中國經濟與生態環境協調發展預警系統研究

摘 要:統籌經濟與環境協調發展是人類必須堅持的綠色發展理念#65377;根據經濟監測預警理論，利用因子分析和BP神經網絡分別對經濟與環境協調度進行測算和預測，構建中國經濟與環境協調發展監測預警系統#65377;預警結果表明，中國經濟與環境復合系統總體呈不斷協調發展的狀況#65377;

關鍵詞:協調發展;預警;因子分析;BP神經網絡

中圖分類號:F062.2 文獻標識碼: A 文章編號:1003-3890(2008)12-0008-04

建立經濟與環境協調發展預警系統，可以實現對經濟與環境協調發展的動態監測，并預防未來可能出現的警情，進而為制定下一步發展戰略提供依據#65377;本文根據經濟監測預警理論，利用因子分析和BP神經網絡分別對經濟與環境協調度進行測算和預測，構建中國經濟與環境協調發展監測預警系統并對預警結果進行分析#65377;

一#65380;經濟與生態環境協調發展預警指標體系的構建

(一)指標選取

建立經濟與環境協調發展預警系統最首要的工作就是選擇經濟和環境預警指標，預警指標應能從不同方面反映經濟與環境的發展狀況#65377;根據科學性#65380;動態性#65380;完備性和可行性原則，結合經濟與生態環境協調發展相關理論，建立如下預警指標體系(詳見表1)#65377;

預警指標體系分為三個指標層:第一個層次是將經濟與環境整個系統分成經濟和環境兩個子系統;第二個層次是對兩個子系統再進一步劃分，其中經濟子系統分別從經濟的總量#65380;均量#65380;結構和支持兩個方面對經濟進行衡量，環境子系統分別從環境的水平和抗逆兩個方面對環境進行衡量;第三個層次是每個方面包括的各個具體指標，兩個子系統共選取了16個指標#65377;

(二)數據處理

為全面監測中國經濟與環境協調發展的動態變化情況，并根據數據可得性，本文選取1991-2006年中國各預警指標數據(原始數據均來源于歷年《中國統計年鑒》和《中國環境年鑒》)#65377;為消除由于量綱的不同可能帶來的一些不合理的影響，在進行協調度測算和預測之前必須先對數據進行標準化處理，公式為:

yij=(xij-min xij)/(max xij-min xij)，x為正指標(max xij- xij)/(max xij-min xij)，x為負指標

式中xij為第i個樣本的第j個指標數據;yij為標準化后的指標數據，其取值范圍在0~1#65377;

二#65380;經濟與生態環境協調度的測算和預測

(一)基于因子分析的協調度測算

1. 計算子系統綜合發展水平#65377;利用上述標準化后數據，運用SPSS13.0軟件，分別對經濟子系統和環境子系統進行因子分析#65377;

由經濟子系統因子分析結果可知，該子系統僅含1個公因子，累積方差貢獻率達88.67358%，包含了大部分變量信息，能夠代表8個經濟指標分析經濟子系統的綜合發展水平，根據公因子的解釋能力，將其命名為經濟發展因子f，由因子得分方程F1=0.8867358f，計算歷年經濟發展指數#65377;

由環境子系統因子分析結果知，經方差最大正交旋轉后，該子系統前2個公因子的累積方差貢獻率達87.7599%，包含了大部分變量信息，能夠代表8個環境指標分析環境子系統綜合發展水平，根據公因子的解釋能力，分別將其命名為環境水平因子f1和環境抗逆因子f2，由因子得分方程F2=0.5642816f1+0.3133174f2計算歷年環境發展指數(見圖1)#65377;

由圖1可以看出，除個別年份外，中國經濟和環境子系統各自的發展水平總體都呈上升趨勢，且兩者之間的差距呈逐漸縮小趨勢#65377;1998年以前，經濟增長方式屬于數量型#65380;粗放型增長，因此經濟綜合發展水平相對較低，環境發展水平高于經濟發展水平;1998年至今，經濟增長方式逐漸由粗放型向集約型轉化，從而體現出經濟綜合發展水平有較大提高，環境發展水平低于經濟發展水平#65377;

2. 計算復合系統協調度#65377;協調度是反映系統之間協調發展水平的綜合性指標，揭示出系統當時的協調程度和發展水平，它是正指標，越大越好#65377;根據協調發展內涵，經濟和生態環境兩個子系統之間的協調關系在評價中表現為經濟發展指數和環境發展指數應相互均衡，經濟和環境之間的關系越協調，其評價值就會越接近;反之，其評價值就會相差較大#65377;為定量描述經濟與環境系統的協調狀況，評價兩個子系統之間的發展關系，采用如下協調度計算公式:

H=1-

式中H為系統的協調度值;Fi為第i個子系統的發展水平值;F為N個子系統發展水平值的均值;N為子系統的個數#65377;從上式可以看出，系統協調度H越大，說明系統協調發展程度越高;反之則越低#65377;

將上述經濟和環境子系統發展指數帶入公式，求得歷年復合系統的協調度(詳見表2)#65377;

(二)基于BP神經網絡的協調度預測

BP神經網絡是目前應用最為廣泛的神經網絡，它是一種多層前饋神經網絡，其網絡權值的調整規則采用的是反向傳播學習算法，即一種有導師的學習算法，使用最優梯度下降技術，目標是實現網絡的實際輸出與期望輸出的均方差最小#65377;它具有非線性#65380;精度高#65380;泛化性能好等優點，因此在經濟預測領域中的應用也非常廣泛#65377;在此，使用前面求得的1991-2006年經濟與環境系統的協調度數據，運用BP神經網絡對2007-2010年的協調度進行預測#65377;

1. 樣本分類#65377;1991-2005年的數據作為訓練樣本，2006年的數據作為神經網絡預測能力的測試數據#65377;訓練樣本分別以1991-1995年#65380;1992-1996年#65380;……#65380;2000-2004年數據作為輸入，相應地分別以1996年#65380;1997年……數據作為輸出;測試樣本以2001-2005年數據作為輸入，測試2006年數據，并與其實際值進行比較#65377;

2. 網絡設計#65377;以5年數據作為輸入，以1年數據作為輸出的特點，設定輸入層神經元個數為5，輸出層神經元個數為1，根據Kolmogorov定理，確定隱含層神經元個數為11;確定隱含層傳遞函數為“tansig”，輸出層傳遞函數為“logsig”，使用Levenberg Marquardt反向傳播算法“trainlm”函數訓練網絡;學習速率為0.1以確保速度，動量常數為0.8;網絡最大訓練次數為5 000，網絡訓練目標為1e-6#65377;

3. 網絡訓練#65380;測試及預測#65377;利用Matlab R2007b軟件的神經網絡工具箱，將訓練樣本輸入網絡，經過18次迭代訓練，網絡達到預先設置的精度，即網絡輸出的總誤差在1e-6以內，訓練結束，預測模型擬合完畢#65377;然后將測試樣本數據輸入訓練好的網絡，檢驗網絡的預測能力#65377;將1996-2005年的協調度擬合結果對比真實值，可以看出兩者已經十分接近，擬合的效果很好#65377;2006年的測試結果為0.9046，而其實際值為0.902351，預測誤差為0.2492%，符合誤差精度的要求，網絡性能很好，可以用于預測#65377;2007-2010年協調度的預測值依次為0.9288#65380;0.9386#65380;0.9690和0.8351#65377;

三#65380;經濟與生態環境協調發展預警系統的建立

經濟與生態環境協調發展預警系統提前反映兩者協調發展動向和幅度的指示器或報警器，它是在經濟與環境不協調到來時，能預先發出信號，為國家或地方政府部門的宏觀調控提供依據而建立的系統#65377;在設計該預警系統時，選擇協調度作為反映經濟與環境協調發展狀況的敏感性指標，并通過確定預警界限和類似于一組交通管制信號紅#65380;黃#65380;綠燈的標志，對當時的協調狀況發出不同的信號，最后，通過觀察分析信號的變動情況來判斷未來經濟與環境協調發展的趨勢#65377;

(一)預警系統設計

1. 預警界限的確定#65377;預警界限的確定是否合適至關重要，關系到整個經濟與環境協調發展的運行狀況能否正確判斷，因此必須慎重確定#65377;本文利用“系統化”#65380;“經驗判斷”#65380;“專家確定”相結合的方法，參考前人研究成果，將經濟與環境協調發展預警狀況分為5個區間(詳見表3)#65377;

2. 預警信號的構成#65377;預警警度預報以預警限為界，確定“紅燈”#65380;“黃燈”#65380;“綠燈”#65380;“淺藍燈”#65380;“藍燈”信號，當綜合指標超過某一預警限時就分別亮出相應的信號，通過觀察信號的變動情況，判斷經濟系統在當前的運行狀況和未來發展的趨勢#65377;

