基于混合指标值todim方法的东营市生态系统健康评价-刘培德.pdf
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1、中国人口资源与环境 2017年 第27卷 第8期 CHINA)HA1loN。砌圈孤礓ta噶ANDDm删r V0127 No8 2017刘培德,滕飞基于混合指标值TODIM方法的东营市生态系统健康评价J中国人口资源与环境,2017,27(8):167176LIU Peide,TENG feiAssessment ofurban ecosystem heMth in Dongying based on hybrid TODIMJChina population,resources and environment,2017,27(8):167176基于混合指标值TODIM方法的东营市生态系统健康评价
2、刘培德1,2滕飞2(1中国民航大学经济与管理学院,天津300300;2山东财经大学管理科学与工程学院,山东济南250014)摘要 城市生态系统健康评价是城市可持续发展以及城市生态文明建设的需要。在当今各种“城市病”频发的背景下,研究城市生态系统健康水平不仅有利于协调城市发展与城市生态系统健康之间的矛盾,而且对于指导城市建设规划编制,监控城市生态环境的可持续发展具有重要的现实意义。鉴于此,论文在原有的城市生态系统健康评价指标的基础上,通过基于混合指标值的_rODIM方法评价东营市2007201 3年问的城市生态系统健康状况并分析活力、组成结构、恢复力、维持生态系统服务功能以及生态系统认知的构成指
3、标羽城市生态系统健康状况的影响。为了避免主观判断对城市生态系统健康评价的不确定性,文章采用兼顾客观信息和主观信息的组合权重赋权法确定各个指标的权重;根据东营市城市生态系统健康评价指标的特性和数据特点,建立了混合多属性决策TODIM方法的数学模型;采用扩展的TODIM方法对东营市城市生态系统健康状况进行评价,并分析了各个指标在城市生态发展过程中的作用。研究表明:东营市的城市生态系统健康状况一直向好,由脆弱状态逐渐过渡到亚健康状态,但是生态状况仍然不容乐观,距离健康状态仍有较大的差距;环保投入力度不足、污染物排放量增加、产业结构仍不完善、建成区人口密度过高等成为制约东营市城市生态系统健康发展的突出
4、问题。文章提出了相应的对策建议。以促进城市生态系统的健康发展。关键词城市生态系统健康;FODIM方法;组合赋权法;混合指标中图分类号x1711 文献标识码A 文章编号10022104(2017)080167一10 DOI:1012062cpre2017046721世纪以来,中国的城市化成为全球化背景下世界城市发展主流的缩影。随着城市化强度越来越大,“城市病”越来越突显,严重困扰着城市生态系统的可持续发展。城市生态系统是所有生态系统中较为复杂的,具有脆弱性、复杂性以及依赖性的特点,极易受到环境变动的影响。东营市所处的黄河三角洲成陆时间较短,生态环境比较脆弱,其城市化发展必然会对当地城市生态系统造
5、成一定的威胁。2007-2013年是东营市城市化的加速发展阶段,城镇化率由3958上升至6319,增加了近24个百分点,随之而来的废水排放量增加了53,固体废物产生量增加了一倍。东营市城市生态系统出现了一系列不健康症状,任其发展下去会威胁到人类健康。因此,对东营市城市生态系统健康状况进行深入研究变得十分重要和迫切。1文献综述健康的生态系统是社会、经济可持续发展的根本保证和人类赖以生存的基本条件。国内外学者对生态系统健康进行了大量研究,但是对城市生态系统健康的研究尚不深入,多停留在理论探索阶段。刘炎序等对近年来生态系统健康的相关文献进行梳理,揭示了国际生态系统健康研究的发展历程。Wang口1认为
6、城市生态系统是人口、资源、环境等子系统相互影响和相互作用的复合生态系统,是人类与周围环境进行物质和能量交换的可持续循环系统。肖风劲和欧阳华o定义了城市生态系统健康并提出了评价指标。为了洞察城市的生态系统健康状况并且对症下药地解决薄弱环节,需要对城市生态系统健康状况进行科学地评价和分析。颜文涛H1、郭秀锐等”o分别对重庆北部新区、广州市的城市生态系统健康状况进行了评价,收稿日期:20170322作者简介:刘培德,博士,教授,博导,主要研究方向为评价理论与方法、资源环境经济与管理,Email:peide1iugmailcom。基金项目:国家自然科学基金项目“基于中智集的模糊多属性决策理论、方法与应
