DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-41794-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41781478
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Kannusamy Aarthi وآخرون
الموضوع الرئيسي: اتخاذ القرار متعدد المعايير
نظرة عامة
إن التوسع الحضري المتزايد المدفوع بنمو السكان والتصنيع يقدم تحديات بيئية كبيرة للمناطق الحضرية والضواحي، بما في ذلك التلوث، وتقلبات درجات الحرارة، وتغير المناخ. بينما تسعى المجتمعات الحضرية للتكيف مع هذه التعقيدات، فإن العديد من استراتيجيات التكيف الحالية تفتقر إلى الاستدامة، لا سيما في سياقات التنمية الحضرية. يمكن تسهيل تنفيذ التنمية الحضرية المستدامة من خلال المبادرات الخضراء، حيث تلعب ممارسات البنية التحتية الخضراء (GI) دورًا حاسمًا. ومع ذلك، فإن اختيار ممارسات GI المناسبة معقد ويتطلب تقييمًا شاملاً لعوامل مختلفة.
لمعالجة هذا التحدي، يقدم البحث إطار عمل لاتخاذ القرار متعدد المعايير الضبابي الذي يقيم ست ممارسات GI بناءً على الأبعاد البيئية والاقتصادية والاجتماعية عبر أربعة عشر معيارًا. يتم استخدام مجموعات ضبابية ثنائية القطب كروية (SBFS) لتمثيل بيانات التقييم، بينما يتم تحديد أهمية كل معيار باستخدام تقنية أهمية المعايير القائمة على الارتباط المسافة من خلال الارتباط بين المعايير (D-CRITIC). يتم تصنيف البدائل باستخدام نهج تصنيف التفضيل القائم على المسافة المثالية-المتوسطة (PROBID). يساهم هذا الإطار القائم على SBFS-D-CRITIC-PROBID بشكل فريد في الأدبيات حول تقييم GI، ويتم التحقق من نتائجه من خلال التحليل المقارن وتحليل الحساسية، مما يوضح فعاليته وقوته.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التأثير الكبير للتوسع الحضري السريع، المدفوع بنمو السكان والتصنيع، على النظم البيئية الطبيعية، لا سيما من خلال تدهور المساحات الخضراء وزيادة التلوث البيئي. مع وجود أكثر من نصف سكان العالم حاليًا في المناطق الحضرية، من المتوقع أن يرتفع هذا الرقم إلى 80% بحلول عام 2050. لقد غير هذا التوسع الحضري استخدام الأراضي، حيث استبدل الغطاء النباتي بالبنية التحتية الحضرية، مما يؤثر بدوره على المناخات المحلية والتنوع البيولوجي، مما يشكل مخاطر على كل من النظم البيئية وصحة الإنسان.
استجابةً لهذه التحديات، هناك اهتمام متزايد بالمبادرات الخضراء المتوافقة مع مبادئ التنمية المستدامة. تعرف لجنة برونتلاند التنمية المستدامة بأنها تلبية الاحتياجات الحالية دون المساس بقدرة الأجيال القادمة على تلبية احتياجاتها. تظهر ممارسات البنية التحتية الخضراء (GI) كأدوات حيوية لتعزيز التنمية الحضرية المستدامة (SUD) من خلال الحفاظ على البيئات الطبيعية واستعادتها، وتعزيز مرونة المدن، وتوفير الفوائد البيئية. لا تقتصر ممارسات GI على التخفيف من الآثار السلبية للتوسع الحضري – مثل تغير المناخ والتلوث – بل تعمل أيضًا على تحسين جمالية المدن ورفاهية الجمهور. بينما لا يمكن لـ GI استبدال المناظر الطبيعية الطبيعية بالكامل، إلا أنها تلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على المواطن وإدارة المياه بشكل فعال، مما يوفر حلولًا عملية للتحديات البيئية في البيئات الحضرية.
النتائج
توضح قسم النتائج تطبيق إطار عمل SBFS ومشغل SBWGM لتطوير مصفوفة قرار SBF مجمعة، مما يؤدي إلى حساب مصفوفة درجات SBF، كما هو موضح في الجدول 4. الخطوة التالية تتضمن تحديد أوزان المعايير من خلال نهج D-CRITIC، الذي ينتج مصفوفة قرار طبيعية. تكشف الانحرافات المعيارية لكل معيار، المحسوبة باستخدام المعادلة (8)، عن قيم لمعايير مختلفة، مما يشير إلى أهميتها النسبية في عملية اتخاذ القرار.
