了合 理 选取 层 次划 分 定 量评 估 等工 作 并 采 用层 次分析法对相关指标进行 了合理定量评估 构建了中药资源适 宜性评价指标体 系 在此基础上建 立 了适宜性地理分析评价模 型并设计 实现 了中药适 宜性地理分析 系统 利用实验数据进 行实例模 拟 分析 分析 结果 与 实际情况基 本相 符 验 证 了地理 分析 模 型 的 可行 性 和 正确 性 并对 后 续 的研 究 工作提 出了进 一 步构想 关键 词 中药适 宜性评 价 地理 分析 指 标体 系 层 次分析 法 模 糊 评价 中图分 类号 P 9 6 4 文献标 志 码 A Re s e a r c h o n M e t h o d s o f S uit a b il it y Ge o g r a ph ic An a l y s is o f Ch ine s e M e d ic in e Ba s e d o n Fu z z y Ev a l u a t io n W a n g Ho n g Hu o Lia n g S c h o o l o f G e o m a t ic s a n d U r b a n I n f o r m a t io n K e y L a b o r a t o r y o f Mo d e r n U r b a n S u r v e y in g o f N a t io n a l A d m in is t r a t i o n o f S u r v e y in g Ma p p in g a n d G e o in f o r m a t io n B e ij in g U n iv e r s it y o f C iv il E n g in e e r in g a n d A r c h ite c t u r e B e ij in g 1 0 0 0 4 4 Abs t r a c t I n t h is p a pe r t h e in d ic a t o r s t h a t in fl ue nc e t h e s ui t a b il i t y o f t r a d it io n a l Ch in e s e me d i c in e T C M s u c h a s t e r r a i n c l ima t e s o il a t mo s p h e r e b io l o g y a n d o t h e r f a c t o r s a r e s e l e c t e d r e a s o n a b l y d iv i de d h ie r a r c h ic a l l y a n d e v a l u a t e d q u a n t i t a t iv e l y b a s e d o n t he t he o r y a nd me t h o d s o f e c o l o g y o f t r a d it i o n a l Ch in e s e me d ic i ne r e s o u r c e s s t a t is t i c e c o l o g y a n d g e o g r a p hi c a n a l y s is Be s id e s t h e a na l y t ic h i e r a r c h y p r o c e s s A H P is a d o p t e d t o e v a l u a t e t h e r e l e v a n t in d ic a t o r s a n d t h e in d ic a t o r s y s t e m o f s u it a b il it y e v a l u a t i o n f o r t r a d it io n a l Chi ne s e me d ic in e r e s o u r c e s r e a s o na b l y a n d q ua n t it a t iv e l y Fu r t h e r mo r e t h e mo d e l o f g e o g r a p h ic a n a l y s is a n d e v a l u a t io n in s ui t a b il i t y is e s t a bl is h e d wh a t S mo r e t h e s u i t a b i l i t y