基于改进的熵权法的安徽省人居环境质量综合评价

韩 平，穆成林，马莉娟

（阜阳师范学院 历史文化与旅游学院，安徽 阜阳 236037）

关键字：改进熵权法；城市人居环境；协调度；安徽省

1961年，世界卫生组织在总结满足人类基本生活要求的条件后，提出了宜居环境的“安全性、健康行、便利性、舒适性”基本概念[1]，2001年，吴良镛提出建立人居环境科学，认为人居环境是由自然系统、人类系统、社会系统、居住系统和支撑系统等5个系统组成[2]。目前，人居环境研究主要是从人居环境质量[3]、满意度[4]、宜居性[5]等角度的多指标定量分析，主要是客观性分析和主观性分析的数学方法[3-10]，研究尺度和研究空间也逐步成熟[7]，也有学者从旅游视角[11]、房地产开发视角[12]评价了城市居住环境的宜居度。

本文从经济环境、人文环境、生态环境、社会环境四个方面选取33个评价指标，建立安徽省人居环境质量评价模型和协调度模型，对安徽省城市人居环境质量和协调度进行评价，能从理论和实践上为安徽省城市人居环境的建设、发展规划和城市间的协调发展提供依据。

1 研究区概况

安徽省地处我国华东地区，邻接经济发达的长三角地区。随着中部崛起战略的推进，安徽省的经济进入快速发展阶段，城市化进程也在大幅度加快，安徽省城市人居环境建设成效显著，经济发展水平处于全国中等水平。2017年人口为6 082.9万人，面积为1.4×105km2，人口密度430/km2，人口承载力重。在全国发展速度减缓的背景下，安徽发展速度保持较快发展水平，2017年安徽省的GDP为27 518.9亿元，同比增长为8.5%，仍属于欠发达地区。经济和人口的增长导致生态系统压力沉重，且存在着空间上发展不平衡，因此对安徽省人局环境质量的评价尤为重要，可为安徽省人居环境建设提供参考。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

主要数据来源于《2016安徽省统计年鉴》[13]，各市《国民经济和社会发展统计公报》。

2.2 研究方法

2.2.1 构建评价指标

城市人居环境是由经济、文化、社会、生态等多方面构成复杂系统，城市人居环境质量的评价照既要反映出城市人局环境质量的优劣，又要反映出人居环境的本质内涵，基本特征和主要内容[3]。国外的评价指标体系比较注重城市环境、居民的参与和城市的可持续发展[14]，国内评价则更注重生态环境和经济环境的作用[15-18]，在已有的指标体系[15-18]和中国人居环境奖的指标[19]，本文遵循客观性、全面性、数据的可获取性的原则，从经济环境、生态环境、人文环境和社会环境四个方面选择了33个指标来建立评价指标体系，见表1。

表1 城市人居环境质量评价指标体系

2.2.2 传统熵权法

在信息论当中，熵能反应出信息无序化的程度，它能最大化的降低权重计算中的人为因素的干扰，熵权法根据各个指标所传达给决策者的信息量的大小来确定其权重数，是一种客观综合评价方法，能较好的反应出各指标之间的内在逻辑。但缺乏各指标之间的横向比较，指标的权重数随样本的变化而变化，依赖于样本，在应用上受限制，会因为样本数据本身的随机干扰影响权重的真实可靠性。

1）指标量化，建立归一化矩阵。

将指标数据量化到0～1之间。其中，Xmax、Xmin为同一指标的最大和最小，对于正向指标用公式（1），负向指标用公式（2）。

2）计算各指标的熵值。

式中，fij为各指标rij的比重，m为评价对象数。

3）计算各指标的熵权。

2.2.3 改进熵权法

秩比法[20-21]是根据指标评价依照优至劣进行编秩，通过矫正系数可以消除某些异常极值的干扰，能反应出指标的微小变化，适用于各种评价对象。通过秩比法改进后的熵权法能较好的弥补传统熵权法的客观性缺点，也可以不像主观性的方法受专家喜好确定影响权重。使得权重确定能够达到主观和客观的统一，也可以权重确定也更科学化。在综合考虑人居环境质量评价的基础上，分别对各项指标按照影响程度进行赋值ri，对于影响程度越大，则该指标值为m，稍优值为为m-1，最次指标值为1，则赋值后指标i的偏好矫正系数为:

