区域经济社会生态发展能力动态评估模型研究.doc

修改稿2区域经济社会生态发展能力动态评估模型研究杜川（四川省自然资源科学研究院）2008-2-12摘要：信息不对称已成为区域生态建设规划中明确规划方向的障碍。在深入研究考核指标体系、关键因素和规划方向三者之间关系的基础上，提出一个由“数据标准化”、灰色系统理论的GM(1,1)模型和评估框架构成的模型，以期在一定程度上减少信息不对称性的影响。关键词：生态建设规划；信息不对称；灰色系统；评估The Assessment Model of the Regional Development Ability upon the Economy, Society and Ecology Du Chuan(Sichuan Provincial Natural Resources Science Research Academe)Abstract: Informational asymmetric has been obstructer that interferes us in making sure direction of the programming of the ecological construction of a region. By revealing the relationships among the index system, key factors and direction of the program, a new model which is composed by Data-Standardization, GM(1,1) model in the theory of Gray System and the Frame for Assessment is put forward so as to reduce the influence of the obstructer to some extent. Key words: programming of the ecological construction, informational asymmetric, gray system, assessment作者简介：杜川，男，1957年生，四川省成都市人，副研究员。研究方向：区域社会-经济-生态系统规划。采用模型方法评估区域经济社会生态发展能力，有利于将定性与定量的评估手段结合在具有严密逻辑的框架内，实现评估系统化、程序化，从而克服信息不对称环境中数据量小的困难，准确识别那些与规划方向有关的关键因素。在区域生态建设规划中，将一定区域的经济、社会与自然作为一个系统性的有机整体，通过“区域经济社会生态发展能力评估”，对其发展现状进行诊断、监测与评价，以便全面、系统地揭示其现状与目标之间的差距，明确规划方向，有助于克服规划决策过程中出现盲目性和主观随意性，提高规划质量。一、评估与系统的关系决定建模思路区域经济社会生态系统是由众多因素和复杂关系构成的时变系统，其数学模型一般形式为： 式中，X为系统状态向量，t为时间标量，F为函数向量。由于考核指标都带有一定的综合性，所以系统考核指标Y又是X的函数：函数G反映人们考核系统时的视角。从变化的角度看，考核指标隐藏了比式（1）更复杂的关系，即式中，J(X)为G关于X的Jacobi矩阵1，即式（3）等号中间部分的偏导数部分。式（3）表明，考核指标的确合成了主观因素J( )和客观因素F( )，同时式（3）揭示了寻找系统有效达标途径的一种思路，也就是说，达标的最佳途径本质上可以看作是具有以下形式的多元变分问题3的解。式中，X0、XN分别为系统规划初年和末年的状态向量，为有限维函数向量组成的Hilbert空间3。式（4）还表明，规划方案本质上是对系统状态调整所作的安排。这种从动态特征出发，研究复杂大系统控制的问题，已超出本文范围，将另文论述。然而这种观点使得评估与规划的关系显而易见，即评估是规划的基础，规划则是对系统运动轨迹的控制，所以评估的作用就是给系统导航。从运筹学角度看，在区域生态建设规划中可以建立多目标规划模型2：其中为系统要素约束区域。X、F、G和构成规划空间，即=X,F,G,。根据具体情况，考核指标向量的某些分量可以作为式（5）的目标函数，另一些则作为约束条件。如何简化规划模型，取决于我们如何通过式（2）筛选出最少的考核指标Y的分量，使构成规划模型所需的目标函数或约束条件最少，以降低复杂性、提高透明度，达到增强规划方案的操作性和稳固性的目的。 式（3）揭示考核指标体系中主、客观因素的相互作用，使式（2）不仅在规划模型中还是在评估模型中都举足轻重。但是，直接求得考核指标随时间变化的函数（即式（2）的具体形式并不容易，因此，如果能够借助其它方法求得函数向量S，使Y=S(t)，则评估即可简化成离散时间序列预测，进而，辨识系统关键因素的问题也就转化成提取关键考核指标的问题，规划方向也就容易确定。本文提出的建模方法，将给出式（2）的近似模型。二、数据驱动的建模方法与步骤实践中很难获得S的解析式，故多采用序列拟合来逼近系统趋势。迄今，利用考核指标历史序列拟合S(t) 所采用的方法有多种。通过实践比较，灰色系统理论4具有可以克服“小样本”、“贫信息”、“部分信息已知，部分信息未知”等信息不对称现象的优势，而信息不对称恰是环境规划、生态规划以及各种区域规划都不可避免的境况。采用灰色理论提供的建模思想有助于通过开发已知信息来提取或生成有价值的信息，实现对系统行为、演化规律的正确描述、有效监测和客观评价。