基于層次分析法的流浪貓舍智能系統設計研究

閆勝昝　孫穎慧

關鍵詞：流浪貓舍 智能系統 界面設計 KJ法 層次分析法

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）09-0145-04

引言

隨著經濟社會的發展，流浪貓狗已成為一個比較嚴重的社會問題。數據顯示全球流浪貓狗數量已突破5億只，社區中流浪貓狗隨處可見，直接或間接帶來一些社會影響，考驗著政府和社會的綜合治理能力，對流浪貓狗的科學救助迫在眉睫[1，2]。在我國生態文明建設的進程中，動物關懷也是文明程度的重要標志之一。國外針對流浪動物治理有健全的法制約束，通過登記建檔明確責任，建有公益動物收容組織。國內在流浪動物治理的發展中，社區流浪動物救助所仍比較缺乏，針對流浪動物救助也有一些諸如喂食器、監控App的產品開發，但獲得推廣使用的較少[3，4]。目前，社區流浪動物救助的主要力量仍為愛心個人喂養者，極少數的愛心救助站實為另一種形式擴大版的私人救助，政府組織的流浪動物救助及管理并不多見。

文獻研究和田野考察發現，社會流浪貓問題亟待解決，愛心人士有救助意愿，缺少統一規劃的救助系統以及搭建各方力量之間橋梁的智能產品。本文通過問卷調查和深度訪談分析各方用戶需求，明確設計要素，采用KJ親和圖法構建流浪貓舍智能系統功能需求層次分析模型[5];運用層次分析法計算得出各指標體系的權重并排序[6-8]，為流浪貓舍智能系統的設計提供理論依據;并設計實現一套包括庇護所、智能投喂及App救助平臺的流浪貓舍智能系統，為解決流浪貓的社會治理問題提供現實參考。

一、流浪貓舍智能系統需求分析

（一）問卷調查

問卷調查是社會調查中廣泛使用、直接有效的一種統計方法[9]。通過調查問卷數據分析可了解社區居民、校園學生對流浪貓問題的不同看法及對流浪貓舍智能系統的功能期待，結合調查對象的人群分類、生活形態（居家/在校時長）、活動場所等，發現愛貓人士對流浪貓舍智能系統的需求差異。為提高問卷結果的有效性，在問卷調查中，社區主要以居家為主的中老年女性為目標對象，學校主要以女同學為目標對象，所設計問題以對社區流浪貓現狀的看法、建議和感受為核心，并提供對流浪貓舍智能系統設想功能的選擇和補充類問題。通過對小區、大學、中學開展實地田野調查，發放調查問卷，收回有效問卷35份，田野調查發現所調研的社區和學校100%有流浪貓出現，問卷調查結果表明，100%的社區和學校存在私人愛心喂養情況。

從收回的35份問卷結果得出愛貓人士主要特點為：91%的受訪者表示喜歡貓咪，有關愛流浪貓咪的意愿，但沒有較好的途徑。有3位受訪者曾投喂過流浪貓咪，但都希望能有更好的方式來救助流浪貓咪。其中“是否支持所在社區或學校設立流浪貓舍”一題，35人均選擇了9分支持?！傲骼素埳嶂悄芟到y便捷性”一題1-9分，28人選擇6分以上，平均7.11分，認為可遠程掃碼方式投喂、貓舍狀態提示功能重要;100%的愛貓人士認為流浪貓舍應該滿足遮風擋雨的基本功能。問卷中“流浪貓舍智能系統智能化功能重要程度”一題，有34位受訪者評分為9，認為智能化功能重要?！傲骼素埳嶂悄芟到y中貓舍的顏色和外觀的重要程度”評分，僅10人認為重要。

（二）深度訪談

為深入了解潛在用戶對流浪貓舍智能系統的真實需求，驗證調查問卷有效性，從35位愛貓人士中挑選3位代表性用戶進行深度訪談。對3位典型受訪者從生活形態、活動場所、愛心行為、用戶需求幾個方面進行畫像分析，具體見表1。

