馬從國，趙德安 ，王建國

(1. 淮陰工學院，江蘇 淮安223001；2. 江蘇大學，江蘇 鎮(zhèn)江212013)

健康的豬舍能夠提供良好的生長環(huán)境有利于加快生豬的生長速度、提高飼料回報率和生豬的免疫力、減少藥物和其它保健品的使用和確保生豬養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益和豬肉品質(zhì)，不健康的豬舍往往造成生豬生長狀況不良、疾病控制困難和嚴重影響生豬養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益，它在生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)中具有舉足輕重的意義[1]。豬舍常常導致的生豬養(yǎng)殖的損失是一種隱性的，不少養(yǎng)殖戶對于豬舍的健康狀態(tài)還沒有引起足夠的關(guān)注，因此對豬舍健康狀態(tài)的綜合評價對養(yǎng)殖戶十分必要，但是國內(nèi)外對豬舍健康狀態(tài)的評價的方法還未見報道[2]。影響豬舍健康狀態(tài)的諸多因素是相互聯(lián)系、相互依存、相互作用的， 科學、有效地評價豬舍健康狀態(tài)的方法是確保評價結(jié)果客觀性的有力保證。常用的綜合評價方法主要有加權(quán)平均法、層次分析法、模糊綜合評判法等，但都存在一定的不足；本文通過深入分析影響豬舍健康狀態(tài)的關(guān)鍵因素，建立多層次遞階層次指標體系，通過對指標權(quán)重和隸屬度進行科學的量化與綜合，運用層次分析與模糊綜合評價理論相結(jié)合構(gòu)建豬舍健康狀態(tài)綜合量化評價方法，得到被評價豬舍健康狀態(tài)的評判結(jié)果，養(yǎng)殖戶可以通過評價結(jié)果追溯到影響豬舍健康狀態(tài)的不健康因素并消除豬舍的健康狀態(tài)隱患，為生豬提供良好的生長環(huán)境，對推動生豬養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展奠定一定基礎(chǔ)[3-4]。

1 豬舍健康狀態(tài)評價指標體系的構(gòu)建

為了對豬舍健康狀態(tài)進行較準確的綜合評價，項目組組織由豬舍設(shè)計與制造、生豬養(yǎng)殖、經(jīng)濟管理等相關(guān)方面的專家組成專家組反復(fù)討論，根據(jù)反映豬舍健康狀態(tài)的整體性、全面性、綜合性的原則，從影響生豬生產(chǎn)過程的各要素的內(nèi)在聯(lián)系中進行系統(tǒng)分析各種影響因素。總結(jié)為5個評價方面因素，其具體內(nèi)容如下：(1)實用性 豬舍的實用性表現(xiàn)為配備生豬養(yǎng)殖過程需要具有比較先進和完善的裝備減輕勞動強度和提高養(yǎng)殖效益，小氣候環(huán)境滿足生豬生長過程要求，選擇合適材料建造墻壁、舍頂和門窗等，具有較強的抵御災(zāi)害能力，方便養(yǎng)殖戶使用。(2)經(jīng)濟性 豬舍的經(jīng)濟性表現(xiàn)為滿足生豬養(yǎng)殖的基本需求，在豬舍的制造過程中降低制造成本、運轉(zhuǎn)能耗低和到達節(jié)能高效的目的。(3) 場址選擇 養(yǎng)殖場選址必需符合《中華人民共和國畜牧法》的有關(guān)規(guī)定，綜合考慮所建豬場的規(guī)模和氣候條件選擇有利于生豬生長的有利地形地勢，并且具有防災(zāi)和減災(zāi)能力，土壤和水源水質(zhì)成分滿足生豬生長的要求、通信條件良好、交通運輸方便。(4) 豬舍管理 豬舍管理是保障豬舍健康狀態(tài)的軟件，它包括生豬的飼養(yǎng)管理、提供生豬福利和控制生豬疾病的能力，它的布局合理并滿足生豬養(yǎng)殖工藝要求，實現(xiàn)綠色養(yǎng)殖、福利養(yǎng)殖和高效養(yǎng)殖。(5)創(chuàng)新性 豬舍的創(chuàng)新性表現(xiàn)運用新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和整齊美觀， 符合傳統(tǒng)習慣、時代的審美要求和周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的造型，設(shè)計方案應(yīng)體現(xiàn)滿足生豬養(yǎng)殖發(fā)展要求的超前性。為此從豬舍的“實用性”、“經(jīng)濟性”、“豬舍管理”、“場址選擇”和“創(chuàng)新性”等5個方面的指標分4個層次來構(gòu)建豬舍健康狀態(tài)指標體系對其進行綜合評價，確定豬舍健康狀態(tài)的相應(yīng)等級，將影響豬舍健康狀態(tài)的因素劃歸為5個二級指標 ，這5個二級指標進一步劃分為20個三級指標 ，三級指標進一步被劃分為29個四級指標 。構(gòu)建的豬舍健康狀態(tài)指標體系[5-6]的遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 豬舍健康狀態(tài)評價的遞階層次結(jié)構(gòu)Fig.1 The hierarchical level structure of piggery health status evaluation

