生態(tài)文明建設評價指標體系及建模研究

李盼盼,馮愛芬,杜靜娜

（河南科技大學數(shù)學與統(tǒng)計學院,河南洛陽471023）

生態(tài)文明建設評價指標體系及建模研究

李盼盼,馮愛芬,杜靜娜

（河南科技大學數(shù)學與統(tǒng)計學院,河南洛陽471023）

加強生態(tài)文明建設是新常態(tài)經(jīng)濟下的重要要求.通過搜集生態(tài)文明建設評價指標體系的相關數(shù)據(jù),選取森林覆蓋率、自然保護區(qū)的有效保護等8項指標,構建生態(tài)文明建設評價指標體系,建立模糊綜合評價模型,運用此模型對北京、上海、廣東等10個省市的生態(tài)文明進行評價.結果顯示：北京屬于第一等級,上海、重慶屬于第二等級,廣東、湖南、云南、吉林屬于第三等級,廣西、新疆、河北屬于第四等級.研究有利于各省市了解自身生態(tài)文明狀況,從而不斷完善生態(tài)文明建設,實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展.

生態(tài)文明；評價指標；主成分分析；熵值法

隨著工業(yè)化和城市化進程的快速推進,我國城市生態(tài)環(huán)境問題日益突出,成為影響可持續(xù)發(fā)展的桎梏.黨的十八大報告明確提出要大力推進生態(tài)文明建設,面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴峻形勢,必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態(tài)文明理念,把生態(tài)文明建設放在突出地位,努力建設美麗中國,實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展.

關于生態(tài)文明的評價問題,目前國內(nèi)已經(jīng)有一些研究成果,蔣小平選取了生態(tài)環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展、社會進步3類20項指標構建了評價體系,并以河南省為例開展了實證研究[1]；杜宇等人提出了一種生態(tài)文明建設評價指標體系,運用綜合指數(shù)法對我國2007年生態(tài)文明整體建設進程以及我國東中西部的6個省（市）的建設進程進行評價[2]；曹蕾進行了區(qū)域生態(tài)文明建設評價指標體系及建模研究[3].因生態(tài)文明指標較多,本文用模糊評價模型,對選取城市的生態(tài)文明進行排名.

1 生態(tài)文明建設評價指標體系構建

1.1 數(shù)據(jù)查詢

通過查閱由北京林業(yè)大學生態(tài)文明研究中心、社會科學文獻出版社聯(lián)合發(fā)布的“生態(tài)文明綠皮書”《中國省域生態(tài)文明建設評價報告（ECI2014）》中《ECI2014設計與算法》部分,了解到了我國生態(tài)文明建設的評價模型[4].模型中對23項指標分別規(guī)定了各自的權重大小.具體數(shù)據(jù)見表1.

表1 生態(tài)文明建設評價指標體系（ECI2014）權重分配表Tab.1 The construction ofecologicalcivilization evaluation index system weightdistribution table（ECI2014）

生態(tài)文明指標體系的作用在于評價和比較各個區(qū)域的生態(tài)文明發(fā)展水平,因此與評價對象的界定指標體系直接相關.統(tǒng)計指標的選取是否合適,將直接影響評價的結論.但指標不是選取的越多越好,太多會使重復的指標相互干擾,太少則可能缺乏代表性.

國家發(fā)展改革委、財政部、國土資源部、水利部、農(nóng)業(yè)部2013年12月共同制定了國家生態(tài)文明先行示范區(qū)建設評估參考指標庫,并指出各建設地區(qū)可以結合本地區(qū)實際和主體功能定位要求,適當增減指標.本文在此指標庫的基礎上,結合蔣小平的研究,選取了生態(tài)環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展、社會進步3類20項指標構建了評價體系的相關研究,運用頻度統(tǒng)計和相關性分析,篩選出高頻指標,并將相關程度高的指標進行合并,并依照整體性原則、可操作性原則、定性指標與定量指標相結合的原則、相對獨立性原則、可引導原則等5個原則,對指標進行整合,確定所研究的指標體系.

經(jīng)過大量數(shù)據(jù)查詢后,選取森林覆蓋率、自然保護區(qū)的有效保護、城市生活垃圾無害化率、人均GDP、森林質量、建成區(qū)綠化覆蓋率、城鎮(zhèn)化率、每千人口醫(yī)療機構床位數(shù)這8個指標[5].從中國統(tǒng)計年鑒收集到全國從2004年到2014年上述8項指標數(shù)據(jù),見表2.

表2 2004年到2014年各項指標數(shù)據(jù)Tab.2 The indicatorsdata from 2004 to 2014

1.2 主成分分析

主成分分析是把原來的變量組合成一組新的互相無關的幾個綜合變量,同時根據(jù)需要從中取出幾個較少的綜合變量盡可能多的反映原來變量的統(tǒng)計方法.

