基于熵权的城乡结合部地域特征属性模糊界定研究.doc

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China Agricultural University, Beijing 100083, China)Abstract: In this paper, a new thought of study on partition of combination zone between urban and rural is put forward, and a fuzzy evaluation method is formed comprehensively and systematically based on entropy weight, according to a commentary on existing research. Taking Beijing city as example of study, the attribute of the four geographical units is appraised, the result showed that the characteristic attribute is not same as the special attribute fully in combination zone between urban and rural, and it confirmed elementary that the method given by author is scientific and effective. Key words：system analysis; zone characteristic attribute evaluation; fuzzy comprehensive evaluation; combination zone between urban and rural; entropy weight0 引言城乡结合部是位于城市建成区与广大乡村地区之间，既不同于典型城市又有异于典型农村的区域，发展进程具有变性加速性、母城依附性、初期无序性和环境双刃性等显著特征1。特殊的经济地理位置、得天独厚的优势和明显的特征使城乡结合部既是统筹城乡社会经济、解决三农问题、构筑社会主义和谐社会的前沿阵地，又是经济、社会和生态等问题最多、矛盾最突出的地带。因此，科学制定有针对性的策略，以尽快缩短无序期，实现城乡结合部的全面、协调、可持续发展迫在眉睫。而这必须以准确界定城乡结合部的地域特征属性为前提。本文在述评城乡结合部地域范围划分研究成果的基础上，提出了基于熵权的城乡结合部地域特征属性模糊界定方法。1 城乡结合部地域范围划分方法研究述评1.1 现有研究述评20世纪90年代中期以来，国内关于城乡结合部地域范围定量划分的研究陆续出现，较具代表性的划分方法有人口密度梯度率分析法2、断裂点分析法3、景观紊乱度分析法4和突变检测分析法5，详见表1。作者简介：孙世民(1962)，男，山东省莒县人，博士，教授，研究方向为战略管理与决策分析；李世峰(1968)，女，内蒙古包头人，博士，研究方向为区域规划。表1国内典型的城乡结合部地域范围划分方法项目人口密度梯度率法断裂点分析法景观紊乱度分析法突变检测分析法时间与代表人研究对象研究角度划分临界点划分结果1995年，顾朝林上海市城乡社会“板块”划分密度梯度率突变点城乡结合部内外边界1996年，陈佑启北京市综合社会经济指标指标衰减突变点城乡结合部内外边界1995年，程连生北京市土地利用类型划分景观紊乱度转折点城乡结合部内外边界1999年，章文波北京市土地利用类型划分城市用地比率突变点城乡结合部内外边界划分指标人口密度(万人/平方公里)水平类、结构类、密度类、联系类和基础设施类，共计20个指标。市地、农地、交通用地、水面和其他等用地类型，共计18个指标。城市用地、水体和非城市用地等用地类型，共计14个指标。数据来源城乡人口分布资料社会经济统计资料彩色TM合成影像图彩色TM合成影像图资料来源：作者根据文献2-5整理而来。分析表1可知，国内已有的关于城乡结合部地域范围划分方法，具有原理简单、数据精确、结果准确等优点，但存在着如下3方面的不足。1）划分依据单一，对城乡结合部的整体特征反映不够。文献2仅考虑了人口密度这一个指标，文献4、5仅考虑了土地利用景观这一类因素；文献3虽选用了5类指标，但对社会和土地利用因素考虑的不多，且只选取了那些从城区到农村逐步衰减的指标，忽略了那些在城区和农村数值较低而在边缘区数值较高的指标，如外来人口比率，而这又是城乡结合部的重要特征。2）划分结果刚性。四项研究均给出了明确的内外边界，都把内外边界间的整个地域定为城乡结合部。这至少有以下两方面的问题：未能反映出城乡结合部的过渡性、动态性、交错性和模糊性；无法知道城乡结合部内特定地域单元的特征属性，不能指明特定地域单元的问题、原因和发展方向，因而难以有针对性地制定促进城乡结合部全面、协调、可持续发展的具体策略。