基于层次分析法的流浪猫舍智能系统设计研究

闫胜昝　孙颖慧

关键词：流浪猫舍 智能系统 界面设计 KJ法 层次分析法

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）09-0145-04

引言

随着经济社会的发展，流浪猫狗已成为一个比较严重的社会问题。数据显示全球流浪猫狗数量已突破5亿只，社区中流浪猫狗随处可见，直接或间接带来一些社会影响，考验着政府和社会的综合治理能力，对流浪猫狗的科学救助迫在眉睫[1，2]。在我国生态文明建设的进程中，动物关怀也是文明程度的重要标志之一。国外针对流浪动物治理有健全的法制约束，通过登记建档明确责任，建有公益动物收容组织。国内在流浪动物治理的发展中，社区流浪动物救助所仍比较缺乏，针对流浪动物救助也有一些诸如喂食器、监控App的产品开发，但获得推广使用的较少[3，4]。目前，社区流浪动物救助的主要力量仍为爱心个人喂养者，极少数的爱心救助站实为另一种形式扩大版的私人救助，政府组织的流浪动物救助及管理并不多见。

文献研究和田野考察发现，社会流浪猫问题亟待解决，爱心人士有救助意愿，缺少统一规划的救助系统以及搭建各方力量之间桥梁的智能产品。本文通过问卷调查和深度访谈分析各方用户需求，明确设计要素，采用KJ亲和图法构建流浪猫舍智能系统功能需求层次分析模型[5];运用层次分析法计算得出各指标体系的权重并排序[6-8]，为流浪猫舍智能系统的设计提供理论依据;并设计实现一套包括庇护所、智能投喂及App救助平台的流浪猫舍智能系统，为解决流浪猫的社会治理问题提供现实参考。

一、流浪猫舍智能系统需求分析

（一）问卷调查

问卷调查是社会调查中广泛使用、直接有效的一种统计方法[9]。通过调查问卷数据分析可了解社区居民、校园学生对流浪猫问题的不同看法及对流浪猫舍智能系统的功能期待，结合调查对象的人群分类、生活形态（居家/在校时长）、活动场所等，发现爱猫人士对流浪猫舍智能系统的需求差异。为提高问卷结果的有效性，在问卷调查中，社区主要以居家为主的中老年女性为目标对象，学校主要以女同学为目标对象，所设计问题以对社区流浪猫现状的看法、建议和感受为核心，并提供对流浪猫舍智能系统设想功能的选择和补充类问题。通过对小区、大学、中学开展实地田野调查，发放调查问卷，收回有效问卷35份，田野调查发现所调研的社区和学校100%有流浪猫出现，问卷调查结果表明，100%的社区和学校存在私人爱心喂养情况。

从收回的35份问卷结果得出爱猫人士主要特点为：91%的受访者表示喜欢猫咪，有关爱流浪猫咪的意愿，但没有较好的途径。有3位受访者曾投喂过流浪猫咪，但都希望能有更好的方式来救助流浪猫咪。其中“是否支持所在社区或学校设立流浪猫舍”一题，35人均选择了9分支持。“流浪猫舍智能系统便捷性”一题1-9分，28人选择6分以上，平均7.11分，认为可远程扫码方式投喂、猫舍状态提示功能重要;100%的爱猫人士认为流浪猫舍应该满足遮风挡雨的基本功能。问卷中“流浪猫舍智能系统智能化功能重要程度”一题，有34位受访者评分为9，认为智能化功能重要。“流浪猫舍智能系统中猫舍的颜色和外观的重要程度”评分，仅10人认为重要。

（二）深度访谈

为深入了解潜在用户对流浪猫舍智能系统的真实需求，验证调查问卷有效性，从35位爱猫人士中挑选3位代表性用户进行深度访谈。对3位典型受访者从生活形态、活动场所、爱心行为、用户需求几个方面进行画像分析，具体见表1。