因為未消除變量間數(shù)量級和量綱之間的不同,故先進行標準化處理,方式見公式（1）

式（1）中：Xij為實際變量值,Xi為各變量的算術平均值,Si為標準差,Zij為標準化后的變量值.對表2中的8個指標進行因子分析,經(jīng)過標準化處理后得表3.

表3 2004年到2014年標準化處理后數(shù)據(jù)Tab.3 The standardized processing data from 2004 to2014

對標準化處理后的數(shù)據(jù)進行主成分分析法的KMO（檢驗統(tǒng)計量）指標和BXrtlett（巴特利球體）檢驗,KMO的度量值為0.701,BXrtlett的球形度檢驗P值為0,表明該樣本適合主成分分析.然后利用SPSS求出特征值,可計算貢獻率.

一般取累計貢獻率達到85%～95%的特征值所對應的主成分,主成分分析表見表4.

表4 主成分分析表Tab.4 Principalcomponentanalysis table

由表4可看出前兩項成分的累計貢獻率已達到了90.172%,所以提取前兩項作為主成分.利用SPSS軟件得出載荷矩陣,見表5.

表5 載荷矩陣Tab.5 The loadmatrix

計算生態(tài)文明建設兩大主因子的得分值,將標準化后的原始數(shù)據(jù)矩陣與旋轉后的載荷矩陣數(shù)據(jù)相乘,得到主因子得分矩陣,見表6.

表6 主因子得分矩陣Tab.6 Principal factor scoringmatrix

1.3 采用熵權法得指標權重

利用MATLAB程序得出兩個主因子權重矩陣,見表7.

表7 主因子權重矩陣Tab.7 Principal factorweightingmatrix

旋轉后的載荷矩陣和權重矩陣相乘,并歸一化后便可得出各項指標的權重,見表8.

表8 各項指標的權重Tab.8 Weightofeach index

各指標權重的得出有利于清楚地看到該指標在整體評價中的相對重要程度,也為生態(tài)文明綜合指數(shù)的計算提供了條件.

2 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價方法是模糊數(shù)學中應用比較廣泛的一種方法[6].在對某一事務進行評價時常會遇到這樣一類問題,由于評價事務是由多方面的因素所決定的,因而要對每一因素進行評價；在對每一因素作出單獨評語的基礎上,如何考慮所有因素而作出一個綜合評語,這就是一個綜合評價問題.模糊綜合評價就是先對單個因素進行評價,然后對所有因素進行綜合模糊評價,防止遺漏任何統(tǒng)計信息和信息的中途損失.

2.1 模型的建立

建立模糊評價模型的具體步驟如下：

（1）運用相對隸屬度函數(shù)對具有不同量綱和屬性的各評價指標進行無量綱化,使處理后的各指標標準化值均處于[0,1]之間.相對隸屬度函數(shù),對于正指標

（2）得到模糊關系矩陣如下

（3）對數(shù)據(jù)進行歸一化處理,根據(jù)生態(tài)文明建設評價指標的相對隸屬度以及指標權重,使用加權求和法計算各個地區(qū)的生態(tài)文明綜合評價總指數(shù)和各子系統(tǒng)評價指數(shù)（其中E為生態(tài)文明綜合指數(shù),Wi為各指標權重）.

（4）等級劃分依據(jù),參照米偉明的湘西地區(qū)生態(tài)文明建設研究,結合由北京林業(yè)大學生態(tài)文明研究中心、社會科學文獻出版社聯(lián)合主辦的,由嚴耕教授帶領的科研團隊所寫的《生態(tài)文明綠皮書：中國省域生態(tài)文明建設評價報告（ECI2014）》一書[4],將各省市生態(tài)文明指數(shù)進行等級劃分,評語等級論域,即評語等級集合V{第一等級、第二等級、第三等級、第四等級}.依據(jù)各省市生態(tài)文明指數(shù)的平均值和標準差,將大于等于指數(shù)平均值和一倍標準差之和定為第一等級,將大于等于平均值但小于平均值與一倍標準差之和的列為第二等級,將小于一倍標準差的定為第四等級,其余列為第三等級[4].

2.2 模型應用

根據(jù)ECI2014數(shù)據(jù),從屬于社會發(fā)達型、均衡發(fā)展型、生態(tài)優(yōu)勢型、相對均衡型、環(huán)境優(yōu)勢型、低度均衡型6個類型的省市中挑選出10個具有代表性的省市,分別是北京、上海、廣東、吉林、湖南、重慶、新疆、云南、河北和廣西.并在國家統(tǒng)計局官網(wǎng)查找2014年的相關指標數(shù)據(jù),對其進行數(shù)學模型應用,見表9.