7、用研究”(批准号:71471172),“基于二维不确定语言信息的模糊多属性群决策理论、方法与应用研究”(批准号:71271124);山东省社会科学基金项目“基于模糊决策理论的城市生态系统健康评价研究”(批准号:15BGLJ06);山东省泰山学者工程专项经费(批准号:ts201511045)资助。167万方数据中国人口资源与环境2017年第8期找出影响当地城市生态系统健康的因素,并且针对性地提出解决措施。在对城市生态系统健康进行评价时,如何确定指标体系的权重是首要解决的问题。目前,国内外学者通常采用层次分析法61计算主观权重,利用均方差法一。、熵权法8。9 o、因子分析法叫等客观赋权法计算客观权
8、重。为了兼顾两类方法的优点,弥补两者的不足,本文采用组合赋权法计算指标权重,确保计算的指标权重既体现主观信息又表现客观信息。多属性决策方法在生态系统健康评价中具有巨大的应用潜力。然而,现有研究很少将其融入到城市生态系统健康评价中。于洪良1采用TOPSIS方法对东营市近几年的城市生态系统健康状况进行了分析。但是,当近几年的城市生态系统数据相差较小时,TOPSIS方法就不能提供清晰的解释,另外采用不同的测度定义以及相对贴近度函数可能得到不同的结果。官东杰等21采用灰色关联法对重庆市的城市生态系统健康状况进行了实例分析。需要注意的是,当在各个评价指标下找不到最优值时,灰色关联分析方法就无法在城市生态
9、系统健康评价中发挥作用。同时,使用灰色关联分析方法还需面对计算关联度时客观性不足的问题。TODIM方法是基于前景理论的考虑决策者心理行为的多属性决策方法,基于人们依据经验提供的描述,旨在帮助人们在面对风险时做出有效评价,可以根据决策者的风险偏好做出符合决策者心理的决策结果,在实际生活中具有广泛的应用,而且能够解决TOPSIS法和灰色关联法在决策过程中的缺陷。因此,本文采用基于前景理论的扩展TODIM方法对东营市城市生态系统健康状况进行评价,并且采用健康指数法对每一个指标的变化趋势进行分析,从而找出东营市城市生态系统健康发展过程中的不利指标。根据研究结论及东营市的实际情况,针对性地给出相应对策以
10、实现东营市城市生态系统的健康发展。2评价指标权重的计算模型21混合指标标准化由于不同指标间存在不可公度性和矛盾性,而且量纲和数量级不同,需要对原始数据X=戈。(假设有ra个评价方案,凡个评价指标,戈i是第i个方案在第J个指标下的评价值)进行标准化。本文针对混合指标的评价问题,分别介绍效益型指标,。和成本型指标歹2的标准化方法,规范后的矩阵为B=bi,具体方法如下:(1)实数的标准化方法。1“:6i=戈i。罩m 2v,=,168bq 2善(1xo)2 JIz (2)其中,bq是标准化后的实数值;戈i是原始实数值;,。是效益型指标的集合;,2是成本型指标的集合。(2)区间数的标准化方法m1:|-6
11、12nI黑(n;)2+(。;)2,。 (3)k=n;。笔(口;)2+(。;)2其中,口:,;分别为原始区间数的下限和上限;b:,6;分别为标准化后区间数的下限和上限;,。是效益型指标的集合;,2是成本型指标的集合。(3)二维不确定语言变量的标准化方法1“:产2(飞k),7t (5)【b=(j(),j撕(),j。) Jlz)其中,bq是标准化后的二维不确定语言变量;(s。,3虬,j。,)是原始二维不确定语言变量;(3(),Neg(),j。)是原始二维不确定语言变量的逆运算;,。是效益型指标的集合;厶是成本型指标的集合。22混合指标评价值的距离公式在数据标准化的基础上,计算不同方案在特定指标下的距