2 基于模糊層次分析法的綜合評價

2.1 指標主觀權(quán)重的確定

基于圖1的豬舍健康狀態(tài)評價的遞階層次結(jié)構(gòu)，針對專家在對兩兩因素的重要性進行比較時主觀判斷的不確定性問題，通過向評價專家發(fā)放調(diào)查問卷確定模糊判斷矩陣中反映各指標相對上一層因素重要性的各個元素的數(shù)值，每位專家通過比較兩兩指標對影響上一層因素的相對重要程度無需給出判斷矩陣的確切值，本研究引入三角模糊數(shù)量化評價因素比較的結(jié)果并形成模糊判斷矩陣，利用模糊數(shù)比較大小原理確定各指標的排序并獲得對應(yīng)指標的權(quán)重值[7，8]。設(shè)與上層指標相關(guān)聯(lián)的本層豬舍健康狀態(tài)指標集為X=x1,x2…xm,三角模糊數(shù)Mij=lij,mij,uij表示指標i相對于指標j重要程度的專家模糊判斷結(jié)果，通過對指標集的兩兩比較得到模糊判斷矩陣A。

(1)

在模糊判斷矩陣中第i指標相對于本層其它指標的模糊相對權(quán)重向量為：

(2)

根據(jù)三角模糊數(shù)M1≥M2的可能度定義:

(3)

求出模糊判斷矩陣各個元素的綜合重要程度值，也就是計算A中第i個元素重要于其他各元素的可能性程度。

(4)

由此得出每個元素的權(quán)重：

WAi(d(A1)),(d(A2))…(d(An))T

(5)

2.2 指標專家組權(quán)重的確定

運用規(guī)范三角模糊數(shù)的相似度定義:

S(M1,M2)=1(|l1-l2|+|m1-m2|+|u1-u2|)/3

(6)

對不同專家評分得到的模糊相對權(quán)重向量[9-10]Sk和Sj進行兩兩比較得到相似度構(gòu)造權(quán)重向量的一致度矩陣AM。

(7)

(8)

式中：k,j=1,2…n。

根據(jù)專家的平均一致度計算各專家的相對一致度(RADk)：

(9)

式中：k=1,2…n。根據(jù)專家的相對一致度和專家權(quán)重定義專家的匯總權(quán)重系數(shù)ACk。

ACk=β·λk(1-β)·RADk

(10)

式中：λ為專家組的主觀權(quán)重，當β=0時不考慮專家權(quán)重而只考慮專家意見的一致性[11]，當β=1時不考慮專家意見的一致性而只考慮權(quán)重，通常情況下兩者都應(yīng)考慮到?？筛鶕?jù)匯總系數(shù)匯總各專家意見得到專家組的權(quán)重。

(11)

2.3 指標層專家組隸屬度物元的構(gòu)建

根據(jù)豬舍健康狀態(tài)的指標體系設(shè)計調(diào)查問卷，通過問卷調(diào)查可得到專家對具體指標等級隸屬度的評價值，在表1中給出了專家評價語言變量與三角模糊數(shù)對應(yīng)關(guān)系。

設(shè)有m(m≥2)個專家參與評判某個指標的n個隸屬度等級，第i個專家給出第j個等級三角函數(shù)的隸屬度為，構(gòu)造m個專家評價某指標等級的隸屬度的專家組矩形陣如公式(12)。

表1 語言變量與對應(yīng)的三角模糊數(shù)Table 1 Linguistic variables corresponding triangular fuzzy numbers