表9 2014年10個典型?。ㄊ校┥鷳B(tài)文明建設原始數(shù)據(jù)表Tab.9 Ten typicalprovince（city）tableoforiginaldata forecologicalcivilization construction in 2014

運用相對隸屬函數(shù)對具有不同量綱和屬性的各評價指標進行無量綱化,使處理后各指標標準化值均處于[0,1],得到矩陣R中的數(shù)據(jù),見表10.

表10 各省（市）生態(tài)文明建設的標準化數(shù)據(jù)Tab.10 Standardized dataofecologicalcivilization construction in provinces

利用模型對城市進行生態(tài)文明等級劃分[7],根據(jù)生態(tài)文明建設評價指標的隸屬度以及指標權重,使用加權求和法,計算各個地區(qū)的生態(tài)文明綜合評價總指數(shù),在上述基礎上利用MATLAB計算出各個城市的生態(tài)文明總指數(shù)W,見表11.

表11 城市的生態(tài)文明總指數(shù)Tab.11 The index ofecologicalcivilization city

依據(jù)評語等級的劃分依據(jù),計算生態(tài)文明指數(shù)的平均值和標準差的大小,各等級劃分見表12.

表12 等級劃分Tab.12 Division ofgrades

由表13可知,北京屬于第一等級；上海、重慶屬于第二等級；廣東、湖南、云南、吉林屬于第三等級；廣西、新疆、河北屬于第四等級.

3 小結

通過選取森林覆蓋率、自然保護區(qū)的有效保護、森林質量、城市生活垃圾無害化率、人均GDP、建成區(qū)綠化覆蓋率、城鎮(zhèn)化率、每千人口醫(yī)療機構床位數(shù)這8項指標,運用主成分分析和熵權法,建立多層次模糊評價模型,對選取的北京、上海、廣州等10個城市進行了相應的生態(tài)文明評價,得出如下結果：北京屬于第一等級,上海、重慶屬于第二等級,廣東、湖南、云南、吉林屬于第三等級,廣西、新疆、河北屬于第四等級.

預測結果能夠較準確地反映該地區(qū)的生態(tài)文明建設情況.該模型具有較強的應用性和參考性.本文的研究成果有助于各省市及時對生態(tài)文明建設的影響因素進行調(diào)整和改進,構建更加宜居的生態(tài)環(huán)境.

[1]蔣小平.河南省生態(tài)文明評價指標體系的構建研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報,2008,42（1）：61-64.

[2]杜宇,劉俊昌.生態(tài)文明建設評價指標體系研究[J].科學管理研究,2009,27（3）：60-63.

[3]曹蕾.區(qū)域生態(tài)文明建設評價指標體系及建模研究[D].上海：華東師范大學,2014.

[4]嚴耕.生態(tài)文明綠皮書：中國省域生態(tài)文明建設評價報告（ECI2014）[M].北京：社會科學文獻出版社,2014.

[5]米偉明.湘西地區(qū)生態(tài)文明建設研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學,2015.

[6]楊桂元,黃己立.數(shù)學建模[M].合肥：中國科學技術大學出版社,2008.

[7]魏曉雙.中國省域生態(tài)文明建設評價研究[D].北京：北京林業(yè)大學,2013：18-85.

（責任編輯：盧奇）

App lication ofmathematicalmodeling in ecological civilization construction evaluation

LIPanpan,FENG AiFen,DU Jingna
（SchoolofMathematicsand Statistics,Henan University of Scienceand Technology, Luoyang 471023,China）

Strengthen ecological civilization is an important requirement under the new normal economy.Based on the collection of ecological civilization construction evaluation index system of relevant data,the forest coverage,the effective protection of natural reserves and other eight indicators was selected,the fuzzy comprehensive evaluation model was set up by constructing evaluation index system of ecological civilization construction in this paper.This modelwas used to evaluate the ecological civilization of ten provinces and cities,such as Beijing,Shanghai,Guangdong and so on,and the ecological civilization level of each province was obtained.The results showed that：Beijing belongs to the first rank；Shanghaiand Chongqing belong to the second grade；Guangdong,Hunan,Yunnan and Jilin belong to the third grade；Guangxi,Xinjiang and Hebei belong to the fourth grade.Conducive to the provinces and cities to understand their ecological civilization,so as to constantly improve the construction of ecological civilization to achieve harmonious development betweenman and nature.

ecological civilization；evaluation index；principal componentanalysis；entropymethod

O242.1 X821

A

1008-7516（2017）03-0050-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.03.009

2017-05-02

國家自然科學基金（11301151）；河南省教育廳自然科學研究項目（13A110249）；河南科技大學創(chuàng)新團隊項目（2015XTD010）；河南科技大學大學生研究訓練計劃項目（SRTP：2016080）

李盼盼（1996—）,女,河南駐馬店人,本科生.

馮愛芬（1968—）,女,河南新安人,副教授,碩士生導師.主要從事圖論與組合優(yōu)化、數(shù)學規(guī)劃研究.