a n a l y s is s y s t e m o f t r a d i t io n a l Ch i n e s e me d ic in e T C M i s i mp l e me n t e d I n a d d it io n t h e e x a mp l e s imu l a t io n a n a l y s is whic h u s e s e x p e r ime n t a l d a t a in d ic a t e s t h a t t h e a n a l y s is r e s u l t is c o n s is t e n t wi t h a c t u a l s i t u a t i o n in t u r n it a l s o v e r if ie s t h e c o r r e c t n e s s a n d f e a s ib il it y o f t h e g e o g r a p hi c a n a l y s is mo d e 1 An d l a s t l y s o me f u r t h e r id e a s for s u b s e q u e n t r e s e a r c h a r e p u t f o r wa r d in t h is p a pe r Ke y wor ds e v a l ua t i o n for s u it a b il it y o f Ch in e s e me d ic in e g e o g r a p hi c a n a l y s i s i nd ic a t o r s y s t e m a n a l y t ic a l h ie r a r c h y p r o c e s s AHP f u z z y e v a l u a t io n 所谓中药适宜性是指某一种中药在特定的地理 位置 生长 的适 宜程 度 适 宜 程度 的大 小 反 映 了 中药 材某地区生态环境与其最佳生长环境的匹配程度 目前 对适 宜性 的研 究 主 要集 中在 土 地资 源 评 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3一O 3 作者简介 王红 1 9 8 8 一 女 硕士研究生 研究方向 We b 3 D G I S We b G 1 S的研发与应用 C d 报 学 e 院 g 学 程 工 o 筑 S 建 京 E g a r 第 2期 王 红 等 基 于模糊评 价的中药生长适宜性地理分析方法研究 6 5 价 水资源评价等方面 对中药生态适宜性分析的研 究 还相 对 较少 有少 量对 中药 适 宜性 的研 究也 只 是 从 某一 种 药材 的角 度 出发 缺少 较 为实 用 的研 究 方 法 同样 对 某单 品 种 药 材 的适 宜 性 指 标 体 系 也 是 单 纯考虑了该药材的个 性特征 这就导致对 中药领域 中 多种药 材进 行适 宜性 分 析 时 对 每种 中药 适 宜 性 都要进行过程完整的分析 D i I 大了适宜性分析 的工 作量 和难 度 此外 对 相关 中药 适 宜 性 的研 究 大 多 数采 用 非 空 间数据 库进 行数 据 的存 储 而 中 药适 宜性 分 析 在 很 大程度 上 具有 三 维 空 间 特 征 评 价 的 整个 过 程 不 仅需 要对 空 间数 据 进 行 采 集 存 储 分析 处 理 建 立 适 宜性分 析 的空 间 模 型 更 要 对 分 析 结 果进 行 空 问 意义上的显示 而 目前研究方法 中采用传统分析方 法 在数 据 展现 分析 过程 以及结 果显 示等 方 面未结 合空间可视化技术 使得研究问题不够直观 且在适 宜 性评 价结 果 的准确 度方 面 电缺 少更 科学 的支 撑 和 验 证 采 用地 学 分析 方 法 进 行 中药 资 源 的适 宜性 评 价 显然 还有 重要 的现 实 意义 通过分析 中药生态适 性 影响指标研究 的现 状 不难看出针对多种 中药材的适宜性分析并 没有 一 个相 对统 一 的指标 体 系 本 研 究 针对 上 述 问 题 埘 中药 资 源 适 宜 性 分析 所 需 的指标 体 系进 行 了研 究 以期 在 充 分 考 虑 多种 因素的情况下 将中药 资源 的空问属性得以充分 表 达 建立一个普遍适用 的中药资源适宜性地理分 析 模 型 本 文对各 因子 的定 量 化采 用 了地理 分 析 的方 法 并对 中药资 