12、离测度d(bi,b。)(1)实数间的距离测度“:d(bi,bH)=Ibib目I (6)其中,d(bi,b目)是实数值b“,6H之间的距离。(2)区间数间的距离测度1“:d(bg,)=等(626H)2+(bi一6H)2 (7)其中,d(b#,)是区间数bi,6H之间的距离;6i,bi 7分别是区间数b。的下限和上限;bH。,b目分别是区间数b目的下限和上限。(3)二维不确定语言变量的距离测度1:m一沪赤(卜鲁飞鲁I+卜鲁-c。鲁1) 其中,d(b。b甘)是二维不确定语言变量bi,bo之间的距离;。i,略分别是二维不确定语言变量bi中各个语言词的下标;H,c茸,d杆分别是二维不确定语言变量bH中各
13、个语言词的下标。23指标权重确定方法线性加权法。是一种有效的组合权重赋权法,它能万方数据刘培德等:基于混合指标值TODIM方法的东营市生态系统健康评价够根据决策者的意愿调整主、客观权重的比例,具有较大的灵活性。首先,在专家给出语言判断矩阵A=(ai)。的基础上,构建导出矩阵R=(o)。:铲唧(警),aqES,i,一,2-A (9)其中,口。是专家给出的语言判断;,()是导出函数,如果ni=s。,则I(ai)=后;g=早,z是语言术语集S中元素的个数。基于公式(9),计算主观权重形:4厂fn“厂F一形2目r口圣旦 (10)其次,计算客观权重wj9I:叶2善磊d(6,)善善荟d(6口,6目) (1
14、1)其中,d(bi,b目)是bd,6H之间的距离测度。最后,基于计算的主观权重和客观权重,计算各个指标的组合权重彬,:i=OX影+卢Wi (12)其中,形是主观权重且互彤=1,o肜1;wj是客观权重且互哆=1,0叶1;d和卢是两个参数,满足a+p=1,d0,卢0。3基于混合指标值TODIM方法的城市生态系统健康评价模型设有m个评价对象A=(A。,A:,A。),n个评价指标C=(C,C:,c。),各评价对象的评价值组成评价矩阵为X=zi,表示第i个评价对象的第,个指标评价值,戈i可以采用实数、区间数、二维不确定语言变量表示。首先构建规范化矩阵B=bi。,计算指标的综合权重=(叫。,:,。),确定
15、相对指标权重峨=誓=1,2,t (13)其中,+=max山1,2,。为参照权重。第二,计算每个指标下的相对优势度矩阵咖j(A。,A;)= 01口b#bHbibH(14)bi1,则损失的影响将减少。d(bi,6H)表示两个评价值之间的距离。第三,计算方案的总体优势度8(Ai,A)=乏咖i(Ai,AI) (15)其中,咖j(A,A。)是在指标c,下,方案A。,A。之间的相对优势度。第四,计算方案A的综合排序值亭;=王6(A;,A)一min,三8(A。,A)生L生L一f 16)max三8(A。,A)一min,蒌艿(A,A)其中,8(Ai,A。)是在所有指标cJ(,=1,2,t)下,方案Ai,A。之间
16、的整体优势度。最后,根据计算所得的综合排序值,将所有方案进行排序。4东营市生态系统健康评价实证研究41 利用扩展TODIM方法对东营市城市生态系统健康状况排序东营市是黄河三角洲的中心城市,东临渤海湾,北靠京津唐经济区,南连山东半岛经济区,向西辐射广大内陆地区,处于连接中原经济区与东北经济区、京津唐经济区与胶东半岛经济区的枢纽位置。本文从中国城市统计年鉴、东营统计年鉴陋1等获取了东营市自2007-2013年七年间的城市生态系统健康数据(以方案集A=(A。,A:,A,A。,A,A。,A,表示),相关数据见表1。同时,邀请30位专家采用语言集S=s。,sl一,s。对城市生态系统健康的指标体系进行两两
17、比较,确定各个指标的权重,见表2。依据TODIM方法,可得到东营市2007-2013年间的综合排序值分别为孝。=0,邑=0023 2,=0184 7,氢=0546 4,=0833 4,=1,岛=0867 8,可知:2012卜2013N-2011),-2010)-2009)-2008-2007,即2012年的生态健康状况最好,2007年的生态健康状况最差。为了进一步验证东营市城市生态系统健康评价结果的稳定性,取不同的参数值p对实例进行计算,得到的排序结果如表3所示。由表3和图1可以发现,损失衰减系数一取不同的值时,会对最终排序结果产生影响。由各个年份东营市城市生态系统健康的不同排序,体现了TOD
