基于AHP-GRA的生态文明模糊综合评价模型

周金明, 朱晓临

(1.安徽工程大学 数理学院， 安徽 芜湖 241000; 2.合肥工业大学 数学学院， 安徽 合肥 230009)

基于AHP-GRA的生态文明模糊综合评价模型

周金明1, 朱晓临2

(1.安徽工程大学 数理学院， 安徽 芜湖 241000; 2.合肥工业大学 数学学院， 安徽 合肥 230009)

文章首先对我国生态文明建设的评价指标体系进行分析，利用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、灰色综合评价法和灰色关联度的模糊综合评价等方法,以生态发展、环境发展、经济发展和协调程度4个维度为视角建立综合评价模型；根据区域分布以及经济发展的空间异质性选取江苏、内蒙古和海南等十大省区作为样本，对生态文明建设程度实现综合评价,最后分析所得结果并提出政策建议。

生态文明;指标体系;灰色综合评价;层次分析法(AHP);模糊综合评价

加强生态文明制度建设是要把资源消耗、环境损害、生态效益纳入经济社会发展评价体系之中,以建立体现生态文明目标体系考核办法和激励机制。因此,如何对生态文明进行科学评价依然是社会各界面临的重要课题[1-2]。综合评价是一项系统性和复杂性的工作,在经济、社会、科技、教育、管理与工程实践等领域具有广泛应用。基于综合评价基础上管理与决策旨在服务于管理实践,改善管理过程、优化管理措施并提升管理效果。从研究视角来看，综合评价方法可分为定性评价方法、定量评价方法。定性评价方法主要有专家会议法、直接评分法和Delphi方法等。定性评价方法的特点是充分利用评价者(专家)的知识、经验、直觉或偏好直接对评价对象作出定性结论的价值判断,比如评价等级、评价分值或评价次序等。定量评价方法是评价者围绕被评对象的特征,利用数据或语言等基础信息对被评对象进行综合分析和处理并获取评价结果的方法,比如层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、网络层次分析法(aircraft noiseand performance，ANP)、模糊数学方法(包括模糊综合评价、模糊积分、模糊模式识别和模糊ANP等)、灰色关联分析法(grey relational analysis,GRA)、证据推理方法、可拓综合评价方法、熵权法、人工神经网络(artificial neural networks,ANN)分析方法等。多方法融合的评价方法是指利用不同评价方法在处理指标构建、指标赋权或评价信息上的不同特点和优势,将多个不同评价方法同时运用于一个综合评价问题中,以提高综合评价的质量。主要包括组合赋权方法、组合评价方法(特指对多个不同评价方法获取评价值的组合)、多个信息集成方法的融合方法以及基于赋权方法和信息集成方法的融合方法等[3-4,9]。

生态文明建设涉及到诸多指标,且涉及指标的内涵非常广泛[5,7-8,10],因此，随着社会的发展,评价对象和系统越来越复杂,单一的评价模型已经无法完全满足评价的需求,在评价生态文明建设的程度时有必要综合使用各种方法。

建立生态文明评价机制就必须充分考虑生态系统论、生态价值论和生态道德的合理性,树立新的观念,建立科学的评价体系,用科学的方法和观念来解决生态文明所出现的一系列问题[8,11]。然而现有指标体系的问题是单一性的,缺乏全面性和系统性;指标整体上参考性指标偏多,以至于缺乏可操作性;指标体系对社会进步的指标设计太少;指标体系的考核没有让区域主体功能中的生态和经济功能区结合起来,缺乏了可比性等之类的缺陷[6,12-14]。因此，本文通过研究构建生态文明指标体系,进一步完善指标体系[11,15-22],建立多方法融合的综合评价模型,为政策的制定与实施提供参考。

1 评价思路与建模

评价模型有4个二级指标,分别为生态发展、环境发展、经济发展和协调程度。在4个二级指标中可划分为20个三级指标,其中生态发展占3个三级指标,环境发展占4个三级指标,经济发展占6个三级指标,协调程度占7个三级指标;对这4个二级指标进行加权求和,得出多指标评价综合得分,从而量化某地区或省区生态文明建设的程度[1-2]。相关数据主要来源于《中国统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《全国环境统计公报》和《环境统计年报》等。

1.1 基于生态发展的AHP模型

生态发展所占的3个三级指标分别为森林覆盖率、建成区绿化覆盖率和自然保护区的有效保护。利用AHP对这几个指标进行分析。

(1) 确定评价因素、评价等级。设U={u1,u2,…,um}为影响评价对象的m个因素(评价指标);采用V={v1,v2,…,vn}来刻画每一因素所处状态的n种决断,即评价等级。