由表1可知，用户的需求是多层次的，除产品功能层面，还涉及心理和感官体验等方面。3位典型受访者均为流浪猫舍智能系统的潜在用户，均喜欢小动物，富有爱心，且有救护流浪动物的心理，其中2位有投喂行为;2位有时间、有能力关爱流浪动物;3位用户代表了3类典型人群，其生活形态、活动场所、爱心行为等特征鲜明，对流浪猫舍智能系统的需求有智能、便捷、美观和趣味等。3位典型用户的深度访谈和问卷调查结果一致，证明问卷有效。

二、流浪猫舍智能系统功能指标

（一）构建功能需求层次模型

KJ亲和图法[10]是日本川喜田二郎提出，用于将问题相关繁杂语言文字资料，依据其内在关系归类合并，从而找出复杂现象中问题解决新途径的方法。

流浪猫舍智能系统设计中，功能要素选择是需求多层次、影响多因素、评价多指標的复杂问题。在选择功能指标时，通过文献调研、问卷调查和深度访谈，采用KJ法对用户需求、设计人员想法和相关专家意见进行分类归纳，并进行适当筛选和补充。最终构建流浪猫舍智能系统功能需求层次模型为：1个目标层、4个准则层和12个备选方案层。

目标层：流浪猫舍智能系统功能需求，是该需求模型的总体目标。

准则层：归纳总结为便捷性、智能性、美观性、舒适性四类指标，作为功能设计的评价准则。

备选方案层：对四类准则指标进行具体分析，借助KJ法提取12个具体功能作为备选方案层指标。

通过以上功能指标体系，对流浪猫舍智能系统产品的设计进行指导。构建如图1所示的三层功能需求分析模型。

（二）各功能指标具体描述

通过对现有智能应用技术的研究，分析其与流浪猫舍智能系统的功能结合，同时方便理解各项指标，对各备选方案层指标描述如下：

扫码投喂：应用二维码技术，为每个流浪猫舍中的智能投喂器设置一个二维码，用户扫描投喂器上的二维码，支付一定费用后便可启动智能投喂器进行喂食。

定时投喂：智能计时芯片可记录每一次投喂时间，并根据系统设定的时间间隔，自动计算和启动投喂系统定时投喂。

状态提示：重力传感器技术可监测猫舍中猫粮和饮用水余量，实时上传到系统中，系统会根据用户所关注的猫舍的状态数据，为用户发送状态提示，如缺水、缺食等异常。

方便维护：流浪猫舍需要定期清理维护，设计为模块化拼接组合方式，方便拆装维护。

拍照识别：通过猫舍内置摄像头或由爱猫人士为猫咪拍照，上传照片到系统确定身份，图像识别技术可帮助识别确认流浪猫身份，统计流浪猫舍中的猫咪数量，指导系统根据猫咪数量调整投喂数量和时间间隔。

线上喂养：除线下扫码投喂，还可以扫描系统中指定猫舍的投喂器二维码，进行线上投喂，并可通过猫舍顶置摄像头观看猫咪进食视频，实现线上真猫喂养。

线上奖励：与虚拟养猫游戏结合，为提升用户救护流浪猫的心理体验，设计线上奖励机制，当投喂次数达到一定值，或者完成領养或其他救护任务，可为用户颁发不同等级的奖牌。

美化环境：流浪猫舍设置在社区、公园、学校等场所，将作为环境的一部分，在不破坏整体环境的前提下，应尽量具有美化环境的功能。

外观可爱：流浪猫舍作为猫咪、爱猫人士和流浪动物救助组织之间的桥梁纽带，设计可爱的外观有助于吸引更多的爱心人士为之驻足，加入流浪动物救护的队伍，提升流浪动物治理水平。

颜色靓丽：同外观可爱类似，颜色靓丽的设计方案更能吸引眼球，吸引更多的爱心人士关注流浪猫舍，并参与到流浪猫救助活动中。

遮风挡雨：该功能应是流浪猫舍最基本的功能之一，流浪动物救助从给它们一个温暖的窝开始，遮风挡雨猫舍的设计将引导流浪猫咪在固定区域活动，对社区、公园、校园中随处可见的流浪猫咪实行有序治理。

