一种基于区间中性集框架的混合赋权与自适应排序的集成群体决策方法：面向可持续城市基础设施规划

《Engineering Applications of Artificial Intelligence》：An integrated group decision making approach using hybrid weighting and adaptive ranking under interval neutrosophic framework for sustainable urban infrastructure planning

　　

## 摘要

快速的城市化和不断加剧的环境压力凸显了可持续城市基础设施规划的必要性。绿色城市基础设施设计（GUIDEs）能够增强城市韧性。然而，由于其评估仍然面临挑战，因为基础设施的绩效受到当地环境、空间和社会经济条件的影响，而专家评估往往涉及不确定性和不同水平的置信度。现有的GUIDEs评价方法通常无法在一个综合的决策框架中同时解决这些问题。为弥补这一差距，本研究采用并整合了一种多属性群体决策方法，该方法结合了主观的"加法权重对数法"（LMAW）和客观的"对数百分比变化驱动的目标权重法"（LOPCOW）进行属性赋权。随后使用"基于自适应标准化区间的替代方案排名技术"（ARTASI）方法对替代方案进行排序。该方法通过倒数法纳入专家权重。为了表示不确定的专家评估，本研究开发了基于Dubois-Prade的区间直觉模糊聚合算子，同时将专家置信度水平纳入考量，以考虑个体评估可靠性的差异。该框架被应用于印度西孟加拉邦的五个实际GUIDEs项目，代表了智慧城市、蓝绿基础设施、以公共交通为导向的开发、绿色廊道和绿色建筑等策略。这使得能够在特定地点背景下系统比较不同的基础设施类型。结果表明，加尔各答新城的智慧城市项目排名最高，其次是绿色廊道和蓝绿基础设施项目。研究结果强调了在快速城市化地区整合型和多功能解决方案的有效性。敏感性分析证实了结果的稳健性。总体而言，本研究通过将混合赋权、不确定性建模和专家可靠性整合到一个对位置敏感的框架中，推进了决策支持方法，为优先选择适当的绿色基础设施策略提供了一套实用工具。

## 引言

在我们快速变化的世界中，技术已成为日常生活的重要组成部分，城市化以前所未有的速度持续加速。由于人们认为城市能提供更好的生活方式、经济前景和社会流动性，全球大量人口正涌向城市地区（Omole等，2024）。然而，这种快速的城市扩张带来了相当可观的环境代价。城市的持续增长导致了生态退化加剧、绿地面积不断减少、空气和噪音污染增加，以及有效废物管理面临的日益严峻的挑战。此外，由于过度消费、水资源管理不当和气候变化，许多城市地区面临日益严重的水资源短缺威胁，使问题更加复杂（Berawi，2019）。

这表明在大都市中引入绿色城市基础设施设计（GUIDEs）具有迫切需求。全世界多个城市已研究和引入了若干此类模式。绿色基础设施设计提供了一种整体性方法来缓解这些挑战，通过培养环境韧性、促进生物多样性、增强社会福祉和改善城市美观来实现。此外，它们在应对气候变化方面也发挥着关键作用，包括吸收碳、管理暴雨和减少城市热岛效应。采用绿色城市基础设施设计对于创造不仅宜居，而且在长期内具有韧性、公平和可持续性的城市至关重要（Wei等，2015）。然而，尽管其被广泛采用，许多现有研究仍使用概括性框架来评估这些方案，未能充分反映当地环境、空间和社会经济条件的影响。在实际中，一个GUIDE的有效性取决于其实施城市区域的特征。此外，其选择需要同时考虑多个且往往相互冲突的因素，包括环境质量、交通可持续性、土地利用、气候韧性和经济方面。因此，对GUIDE替代方案的全面评估需要一个决策框架，能够纳入多样化的标准和多位专家的不确定判断，同时适应不同的城市背景。

近期研究在复杂可持续性和评估问题的决策技术上取得了进展。一种基于对数标准化和标准差（LOGSTA）的赋权方法和基于多种标准化的排名框架被开发用于环境、社会和治理风险评估（Akbulut，2026）。在环境可持续性方面，开发了一种模糊LOGSTA框架来评估影响人工智能在可持续性方面作用的因素（Bouraima和Badi，2026）。类似地，一种组合距离排名方法在高级模糊环境中得到应用，反映了高级模糊技术在解决复杂MAGDM问题中的日益增长的使用（Turgay等，2026）。这些研究表明，混合赋权、排名和模糊方法在复杂决策中的使用日益增加。然而，它们的应用并未专门针对多样绿色城市基础设施替代方案的对位置敏感的评估，同时考虑区间值不确定性和专家置信度。

本研究旨在评估并排名西孟加拉邦选定城市区域的绿色城市基础设施设计替代方案，以支持可持续基础设施规划。通过考虑专家判断、不确定性和多样的环境、空间和经济属性，应用多属性群体决策（MAGDM）框架来识别特定背景下最合适的设计策略。目标是向城市规划和政策制定者提供可操作的见解，以选择具有韧性、高效且适合当地的绿色基础设施解决方案。在此类评估中，专家通常依赖于涉及模糊性和不确定性的语言判断。

