基于AHP-GRA的生態文明模糊綜合評價模型

周金明, 朱曉臨

(1.安徽工程大學 數理學院， 安徽 蕪湖 241000; 2.合肥工業大學 數學學院， 安徽 合肥 230009)

基于AHP-GRA的生態文明模糊綜合評價模型

周金明1, 朱曉臨2

(1.安徽工程大學 數理學院， 安徽 蕪湖 241000; 2.合肥工業大學 數學學院， 安徽 合肥 230009)

文章首先對我國生態文明建設的評價指標體系進行分析，利用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、灰色綜合評價法和灰色關聯度的模糊綜合評價等方法,以生態發展、環境發展、經濟發展和協調程度4個維度為視角建立綜合評價模型；根據區域分布以及經濟發展的空間異質性選取江蘇、內蒙古和海南等十大省區作為樣本，對生態文明建設程度實現綜合評價,最后分析所得結果并提出政策建議。

生態文明;指標體系;灰色綜合評價;層次分析法(AHP);模糊綜合評價

加強生態文明制度建設是要把資源消耗、環境損害、生態效益納入經濟社會發展評價體系之中,以建立體現生態文明目標體系考核辦法和激勵機制。因此,如何對生態文明進行科學評價依然是社會各界面臨的重要課題[1-2]。綜合評價是一項系統性和復雜性的工作,在經濟、社會、科技、教育、管理與工程實踐等領域具有廣泛應用?；诰C合評價基礎上管理與決策旨在服務于管理實踐,改善管理過程、優化管理措施并提升管理效果。從研究視角來看，綜合評價方法可分為定性評價方法、定量評價方法。定性評價方法主要有專家會議法、直接評分法和Delphi方法等。定性評價方法的特點是充分利用評價者(專家)的知識、經驗、直覺或偏好直接對評價對象作出定性結論的價值判斷,比如評價等級、評價分值或評價次序等。定量評價方法是評價者圍繞被評對象的特征,利用數據或語言等基礎信息對被評對象進行綜合分析和處理并獲取評價結果的方法,比如層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、網絡層次分析法(aircraft noiseand performance，ANP)、模糊數學方法(包括模糊綜合評價、模糊積分、模糊模式識別和模糊ANP等)、灰色關聯分析法(grey relational analysis,GRA)、證據推理方法、可拓綜合評價方法、熵權法、人工神經網絡(artificial neural networks,ANN)分析方法等。多方法融合的評價方法是指利用不同評價方法在處理指標構建、指標賦權或評價信息上的不同特點和優勢,將多個不同評價方法同時運用于一個綜合評價問題中,以提高綜合評價的質量。主要包括組合賦權方法、組合評價方法(特指對多個不同評價方法獲取評價值的組合)、多個信息集成方法的融合方法以及基于賦權方法和信息集成方法的融合方法等[3-4,9]。

生態文明建設涉及到諸多指標,且涉及指標的內涵非常廣泛[5,7-8,10],因此，隨著社會的發展,評價對象和系統越來越復雜,單一的評價模型已經無法完全滿足評價的需求,在評價生態文明建設的程度時有必要綜合使用各種方法。

建立生態文明評價機制就必須充分考慮生態系統論、生態價值論和生態道德的合理性,樹立新的觀念,建立科學的評價體系,用科學的方法和觀念來解決生態文明所出現的一系列問題[8,11]。然而現有指標體系的問題是單一性的,缺乏全面性和系統性;指標整體上參考性指標偏多,以至于缺乏可操作性;指標體系對社會進步的指標設計太少;指標體系的考核沒有讓區域主體功能中的生態和經濟功能區結合起來,缺乏了可比性等之類的缺陷[6,12-14]。因此，本文通過研究構建生態文明指標體系,進一步完善指標體系[11,15-22],建立多方法融合的綜合評價模型,為政策的制定與實施提供參考。

1 評價思路與建模

評價模型有4個二級指標,分別為生態發展、環境發展、經濟發展和協調程度。在4個二級指標中可劃分為20個三級指標,其中生態發展占3個三級指標,環境發展占4個三級指標,經濟發展占6個三級指標,協調程度占7個三級指標;對這4個二級指標進行加權求和,得出多指標評價綜合得分,從而量化某地區或省區生態文明建設的程度[1-2]。相關數據主要來源于《中國統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《全國環境統計公報》和《環境統計年報》等。

1.1 基于生態發展的AHP模型

生態發展所占的3個三級指標分別為森林覆蓋率、建成區綠化覆蓋率和自然保護區的有效保護。利用AHP對這幾個指標進行分析。

(1) 確定評價因素、評價等級。設U={u1,u2,…,um}為影響評價對象的m個因素(評價指標);采用V={v1,v2,…,vn}來刻畫每一因素所處狀態的n種決斷,即評價等級。

(2) 構造模糊關系矩陣。首先對因素中的單因素ui(i=1,2,3)做單因素評價,因素ui對抉擇等級因素vj(j=1,2,3)的隸屬度為因素rij,得出第i個因素ui的單因素評價集ri=(ri1,ri2,…,rim),m個因素的評價集構造評價矩陣R，即