进出方便：猫咪善攀爬、喜跳跃，身体能适应各种情境，在做好遮风挡雨的同时，对洞口进行适当设计，可提高猫咪进出的舒适性。

三、功能指标层次分析

20世纪70年代美国的运筹学家托马斯·萨迪（ThomasL.Saaty）提出一种定量和定性相结合的、系统化、层次化分析方法，将与决策有关的要素分解成目标、准则、方案等层次，以处理复杂决策问题，即层次分析法[11]。对流浪猫舍智能系统，通过问卷及访谈，对构建的三层功能需求指标模型，运用层次分析法计算出流浪猫舍智能系统各功能指标的权重值，并进行一致性检验。

（一）判断矩阵

选取前述35位潜在用户组成决策小组，按层次分析法，对功能评价指标的目标层、准则层和备选方案层，以1-9的重要性等级两两进行比较，分别构造判断矩阵[12]，关于目标层“流浪猫舍智能系统功能需求”对准则层4个指标两两比较构成4×4的判断矩阵A1;关于准则层的“便捷性”“智能性”“美观性”和“舒适性”对备选方案层12个指标两两比较构成12×12的判断矩阵A2、A3、A4、A5，判断矩阵的形式如下：

其中，的值来自问卷调查数据，×=1。在A1中 表示关于目标层B_i相对于B_j的重要程度;在A2中 表示关于“便捷性”C_i相对于C_j的重要程度;在A3中 表示关于“智能性”Ci相对于C_j的重要程度;在A4中表示关于“美观性”C_i相对于C_j的重要程度;在A5中 表示关于“舒适性”C_i相对于C_j的重要程度。

（二）计算权重

通过计算判断矩阵的特征向量，可以得出各指标对上一层目标的权重值，即对A1的计算可以得到B1-B4对目标层的权重值如图2所示;对A2、A3、A4、A5的计算得到C1-C12分别对B1-B4的权重值，进而计算得到C1-C12的综合权重，如图3所示。

根据以上准则层指标权重可知，流浪猫舍智能系统设计准则重要性由高到低的排列顺序为B1便捷性、B2智能性、B4舒适性、B3美观性，说明潜在用户对该产品系统的便捷性和智能性要求较高，而对美观性的要求最低。根据备选方案层指标权重可知，C11遮风挡雨作为猫舍最基本的功能是首先要考虑的，其次C3状态提示、C7线上奖励、C1扫码投喂功能评级也较高，而C9外观可爱、C12进出方便、C4方便维护等功能的关注度较低。

（三）一致性检验

为保证权重值的有效性，以及各指标重要度之间的协调性，对所有数据进行一致性检验，检验的具体步骤[13]如下：

1.先计算判断矩阵的最大特征值λ_max，再计算指标CI。

其中，n为矩阵维数，当判断矩阵的最大特征值为n时，此判断矩阵为一致矩阵，此时CI=0。

2.根据n的大小，按表2查找平均随机一致性指标RI。

表中n=1，2时，RI=0，因为n=1，2的判断矩阵均为一致矩阵。

3.计算一致性比例CR。

如果CR<0.1，则可认为判断矩阵的一致性可以接受。

经计算5个判断矩阵的一致性比例C R 分别为0.028807，0.030117，0.030256，0.034672，0.037599，均小于0.1。

四、流浪猫舍智能系统设计实践

依据流浪猫舍智能系统设计功能要素的指标权重结果，采用设计开发的程序与方法，落实设计实践，完成一套集救助庇护所、智能投喂和App救助平台的流浪猫舍智能系统设计。猫舍及投喂器设计简洁大方，不强调美观，但具有环境融入感，突出便捷性和智能性的功能需求，从服务设计向引导设计发展，增加引导性治理辅助功能。

（一）流浪猫舍智能系统的设计效果图

流浪猫舍智能系统由前端直接为流浪猫提供庇护场所和饮食的智能猫舍，以及为爱心人士提供学习、交流、智能喂养的平台系统两部分组成。

猫舍主要使用对象为流浪猫，在层次分析结果的指导下，从动物五个基本需求：生理（饮食需求）、环境（庇护场所）、行为（天性自由）、心理（避免恐惧）、卫生（减少伤病）方面考虑，猫舍设有智能投喂器，具备遮风避雨功能，从猫咪喜欢隐蔽、玩耍跳跃的习性出发，采用多变几何形态，设计了两种造型方案的猫舍。两种智能猫舍整体效果图如图4所示。