源 的适宜 性进 行 了分析 和评 价 1 指标体 系的构 建 1 1指标 体 系建 立原 则 本研 究 全面 总结 了影 响 中药 资源适 宜性 的指标 因 子 对这 些 因 子进行 整理 和 分析 筛选 出能体 现 中 药适 宜性 的 重 要 因 子 同 时 由于 中药 对 各 种 环 境 因素的要求各不相同 本研究综合考虑了不 同种类 中 药在各 种 环境 因素 下 的情 况 采 用层 次分 析法 进 行层 次结 构 模 型 的建 立 和 符 个 指 标 因子 权 重 的计 算 从而建立起一个普遍适用的中药资源适宜性地 理分 析指 标体 系 建立合理的中药资源适宜性指标体系应遵循 以 下 原则 1 普适性原则 建立的指标体系要综合考虑多 种 中药生 长 的共 同影 响 因子 即建 立统 一 的指标 体系 2 系 统整体 性 原则 指标 体系必 须 能够 反 映 中 药生长地区各方面的基本特征 同时指标间既相互 独立 又相互 联 系 共 同构成 一 个整体 3 可 比可量可行原则 可比性要求 中药资源适 宜性评价结果在空间上实现不 同区域之问可 比 可 量性 要求各 个 指标 可 以直 接或 间接 的进 行量 化 可 行性 原则要 求 指标 资料 易于获 取 和计算 1 2 适宜 眭因子的 选取 采用德尔菲 D e l p h i 方法 对备选 中药适宜性 评 价指标 进行 专 家意 见 的征 询 专 家小 组 由来 自中 药 植物 测绘 等领 域 的 1 0位 成员组 成 经过三 轮 匿 名形式的专家意见征询最终确定本研究 中参选的指 标 指标 确定 后 根据 实际 中药 材种类 对参选 的指标 进行主成分分析 达到简化指标体系 对指标进行降 维 处理 的 目的 影 响 中药 资 源 的生 态 因 子多 种 多样 采 用 德尔 菲 D e l p h i 方法 进 行 筛 选 后 将 与 中药 适 宜性 相关 的指标分 为 五大类 气候 因子 大气 因子 土壤 因子 地形 因子 和生 物 因子 气候 因子 主要 包 括 光 温度 水分等 大气因子主要包含气压 氧气浓度 二氧化 碳浓 度 土壤 因子 包括 土壤结 构 土壤 的主要 成分 以 及成分含量等 地形 因子如地面的高程 坡度 坡向 经纬度等 通过影响气候和土壤 间接地影响植物的 生长和分布 生物因子包括生物之间的各种相互关 系 通过 生态 位来表 现 同时多 度 和盖度 也是影 响生 态适 宜性 的重 要指 标 1 3 中药 指标 体 系层次 结构 影响中药生态适宜性的因素很 多很多 各因素 的影 响程 度 也各不 相 同 且 不 同种 类 中药 材 的环 境 需求 又各 有差 异 本文 在进 行 中药 资源 生态 适 宜性 分析 研究 时从植 物 类 中药 的生 态 环 境 特征 出发 通 过整 理和综 合各 方 面 资 料 和文 献 再 遵 循 中药 资 源 生态适宜性评价指标体系建立 的基本原则 选取 了 大气 土壤 地 形 气 候 和生 物 五个 重要 的影 响 因子 进行研 究 但是 这 五个 因素属 于 不 能够 直 接对 其 进行 评 价的间接因子 故而本文中需对其进行适当的处理 将这五个因子分为能够直接进行调查 分析和评价 的多个 相对 简单 的指 标 中药资源生态适宜性指标体系具有多指标和层 次化的特点 因此可 以采用层次化 的结构分解将复 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 杂 的问题 简单 化 根 据前人研 究 把指 标体 系分 为三 层 或 者 四层 比较 合适 每 一个层 次 的 指标 即 为上 一 级别层次指标的子因子集合 通过逐一层级进行分 解 逐 级 向下进行 评 价 得 到 中药 生 态适 宜 性 程 度 的 指 标 将 适 宜性 指 标进 行 逐个 层 次 的 分解 最 终 形成 3个 层 次 第 1 层 中药 资 源生 态适 宜 性 是 指 标 体 系 中的 目标 层 即第 一级 指标 记 为 S 第 2层 直接 反映生态适宜性相关 的五大类 因子 即气候因子 大 气 因子 土壤 因子 地形 因子 生物 因子 这五个 因子 所 在 的层 级 为 准 则 层 即二 级 指 标 分 别 记 为 U 第 3层 根据 中药生长发育的环境特 征 可将 第 2层 次 5个 因子 中的每一个 进行 分层 分 为具体的可调查 的指标层 第三层次 中的指标是下 文中进行模糊综合评价获得中药资源生态适宜性的 重要 指标 本研究中将上述五大类 因子分成共 1 7个可直 接用 于分 析 的因子 建 立 中药 