(12)

根據(jù)兩個三角模糊數(shù)M1和M2的距離公式為：

(13)

可求出任意兩個專家指標隸屬度的平均距離并構(gòu)建距離矩陣DM。

(14)

(15)

以公式(15)作為第K個專家指標等級隸屬度的客觀權(quán)重。根據(jù)專家的主觀權(quán)重wk和指標等級隸屬度的客觀權(quán)重ηk，最終權(quán)重可按公式(16)：

γ=a·wk+(1-a)·ηk

(16)

確定評價專家的最終權(quán)重，α反映出對主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的偏好程度，它越大表示越重視決策者的主觀權(quán)重。特別地若α=1則只考慮主觀權(quán)重；若α=0則只考慮客觀權(quán)重。根據(jù)最終權(quán)重對專家組為每位專家評價某個指標的隸屬度進行綜合得到專家組的三角模糊隸屬度值：

(17)

把三角模糊數(shù)的隸屬度值代入公式(18)轉(zhuǎn)換為模糊隸屬度。

I(Mi)=(li+2mi+ui)/4

(18)

2.4 豬舍健康狀態(tài)量化

豬舍健康狀態(tài)的綜合評價值與其在現(xiàn)行使用條件下保持生豬高效健康養(yǎng)殖的能力程度有關(guān)，將豬舍的特定性能定性為影響豬舍健康狀態(tài)的指標，那么可以采用健康值(HealthValue,HV)來定量描述影響豬舍健康狀態(tài)指標體系的五個方面主要參數(shù)，它能夠基本客觀確定地反映出豬舍健康狀態(tài)的全部特征和屬性，根據(jù)指標體系構(gòu)建的基本原則，故可將這五個參數(shù)作為指標來綜合反映豬舍的特定性能[11]。上述方法定義的豬舍HV取值范圍在(0與5.5)之間，但在工程實際中常常用定性的方法將豬舍的健康狀況劃分為若干等級，如:健康、較健康、正常、亞健康、病態(tài)等5種狀態(tài)。參照相關(guān)健康評價標準和專家經(jīng)驗構(gòu)建健康值定量值與豬舍健康狀態(tài)定性評價等級之間的映射關(guān)系[11]如表2所示。

表2 豬舍健康狀態(tài)等級分類表Table 2 Grade feature classification of piggery health status

2.5 模糊綜合評判

據(jù)第四級指標層指標權(quán)重向量wDi和對應(yīng)單因素隸屬度構(gòu)成矩陣RDi進行第四級模糊綜合評價[12-13]，得到第三級對應(yīng)指標各個評價等級的隸屬度。

Bci=WDi·RDi

(19)

根據(jù)第三級指標權(quán)重向量wci和對應(yīng)指標隸屬度構(gòu)成矩陣Rci進行第三級綜合模糊評價，得到第二級對應(yīng)指標評價等級的隸屬度。

BBi=Wci·Rci

(20)

根據(jù)第二級指標權(quán)重向量wBi和對應(yīng)指標隸屬度構(gòu)成矩陣RBi進行第二級綜合模糊評價，得到第一級對應(yīng)指標各個評價等級的隸屬度。

BA=WBi·RBi

(21)

根據(jù)HV對豬舍健康狀態(tài)進行綜合評價，根據(jù)健康狀態(tài)等級值對豬舍的狀態(tài)等級進行歸類，健康狀態(tài)與其對應(yīng)等級值之間的映射關(guān)系如表2所示。根據(jù)模糊概念在分級條件下的最大隸屬度原則不適用性，采用級別特征值的方法來對豬舍健康狀態(tài)等級值進行確定[14]。

HV=[1 2 3 …c]×Ba

(22)

