基于正態(tài)云模型的區(qū)域生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

阮 君

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,安徽 淮南 232001)

2018年我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值突破90萬(wàn)億元大關(guān),較2017年同比增長(zhǎng)6.6%,同時(shí)環(huán)境治理方面的財(cái)政支出也達(dá)到了6 297.6億元[1]。生態(tài)環(huán)保方面的巨大投入說(shuō)明了國(guó)家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的高度重視。中國(guó)共產(chǎn)黨十九屆四中全會(huì)指出,中國(guó)將堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策,堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路,建設(shè)美麗中國(guó)。生態(tài)安全作為國(guó)家安全體系之一,是國(guó)家安全的重要組成部分[2],如何促進(jìn)生態(tài)安全的良好建設(shè),對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1977年,Brown首次提出生態(tài)安全的概念[3]。自生態(tài)安全的概念提出以來(lái),我國(guó)已有大量學(xué)者針對(duì)生態(tài)安全問(wèn)題展開了相關(guān)研究。吳國(guó)慶[4]在2001年以浙江省嘉興市為研究對(duì)象,首次對(duì)區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)和研究。邢廣君等[5]基于灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)千鶴湖生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評(píng)估。趙柯等[6]結(jié)合改進(jìn)的PSR模型、熵權(quán)法和綜合評(píng)價(jià)法,評(píng)價(jià)分析了2005—2014年寧波市南郊的耕地生態(tài)安全狀況。魏黎靈等[7]運(yùn)用生態(tài)足跡法定量評(píng)價(jià)了閩三角城市群的生態(tài)安全狀況。陳伊多等[8]通過(guò)構(gòu)建基于熵權(quán)物元模型的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系,對(duì)重慶市江津區(qū)的土地生態(tài)安全開展了實(shí)證研究。馮琰瑋等[9]采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)1990—2015年呼和浩特市生態(tài)安全進(jìn)行了警情分析及預(yù)測(cè)。

綜上,學(xué)者們主要采用模糊評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、主成分分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)生態(tài)安全問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià),較少關(guān)注評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的隨機(jī)性和模糊性問(wèn)題?；诖?本研究以淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段8座城市為研究對(duì)象,基于PSR模型構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用熵權(quán)法確定權(quán)重;采用正態(tài)云模型對(duì)該地區(qū)生態(tài)安全狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),通過(guò)ArcGIS對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行可視化表示,并基于大數(shù)據(jù)視角下提出相應(yīng)建議,希望能夠?yàn)樘岣呋春咏?jīng)濟(jì)帶安徽段及周邊區(qū)域生態(tài)安全提供一定理論支持。

1 研究區(qū)概況

2018年,《國(guó)務(wù)院關(guān)于淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃的批復(fù)》正式發(fā)布,主要涉及江蘇、安徽、山東、河南、湖北5個(gè)省份,面積達(dá)27萬(wàn)km2,人口約1.8億[10]?；春咏?jīng)濟(jì)帶安徽段包括蚌埠、淮南、阜陽(yáng)、六安、亳州、宿州、淮北和滁州8座城市,其中大部分為資源型城市,近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,然而粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式嚴(yán)重影響了地區(qū)生態(tài)文明建設(shè),如何評(píng)價(jià)和處理生態(tài)安全問(wèn)題是淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)帶亟待解決的重要問(wèn)題之一。

2 研究方法與模型

2.1 正態(tài)云模型基本介紹

為解決概念的隨機(jī)性與模糊性問(wèn)題,1995年中國(guó)工程院院士李德毅提出云模型,用于處理定性概念與定量描述之間的不確定轉(zhuǎn)換[11]。云模型通過(guò)期望(Ex)、熵(En)和超熵(He)三個(gè)數(shù)字特征來(lái)進(jìn)行整體表征,其中期望是最能代表定性概念的點(diǎn),是云滴在論域空間分布的期望,距離期望越近云滴越集中;熵代表定性概念的粒度;超熵代表熵的不確定性度量[12]。該模型的具體計(jì)算步驟如下所示[13-14]:

(1)初次生成以En為期望,He2為方差的正態(tài)隨機(jī)數(shù)En′=NORM(En,He);

(2)再生成以Ex為期望,En′2為方差的正態(tài)隨機(jī)數(shù)xi=NORM(Ex,En′2);