(2) 构造模糊关系矩阵。首先对因素中的单因素ui(i=1,2,3)做单因素评价,因素ui对抉择等级因素vj(j=1,2,3)的隶属度为因素rij,得出第i个因素ui的单因素评价集ri=(ri1,ri2,…,rim),m个因素的评价集构造评价矩阵R，即

(3) 确定指标权重。评价因素中的因素在评价目标中有不同的地位,即各评价对象在综合评价中占有不同的比重,模型引入U上的一个权重向量H=(a1,a2,…,am)。

(4) 模糊合成评价。利用B=H*R,称之模糊合成[8]。其中，H为权向量；B=(b1,b2,…,bn)为决策集，即综合评价向量。利用B的分量bi(i=1,2,…,n)进行生态发展的排序评价。

1.2 基于环境发展的灰色评价模型

环境发展所占的4个三级指标分别为地表水质量、环境空气质量、水土流失率和农药施用强度，用灰色综合评价法对此进行分析。

(1) 建立原始指标矩阵。原始指标矩阵为：

(2) 确定最优指标向量。最优指标向量为：

A0=(a01,a02,…,a0m),

其中,a0i(i=1,2,…,n)为第i个指标在各个评价对象中的最优值。

(4) 求差序列、最大差、最小差。最大差和最小差分别为:

差序列为:

Δ0i=(Δ0i(1),Δ0i(2),…,Δ0i(n)),

Δ0i(j)=|y0j-y1j|,

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

(5) 计算关联系数。关联系数为：

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

其中,ρ为分辨系数,范围为[0,1],一般取平均值为0.5。

(6) 计算关联度。关联度为：

关联度越大,则说明与参考样本越接近,表明样本整体水平越好,根据关联度大小进行环境发展排序评价。

1.3 基于经济发展的灰色关联度模糊评价模型

经济发展所占的6个三级指标分别为人均GDP、服务业产值占GDP比例、城镇化率、人均预期寿命、教育经费占GDP比例和农村改水率,本文据此建立灰色关联度的模糊评价模型。

(1) 确定评价对象集和指标集。设评价对象集为O={o1,o2,…,on};指标集为U={u1,u2,…,um},其中ui(i=1,2,…,m)为第i个指标,原始指标数据矩阵为:

(2) 利用灰色关联度计算模糊隶属度确定最优指标集。最优指标集为:

对原始指标值进行无量纲化处理,评价中所涉及的指标因素具有不同的量纲,不能进行直接比较，需要对原始数据指标进行无量纲化处理。对原始指标矩阵UA进行无量纲化得到矩阵C为:

采用这种方式求得关联系数,即隶属度。

构造模糊关系矩阵为：

(3) 模糊合成综合评价。计算公式为：

(q1,q2,…,qn)。

根据bj的大小，对评价对象经济发展的情况进行排序评价。

1.4 基于协调程度的灰色层次分析模型

协调程度所占的7个三级指标分别为工业固体废物综合利用率、工业污水达标排放率、城市生活垃圾无害化率、环境污染治理投资占GDP比重、单位GDP能耗、单位GDP水耗和单位GDP二氧化硫排放量。利用基于灰色层次分析法组合评价模型对这7个指标进行分析[3,9]。

(1) 建立多层次结构体系。对于多指标、多层次的评价系统,首先根据实际情况和特点,将评价因素分解为若干子因素,然后按属性把这些因素分成若干组,再划分成递阶的层次结构。

(2) 利用层次分析法确定指标权重。① 构造判断矩阵。建立梯阶层次结构后，对同一层次的各指标进行两两比较，按选取的标度表对每一层次各因素的相对重要性给出判断,并写成判断矩阵;② 计算各层次相对权重及一致性检验。根据给出的判断矩阵,计算对上一层某因素而言，本层次与之有联系因素的重要性次序的数值。它可以归结为计算判断矩阵T的运算,即有TW=λmaxW,其中,λmax为T的最大特征值,W为λmax相应的正规特征向量。W=(w1,w2,…,wn)T的分量作为对应因素的权重;③ 确定最低层各指标相对于目标层的综合权重及进行一致性检验。根据每层各指标相对于上层的权重，计算得出最低层各指标相对目标层的权重Pk=(pk1,pk2,…,pkm)。