根据最小信息熵原理将偏好矫正系数和传统熵权发确定的权重进行耦合得到改进的熵权中[21]，根据最小相对信息熵原理[9]:

式中Zi为传统熵权法确定的权重。

用拉格朗日乘法优化上述问题得到[21]:

通过以上步骤，计算得到传统熵权和确定改进系数，就可以得到各指标的改进权重值，如表2。

2.2.4 人居环境质量综合评价模型

表2 各评价指标的权重

首先将个城市的指标进行归一化处理ri，然后将指标进行计算得到的权重值Zri，运用公式下列公式，就可以计算出城市人居环境各指标质量及综合质量的评价值。

式中ri为各指标归一化数值。

2.2.5 人居环境系统协调度模型

城市人居环境评价的核心不仅在于综合评价指标的高低，还在于单个评价指标间协调状况的好坏[5]。协调度是衡量要素间的协调状况程度的定量性指标[5]。是指经济环境、生态环境，人文环境和社会环境之间的指标值越接近，表明这4个系统之间越协调。协调度计算公式如下:

其中，M为第i个城市城市评价值的平均值，Si为第i个城市评价值的标准差。值越大，系统间的协调程度越高，分级标准如表3[14]。

为全面分析多个城市间人居环境协调建设状况，可以将协调度运用到多个城市间同一指标的分析，可以得到不同城市间同一指标的协调度[10]。公式（11）中M即是多个城市之间的同一个指标的平均值，S即为标注差。

3 结果与分析

3.1 安徽省人居环境质量评价

根据公式（10）将各指标权重与归一化的计算就可以得到安徽省人居环境综合评价（表3），同样也可以得到其他四个方面的评价值（表4）。在ArcGIS中，用等距分割法将16个地市的人均评价结果划分高、较高、中、较低、低5个等级，可以得到各评价结果图如图1～5。

人居环境质量综合评价如图1，合肥人居环境质量最高，其次为马鞍山、黄山、芜湖、蚌埠宣城），阜阳人居环境质量最低，宿州、亳州、淮南、六安人居环境排名相对较低，安徽省城市人居环境质量分布特征:以合肥、马鞍山、芜湖为中心的城市圈的人居环境质量较高，且东部人居环境居住质量优于西部，南部优于北部。主要是由于地理位置及城市发展定位，安徽省近年来的的发展结构是“双核两圈两带一群”，以合肥都市圈和芜马城市群为中心的的双核结构，以”皖江城市带”和“淮蚌合芜城市带”的发展。由于政府政策上的支持，这与城市人居环境质量评价相吻合，也从另一方面反映了该方法的可行性。

表3 安徽省城市人居环境评价结果

表4 城市人居环境系统协调度等级

在经济环境质量评价中，以人均GDP、城镇居民可支配收入、人年均社会品零售总额，第三产业占比、外商投资额、恩格尔系数7个方面去构建评价模型，得出结果如图2，皖南整体经济环境质量高于皖北片，以合肥、芜湖、马鞍山为中心的城市经济质量较高，其周围辐射范围内的城市如蚌埠、淮南、铜陵、宣城次之。阜阳、亳州、六安、宿州的经济环境质量相对较差。

生态环境质量评价如图3，以人居公园绿地面积、建成区绿化覆盖率、公园个数、城市污水处理率、工业固体废物综合利用率、空气质量达标率、噪声均值8个指标去构建评价模型，从整体来看，皖南片生态环境质量整体高于皖北片，池州，黄山、合肥、宣城的生态环境质量较高，阜阳，淮南生态环境质量相对较低。

人文环境质量评价如图4，以人口自然增长率、人口密度、文盲率、每万人图书馆数、问题支出比重、公民受教育年限、每万人普通中学、教育支持比8个指标去构建评价模型，从整体来看，东南片人文环境质量要高于西北片。其中，合肥、蚌埠、马鞍山、芜湖相对较高，阜阳、六安、宿州、铜陵、宣城、亳州相对靠后。