3）方法运用成本高，不易推广。景观紊乱度分析法和突变检测分析法中，基础数据获取的设备、手段和专业技术知识要求高，计算工作量较大，只适用于专业的技术机构和人员。1.2 城乡结合部划分研究的新思路城乡结合部是城市郊区化和农村城市化的产物，是城市要素自内向外扩散和农村要素自外向内集聚的结果，其人口、用地、经济和社会等因素具有城市和乡村的双重属性。针对制定城乡结合部科学发展策略的现实需求和已有研究的不足，本文认为，城乡结合部划分研究应采用如下新思路：1）不仅是对地域空间范围的划分，更应是对地域特征属性的界定。所谓地域特征属性，是指城乡结合部内特定地域单元的综合特征隶属于城区的程度；2）具体的地理位置上的划分必定是主观的，客观而科学的界定应该建立在模糊概念之上；3）必须全面考虑城乡结合部的总体特征，从人口、用地景观、经济和社会等方面设计模糊界定指标体系。2 城乡结合部地域特征属性评价指标体系的构建基于上述新思路，借鉴前人的研究成果4，遵循科学性和完备性、层次性和关联性、独立性和互补性、可比性和可量化性、简明性和可得性等原则，构建出了能够多层次、多角度、全方位地反映城乡结合部地域特征的指标体系，包括目标层、准则层和指标层等三个层次，人口、用地景观、经济和社会等四个分类指标（特征指标），人口密度等15个单项指标，如图1所示。图1城乡结合部地域特征属性评价指标体系3 城乡结合部地域特征属性模糊界定模型3.1指标标准的确定地域特征属性界定，是准确地判定出城乡结合部内特定地域单元的总体特征隶属于城区的程度，是同一指标的城区数值、地域单元数值和农村数值的比较过程。因此，指标标准的两个端点值可分别采用城区数值和农村数值，分别用和表示。3.2单项指标隶属函数的确定将15个单项指标分为三类：第一类是测度值越大城区特征越明显的指标，称为城区指向性指标，包括人口密度、城市化水平、城建用地比率、建筑密度、用地容积率、人均纯收入、人均GDP、电话普及率、公路密度、医疗床位数、大学生比率等11个指标；第二类是测度值越大农村特征越明显的指标，称为农村指向性指标，包括农业用地比率、第一产业产值比重和恩格尔系数等3个指标；第三类是测度值越大城区特征和农村特征均越不明显，反之均越明显的指标，称为混合指向性指标，只有外来人口比率这一个指标。1）城区指向性指标隶属函数的确定康维斯（P.D.Converse）的“断裂点”理论和国内学者研究3表明，从总体上看，从城区到农村的空间分布上，城区指向性指标测度值表现出强烈的距离衰减规律，在农村附近变化不明显，越靠近中心城区变化越快。其隶属函数可表示为指数形式，如下：（1）2）农村指向性指标隶属函数的确定农村指向性指标测度值的变化规律是，从城区向外，先缓慢增加，接近农村时快速增加。其隶属函数可表示为开口朝下的抛物线右半部分，具体如下： （2） 3）混合指向性指标隶属函数的确定城乡结合部是外来人口的主要集聚地。近年来北京市外来人口统计资料表明：从城区到农村的空间分布上，外来人口比率在近郊区以内呈现出快速增加的变化，而在近郊区以外呈现出由缓慢减少到快速减少的变化。可见，外来人口比率隶属函数的构建既要考虑指标测度值的变化规律又要考虑地域位置。根据北京市外来人口的分布规律，以近郊区为界，分别建立隶属函数。分析北京市外来人口的分布规律可知，近郊区的外来人口特征更趋向于城区，而远郊区的外来人口特征更趋向于农村。结合对有关专家访谈的结果，将近郊区外边缘的外来人口比率隶属度定为0.6，远郊区外边缘的外来人口隶属度定为0.2，那么：从城区到近郊区范围内，外来人口比率的隶属函数如下： （3）近郊区以外，外来人口比率的隶属函数如下： （4） 式（3）和式（4）中，分别是城区、近郊区、远郊区和农村外来人口比率。3.3指标权值的确定1）单项指标权值的确定。为克服常用的Delphi法、AHP法、主成分分析法和二项系数法等在经济性、复杂性和准确性等方面的某些缺陷，本文采用熵技术法6-8确定城乡结合部地域特征属性界定的单项指标权值。熵是信息论中的重要概念，是系统无序程度的度量，它表示从一组不确定事物中提取信息量的多少。息熵定义为：。一般地，决策中某项指标的指标值变异程度越大，信息熵越小，该指标提供的信息量越大，该指标的权重也应越大；反之若某项指标的指标值变异程度越小，该指标的权重也应越小。因此，可以根据各项指标测度值的变异程度，利用熵技术计算出各指标的权重，具体步骤如下：第一步，计算第项指标下第地域单元的指标值比重，；第二步，计算第项指标的输出熵，（1，2，），若，则；第三步，计算第项指标的变异度，；第四步，计算第项指标的权重，。2）分类指标权值的确定。城乡结合部是一个复杂的地带，人口、用地景观、经济、社会等特征重要程度的判断涉及诸多相关知识，单凭个人或数理统计方法难以做到，采用专家判断法可以集众多专家的智慧，对特征的重要程度进行较客观的判断。