由表1可知，用戶的需求是多層次的，除產品功能層面，還涉及心理和感官體驗等方面。3位典型受訪者均為流浪貓舍智能系統的潛在用戶，均喜歡小動物，富有愛心，且有救護流浪動物的心理，其中2位有投喂行為;2位有時間、有能力關愛流浪動物;3位用戶代表了3類典型人群，其生活形態、活動場所、愛心行為等特征鮮明，對流浪貓舍智能系統的需求有智能、便捷、美觀和趣味等。3位典型用戶的深度訪談和問卷調查結果一致，證明問卷有效。

二、流浪貓舍智能系統功能指標

（一）構建功能需求層次模型

KJ親和圖法[10]是日本川喜田二郎提出，用于將問題相關繁雜語言文字資料，依據其內在關系歸類合并，從而找出復雜現象中問題解決新途徑的方法。

流浪貓舍智能系統設計中，功能要素選擇是需求多層次、影響多因素、評價多指標的復雜問題。在選擇功能指標時，通過文獻調研、問卷調查和深度訪談，采用KJ法對用戶需求、設計人員想法和相關專家意見進行分類歸納，并進行適當篩選和補充。最終構建流浪貓舍智能系統功能需求層次模型為：1個目標層、4個準則層和12個備選方案層。

目標層：流浪貓舍智能系統功能需求，是該需求模型的總體目標。

準則層：歸納總結為便捷性、智能性、美觀性、舒適性四類指標，作為功能設計的評價準則。

備選方案層：對四類準則指標進行具體分析，借助KJ法提取12個具體功能作為備選方案層指標。

通過以上功能指標體系，對流浪貓舍智能系統產品的設計進行指導。構建如圖1所示的三層功能需求分析模型。

（二）各功能指標具體描述

通過對現有智能應用技術的研究，分析其與流浪貓舍智能系統的功能結合，同時方便理解各項指標，對各備選方案層指標描述如下：

掃碼投喂：應用二維碼技術，為每個流浪貓舍中的智能投喂器設置一個二維碼，用戶掃描投喂器上的二維碼，支付一定費用后便可啟動智能投喂器進行喂食。

定時投喂：智能計時芯片可記錄每一次投喂時間，并根據系統設定的時間間隔，自動計算和啟動投喂系統定時投喂。

狀態提示：重力傳感器技術可監測貓舍中貓糧和飲用水余量，實時上傳到系統中，系統會根據用戶所關注的貓舍的狀態數據，為用戶發送狀態提示，如缺水、缺食等異常。

方便維護：流浪貓舍需要定期清理維護，設計為模塊化拼接組合方式，方便拆裝維護。

拍照識別：通過貓舍內置攝像頭或由愛貓人士為貓咪拍照，上傳照片到系統確定身份，圖像識別技術可幫助識別確認流浪貓身份，統計流浪貓舍中的貓咪數量，指導系統根據貓咪數量調整投喂數量和時間間隔。

線上喂養：除線下掃碼投喂，還可以掃描系統中指定貓舍的投喂器二維碼，進行線上投喂，并可通過貓舍頂置攝像頭觀看貓咪進食視頻，實現線上真貓喂養。

線上獎勵：與虛擬養貓游戲結合，為提升用戶救護流浪貓的心理體驗，設計線上獎勵機制，當投喂次數達到一定值，或者完成領養或其他救護任務，可為用戶頒發不同等級的獎牌。

美化環境：流浪貓舍設置在社區、公園、學校等場所，將作為環境的一部分，在不破壞整體環境的前提下，應盡量具有美化環境的功能。

外觀可愛：流浪貓舍作為貓咪、愛貓人士和流浪動物救助組織之間的橋梁紐帶，設計可愛的外觀有助于吸引更多的愛心人士為之駐足，加入流浪動物救護的隊伍，提升流浪動物治理水平。

顏色靚麗：同外觀可愛類似，顏色靚麗的設計方案更能吸引眼球，吸引更多的愛心人士關注流浪貓舍，并參與到流浪貓救助活動中。

遮風擋雨：該功能應是流浪貓舍最基本的功能之一，流浪動物救助從給它們一個溫暖的窩開始，遮風擋雨貓舍的設計將引導流浪貓咪在固定區域活動，對社區、公園、校園中隨處可見的流浪貓咪實行有序治理。