(3) 確定指標權重。評價因素中的因素在評價目標中有不同的地位,即各評價對象在綜合評價中占有不同的比重,模型引入U上的一個權重向量H=(a1,a2,…,am)。

(4) 模糊合成評價。利用B=H*R,稱之模糊合成[8]。其中，H為權向量；B=(b1,b2,…,bn)為決策集，即綜合評價向量。利用B的分量bi(i=1,2,…,n)進行生態發展的排序評價。

1.2 基于環境發展的灰色評價模型

環境發展所占的4個三級指標分別為地表水質量、環境空氣質量、水土流失率和農藥施用強度，用灰色綜合評價法對此進行分析。

(1) 建立原始指標矩陣。原始指標矩陣為：

(2) 確定最優指標向量。最優指標向量為：

A0=(a01,a02,…,a0m),

其中,a0i(i=1,2,…,n)為第i個指標在各個評價對象中的最優值。

(4) 求差序列、最大差、最小差。最大差和最小差分別為:

差序列為:

Δ0i=(Δ0i(1),Δ0i(2),…,Δ0i(n)),

Δ0i(j)=|y0j-y1j|,

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

(5) 計算關聯系數。關聯系數為：

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

其中,ρ為分辨系數,范圍為[0,1],一般取平均值為0.5。

(6) 計算關聯度。關聯度為：

關聯度越大,則說明與參考樣本越接近,表明樣本整體水平越好,根據關聯度大小進行環境發展排序評價。

1.3 基于經濟發展的灰色關聯度模糊評價模型

經濟發展所占的6個三級指標分別為人均GDP、服務業產值占GDP比例、城鎮化率、人均預期壽命、教育經費占GDP比例和農村改水率,本文據此建立灰色關聯度的模糊評價模型。

(1) 確定評價對象集和指標集。設評價對象集為O={o1,o2,…,on};指標集為U={u1,u2,…,um},其中ui(i=1,2,…,m)為第i個指標,原始指標數據矩陣為:

(2) 利用灰色關聯度計算模糊隸屬度確定最優指標集。最優指標集為:

對原始指標值進行無量綱化處理,評價中所涉及的指標因素具有不同的量綱,不能進行直接比較，需要對原始數據指標進行無量綱化處理。對原始指標矩陣UA進行無量綱化得到矩陣C為:

采用這種方式求得關聯系數,即隸屬度。

構造模糊關系矩陣為：

(3) 模糊合成綜合評價。計算公式為：

(q1,q2,…,qn)。

根據bj的大小，對評價對象經濟發展的情況進行排序評價。

1.4 基于協調程度的灰色層次分析模型

協調程度所占的7個三級指標分別為工業固體廢物綜合利用率、工業污水達標排放率、城市生活垃圾無害化率、環境污染治理投資占GDP比重、單位GDP能耗、單位GDP水耗和單位GDP二氧化硫排放量。利用基于灰色層次分析法組合評價模型對這7個指標進行分析[3,9]。

(1) 建立多層次結構體系。對于多指標、多層次的評價系統,首先根據實際情況和特點,將評價因素分解為若干子因素,然后按屬性把這些因素分成若干組,再劃分成遞階的層次結構。

(2) 利用層次分析法確定指標權重。① 構造判斷矩陣。建立梯階層次結構后，對同一層次的各指標進行兩兩比較，按選取的標度表對每一層次各因素的相對重要性給出判斷,并寫成判斷矩陣;② 計算各層次相對權重及一致性檢驗。根據給出的判斷矩陣,計算對上一層某因素而言，本層次與之有聯系因素的重要性次序的數值。它可以歸結為計算判斷矩陣T的運算,即有TW=λmaxW,其中,λmax為T的最大特征值,W為λmax相應的正規特征向量。W=(w1,w2,…,wn)T的分量作為對應因素的權重;③ 確定最低層各指標相對于目標層的綜合權重及進行一致性檢驗。根據每層各指標相對于上層的權重，計算得出最低層各指標相對目標層的權重Pk=(pk1,pk2,…,pkm)。

(3) 確定最優指標序列,并計算關聯系數。通過在各方案中選取最優指標,構成最優指標序列。利用關聯分析求出各方案原始數據序列與最優指標序列的關聯系數,得到關聯系數矩陣Ek=(Ek1,Ek2,…,Ekm)。

(4) 對底層指標進行單層次評價。即Rk=PkEk(k=1，2，…，m),其中

其中,ζi(k)為第i種方案和第k個最優化的關聯數;Rk=(r1,r2,…,rn)為n個方案的結果向量;ri(1,2,…,n)為第i個方案的評價結果。

(5) 計算綜合關聯度。將Rk(k=1,2,…,m)作為指標體系的原始指標,即Rk=PkEk,根據綜合關聯度的排序進行綜合評價。

2 生態文明建設綜合評價結果

根據地區和經濟的差異選取了江蘇、內蒙古、海南、新疆、陜西、北京、安徽、重慶、上海和浙江十大省區,求解得出生態文明建設的各級指標權重,見表1所列。

通過進行3輪咨詢專家意見的Delphi專家打分方法,其中發出問卷25份,回收率在85%以上,整理計算得出模型中的4個二級指標的權重。從統計年鑒上獲得相關數據,測算十大省區各項指標的得分以及生態文明綜合評價的排名結果，見表2所列。

