專利名稱：一種基于未確定測度的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市生態(tài)規(guī)劃科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種采用未確定測度復(fù)合技術(shù)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法。該方法廣泛適用于合理、綜合評價(jià)城市、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，在此基礎(chǔ)上可對城市生態(tài)規(guī)劃提供科學(xué)的理論依據(jù)。

背景技術(shù)：
城市生態(tài)系統(tǒng)的健康是可持續(xù)發(fā)展的必要條件和重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。了解城市生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況、找出其脅迫因子，提出維護(hù)與保持城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的管理措施和途徑，是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展必須要解決的問題。這也為城市生態(tài)規(guī)劃提供了規(guī)劃依據(jù)。要使生態(tài)系統(tǒng)健康的概念具有現(xiàn)實(shí)意義，唯有通過對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效可靠的、可操作的、可廣泛推廣的、并能為決策者提供指導(dǎo)信息的健康評價(jià)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)指標(biāo)法通過采用能夠代表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程的指標(biāo)綜合反映系統(tǒng)的健康程度，其提供信息更具全面性和綜合性，適合城市生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)。
城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)是城市生態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)工作，目前主要的評價(jià)方法有層次分析法、綜合指數(shù)法、模糊綜合評判方法、灰色聚類分析、物元分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，以上各方法均有優(yōu)缺點(diǎn)。部分方法也運(yùn)用于區(qū)域產(chǎn)業(yè)可持續(xù)評價(jià)。例如“區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力動(dòng)態(tài)評價(jià)系統(tǒng)”(申請?zhí)?00510119029.2)借用層次分析法設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)評價(jià)模型，提出農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力動(dòng)態(tài)評價(jià)系統(tǒng)。這些方法因需要人為因素評價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重及未考慮評估過程的不確定性，造成評價(jià)模式難以通用，評價(jià)結(jié)果失之科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
本發(fā)明提出了一種基于未確定測度理論的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法和系統(tǒng)。未確知測度模型可充分考慮評價(jià)空間的“有序性”和“信息不確知性”，通過合理的置信度準(zhǔn)則和排序的評分準(zhǔn)則，既可以對樣本生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行優(yōu)劣排序，又可以進(jìn)行等級評定，該方法已部分應(yīng)用于區(qū)域尺度可持續(xù)發(fā)展評價(jià)，該方法與城市健康特性的結(jié)合，可為城市生態(tài)規(guī)劃提供科學(xué)的理論依據(jù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對城市生態(tài)規(guī)劃的主要問題，提供一種基于未確定測度理論的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法和系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方法 步驟一確定城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)因子 健康的城市生態(tài)系統(tǒng)所涉及的6個(gè)要素①城市人群的健康狀況在城市內(nèi)不同居住區(qū)的分布；②城市區(qū)域內(nèi)的社會(huì)福利狀況(包括經(jīng)濟(jì)和文化條件)，政府管理的有效性(包括教育、決策參與程度)，社會(huì)公平(醫(yī)療條件的區(qū)域差異)；③人居環(huán)境質(zhì)量，包括居住條件、交通便利狀況、自來水供應(yīng)及下水道狀況、道路及公共交通條件、公園和娛樂設(shè)施條件等；④城市自然環(huán)境質(zhì)量，包括空氣、水、土壤和噪聲污染狀況；⑤城市內(nèi)其他生物物種的健康狀況，包括棲息地環(huán)境質(zhì)量、遺傳及物種多樣性；⑥城市生態(tài)系統(tǒng)對廣義的自然生態(tài)系統(tǒng)的影響。上述評價(jià)指標(biāo)體系較好地總結(jié)了城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，可以根據(jù)要素進(jìn)行相應(yīng)的歸納得出人群健康、城市福祉、人居健康、環(huán)境健康、生境健康和環(huán)境影響這6大要素。