社会环境质量评价如图5，皖北片整体社会环境评价质量高于皖南，东片高于西片，阜阳、亳州、六安、安庆相对较低，马鞍山、黄山、蚌埠、滁州、宣城相对较高。

3.2 安徽省城市人居环境建设协调度

图1 安徽省城市人居环境综合质量评价

图2 安徽省城市经济环境质量评价

根据安徽省城市人居环境评价结果，计算出单一城市个系统之间协调发展程度如表5，可以看出16个城市的人居环境都能达到基本上协调，除六安轻度失调，合肥、淮北、蚌埠、淮南、马鞍山、芜湖、铜陵、黄山达到中级协调，其余都是初级协调，从整体上来看，城市内的各系统之间的协调性良好，但属于高级协调等级的城市几乎没有，且六安属于轻度失调内，要加强各系统之间的协调建设，尤其是对于弱项的指标强化建设。且对于初级协调的城市，更需要进行系统之间的重分，加强人居环境质量。

图3 安徽省城市生态环境质量评价

图4 安徽省城市人文环境质量评价

图5 安徽省城市社会环境质量评价

通过计算同一系统内的不同城市之间的协调度，16个城市的城市人居环境质量属于中级协调（0.776），其中生态环境协调度（0.8）、人文环境协调度（0.774 5）、社会环境协调度（0.806 9）都属于中级协调，但是经济环境协调度为0.405 2，为轻度失调，表明了16市的各系统需要进一步加强经济环境的协调建设，优化其他系统的建设。

4 结论与建议

对安徽省城市人居环境质量的综合评价结果表明，安徽省各城市的人居环境质量整体上差异较大，皖南人居环境质量要优于皖北，东片要优于西片，尤以合肥、芜湖为中心的周围城市人居环境质量要整体高于其他城市。单一的城市内部经济环境、生态环境、人文环境和社会环境的协调建设良好，除六安市轻度失调以外。各个城市之间的同一个系统层的协调度都能达到中级协调，但经济环境为轻度失调，针对安徽省人居环境空间分布情况，结合安徽省各城市的实际情况，对城市人居环境质量建设提出相关建议：

表5 安徽省城市人居环境协调度

提高安徽省城市的经济环境水平。经济水平是人居环境协调发展的重要因素，城市经济发展水平直接影响到城市人居环境建设。阜阳、亳州、六安的人居环境质量明显低于其他城市，其经济环境水平也相对处于较低水平，对于城市人居环境建设，不能提供充分的保障，要提高安徽省城市的整体经济实力，尤其是皖北地区的经济水平，为改善安徽省人居环境提供保障。

提升安徽省城市短板建设，推动人居环境协调发展。相对于其他系统，安徽省的城市人文环境整体水平相对较低，是城市发展的短板，要加强城市人文环境建设。加大对文化产业的投入，以及高等教育建设，支持文化产业的发展，提高城市的文化环境。

要因地制宜协调安徽省人居环境，发展整体最优人居环境。继续发挥合肥、芜湖、马鞍山的带动作用，刺激周围城市经济的提升，促进人居环境进一步的优化发展。着重解决阜阳、六安、宿州、安庆、亳州在经济环境方面与其他城市之间的差异，加大经济发展，实现皖北城市群经济的快速发展，缩小于皖南经济的差异，并加强其他指标的建设发展，实现城市的人居环境水平的高质量。加强六安四个系统之间的建设，六安四个系统之间协调性较差，尤其要加强经济环境、社会环境的建设。淮南、铜陵的生态环境是整体发展的弱项，要注意加强城市绿化建设，控制城市污染，加快本地污染产业的转型，实现经济结构的进一步优化，实现低耗能低污染的产业升级。

5 小结

本文基于改进熵权法评估了安徽省各市的人居环境质量，传统的熵权法在确定权重的时候客观性很强，因为数据自身的干扰影响权重的真实性，为了让指标的赋权更能体现出主观性和客观性原则，利用最小相对信息熵原理和秩比法对传统熵权法进行改进，根据确定的权重进行模糊计算得到各市人居环境质量评价结果。但由于收集资料的限制性，没有考虑到更详尽的指标因素，且本文基于各市作为评估单元，没有办法体现出市域内部的差异，以后需要进一步以格网单元进行分析研究，体现出同一地区不同地方的城市人居环境差异。