结合前述功能指标权重，设计了流浪猫舍智能系统的手机App系统界面，以简洁的三级界面实现主要操作功能，在总界面上设置有：猫猫社区、猫猫定位、位置地图、附近、养猫知识、发布、猫圈、我的。利用GPS定位，通过位置地图可以查看猫猫社区的智能猫舍设置情况;点击附近可查看距离用户当前所在位置方圆500m的猫舍信息;點击养猫知识可进入养猫知识字帖和视频界面进行观看学习;除智能猫舍自动识别拍照记录的流浪猫信息，爱猫人士也可以给猫咪拍照，并将流浪猫信息发布在猫猫社区;在猫圈爱猫人士、爱心宠物医护人士、救助站之间可进行沟通，查看猫咪领养信息;“我的”可记录爱猫人士的救助行为，发布、投喂、领养等信息，根据记录数据，为爱心人士颁发荣誉勋章。同时界面借助猫咪形态的抽象设计，提升爱猫人士的使用心理体验，部分界面效果如图5所示。

（二）设计中的智能化功能

根据前述分析结果，智能性仅次于便捷性占有较高权重，且便捷性的实现也与智能化有关。以现有的物联网、大数据、移动互联等先进技术为基础，根据动物的五个基本需求和爱猫人士的心理需求，从智能感知、智能投喂、智能识别、智能交互、智能记录五个方面完成流浪猫舍系统智能化功能设计实践。

1.智能感知：智能感知包括智能投喂器中猫粮和饮用水余量感知、进出智能猫舍的流浪猫数量感知、猫舍温湿状态感知等功能，通过感知传感器和无线传输技术，数据实时显示在智能系统App的猫舍界面状态中。

2.智能投喂：智能投喂分自动定时投喂和干预式扫码投喂。猫舍的智能投喂器，会按照智能系统设定的时间间隔自动进行定时投喂;爱心人士扫描系统中每个猫舍的二维码，也可以触发投喂。且系统会根据有无扫码投喂调整或保持定时投喂的时间，还可根据猫咪数量，调整每次投喂的数量。

3.智能识别：智能投喂器可根据重量传感器识别猫粮及饮用水的余量，并在系统中显示。猫舍摄像头可识别不同猫咪，统计猫咪数量，从而在系统中发布猫咪信息，并根据猫咪数量调整投喂数量和间隔时间。

4.智能监控：猫舍摄像头可监控记录猫舍的运行情况，更新系统中猫舍状态数据，保证猫舍正常运行。

5.智能记录：系统自动记录投喂数量、投喂时间，做到合理投喂;记录每一位爱心人士的投喂、领养、拍照、分享等活动，并颁发荣誉勋章，提升用户心理体验，形成良性循环;记录猫咪数量、猫舍利用情况，指导投喂系统参数设置和猫舍布置。

手机App为爱猫人士提供交流分享的平台，可爱的猫咪图片给人们带来心灵的慰藉，同时人们在投喂中释放压力，提升心理体验，也为流浪动物救助提供资金支持，促进人与动物和谐共生。

结论

采用KJ法归纳整理流浪动物文献资料、问卷调查和田野考察有效用户意见，确立流浪猫舍智能系统1个目标层、4个准则层和12个备选方案层的功能需求层次模型指标体系。对问卷调查和深度访谈结果进行层次化分析，通过指标权重计算发现，潜在用户对该产品系统的便捷性和智能性要求较高，而对美观性的要求最低。在备选方案上应首先考虑遮风挡雨功能，进而考虑智能化的状态提示、线上奖励和扫码投喂等功能。运用产品设计程序方法，综合考虑流浪猫舍智能系统功能指标层次化分析结果，设计一套集猫舍、智能投喂和救助App界面的流浪猫舍智能系统，充分考虑了基础功能和智能化功能服务，以助力解决流浪猫治理问题，满足爱猫人士使用需求。