步驟二健康評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)確定 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和等級的確定是生態(tài)系統(tǒng)健康研究中非常重要的環(huán)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)和等級設(shè)置的是否科學(xué)合理，直接影響到評價(jià)結(jié)果的正確與否。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和等級的制定應(yīng)遵循可計(jì)量性原則、先進(jìn)性原則、可行性原則和地域性原則，滿足能反映生態(tài)系統(tǒng)健康質(zhì)量的優(yōu)劣，能反映生態(tài)系統(tǒng)健康受脅迫的范圍和程度以及能用于生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)與保護(hù)行為三個(gè)要求。本發(fā)明在生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)中，劃分了5個(gè)評價(jià)等級病態(tài)、不健康、亞健康、健康、很健康，各等級的狀態(tài)表征如表1。
表1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康等級狀態(tài)表征 步驟三建立分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣 設(shè)研究對象空間為X＝{x1，x2，……，xn}，xi表示第i個(gè)樣本；對每個(gè)樣本有m個(gè)測量指標(biāo)，指標(biāo)空間I＝{I1，I2，……，Ij}，Ij表示第j個(gè)測量指標(biāo)；樣本的每個(gè)指標(biāo)測量值有K個(gè)評價(jià)c1，c2，……，ck，構(gòu)成研究對象X的評價(jià)空間U＝{c1，c2，……，cn}。
在研究對象空間X上取n個(gè)樣本x1，x2，……，xn，對每個(gè)樣本要測量m個(gè)指標(biāo)I1，I2，……，Im，第i個(gè)樣本的第j個(gè)指標(biāo)Ij的測量值為Xij，因此，第i個(gè)樣本Xi可以表示為一個(gè)向量Xi＝{xi1，xi2，……，xim}，1≤i≤n。對城市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價(jià)，其評價(jià)類別向量(c1，c2，……，ck)是有序的，且滿足c1＞c2……＞ck。每個(gè)指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)已知，寫成分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為
式中，ajk滿足aj1＜aj2＜……＜ajk或者aj1＞aj2＞……＞ajk。
步驟四構(gòu)造單指標(biāo)未確知測度 計(jì)算第i個(gè)樣品的第j個(gè)指標(biāo)值xij屬于ck類的未確知測度μijk＝μ(xij∈ck)。不妨假定aj1＜aj2＜……＜ajk，即 當(dāng)xij≤aj1時(shí)，取μij1＝1，μij2＝……＝μijk＝0； 當(dāng)xij≥aj1時(shí)，取μijk＝1，μijl＝……＝μijk-1＝0； 當(dāng)ajk≤xij≤aij+1時(shí)，取μijk＝0，當(dāng)k＜1或k＞l+1時(shí)。
步驟五確定指標(biāo)權(quán)重 確定指標(biāo)的方法總體上分為客觀賦權(quán)法和主觀賦權(quán)法兩大類，本研究采用客觀賦權(quán)法常用的熵權(quán)法。其原理為某個(gè)指標(biāo)的信息熵越小，表明其指標(biāo)值變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評價(jià)中的作用也越大，因而其權(quán)重也相應(yīng)越大反之，若某指標(biāo)信息熵越大，則表明指標(biāo)的變異程度越小，提供的信息量越小，權(quán)重也相應(yīng)越小。熵權(quán)法是根據(jù)評價(jià)對象的指標(biāo)值來確定各指標(biāo)權(quán)重的一種方法，反映了指標(biāo)間的相互比較關(guān)系，比較客觀，而且該方法計(jì)算結(jié)果可信度大，自適功能強(qiáng)。
定義fij為賦權(quán)矩陣X＝(xij)n×m第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)被評價(jià)對象的指標(biāo)值的比重，則 令ej為第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，有(其中，k＝1/ln n) 指標(biāo)權(quán)重 步驟六計(jì)算多指標(biāo)綜合未確定測度 由單指標(biāo)未確定測度和指標(biāo)權(quán)重可以求出多指標(biāo)綜合測度μik 步驟七樣本等級的識(shí)別 由于評價(jià)類別向量(c1，c5，……，ck)的有序性，用最大測度識(shí)別準(zhǔn)則識(shí)別xi的類別顯然是不合適的。為此，引入下述置信度識(shí)別準(zhǔn)則 按照置信度準(zhǔn)則，若(c1，c5，……，ck)滿足ci＞ci+1，(i＝1，2，……，k-1)，對置信度λ(0.5＜λ≤1)計(jì)算