進出方便：貓咪善攀爬、喜跳躍，身體能適應各種情境，在做好遮風擋雨的同時，對洞口進行適當設計，可提高貓咪進出的舒適性。

三、功能指標層次分析

20世紀70年代美國的運籌學家托馬斯·薩迪（ThomasL.Saaty）提出一種定量和定性相結合的、系統化、層次化分析方法，將與決策有關的要素分解成目標、準則、方案等層次，以處理復雜決策問題，即層次分析法[11]。對流浪貓舍智能系統，通過問卷及訪談，對構建的三層功能需求指標模型，運用層次分析法計算出流浪貓舍智能系統各功能指標的權重值，并進行一致性檢驗。

（一）判斷矩陣

選取前述35位潛在用戶組成決策小組，按層次分析法，對功能評價指標的目標層、準則層和備選方案層，以1-9的重要性等級兩兩進行比較，分別構造判斷矩陣[12]，關于目標層“流浪貓舍智能系統功能需求”對準則層4個指標兩兩比較構成4×4的判斷矩陣A1;關于準則層的“便捷性”“智能性”“美觀性”和“舒適性”對備選方案層12個指標兩兩比較構成12×12的判斷矩陣A2、A3、A4、A5，判斷矩陣的形式如下：

其中，的值來自問卷調查數據，×=1。在A1中 表示關于目標層B_i相對于B_j的重要程度;在A2中 表示關于“便捷性”C_i相對于C_j的重要程度;在A3中 表示關于“智能性”Ci相對于C_j的重要程度;在A4中表示關于“美觀性”C_i相對于C_j的重要程度;在A5中 表示關于“舒適性”C_i相對于C_j的重要程度。

（二）計算權重

通過計算判斷矩陣的特征向量，可以得出各指標對上一層目標的權重值，即對A1的計算可以得到B1-B4對目標層的權重值如圖2所示;對A2、A3、A4、A5的計算得到C1-C12分別對B1-B4的權重值，進而計算得到C1-C12的綜合權重，如圖3所示。

根據以上準則層指標權重可知，流浪貓舍智能系統設計準則重要性由高到低的排列順序為B1便捷性、B2智能性、B4舒適性、B3美觀性，說明潛在用戶對該產品系統的便捷性和智能性要求較高，而對美觀性的要求最低。根據備選方案層指標權重可知，C11遮風擋雨作為貓舍最基本的功能是首先要考慮的，其次C3狀態提示、C7線上獎勵、C1掃碼投喂功能評級也較高，而C9外觀可愛、C12進出方便、C4方便維護等功能的關注度較低。

（三）一致性檢驗

為保證權重值的有效性，以及各指標重要度之間的協調性，對所有數據進行一致性檢驗，檢驗的具體步驟[13]如下：

1.先計算判斷矩陣的最大特征值λ_max，再計算指標CI。

其中，n為矩陣維數，當判斷矩陣的最大特征值為n時，此判斷矩陣為一致矩陣，此時CI=0。

2.根據n的大小，按表2查找平均隨機一致性指標RI。

表中n=1，2時，RI=0，因為n=1，2的判斷矩陣均為一致矩陣。

3.計算一致性比例CR。

如果CR<0.1，則可認為判斷矩陣的一致性可以接受。

經計算5個判斷矩陣的一致性比例C R 分別為0.028807，0.030117，0.030256，0.034672，0.037599，均小于0.1。

四、流浪貓舍智能系統設計實踐

依據流浪貓舍智能系統設計功能要素的指標權重結果，采用設計開發的程序與方法，落實設計實踐，完成一套集救助庇護所、智能投喂和App救助平臺的流浪貓舍智能系統設計。貓舍及投喂器設計簡潔大方，不強調美觀，但具有環境融入感，突出便捷性和智能性的功能需求，從服務設計向引導設計發展，增加引導性治理輔助功能。

（一）流浪貓舍智能系統的設計效果圖

流浪貓舍智能系統由前端直接為流浪貓提供庇護場所和飲食的智能貓舍，以及為愛心人士提供學習、交流、智能喂養的平臺系統兩部分組成。

貓舍主要使用對象為流浪貓，在層次分析結果的指導下，從動物五個基本需求：生理（飲食需求）、環境（庇護場所）、行為（天性自由）、心理（避免恐懼）、衛生（減少傷?。┓矫婵紤]，貓舍設有智能投喂器，具備遮風避雨功能，從貓咪喜歡隱蔽、玩耍跳躍的習性出發，采用多變幾何形態，設計了兩種造型方案的貓舍。兩種智能貓舍整體效果圖如圖4所示。