(3)計(jì)算

(4)μ(xi)中的xi則可以成為數(shù)域中的一個(gè)云滴;

(5)重復(fù)步驟(1)～(4),直至產(chǎn)生需要的n個(gè)云滴為止。

2.2 淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全評(píng)價(jià)步驟

(1)構(gòu)建淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全評(píng)價(jià)的因素域U={u1,u2,u3,…,un},建立評(píng)價(jià)域?yàn)閂={v1,v2,v3,…,vm}。

(2)利用熵權(quán)法[15-16]確定指標(biāo)權(quán)重,為W={w1,w2,w3,…,wn}。

(3)建立模糊矩陣R。假設(shè)因素i(i=1,2,3,…,n)在對(duì)應(yīng)等級(jí)j(j=1,2,3,…,m)的上邊界和下邊界分別為則因素對(duì)應(yīng)等級(jí)j這一定性概念可用云模型表示為:

本研究根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將超熵值He取0.01[17]。

(4)建立模糊隸屬度矩陣U。根據(jù)各指標(biāo)實(shí)際數(shù)值,通過(guò)正向云發(fā)生器,利用公式(1)計(jì)算出指標(biāo)i對(duì)應(yīng)等級(jí)j下的確定度uij,構(gòu)建隸屬度矩陣U=(uij)n×m。

(5)利用權(quán)重向量和隸屬度矩陣U進(jìn)行模糊轉(zhuǎn)換,得出評(píng)價(jià)集V上的模糊子集B:

3 實(shí)證分析

3.1 淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

根據(jù)董會(huì)忠[18]、王治和[19]的研究成果,基于PSR模型構(gòu)建淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。其中P是生產(chǎn)及生活過(guò)程中對(duì)生態(tài)安全造成影響的壓力,S為在壓力作用下生態(tài)安全的狀態(tài),R是生態(tài)安全狀況發(fā)生變化后人類社會(huì)所采取的響應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[20]。結(jié)合研究區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀以及前人研究成果,將生態(tài)安全等級(jí)劃分為以下五個(gè)等級(jí),分別為:Ⅰ級(jí)(非常危險(xiǎn))、Ⅱ級(jí)(危險(xiǎn))、Ⅲ級(jí)(較危險(xiǎn))、Ⅳ級(jí)(較安全)以及Ⅴ級(jí)(安全)。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2010—2018年《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》,部分缺失數(shù)據(jù)通過(guò)查詢各城市統(tǒng)計(jì)年鑒進(jìn)行補(bǔ)充。

利用式(2)和式(3)計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)各等級(jí)的隸屬云,得到各指標(biāo)的正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn),如表2所示。

將各指標(biāo)對(duì)應(yīng)正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)MATLAB軟件進(jìn)行運(yùn)算,得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)在各等級(jí)下的正態(tài)云圖?，F(xiàn)以人均GDP為例,作出正態(tài)云圖如圖1所示。

表1 淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)

圖1 人均GDP正態(tài)云隸屬度

3.2 結(jié)果分析

利用淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段8個(gè)城市2010—2018年數(shù)據(jù),依據(jù)上述方法和步驟,根據(jù)最大隸屬度原則,得出各城市生態(tài)安全動(dòng)態(tài)變化的最終得分及所屬等級(jí),如表3所示:

表3 2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分及等級(jí)

從表3可以看出,2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段8個(gè)城市生態(tài)安全等級(jí)逐漸升高,說(shuō)明其正朝著良好趨勢(shì)發(fā)展,但是地區(qū)間發(fā)展?fàn)顩r存在顯著差異。其中蚌埠、阜陽(yáng)、六安等6個(gè)城市的生態(tài)安全狀態(tài)都轉(zhuǎn)化為Ⅲ級(jí)(較危險(xiǎn))水平?；茨仙鷳B(tài)安全狀況落后于整體發(fā)展,等級(jí)水平從Ⅲ級(jí)(較危險(xiǎn))降低到Ⅱ級(jí)(危險(xiǎn)),這與淮南一直以來(lái)對(duì)于煤炭資源過(guò)分依賴的單一發(fā)展方式密切相關(guān),雖在探索經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展道路,但是成效甚微,且近年來(lái)煤炭行業(yè)的不景氣,致使2014—2015年淮南經(jīng)濟(jì)狀況出現(xiàn)大幅度下滑。相反,淮北生態(tài)安全水平較其他城市領(lǐng)先,從Ⅲ級(jí)(較危險(xiǎn))上升到Ⅳ級(jí)(較安全)狀態(tài),經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)快速發(fā)展中,第三產(chǎn)業(yè)比重也呈直線上升,機(jī)械制造、電子信息、生物醫(yī)藥等新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展中,在研究區(qū)中處于領(lǐng)先地位。