附圖1為本發(fā)明的復(fù)合算法流程圖。

具體實(shí)施例方式 基于未確定測度的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法具體實(shí)施方式
如下 1.采集城市6大要素指標(biāo)值。
2.進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)因子約簡。由于各評價(jià)指標(biāo)之間可能存在著重復(fù)性，需要對原始指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，采用SPSS的Pearson相關(guān)性分析工具對各要素內(nèi)部指標(biāo)間的兩兩相關(guān)性進(jìn)行分析處理。
3.在確定各評價(jià)等級的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不同的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)確定的原則不同?？蓪⒅笜?biāo)分為三類。
A類指標(biāo)值與健康程度呈正相關(guān)關(guān)系，呈單增分布，即指標(biāo)值越高，健康程度越高，這類指標(biāo)都有一個(gè)極限值或目前現(xiàn)實(shí)狀況所能達(dá)到的最高值域，這個(gè)最高值域即為很健康級別的標(biāo)準(zhǔn)。
B類指標(biāo)值與健康程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，呈單減分布，即指標(biāo)值越高，健康程度則越低，這類指標(biāo)也有一個(gè)理論和現(xiàn)實(shí)的最低值域，這個(gè)最低值域即作為很健康級別的標(biāo)準(zhǔn)。
C類指標(biāo)呈正態(tài)或偏態(tài)分布，這類指標(biāo)值過高或過低都影響生態(tài)系統(tǒng)健康程度，即存在一個(gè)優(yōu)化的取值范圍。這類指標(biāo)值取值以國內(nèi)外公認(rèn)的城市生態(tài)狀況良好城市的現(xiàn)狀值、先進(jìn)城市的生態(tài)環(huán)境目標(biāo)值作為很健康級別的參考標(biāo)準(zhǔn)。
4.未確定測度評價(jià) A按照評價(jià)要求所需劃分的類數(shù)K，構(gòu)建分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣
B確定指標(biāo)權(quán)重。定義fij為賦權(quán)矩陣X＝(xij)n×m第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)被評價(jià)對象的指標(biāo)值的比重。
C利用多指標(biāo)綜合測度計(jì)算方法對城市綜合評價(jià)埋論做綜合評價(jià)判斷。即根據(jù)未確定測度評價(jià)結(jié)果，首先按照最大測度識(shí)別準(zhǔn)則確定健康程度。完成整個(gè)評價(jià)過程。
實(shí)施例1包頭市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià) 1.確定城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)因子 根據(jù)要素進(jìn)行相應(yīng)的歸納得出人群健康、城市福祉、人居健康、環(huán)境健康、生境健康和環(huán)境影響這6大要素，共25個(gè)類別，59個(gè)指標(biāo)(見表2)。由于各評價(jià)指標(biāo)之間可能存在著重復(fù)性，采用SPSS的Pearson相關(guān)性分析工具對各要素內(nèi)部指標(biāo)間的兩兩相關(guān)性進(jìn)行分析處理。此處以人類健康類別的相關(guān)分析矩陣為例進(jìn)行說明(見表3)，由于(3)的數(shù)據(jù)難以獲得，只進(jìn)行了其余7個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性分析。表3中顯示指標(biāo)人口死亡率和萬人在校大學(xué)生數(shù)與其他指標(biāo)并無相關(guān)性，予以保留，而其余指標(biāo)均不同程度的相關(guān)(p≤0.05)，根據(jù)分析結(jié)果指標(biāo)千人擁有醫(yī)生數(shù)予以保留。其他要素類指標(biāo)的處理方式同上。最終分析結(jié)果表明54.2％的指標(biāo)與45.8％的指標(biāo)具有很強(qiáng)的相關(guān)性(p≤0.05)，需要合并指標(biāo)，經(jīng)過處理后保留了26個(gè)指標(biāo)。
表2 包頭城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)


表3 人類健康要素組內(nèi)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系矩陣
*顯著性水平在0.05水平(雙側(cè)檢驗(yàn))；**顯著性水平在0.01水平(雙側(cè)檢驗(yàn))。