3 評價實例

3.1 指標權(quán)重的確定

由豬舍設(shè)計與建造、生豬養(yǎng)殖與管理和領(lǐng)導等5位專家組成專家組對淮安市某畜牧公司的豬舍健康狀態(tài)進行綜合評價，根據(jù)他們的工作經(jīng)驗、資歷和行業(yè)威望確定主觀權(quán)重為:λ=[0.20,0.17,0.18,0.23,0.22] 。他們根據(jù)豬舍健康狀態(tài)綜合評價遞階層次結(jié)構(gòu)中各項指標的標準和要求對某個層次的指標對上一層次指標影響的重要性進行兩兩比較構(gòu)造各級模糊權(quán)重判斷矩陣，下表中的數(shù)據(jù)是專家組評出準則層5個指標中兩兩相比較相對影響目標層重要性的數(shù)值的三角模糊數(shù)。例如：在表3中，對于目標層，準則層中實用性與經(jīng)濟性相比，專家1認為實用性與經(jīng)濟性重要的程度在[1/2,1,3/2]之間，反之經(jīng)濟性與實用性相比所得的三角模糊數(shù)為[2/3,1,2]。依此類推可以得到其他層指標權(quán)重相對重要性的三角模糊判斷矩陣，本研究以表3為例說明準則層參數(shù)對目標層影響的權(quán)重，其他指標的權(quán)重計算過程與此類似。

根據(jù)表3的三角模糊數(shù)和公式(2)計算準則層指標的相對模糊權(quán)重向量S1。

表3 準則層屬性對目標層的重要度模糊評價矩陣Table 3 The fuzzy evaluation matrix of the importance degree of criterion layer attributes to target layer

M1=(4.5,6.5,8.5)?(1/37.834,1/27.40,1/2030)=(0.119,0.237,0.419)
M2=(5.667,7.5,10)?(1/37.834,1/27.40,1/2030)=(0.15,0.274,0.439)
M3=(29,3.833,5.167)?(1/37.834,1/27.40,1/2030)=(0.077,0.14,0.255)
M4=(4.333,6.0,9.0)?(1/37.834,1/27.40,1/2030)=(0.115,0.219,0.443)
M5=(29,3.567,5.167)?(1/37.834,1/27.40,1/2030)=(0.077,0.13,0.255)

由公式(3)-(5)得到專家1關(guān)于準則層相對目標層的相對模糊權(quán)重向量S1=[M1,M2,M3,M4,M5]和指標權(quán)重向量為：w1=[0.245,0.279,0.123,0.235,0.118] ，以此類推得到其他4位專家準則層相對目標層的模糊評價矩陣中的各指標的相對模糊權(quán)重向量S2-S5和對應(yīng)的權(quán)重向量w2-w5。根據(jù)公式(6)-(10)得到每位專家的匯總權(quán)重系數(shù)為：AC=[0.25,0.22,0.20,0.15,0.18] ，其中β=0.5表示專家權(quán)重和專家意見的一致性各占50%的比例，由公式(11)和匯總權(quán)重系數(shù)對w1-w5進行計算綜合得到準則層的權(quán)重為：w=[0.25,0.285,0.155,0.20,0.11],其他各級指標相對上一級的權(quán)重計算過程與此類似，由于文章長度限制其它指標的權(quán)重計算過程省略。

3.2 指標隸屬度的確定

由于評價豬舍健康狀態(tài)指標等級的隸屬度存在一定的定性因素和模糊性，專家組根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)行標準以及同行做法對相關(guān)指標的等級隸屬度進行打分估測定性指標并量化以便進行定量計算，通過給指標層各定性指標進行評價，獲得各指標相對于其評價等級的三角模糊語言評分。根據(jù)市場調(diào)研設(shè)定指標的定性評語集為5個等級，即：V={好、較好、一般、較差、差}，它們語言變量與對應(yīng)的三角模糊數(shù)的對應(yīng)關(guān)系見表1。為克服同類專家經(jīng)驗的片面性和知識面的局限性，采用不同類專家判斷可以集眾多專家的智慧對具體豬舍健康狀態(tài)的指標的隸屬度狀態(tài)進行較客觀的判斷，本文由豬舍健康狀態(tài)評價組的5類專家對指標等級的隸屬度打分并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的三角模糊數(shù)，由各指標的隸屬度和指標權(quán)重從最低層通過模糊綜合模型逐級計算來構(gòu)建準則層的模糊綜合評判矩陣(bij)mn。式中元素bij表示第i個指標相對于第j個等級的相對隸屬度。由準則層的模糊綜合評判矩陣和權(quán)重綜合評判得到豬舍的健康狀況的等級。下面以5個專家對指標層中的水電系統(tǒng)為例來介紹它的評價等級隸屬度為例證來說明它的計算過程，其它指標隸屬度專家組的評價等級的隸屬度以此類推得到?，F(xiàn)有評價專家組的5個專家依據(jù)豬舍水電系統(tǒng)的狀況，按照行業(yè)標準和企業(yè)標準做法打分并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的三角模糊數(shù)，例如專家1認為該豬舍水電系統(tǒng)好等級的隸屬度為較好、屬于較好的隸屬度為好、屬于其它等級的隸屬度為差，其他專家的評價結(jié)果與此類似。帶入公式(12)形成水電系統(tǒng)的專家組評價的隸屬度矩陣如下：