“藍燈”表示經濟與環境系統是協調發展的，系統內因素與期望值接近或好于期望值，即系統處于無警狀態，政府和管理機構可在穩定中采取適合的調控措施#65377;“淺藍燈”表示經濟與環境系統基本協調，系統處于輕警狀態，在短期內有轉為不協調或趨于協調#65380;穩定的可能#65377;由“淺藍燈”轉變為“藍燈”表示系統正在逐步從不協調向協調轉化，應進一步采取措施，使系統更趨協調;由“藍燈”轉變為“淺藍燈”，這給我們發出警告，應及時調整調控措施，扭轉系統的轉變趨勢#65377;“綠燈”則表示系統協調不穩定，處于中警狀態#65377;“黃燈”表示系統基本不協調，處于重警狀態，政府應高度警惕，隨時制定相應的應急政策，對警情進行隨時監控#65377;“紅燈”則表示系統不協調，處于巨警狀態，政府應及時采取強有力的措施，促使系統趨于完善化，避免系統崩潰#65377;

(二)預警結果分析

在對經濟與環境系統的警情進行診斷，了解系統目前的發展狀態的基礎上，依據預警界限來預報各個系統的警度，發布警情信息#65377;本文應用前面計算和預測的經濟與環境系統協調度，根據確定的預警限，繪制出中國1991-2010年經濟與環境協調發展預警信號(詳見表4)#65377;

從表4可以看出，從1991年至今，中國經濟與環境系統總體呈現不斷趨于協調發展狀況#65377;

在循環經濟于1996年提出之前，特別是20世紀90年代初，人們對經濟與環境的認識#65380;利用都是“粗放式”的，資源嚴重浪費#65380;環境惡化#65380;經濟低效率增長#65377;因而，1991年中國經濟與環境協調發展水平處于“基本不協調”的黃燈區，其余年份均處于“協調不穩定”的綠燈區#65377;

1996年以后，由于人們開始意識到循環發展的重要性，于是在經濟與環境方面提出了“集約”#65380;“循環”#65380;“節約”#65380;“可再生”等一系列有利于系統可持續發展的概念，采用了“環境友好”#65380;“綠色技術”#65380;“清潔生產”#65380;“零排放”#65380;“高效生產”#65380;“廢物回收綜合利用”等解決方式和途徑并付諸實踐，于是在1996-1997年出現一個飛躍階段，系統協調發展水平進入了“基本協調”的淺藍燈區;但在1998年由于洪水等自然災害的發生，導致生態環境遭到嚴重破壞，該年系統進入“不協調”的紅燈區;但90年代末系統協調狀況又有很大好轉，協調發展水平再次進入綠燈區#65377;

進入21世紀，中國的可持續發展和循環經濟發展戰略實施效果顯著，2001年該系統一躍進入淺藍燈區，并于此后三年始終保持“基本協調”的發展態勢，但由于2005年一系列環境污染事件的頻繁發生，系統再次運行到綠燈區#65377;

“十一五”初期，在“科學發展觀”和“和諧社會理念”的指導下，中國經濟與環境系統出現質的跳躍發展，再次進入淺藍燈區，且協調水平首次超過0.9#65377;由預測結果可知，“十一五”后四年，中國經濟與環境系統協調水平會進一步得到提高，繼續保持良好的協調發展勢頭，大多年份將處于淺藍燈區，并有望于2009年達到“協調”的藍燈區#65377;

四#65380;結論和建議

20世紀90年代以來，中國經濟和環境子系統的發展水平總體都呈上升趨勢，且兩者之間的差距呈逐漸縮小趨勢#65377;經濟與環境復合系統總體呈不斷趨于協調發展狀況:“八五”期間，系統基本處于“協調不穩定”狀態;“九五”時期，系統協調水平出現由“基本協調”到“協調不穩定”的波動情形;從“十五”初期到“十一五”初期，系統大體呈現“基本協調”的運行態勢;預計“十一五”后四年，系統將繼續保持“基本協調”的發展勢頭#65377;

在全面建設小康社會的進程中，要堅持經濟發展與生態環境保護相統一，在加快經濟建設的同時，切實加強環境保護和污染治理，加強生態建設;要轉變經濟增長方式，優化產業結構，發展循環經濟，推進清潔生產，建立監測預警評估機構，進而實現經濟與環境的協調發展#65377;

參考文獻:

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[3]董文泉.經濟周期波動的分析與預測方法[M].長春:吉林大學出版社，1998.

[4]王維國.協調發展的理論與方法研究[M].北京:中國財政經濟出版社，2000.

責任編輯:關 華

責任校對:杰 卿

Study of Coordinated Development Early Warning System

of the China's Economic and Ecological Environment

Lian Fei

(Changchun Taxation College， Changchun 130117， China)

Abstract: The coordinated development of economy and environment is the green development ideas which the humanity must insist. According to the economic theory of monitor and early warning， we can make use of factor analysis and BP neural networks to carry on reckoning and predicting the coordination degree of economy and environment， and construct the monitor and early warning system of China's economy and environment coordinated development. The early warning result indicates that the compound system of China's economy and environment generally tend to coordinated development inceasingly.

Key words: coordinated development; early warning; factor analysis; BP neural network