2.指標(biāo)權(quán)重確定 根據(jù)熵權(quán)計(jì)算公式，可以得出26個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，從計(jì)算結(jié)果可以看出，熵權(quán)中前十位的分別為城市化水平(0.0599)、人均GDP(0.0520)、單位GDP水耗(0.0449)、二級以上良好天數(shù)(0.0427)、工業(yè)固體廢物綜合利用率(0.0337)、二氧化硫排放強(qiáng)度(0.0331)、城市污水處理率(0.0307)、COD排放強(qiáng)度(0.0250)、單位GDP能耗(0.0244)、高覆蓋草地面積比率(0.0237)，結(jié)果符合包頭的實(shí)際情況，適合作為包頭市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的權(quán)重確定方法。
3.建立城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)測度矩陣 為便于進(jìn)行比鉸、分析包頭市近年的健康水平變化歷程，特選取包頭市2001、2002、2003、2004、2005五年的數(shù)據(jù)作為參照進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)。代入上述生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)模型，得出綜合測度矩陣為
4.城市健康等級確定 根據(jù)多指標(biāo)綜合測度矩陣，對評價(jià)樣本進(jìn)行分析。取置信度為0.6，按照公式可得城市的生態(tài)系統(tǒng)各健康等級。
表4 未確知測度模型對城市生態(tài)系統(tǒng)健康的評價(jià)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種采用未確定測度復(fù)合技術(shù)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法。其特征在于，該方法包括如下步驟
步驟一確定城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)因子
健康的城市生態(tài)系統(tǒng)所涉及的6個(gè)要素，可以根據(jù)要素進(jìn)行相應(yīng)的歸納得出人群健康、城市福祉、人居健康、環(huán)境健康、生境健康和環(huán)境影響這6大要素。
步驟二健康評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)確定
本發(fā)明在生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)中，劃分了5個(gè)評價(jià)等級病態(tài)、不健康、亞健康、健康、很健康。
步驟三建立分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣
對城市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價(jià)，其評價(jià)類別向量(c1，c2，......，ck)是有序的，且滿足c1＞c2......＞ck。每個(gè)指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)已知，寫成分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為
步驟四構(gòu)造單指標(biāo)未確知測度
計(jì)算第i個(gè)樣品的第j個(gè)指標(biāo)值xij屬于ck類的未確知測度μijk＝μ(xij∈ck)。
步驟五確定指標(biāo)權(quán)重
定義fij為賦權(quán)矩陣X＝(xij)n×m第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)被評價(jià)對象的指標(biāo)值的比重，則指標(biāo)權(quán)重
步驟六計(jì)算多指標(biāo)綜合未確定測度
由單指標(biāo)未確定測度和指標(biāo)權(quán)重可以求出多指標(biāo)綜合測度
1≤i≤n，1≤k≤K。
步驟七樣本等級的識(shí)別
按照置信度準(zhǔn)則，若(c1，c5，......，ck)滿足ci＞ci+1，(i＝1，2，......，k-1)，對置信度λ(0.5＜λ≤1)計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明屬于城市生態(tài)規(guī)劃科學(xué)領(lǐng)域，提供了一種采用未確定測度復(fù)合技術(shù)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)方法。該方法選取反映生態(tài)城市6個(gè)健康要素的多個(gè)指標(biāo)因子，經(jīng)過SPSS工具中的Pearson相關(guān)性分析進(jìn)行因子簡約，然后通過健康評價(jià)等級劃分和熵權(quán)的核算建立未確定測度分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣，并進(jìn)一步核算系統(tǒng)的健康程度。該方法廣泛適用于合理、綜合評價(jià)城市、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，在此基礎(chǔ)上可對城市生態(tài)規(guī)劃提供科學(xué)的理論依據(jù)，本方法還適用于區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)。
文檔編號G06Q10/00GK101655937SQ200910092608
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者楊志峰, 劉耕源, 彬 陳 申請人:北京師范大學(xué)