把R代入(13)-(15)得到η=[0.172,0.234,0.182,0.146,0.266]為專家組水電系統(tǒng)等級隸屬度的客觀權(quán)重向量，根據(jù)公式(16)得到隸屬度綜合的最終權(quán)重向量為γ=[0.186,0.202,0.181,0.188,0.243]，根據(jù)γ和每位專家的三角模糊評分代入公式(17)和(18)得到專家組的水電系統(tǒng)模糊評價隸屬度D21=[0.299,0.317,0.198,0.147,0.039]。經(jīng)過水電系統(tǒng)模糊評價隸屬度計算類似的過程就可以得到所有指標層專家組的模糊評價隸屬度值。第三級到第二級指標的隸屬度由第四級通過模糊評價模型(公式19)和(公式20)逐級計算得到。

3.3 目標層健康狀態(tài)等級的確定

由準則層B1、B2、B3、B4和B5指標隸屬度構(gòu)成準則層的模糊綜合評價矩陣B和它們的權(quán)重代入評價模型(21)采用M(·,+)-加權(quán)平均對它們進行計算，得到具體的豬舍健康狀態(tài)評價層次模型的準則層對目標層的隸屬度并歸一化得到：

把目標層的豬舍健康狀態(tài)隸屬度代入公式(22)確定其健康狀態(tài)等級特征值。根據(jù)表2可知該畜牧公司的豬舍健康狀態(tài)等級的特征值為3，表示該畜牧豬舍健康狀態(tài)處于正常狀態(tài)，能夠安全生產(chǎn)但要經(jīng)常巡視。如果采用隸屬度最大原則確定健康狀態(tài)則處于良好，則該評價方法忽視了該豬舍的健康狀態(tài)的安全隱患，則生豬生產(chǎn)的效益將減低。

在健康狀態(tài)等級特征值2.619中，從健康到病態(tài)的特征值分別占0.08%、0.22%、0.28%、0.24%、和0.17%。如果要提高豬舍健康狀態(tài)的等級，就必須從豬舍健康狀態(tài)評價的遞階層次結(jié)構(gòu)目標級逐級追蹤到指標級審查究竟哪幾個指標的隸屬度值影響豬舍的健康狀態(tài)，并通過改進它們等級狀態(tài)值來提高豬舍健康狀態(tài)等級，實現(xiàn)從評價豬舍健康狀態(tài)入手發(fā)現(xiàn)影響豬舍健康狀態(tài)的原因。根據(jù)豬舍健康狀態(tài)的評價結(jié)果，該畜牧公司應(yīng)加強對豬舍的服務(wù)管理和設(shè)備的更新維護工作，提高豬舍的生產(chǎn)的效率和健康狀態(tài)，讓人們吃上放心肉和安全肉打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

該豬舍健康狀態(tài)綜合量化評價方法能夠?qū)ωi舍的健康狀態(tài)作出公正評價，評判結(jié)果能夠體現(xiàn)被評豬舍的實際狀態(tài)，該評價方法對于了解豬舍的健康狀態(tài)和提高豬舍的健康等級具有一定的參考價值。

本研究基于影響豬舍健康狀態(tài)所涉及的自然條件、設(shè)備狀態(tài)、管理與運行、實用性和經(jīng)濟性等內(nèi)容所建立的綜合指標體系能夠全面地反映豬舍健康狀態(tài)，具有一定的實用性。

構(gòu)建了基于模糊層次分析法的豬舍健康狀態(tài)量化評價方法，量化了各種指標的專家組隸屬度與專家組權(quán)重，使評價結(jié)果更為客觀，更加科學合理，該方法具有推廣價值。

通過以淮安市某畜牧公司的豬舍進行實例分析，該評價方法可靠可行，可為優(yōu)化豬舍維護與管理策略提供理論參考，有利于畜牧公司實現(xiàn)其經(jīng)營目標。

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