由表2可見，10個省區得分差異顯著,排名第1的是海南(93.3),最低分是安徽(74.4)。海南、北京、浙江和重慶屬于均衡發展型,生態發展、環境發展、經濟發展和協調程度4個方面均處于較高水平,整體生態文明發展速度較快,得益于環境改善和資源消耗所產生污染物排放對環境的影響效應明顯優化。內蒙古、上海和江蘇屬于社會發達型,他們的共同特征是社會發展水平領先,協同程度也相對靠前。

表1 生態文明建設各級指標及其權重

表2 生態文明建設指標評價結果與綜合排名

注：4個二級指標,20個三級指標,每項指標的最高等級分為6分,最低1分,故理論上滿分為120分,最低20分。

新疆和陜西屬于生態文明建設相對均衡型,沒有突出的短板,也沒有明顯優勢,得分處于相對平均的水平。安徽是低度均衡型,生態發展、環境發展、經濟發展和協調程度等相對落后,應采取彌補短板,協調提升生態文明建設策略。

3 結 論

根據以上研究，本文提出如下建議:

(1) 環保部門應該加強生態文明建設方面的研究和實踐,增加這方面的研究經費,增加該方面的人才,提高人才質量等。各省有關部門應在生態發展、環境發展、經濟發展和協調程度方面加強建設,以提高各自省區的生態文明建設程度。

(2) 經濟比較落后的省區相關部門,應加強經濟建設。通過產業分配、政府倡導和投資金融等方面加快經濟增長的步伐,制定詳細可行的計劃,并在計劃期限內完成,提高GDP及人均GDP并密切關注單位GDP能耗,單位GDP的水耗和單位GDP的二氧化硫排放量等。調整好經濟結構,保證綠色穩定發展。

(3) 加強環境管理,大氣、廢水和固廢各方面都要綜合考慮。水資源管理必須嚴格執行水利改革發展的決定,盡可能降低萬元工業增加值的用水量以及萬元生產總值用水量;提高主要水功能區水質達標率,提高過境水利用率。實施清潔計劃,加強城市固體廢棄物源頭管理。建立城市固體廢棄物生產管理者責任延伸制度,通過各種途徑規范固體廢棄物排放行為。推行城市固體廢棄物源頭管理與控制，加強危險廢物的源頭監管以及處置利用體系建設。完善固體廢棄物無害化處理設施，升級改造生活環境無害化處置中心，建成完善廢棄物安全處置中心。

(4) 倡導產業低碳化,保障經濟綠色發展。強化企業節能減碳,加快產業低碳轉型。制定低碳產業發展規劃,扶持低碳基礎產業和發展環境友好型產業,聚焦新能源、節能低碳和循環經濟等新興產業。促進可持續發展,構建休閑綠化空間。減少水土流失和沙漠化,保護資源,使之成為可持續發展模式。

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FuzzycomprehensiveevaluationmodelofecologicalcivilizationviaAHP-GRA

ZHOU Jinming1, ZHU Xiaolin2

(1.School of Mathematics and Physics, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000， China; 2.School of Mathematics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The evaluation index system of ecological civilization construction in China is analyzed. With the methods of analytic hierarchy process(AHP)， grey comprehensive evaluation and fuzzy comprehensive evaluation based on grey relational degree， the comprehensive evaluation model is established in view of ecological development， environmental development， economic development and coordination degree. Ten provinces, autonomous regions and municipalities are selected as samples based on the regional and economic differences such as Jiangsu Province， Inner Mongolia Autonomous Region, Hainan Province and so on. The comprehensive evaluation on the degree of ecological civilization is made and the results are drawn. The recommendations are also given.

ecological civilization; index system; grey comprehensive evaluation; analytic hierarchy process(AHP); fuzzy comprehensive evaluation

2017-07-25；

2017-08-08

國家自然科學基金資助項目(71671165);安徽省省級質量工程專業綜合改革試點資助項目(2012zy007);安徽工程大學高等教育研究課題一般資助項目(2016gjxm028);國家科學基金預研資助項目 (2017yyrw07);金融工程研發中心開放基金資助項目(JRGCKF201506);高等教育提升計劃自然科學研究一般資助項目(TSKJ2017B22) 和名師工作室資助項目(2015msgzs126)

周金明(1981-),男,安徽蕪湖人,安徽工程大學講師;朱曉臨(1964-),男,安徽池州人,博士,合肥工業大學教授,碩士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.10.025

X321

A

1003-5060(2017)10-1431-00

(責任編輯 萬倫來)