(3) 确定最优指标序列,并计算关联系数。通过在各方案中选取最优指标,构成最优指标序列。利用关联分析求出各方案原始数据序列与最优指标序列的关联系数,得到关联系数矩阵Ek=(Ek1,Ek2,…,Ekm)。

(4) 对底层指标进行单层次评价。即Rk=PkEk(k=1，2，…，m),其中

其中,ζi(k)为第i种方案和第k个最优化的关联数;Rk=(r1,r2,…,rn)为n个方案的结果向量;ri(1,2,…,n)为第i个方案的评价结果。

(5) 计算综合关联度。将Rk(k=1,2,…,m)作为指标体系的原始指标,即Rk=PkEk,根据综合关联度的排序进行综合评价。

2 生态文明建设综合评价结果

根据地区和经济的差异选取了江苏、内蒙古、海南、新疆、陕西、北京、安徽、重庆、上海和浙江十大省区,求解得出生态文明建设的各级指标权重,见表1所列。

通过进行3轮咨询专家意见的Delphi专家打分方法,其中发出问卷25份,回收率在85%以上,整理计算得出模型中的4个二级指标的权重。从统计年鉴上获得相关数据,测算十大省区各项指标的得分以及生态文明综合评价的排名结果，见表2所列。

由表2可见，10个省区得分差异显著,排名第1的是海南(93.3),最低分是安徽(74.4)。海南、北京、浙江和重庆属于均衡发展型,生态发展、环境发展、经济发展和协调程度4个方面均处于较高水平,整体生态文明发展速度较快,得益于环境改善和资源消耗所产生污染物排放对环境的影响效应明显优化。内蒙古、上海和江苏属于社会发达型,他们的共同特征是社会发展水平领先,协同程度也相对靠前。

表1 生态文明建设各级指标及其权重

表2 生态文明建设指标评价结果与综合排名

注：4个二级指标,20个三级指标,每项指标的最高等级分为6分,最低1分,故理论上满分为120分,最低20分。

新疆和陕西属于生态文明建设相对均衡型,没有突出的短板,也没有明显优势,得分处于相对平均的水平。安徽是低度均衡型,生态发展、环境发展、经济发展和协调程度等相对落后,应采取弥补短板,协调提升生态文明建设策略。

3 结 论

根据以上研究，本文提出如下建议:

(1) 环保部门应该加强生态文明建设方面的研究和实践,增加这方面的研究经费,增加该方面的人才,提高人才质量等。各省有关部门应在生态发展、环境发展、经济发展和协调程度方面加强建设,以提高各自省区的生态文明建设程度。

(2) 经济比较落后的省区相关部门,应加强经济建设。通过产业分配、政府倡导和投资金融等方面加快经济增长的步伐,制定详细可行的计划,并在计划期限内完成,提高GDP及人均GDP并密切关注单位GDP能耗,单位GDP的水耗和单位GDP的二氧化硫排放量等。调整好经济结构,保证绿色稳定发展。

(3) 加强环境管理,大气、废水和固废各方面都要综合考虑。水资源管理必须严格执行水利改革发展的决定,尽可能降低万元工业增加值的用水量以及万元生产总值用水量;提高主要水功能区水质达标率,提高过境水利用率。实施清洁计划,加强城市固体废弃物源头管理。建立城市固体废弃物生产管理者责任延伸制度,通过各种途径规范固体废弃物排放行为。推行城市固体废弃物源头管理与控制，加强危险废物的源头监管以及处置利用体系建设。完善固体废弃物无害化处理设施，升级改造生活环境无害化处置中心，建成完善废弃物安全处置中心。

(4) 倡导产业低碳化,保障经济绿色发展。强化企业节能减碳,加快产业低碳转型。制定低碳产业发展规划,扶持低碳基础产业和发展环境友好型产业,聚焦新能源、节能低碳和循环经济等新兴产业。促进可持续发展,构建休闲绿化空间。减少水土流失和沙漠化,保护资源,使之成为可持续发展模式。

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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

国家自然科学基金资助项目(71671165);安徽省省级质量工程专业综合改革试点资助项目(2012zy007);安徽工程大学高等教育研究课题一般资助项目(2016gjxm028);国家科学基金预研资助项目 (2017yyrw07);金融工程研发中心开放基金资助项目(JRGCKF201506);高等教育提升计划自然科学研究一般资助项目(TSKJ2017B22) 和名师工作室资助项目(2015msgzs126)

周金明(1981-),男,安徽芜湖人,安徽工程大学讲师;朱晓临(1964-),男,安徽池州人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.10.025

X321

A

1003-5060(2017)10-1431-00

(责任编辑 万伦来)