تؤكد النتائج على فعالية حدائق الأمطار في إدارة مياه الأمطار، وتعزيز مرونة المناخ، وتعزيز التنوع البيولوجي الحضري. يتم تسليط الضوء عليها كأكثر ممارسات البنية التحتية الخضراء (GI) فائدة نظرًا لمزاياها البيئية والاقتصادية والاجتماعية، تليها الغابات الحضرية والأسطح الخضراء. يدعو البحث إلى استثمارات مستهدفة في GI لمعالجة التحديات الحضرية مثل الفيضانات وتقليل الحرارة، مما يوفر إطار دعم قرار منظم يدمج حكم الخبراء وعدم اليقين. يعد هذا النموذج الضبابي MCDM أداة قيمة لصانعي السياسات، مما يسهل توافق مشاريع GI مع أهداف الاستدامة ولوائح التنمية الحضرية، مع مراعاة التخطيط المكاني وإدارة استخدام الأراضي.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في الورقة على أهمية نهج منهجي في اتخاذ القرار عند اختيار ممارسات البنية التحتية الخضراء (GI) للتنمية الحضرية المستدامة (SUD). تسلط الضوء على فائدة تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM)، لا سيما دمج نظريات المجموعات الضبابية، مثل المجموعات الضبابية الثنائية القطب (BFS) والمجموعات الضبابية الكروية (SFS)، لمعالجة عدم اليقين والتحيزات الذاتية في التقييمات. يقترح البحث إطار عمل جديد يجمع بين طرق D-CRITIC وPROBID ضمن بيئة مجموعة ضبابية ثنائية القطب كروية (SBFS)، بهدف تعزيز موثوقية وزن المعايير وعمليات اتخاذ القرار.
تحدد الدراسة فجوات كبيرة في الأدبيات الحالية، لا سيما نقص تطبيقات تقنيات D-CRITIC وPROBID في سياق SBFS لاختيار GI. لا تؤسس المنهجية المقترحة إطار تقييم قوي مع أربعة عشر معيارًا عبر الأبعاد البيئية والاقتصادية والاجتماعية فحسب، بل تسهل أيضًا تقييمًا أكثر دقة لممارسات GI. من خلال استخدام نهج D-CRITIC القائم على SBFS لتحديد الأوزان الموضوعية وطريقة PROBID القائم على SBFS لتقييم البدائل، تهدف الدراسة إلى تقديم حل شامل لتحديات اتخاذ القرار المعقدة في الاستدامة الحضرية. من المتوقع أن تسهم هذه المساهمة في تقدم مجال MCDM وتقديم رؤى قيمة للممارسين والباحثين المشاركين في تقييم GI.
القيود
تقدم العمل المقترح عدة قيود منهجية قد تؤثر على قابليته للتطبيق عبر سياقات مختلفة. بشكل أساسي، فإن اعتماده على معايير محددة مسبقًا ومشغلين تجميع ثابتين يحد من التكيف، مما قد يؤدي إلى نتائج لا تأخذ في الاعتبار التفسيرات المتنوعة بين الخبراء بشكل كامل. بينما يتم تجميع آراء الخبراء بشكل منهجي في قيم ضبابية، فإن الذاتية الكامنة في هذه التفسيرات يمكن أن تؤثر على النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، تفتقر الدراسة إلى تطبيق مباشر في العالم الحقيقي أو تحقق، مما قد يعيق التنفيذ العملي. تعقد المتطلبات الحسابية لتقنية D-CRITIC استخدامها. نظرًا لأن أداء البنية التحتية الخضراء (GI) وتحديد الأولويات يمكن أن يختلف بشكل كبير بناءً على المناخ المحلي والجغرافيا والحكم، فإن اعتماد الإطار على مجموعة محددة من ممارسات GI يثير مخاوف سياقية. أخيرًا، نظرًا لأن الإطار مصمم لبيئات التخطيط الثابتة، فإن قابليته للتوسع إلى المستويات الوطنية تقدم تحديات إضافية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-41794-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41781478
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Kannusamy Aarthi et al.
Primary Topic: Multi-Criteria Decision Making
Overview
The increasing urbanization driven by population growth and industrialization presents significant environmental challenges for urban and suburban areas, including pollution, temperature fluctuations, and climate change. While urban communities are striving to adapt to these complexities, many existing adaptation strategies lack sustainability, particularly in urban development contexts. The implementation of sustainable urban development can be facilitated through green initiatives, with green infrastructure (GI) practices playing a crucial role. However, selecting appropriate GI practices is complicated and requires a thorough assessment of various factors.