為驗(yàn)證正態(tài)云模型的可行性與科學(xué)性,在利用正態(tài)云模型對(duì)2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段整體生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)其進(jìn)行二次檢驗(yàn)。從表4中能夠看出,利用灰色關(guān)聯(lián)分析所得結(jié)果雖與正態(tài)云模型結(jié)果不完全一致,但是兩者相差不大,變化趨勢(shì)也相近,且正態(tài)云模型能夠有效避免隨機(jī)性與模糊性問(wèn)題,驗(yàn)證了正態(tài)云模型分析結(jié)果的合理性與科學(xué)性。無(wú)論是正態(tài)云模型還是灰色關(guān)聯(lián)分析,2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段整體生態(tài)安全狀況較為波動(dòng),在Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)之間徘徊,即處于較危險(xiǎn)與較安全水平間,綜合得分雖處于上升中,但與其他發(fā)達(dá)省份相比仍處于較低等級(jí)。在今后發(fā)展中,應(yīng)加大對(duì)區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)的重視與關(guān)注力度,及時(shí)對(duì)相關(guān)生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行整改,從而促進(jìn)生態(tài)安全環(huán)境持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步。

表4 2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段整體生態(tài)安全狀況

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

利用正態(tài)云模型對(duì)淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段8個(gè)城市在2010—2018年期間的生態(tài)安全動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析與評(píng)價(jià),結(jié)果表明淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全等級(jí)主要處于Ⅲ級(jí)(較危險(xiǎn))水平上,雖然整體處于上升趨勢(shì),但是水平較低,與達(dá)到安全等級(jí)仍然存在較大差距,且區(qū)域生態(tài)安全發(fā)展?fàn)顩r存在差異。

4.2 建議

云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展使得人類已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。大數(shù)據(jù)是指通過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)手段難以有效收集、處理和應(yīng)用的大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)集[21],將大數(shù)據(jù)與生態(tài)安全進(jìn)行結(jié)合,實(shí)現(xiàn)科學(xué)與效率的有機(jī)統(tǒng)一。現(xiàn)結(jié)合研究區(qū)實(shí)際狀況,基于大數(shù)據(jù)視角下提出相應(yīng)建議:

4.2.1 實(shí)現(xiàn)區(qū)域數(shù)據(jù)共享及合作

生態(tài)安全方面數(shù)據(jù)眾多且復(fù)雜,數(shù)據(jù)開發(fā)不足、利用不夠等問(wèn)題是制約其發(fā)展的重要原因之一。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,構(gòu)建各部門、各政府之間信息溝通橋梁,提高數(shù)據(jù)共享和資源優(yōu)化能力,加強(qiáng)區(qū)域間的學(xué)習(xí)交流,提高生態(tài)安全建設(shè)效率,協(xié)調(diào)區(qū)域間發(fā)展,有效推進(jìn)淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段及整個(gè)經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)文明建設(shè)。

4.2.2 構(gòu)建生態(tài)安全建設(shè)平臺(tái)

在生態(tài)文明建設(shè)各環(huán)節(jié)基礎(chǔ)之上,構(gòu)建生態(tài)安全建設(shè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)生態(tài)數(shù)據(jù)處理、生態(tài)治理規(guī)劃、項(xiàng)目實(shí)施、成果檢測(cè)等環(huán)節(jié)一體化,增強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的科學(xué)化及規(guī)范性,對(duì)于提高生態(tài)文明建設(shè)的速度和質(zhì)量,具有極其重要的意義。

4.2.3 完善法律法規(guī)和監(jiān)管制度

進(jìn)行生態(tài)安全建設(shè)過(guò)程中,建立健全相關(guān)法律法規(guī),針對(duì)行為上的“可為”和“不可為”進(jìn)行明確規(guī)定,完善相應(yīng)監(jiān)督管理制度,利用現(xiàn)代大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)違法犯罪進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),有效防止和杜絕數(shù)據(jù)犯罪行為,實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)化,并利用區(qū)域地理優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與升級(jí)。