結合前述功能指標權重，設計了流浪貓舍智能系統的手機App系統界面，以簡潔的三級界面實現主要操作功能，在總界面上設置有：貓貓社區、貓貓定位、位置地圖、附近、養貓知識、發布、貓圈、我的。利用GPS定位，通過位置地圖可以查看貓貓社區的智能貓舍設置情況;點擊附近可查看距離用戶當前所在位置方圓500m的貓舍信息;點擊養貓知識可進入養貓知識字帖和視頻界面進行觀看學習;除智能貓舍自動識別拍照記錄的流浪貓信息，愛貓人士也可以給貓咪拍照，并將流浪貓信息發布在貓貓社區;在貓圈愛貓人士、愛心寵物醫護人士、救助站之間可進行溝通，查看貓咪領養信息;“我的”可記錄愛貓人士的救助行為，發布、投喂、領養等信息，根據記錄數據，為愛心人士頒發榮譽勛章。同時界面借助貓咪形態的抽象設計，提升愛貓人士的使用心理體驗，部分界面效果如圖5所示。

（二）設計中的智能化功能

根據前述分析結果，智能性僅次于便捷性占有較高權重，且便捷性的實現也與智能化有關。以現有的物聯網、大數據、移動互聯等先進技術為基礎，根據動物的五個基本需求和愛貓人士的心理需求，從智能感知、智能投喂、智能識別、智能交互、智能記錄五個方面完成流浪貓舍系統智能化功能設計實踐。

1.智能感知：智能感知包括智能投喂器中貓糧和飲用水余量感知、進出智能貓舍的流浪貓數量感知、貓舍溫濕狀態感知等功能，通過感知傳感器和無線傳輸技術，數據實時顯示在智能系統App的貓舍界面狀態中。

2.智能投喂：智能投喂分自動定時投喂和干預式掃碼投喂。貓舍的智能投喂器，會按照智能系統設定的時間間隔自動進行定時投喂;愛心人士掃描系統中每個貓舍的二維碼，也可以觸發投喂。且系統會根據有無掃碼投喂調整或保持定時投喂的時間，還可根據貓咪數量，調整每次投喂的數量。

3.智能識別：智能投喂器可根據重量傳感器識別貓糧及飲用水的余量，并在系統中顯示。貓舍攝像頭可識別不同貓咪，統計貓咪數量，從而在系統中發布貓咪信息，并根據貓咪數量調整投喂數量和間隔時間。

4.智能監控：貓舍攝像頭可監控記錄貓舍的運行情況，更新系統中貓舍狀態數據，保證貓舍正常運行。

5.智能記錄：系統自動記錄投喂數量、投喂時間，做到合理投喂;記錄每一位愛心人士的投喂、領養、拍照、分享等活動，并頒發榮譽勛章，提升用戶心理體驗，形成良性循環;記錄貓咪數量、貓舍利用情況，指導投喂系統參數設置和貓舍布置。

手機App為愛貓人士提供交流分享的平臺，可愛的貓咪圖片給人們帶來心靈的慰藉，同時人們在投喂中釋放壓力，提升心理體驗，也為流浪動物救助提供資金支持，促進人與動物和諧共生。

結論

采用KJ法歸納整理流浪動物文獻資料、問卷調查和田野考察有效用戶意見，確立流浪貓舍智能系統1個目標層、4個準則層和12個備選方案層的功能需求層次模型指標體系。對問卷調查和深度訪談結果進行層次化分析，通過指標權重計算發現，潛在用戶對該產品系統的便捷性和智能性要求較高，而對美觀性的要求最低。在備選方案上應首先考慮遮風擋雨功能，進而考慮智能化的狀態提示、線上獎勵和掃碼投喂等功能。運用產品設計程序方法，綜合考慮流浪貓舍智能系統功能指標層次化分析結果，設計一套集貓舍、智能投喂和救助App界面的流浪貓舍智能系統，充分考慮了基礎功能和智能化功能服務，以助力解決流浪貓治理問題，滿足愛貓人士使用需求。