To address this challenge, the study introduces a fuzzy multi-criteria decision-making framework that evaluates six GI practices based on environmental, economic, and social dimensions across fourteen criteria. Spherical bipolar fuzzy sets (SBFS) are utilized to represent the evaluation data, while the significance of each criterion is determined using the distance correlation-based criteria importance through inter-criteria correlation (D-CRITIC) technique. The alternatives are ranked using the preference ranking based on ideal-average distance (PROBID) approach. This SBFS-based D-CRITIC-PROBID framework contributes uniquely to the literature on GI assessment, and its findings are further validated through comparison and sensitivity analyses, demonstrating its effectiveness and robustness.
Introduction
The introduction highlights the significant impact of rapid urbanization, driven by population growth and industrialization, on natural ecosystems, particularly through the degradation of green spaces and increased environmental pollution. With over half of the global population currently residing in urban areas, this figure is projected to rise to 80% by 2050. This urban expansion has altered land use, replacing vegetation with urban infrastructure, which in turn affects local climates and biodiversity, posing risks to both ecosystems and human health.
In response to these challenges, there is a growing interest in green initiatives aligned with sustainable development principles. The Brundtland Commission defines sustainable development as meeting present needs without compromising future generations’ ability to meet theirs. Green infrastructure (GI) practices are emerging as vital tools for promoting sustainable urban development (SUD) by preserving and restoring natural environments, enhancing urban resilience, and providing ecological benefits. GI practices not only mitigate the adverse effects of urbanization—such as climate change and pollution—but also improve urban aesthetics and public well-being. While GI cannot fully replace natural landscapes, it plays a crucial role in habitat preservation and effective water management, offering practical solutions for environmental challenges in urban settings.
Results
The results section outlines the application of the SBFS framework and the SBWGM operator to develop an aggregated SBF decision matrix, leading to the computation of the SBF score matrix, as detailed in Table 4. The subsequent step involves determining criterion weights through the D-CRITIC approach, which yields a normalized decision matrix. The standard deviations for each criterion, calculated using Eq. (8), reveal values for various criteria, indicating their relative importance in the decision-making process.
The findings emphasize the effectiveness of rain gardens in stormwater management, enhancing climate resilience, and promoting urban biodiversity. They are highlighted as the most beneficial green infrastructure (GI) practice due to their environmental, economic, and social advantages, followed by urban forests and green roofs. The study advocates for targeted investments in GI to address urban challenges such as flooding and heat reduction, providing a structured decision-support framework that integrates expert judgment and uncertainty. This fuzzy MCDM model serves as a valuable tool for policymakers, facilitating the alignment of GI projects with sustainability objectives and urban development regulations, while considering spatial planning and land-use management.
Discussion
The discussion section of the paper emphasizes the importance of a systematic approach to decision-making in selecting green infrastructure (GI) practices for sustainable urban development (SUD). It highlights the utility of multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, particularly the integration of fuzzy set theories, such as bipolar fuzzy sets (BFS) and spherical fuzzy sets (SFS), to address uncertainties and subjective biases in evaluations. The study proposes a novel framework that combines the D-CRITIC and PROBID methods within a spherical bipolar fuzzy set (SBFS) environment, aiming to enhance the reliability of criterion weighting and decision-making processes.
The research identifies significant gaps in existing literature, particularly the lack of applications of the D-CRITIC and PROBID techniques in the SBFS context for GI selection. The proposed methodology not only establishes a robust evaluation framework with fourteen criteria across environmental, economic, and social dimensions but also facilitates a more nuanced assessment of GI practices. By employing the SBFS-based D-CRITIC approach for objective weight determination and the SBFS-based PROBID method for evaluating alternatives, the study aims to provide a comprehensive solution to complex decision-making challenges in urban sustainability. This contribution is expected to advance the field of MCDM and offer valuable insights for practitioners and researchers involved in GI evaluation.
Limitations
The proposed work presents several methodological limitations that may affect its applicability across different contexts. Primarily, its reliance on predefined criteria and fixed aggregation operators restricts adaptability, potentially leading to outcomes that do not fully account for varying interpretations among experts. While expert opinions are systematically aggregated into fuzzy values, the inherent subjectivity in these interpretations can influence the results.
Additionally, the study lacks a direct real-world application or validation, which may hinder practical implementation. The computational demands of the D-CRITIC technique further complicate its use. Given that green infrastructure (GI) performance and prioritization can differ significantly based on local climate, geography, and governance, the framework’s reliance on a specific set of GI practices raises contextual concerns. Lastly, as the framework is designed for static planning environments, its scalability to national levels presents additional challenges.