适 宜 性 指标 体 系 的三 层逻 辑结 构 对 中药 进 行 生 态适 宜性 评 价 具 体 到 一 种 中药 的适宜 性 分 析 时 主要 根 据 中药 材 生 长 的 环境要求和中草药生产实际 数据 的可获得性及等 级划 分的 可能性 等来 筛选 主导评 价 因 子 现 根据 对 影 响 中药 生态 适宜 性 的环 境 因子的 分析 以及 实际数 据情况 建立如图 1所示的指标体系 2 中药适宜性评价方法 图 1 指标体系结构 图 2 1 确 定 因子权 重 指标权 重是 在评 价过程 中不 同指 标对 评价 结果 贡献 程度 的反 映 即不 同环境 指 标 对 中药生 态 适 宜 性的影响程度的反映 各 因素对中药生态适宜性 的影响作用是不同的 这就需要根据每个因素 的重 要程 度分 别 赋 予 不 同 的权 重 确 定 权 重 的 方 法 很 多 常见的有德尔菲法 D e l p h i 等差法 回归分 析 法 灰色 关联 度法 层次 分析法 主成 分 分析法 相关 系数 法等 本 文 采用层 次分 析法确 定 各个 生 态 因 素的权重 层次分析法是适宜性指标体系的关键所 在 它将复杂问题中各 因素划分为相互联系的有序 层 并对 每一 层次 的相 对重要 性 给出定 量 的表示 再 确定各指标表示重要性次序的权重系数 层次分 析 法计 算步 骤如 下 2 1 1 计 算一 级指 标层 各指标 的权 重 首 先 以生 态 适 宜性 为 准 则 通过 层 次 分析 法 计 算 地形 气 象 大气 土壤 以及生 态指标 的权 重 记为 1 0 2 0 93 0 4 0 5 2 1 2计算二 级 指标层 各指 标 的权 重 以地形 指标 为 准 则 确 定 经 度 纬 度 高 坡 度 坡 向 的权 重 分 别 记为 同理 分 别 以 气候 大气 土壤 生态 为 准 则 计算 二 级 指标 的 权重 2 1 3 计算 二级 指标层 的综 合权 重 结合 一级 指标 层 中各指 标 的权 重 和 二 级指 标层 各指 标 的权 重 得 到 中药 资 源适 宜性 指 标 的 综合权重为 A X 中药 适宜 性分 析 的 l7个指 标 的权重 计算 其特 征 向量并 进行 归一 化 处 理 可 分 别 求得 地 形 指 标 的 权 重 气 象指标 的权 重 大 气指 标 的权 重 土 壤 指标 的权重 生物 指标 的权重 第 2期 王 红等 基 于模糊评 价的中药生长适宜性地理分析方法研究 6 7 2 2 建 立 适宜 性评 价模 型 2 2 1 模 糊综 合 评价 模 型 模 糊综 合评 价 的方 法 为 1 确定评价对象的因素论域 1 7个评价指标 t l 2 2 确 定评 语 等级 论 域 即 等级集合 3 逐个 对 被 评 事 物 从 每 个 因 素 1 2 P 上进行量化 即确定被 评事物单要 素的隶 属度 矩 阵 R 中第 行第 列 元 素 r 表 示 某 被 评 事 物 从 因 素 来 看 对 等 级 模 糊 子 集 的 隶 属度 4 确定 评 价 因 素 的权 向 量 A 因素 对模糊子集的隶属度 使用层 次分析法来确定评 价指标 问的相对重要性次序 从 而确 定权 重 系数 并在 合成 之 前归 一化 5 将 与 R进行 合 成 得到被 评 事物 的模 糊综 合评价结果向量 曰 并对 量进行分析 2 2 2 适 宜性 地 理分 析模 型 的建立 中药 适 宜性分 析 的指 标 数据均 已进行 空 间化预 处理 根据 中药 斑 块 矢 量数 据 范 围 获 取 该 种 中药 的 各个生 长 区 的环 境 因 子参 数 三 维 场景 中 的矢 量 数据通过 We b应用服务器进行发布和加载 并对矢 量 数据 压缩 和快 速 渲染 图 2为加 载 了斑 块 矢 量数 据 三维 场景 图 2 矢 量 一栅 格 三 维 场 景 图 根据 中药斑块矢量数扒范围 获取该种 中药各 个生长区的环境 因子参数 井计算指标权重值 利用 本 研 究 构 建 的 中药 适 宜性 地理 分 析模 型 可对各种植 区生态环境进行总体评价和分级 首先 构造 二级 评价 指标 集 然后 建立 评 价集 V 最 适 宜 次 适 宜 一般 不 适 宜 根 据 区 域环境条件与中药资源需求条件相似度不 同分为 四 个等级 即可以评价该种中药的适宜性程度 3 应 用案例 3 1数 据库 的创 建 平 台 中需 要 建 立 数据 库 为 平 台 的实 现提 供 数 据支撑 数 据库建 库 首先进 行适 宜性 分析 需求 调查 根据具体需求情况对 已有数据和未来可获取数据进 行