表1：各个步骤的输入与输出步骤方法输入输出指标量化1收集历史数据生态县建设标准历史序列表2统一量纲历史序列表3统一关系大于、小于、等于、区间无量纲序列趋势预测4灰色建模无量纲序列预测公式5预测计算规划年序列预测图表6结果分析预测图表趋势分析区域经济社会生态发展能力评估由“数据标准化模型”、“预测模型”和“评估框架”（图1）构成一个完整体系。“评估框架”分三层，自上而下依次展开，评估计算则自下而上逐级迭加，最后求得系统发展能力评分数值。框架底层就是“考核指标”层。以生态县建设考核指标体系为例，模型输入数据按照生态县建设考核指标体系收集，时间跨度至少三年历史数据，所有数据来自县统计年鉴和实地考察。由于各个指标的量纲不同，取值范围悬殊，为了避免结果失真，必须统一量纲。由于指标与其目标值之间有大于、小于、等于和区间等关系，还需要将这些关系统一转化成“”关系，以方便计算和理解。具体计算由“数据标准化模型”处理，其输出序列的数值均在0，1区间内。按照生态县建设规划指标体系，历史序列分成两类：无标准的和有标准的。无标准序列：其指标在“国家标准”栏未指定具体数值，只要求符合功能区标准，是政策规定的硬性指标。我们假定其已经达到要求即其预测序列均取值1，直接纳入评价汇总。有标准序列：其指标在“国家标准”栏指定了具体数值，即有标准可循。这类指标按照历史轨迹或惯性将达到何种状态，需要预测，并将其预测序列纳入评价汇总。按照灰色建模五步方法4，利用考核指标的历史数据，建立“预测模型”： 其中式中： i-第i个考核指标预测算式； ci-第i个考核指标背景系数； ai-第i个考核指标发展系数（当ai的绝对值在0-0.6之间时，满足中期预测要求）; k -年份序号，它与年份y的对应关系为y=k-1+起始年。如果起始年为2004年，则当k值为1、2和13时，xi(k) 分别计算出对应于2004年、2005和2016年的拟合值或预测值。 系统发展能力评估框架使用方法： （1）计算方法：规定各层内，本层中各个指标对上层指标的权重均等，则自下而上逐级计算公式为式中fi 是上一层指标值；i是上一层指标的代号；vij是本层指标的值；nj是本层指标个数。在这里m=3，底层为“生态县建设考核指标”层，第二层为子系统指标层，顶层为系统发展能力动态评估值，从底层评估至顶层即求得系统发展能评估值。底层与系统预测模型衔接，既也就是说，底层指标就是考核指标的灰色预测序列。通过评估汇总，顶层就是从规划期初年到规划期末年系统发展能力的评估值，它是一个随时间变动的序列。 （2）衡量标准：规定生态县建设考核标准即“国家标准”栏的数值全部统一量纲后的值（即1）作为衡量标准，则预测结果向量序列在半径为1的超球体内变动，数值较小的分量对应的考核指标中，包含着构成系统弱点的关键因素，决定规划的着力方向。经三级迭加汇总将超球体压缩为实数0，1区间，则系统发展能力评估值在0，1区间内变动，其值越接近1，表示能力越强，越趋于0则能力越弱。本方法将复杂的系统性评价归结成半定量模型的求解过程，透明直观、简便易行，也具有较大灵活性，比如，可以根据具体情况，构造AHP类型的评估框架。整个模型和计算程序已在EXCEL上经 VBA编程实现。实际应用时，录入数据完毕，即可自动计算，输出成果数据和图表，使评估人员能够将更多时间和精力集中于关键因素辨识、问题分析和系统诊断方面，迅速给规划提供方向性的指导依据。三、生态县建设规划中的应用实例 1、模型计算结果 在雅安市天全县生态建设规划中，计算了2004-2016年12个时点，限于篇幅只列出20010和2016年2个时点的子系统发展能力评估值和总体发展能力评估值（表2）。表2：天全县生态县建设系统发展能力评估表序号指标名称评估值 201020161经济发展0.987 1.000 2环境保护0.956 0.975 3社会进步0.943 0.980 4系统总体0.962 0.985 2、结果分析 首先，在当前系统结构和要素基本不变的情况下，天全县系统总体发展能力评估值2010年和2016年分别为0.962和0.985，这与达标值1分别相差8.3%和1.5%。这种差距反映系统内存在不合理因素。 其次，从子系统层看，到2016年，三个子系统：“环境保护”(0.975)弱于“社会进步”(0.980) 弱于“经济发展” (1.000)，与达标值1分别相差2.5%、2.0%和0%，可见“经济发展”能力较强，“环境保护”则是 “短板”。 第三，从底层考核指标看（限于篇幅暂省略），到2010年有差距的共10项，但到2016年仍有差距的仅3项，它们是：u 受保护地区占国土面积比例0.54 u 化肥施用强度（折纯）0.96 u 城市化水平0.86按照生态县建设要求，天全县受保护地区占国土面积比例应该达到20%，但按目前状况，只有54%的可能。天全县西靠二郎山西麓，矿产、水电资源丰富，迅速发展的经济主要依赖采掘业和水利发电，具有鲜明的地域资源特征。由于采掘业对地形的影响，地表植被极易受到损害；为了解决运输问题，在山区修路也对山林造成损坏，而采矿排放的污水对河流水质影响更为明显。该县水域生态系统主要是天然河流和水库，为了开发水电和矿产资源，对于山谷河流、湿地的保护相对薄弱。加之天全县土地垦殖指数高，后备土地资源缺乏，农业内部的土地资源已很有限，随着人口增长、经济发展，难免发生非农与农业、农业与森林或保护区争地的情况，加剧对生态系统的干扰。“受保护地区占国土面积比例”偏低，与这些问题的存在密切相关，而这与山地面积占幅员面积大半的县域是极不相称的。应坚持按照科学发展观的要求，逐步改变增长方式，形成注重环境保护的新型发展模式。 根据前述系统发展能力评估结果，如果当前系统要素和关系保持基本不变，则到2016年为天全县已经具备98.5%的能力实现生态县建设目标，而欠缺的1.5%能力需要通过优化产业结构、强