INS（区间直觉模糊数）是直觉模糊数的后继者，其中真值、不确定度和假值程度相互独立，且位于[0,1]区间内。随后，为了更加精确，单值直觉模糊数（Wang等，2010）被引入。这些数值使得不同的隶属度（真值、不确定度和假值）只能是0到1之间的数值，包括0和1本身。然而，单个数值可能无法充分表示可能的评估范围。为了克服这一局限性，区间直觉模糊数（INN）（Wang和Sunderraman，2005）被引入，其中三个程度位于[0,1]区间内。在本研究中，决策专家提供的语言评估使用INNs表示，因为它们允许通过区间独立表达真值、不确定度和假值信息。这为评估GUIDE替代方案中涉及的不确定和模糊判断提供了灵活的表示方法。

若干MAGDM方法已被扩展到INN环境中，例如"基于与平均解距离的评估"（EDAS）由和Cakmak（2023）用于发电机选择，"加权聚合和积评估"（WASPAS）由Nie等（2017）用于选址问题，以及VIKOR（"多准则优化和妥协决策"）由Huang等（2017）使用。Peng和Xu（2023）通过基于INNs的"比率分析多目标优化"（MULTIMOORA）解决了学校选择问题，Pourmohseni等（2022）开发了利用INNs的物联网信任模型。其他方法如"多属性边界近似比较"（MABAC）（Peng和Dai，2017）和"距离到理想解的替代方案妥协排名"（CRADIS）（Chatterjee和Seikh，2025）也已被扩展到INN中，应用领域各不相同。

此外，还提出了各种针对INNs的聚合运算，如幂Hamy均值算子（Liu等，2019）和Aczel-Alsina聚合算子（Karabacak，2023）。然而，最近开发的MAGDM方法，如"基于自适应标准化区间的替代方案排名技术"（ARTASI）、"加法权重对数法"（LMAW）和"对数百分比变化驱动的目标权重法"（LOPCOW），尚未在INNs背景下进行研究。此外，基于Dubois-Prade t-范和t-余范的聚合算子尚未针对INNs开发。Dubois-Prade算子允许其参数在数据处理阶段变化，从而增强了聚合过程的灵活性（Peng，2023）。将Dubois-Prade算子整合到决策的聚合阶段，提高了方法处理决策属性相关不确定性的能力，从而允许对替代方案进行更精细的评估（Jameel等，2024）。本研究开发了一个综合MAGDM框架，通过纳入ARTASI、基于INN的不确定性建模、专家置信度和新开发的基于Dubois-Prade t-范和t-余范的聚合算子，扩展了LMAW-LOPCOW方法。

本研究的组织结构如下：第1节介绍研究的背景和动机。第2节提供了相关工作的调查。第3节讨论了正式的问题定义。第4节详细说明了所采用的方法论方法。第5节介绍了所提出的框架，包括基于置信度的LMAW、LOPCOW和ARTASI方法。第6节展示了所提出方法的应用，包括解决方案策略和结果分析。最后，第7节强调了主要结论，承认了研究的局限性，并提出了未来的研究方向。

## 第1节 研究背景

### 文献综述

文献综述在两个主要方向上进行：（i）与绿色城市基础设施相关的研究，和（ii）与本研究相关的近期MAGDM方法应用。

### 问题概述

本节介绍了主要问题，并概述了研究区域、选定的替代方案、评估属性和决策专家。这些要素将在第3.1节、第3.2节、第3.3节和第3.4节中分别进行更详细的讨论。

自独立以来，西孟加拉邦的城市稳步增长，与全国其他地区相似。1951年，其城市化率为6.61%，高于全国平均水平，但到2011年，差距缩小至仅0.78%。根据2001年人口普查……

## 第2节 方法论

本研究从第4.1节的预备知识开始，然后在第4.2节中介绍针对INNs的基于DP的聚合算子。

### 基于置信度的使用LMAW、LOPCOW和ARTASI方法的MAGDM

引入了一种使用置信度和INNs的新MAGDM方法。它涉及四个步骤：识别决策专家（DE）的置信度水平、通过R方法计算DE权重、使用LMAW和LOPCOW确定标准权重，以及使用ARTASI方法对替代方案进行排名。设替代方案表示为Ui，其中i=1到m，评估标准表示为Sj，其中j=1到n。决策专家组表示为Ek，其中k=1到r。后续章节将提供对这些步骤的全面解释。

### 确定最佳GUIDE替代方案的案例研究

本节包括六个子节。第6.1节详细介绍了用于数据收集的工具，第6.2节展示了所提出的MAGDM方法的应用。第6.3节讨论了结果及其含义。第6.4节呈现了与现有MAGDM方法的比较评估，第6.5节进行了敏感性分析以检验方法的稳健性。最后，第6.6节强调了更广泛的研究意义。

## 第3节 结论与研究局限性

本研究提出了一个评估GUIDEs的结构化决策框架。该研究评估了五个实施不同类型GUIDE的地点。该方法将使用LMAW方法捕捉的主观专家判断与通过LOPCOW方法得出的客观标准权重相结合，确保了平衡和全面的评估。替代方案使用ARTASI方法排名，专家权重最初通过R方法确定。该框架是……

## CRediT作者贡献声明

Prayosi Chatterjee：原创草稿撰写、方法论、形式分析、数据整理、概念构思。Mijanur Rahaman Seikh：审阅与编辑、监督、方法论、概念构思。

## 利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响到本论文报告的工作。

Prayosi Chatterjee | Mijanur Rahaman Seikh