18、IM方法的优势,即考虑了决策者在实际决策中的心理行为特点(损失规避)。42利用综合法计算东营市城市生态系统健康状况值(1)根据各指标的标准值,即指标标准化为1的值对近7年的各个指标进行完成度赋分(010):严(,)批,1Yi=? 。 (17)卜(,)川-169磊庠万方数据中国人口资源与环境2017年第8期表1 东营市城市生态系统健康评价数据Tab1 Evaluation of urban ecosystem health in Dongying准则层 具体指标 标准值 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年GDP增长率Cl活力RI)k均GDP C2u
19、I万元GDP能耗C3组成结构B2恢复力B3持维生态系统服务功能B4湿地覆盖率c4城区绿色覆盖率c5人均耕地面积c6第三产业比重C7高新技术占工业产值的比例C8R&D占GDP的比率C9市区人口密度C101515054545250601618179 40896148371181981873137101520826148375179820119212410237O786148384179222222213411644 807461484017892372535127076614843177924730741311439O09l6148397188924753241211618008661484l19
20、862563564 209 212 242 14 182 121 155200 251 252 253 255 259 234 235嚣紧达标排 ,oo 蛀s -oo oo oo -oo -oo ,oo城市生活污水处la$r1t 95 70 70C12 82 85 85 9369焉萎暑宇综合利 -00 ,ss ,z 92-, 。z54 ,ze ,z, 94s箍豁占6卯 。 s甜 z szs sz。 z舭 z, z。三化硫年均值。06 o058 。54 o058 。053 。047 o047 。079三化氮年均值 。08 o02 。035 o042 。038 。38 。04 o053可(PM吸I
21、O入)C颗17粒物 。1 。85 。09 。09l 。傩8 。83 。85 。169降水PH值C18空气优良天数C1965365605,738 60,732352 34960,613426,653486,653486,65352561,627350囊霎鬈C发展20政(i s,i6同(j:,19)(j孙,s19)(i 42,i si五1)(j4一,乩u(j。,au(j。一,a(j。,,s39)篆震搿发(i6,j2j。(j。3,j,“协j32,;21)(j2。3,“)(,j52ji31)(j。一,“乩)(,39)生态蓑薯嘉产意b企q业C22的生态保(j。,j。,i4)(j,3,j 2。,i2。)(
22、j。,j 32j23)(j:,j 3。,;23)(j 26,j 3。,b。)(i,。,i。,b。)(i。,i,。,b,)(i。9,j 56,j36)B5C公2众3对生态的关注(j 6,j 6,;4)(i 26,j 33,i22)(i 2B,;46,五4)(i 2J,i 5。,i29)(j 33,j 51,;32)(j 4j,j 54,bj)(j 49,i 56,弓7)(i 51,i 56,b9)耋态系C2统4的社会满(i 6,i 6,五)(j 23,i 32,五2)(5 2A,i 3fi,畦1)(i 3l,i 36,如。)(j 3J,j 39,毛3)(j 4,j 52j31)(j 49j 55
23、,弓)(j 52i 5J,五)170万方数据刘培德等:基于混合指标值TODIM方法的东营市生态系统健康评价其中,石,+为每一指标下的标准值。因此,可得实现度赋分矩阵Y=Yi。,见表4。(2)计算综合加权值,Z=YX7zl=0590,Z2=0594,毛=0627,Z4=0695,。5=0746,Z6=0814,z7=0833(3)城市生态系统健康状况判断。将城市生态系统健康状况划分为健康、亚健康、脆弱、疾病、恶劣5个等级,其值采用非等间距方法,与健康等级对应的值分别为09,10,07,09),05,07),03,05),00,03)。由此可知,2007-2010年东营市城市生态系统健康状况为“脆
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