为此，采用目前应用最广泛的判断矩阵分析法确定人口、用地景观、经济和社会等四类指标的权值。选择专家是判断矩阵分析法的关键，为克服同类专家经验的片面性和知识面的局限性，本文选取了三类10位专家，其中技术专家5位、管理专家3位、逻辑专家2位。3.4综合评价模型为考虑各指标的综合作用，得到城乡结合部地域单元的特征属性全貌，在单项指标模糊评价的基础上，采用多目标线性加权函数法确定地域特征属性的综合评价结果，其函数表达式为： （5）式中，为地域单元的综合特征属性值；为准则层第个特征的权值；为指标层第类特征第个指标的隶属度，为第类特征第个指标的权值。3.5目标层评判集标准根据式（5）计算出的综合特征属性值，参考已有研究成果4-5，结合笔者对有关专家访谈的结果，确定如表2所示的目标层判别准则。表2城乡结合部地域单元特征属性判别准则综合特征属性值0.9 U0.6U0.90.2 U0.6U0.2地域特征属性城区城乡结合部内缘区城乡结合部外缘区乡村腹地注：借鉴洛斯乌姆的城市结构模式，将城市空间结构划分为城区、城乡结合部(包括内缘区与外缘区)和乡村腹地。4 城乡结合部地域特征属性模糊界定实例综合考虑类型代表性、地域分布性和结论普适性，选择北京城郊的小汤山镇、潭柘寺镇、温泉镇和万柳地区等四个地域单元作为研究对象。4.1指标测度值的获取与处理单项指标的测度值可由统计资料计算而得。为消除指标测度值的波动性，同时考虑到指标测度值包含的信息由近及远逐渐减少的事实，将近三年的统计数据加权平均（2000、2001和2002年的权重分别为0.2、0.3和0.5）后，再计算各指标测度值，得到决策矩阵，其中为第个地域单元关于第个指标的测度值。4.2 单项指标评价值根据决策矩阵，利用式（1）计算得出人口密度等11个城区指向性指标的隶属度；利用式（2）计算得出农业用地比率等3个农村指向性指标的隶属度；利用式（3）和式（4）计算得出混合指向性指标（外来人口比率）的隶属度。4.3 分类指标评价值根据决策矩阵，按照熵权计算的四个步骤，计算得出15个指标的权重（略）。利用加权平均法得到各地域单元的分类指标评价值，见表3。4.4 综合地域特征值由三类10位专家给出10个关于人口、用地景观、经济和社会等四个特征的重要性比较判断矩阵。对判断矩阵进行类内算术平均后，再进行类间加权平均（权重：技术类0.5、管理类0.3、逻辑类0.2），得到如右所示的特征重要性判断矩阵。利用SPSS10.0软件，计算得到的最大特征根，最大特征根对应的特征向量，归一化处理后得到特征指标权值，见表3。经查表后计算得到随机一致性比率。因此判断矩阵通过一致性经验，分类指标权值有效。利用式（5）计算得到各地域单元的综合地域特征值，见表3。4.5 地域特征属性判定根据综合地域特征值和表2所示的判别准则，判定出4个地域单元的地域特征属性，见表3。表3北京城郊内4个地域单元的特征属性综合评价结果特征指标(权值)小汤山镇潭柘寺镇温泉镇万柳地区人口特征(0.5297)用地景观特征(0.2134)经济特征(0.1460)社会特征(0.1109)0.38210.75680.06540.848700.31230.198500.40150.45960.82680.60570.71840.59530.98670.8264综合地域特征值地域特征属性判定地域空间位置地域特征属性与地域空间一致性0.4676结合部外缘区结合部外缘区一致0.0956乡村腹地结合部外缘区不一致0.4986结合部外缘区结合部内缘区不一致0.7432结合部内缘区结合部内缘区一致5 结束语本文的研究表明，对于城乡结合部内的特定地域单元，其地域特征属性与地域空间位置不完全一致，反映了城乡结合部地域边界的不规则性和交错性。与现有的地域范围划分相比，本文提出的城乡结合部地域特征属性界定的现实意义在于，可根据界定结果分析地域单元的问题、原因及发展方向，为有针对性地制定加快城乡结合部全面、协调、可持续发展的策略提供依据。应用本文提出的城乡结合部地域特征属性界定方法时，应根据当地外来人口的分布规律确定其隶属函数，还应进一步完善评价指标体系，特别是要增加生态环境方面的评价指标。参考文献1 李世峰大城市边缘区的演变机理与发展策略研究D北京：中国农业大学，20052 顾朝林中国大城市边缘区研究M北京：科学出版社，19953 陈佑启试论城乡交错带及其特征与功能J经济地理，1996，16(3)：27314 程连生，赵红英北京城市边缘带探讨J北京师范大学学报，1995，31(1)：1271335 章文波，方修琦，张兰生利用遥感影像划分城乡过渡带方法的研究J遥感学报，1999，3(3)：1992026 谢赤，钟赞熵权法在银行经营绩效综合评价中的应用J中国软科学，2002，(9)：1081107 霍映宝，韩之俊基于熵原理的上市公司综合评价研究J运筹与管理，2004，13(2)：1181228 单薇，张瑞，王瑗基于熵的科技投融资的绩效评价J运筹与管理，2003，12(5)：77808茶愈樊沽米蚜抠示倚舍膨甚侮储臼挺胖搜蜘脸侗惊罕