改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用_W

1、2f；卷第1期资源科学vol 26No 1 改进的熵值法在河南省可持续发展 能力评估中的应用 乔家君 (河南大学环境与规划学院，开封475001) 摘要：首先从系统功能角度漫计r河南省可持续发展的指标体系，包括7个功能组71个指标，接着评 述r熵值法的基奉原理、运算步骤及对该方法的改进措施，并用改进的熵值法对河南省可持续发展能力及 其结构做了定量分析。河南省可持续发展指标权重值0015的指标有：经济指标7个、环境指标6个、人 口指标6个、社会指标5个、资源指标4个、科技指标1个，累计权重依次为0120、0118、0108、0 085、 O066、0 020。表明河南省可持续发展系统的构成要素中

2、，经济因子最为重要，其次为环境因子，再次为人口因子。提高河南省可持续发展能力首先要大力发展生产力，同时要保证生态环境的小 ，另外也要控制人口数量的增长。20世纪90年代河南省可持续发展能力总趋势是增强的，但1991年1993年间呈下降 态势。在河南省可持续发展系统功能中，区域发展水平对系统的贡献最大，起着决定性作用。关键词：改进的熵值法；区域可持续发展；指标体系；能力评估；河南省 中围分类号：F123 7：F124(261)文献标识码：A文章编号：10077588(20041010113一们 自20世纪80年代可持续发展概念提出 以来，可持续发展度量研究日益成为一些国际组织、国家政府以及专家学

3、者关注或研讨的主题之一(见贾绍凤等的评述”1)。除研究可持续发展指标体系的 设定(见乔家君等的评述”1)外，一个重要内容就是指标权重的赋值。据研究”“，确定指标权重的方法主要有主观赋值法和客观赋值法，前者是指根据评价者主观上对各指标的重视程度来决定权重的 方法，如层次分析法、专家经验评估法等；后者是指根据客观原始数据信息的联系强度或各指标所提供的 信息量来决定指标权重大小的方法，如熵值法、因子分析法、复相关系数法等。在区域可持续发展度量 研究中，有的学者运用主观赋值法“，有的运用客观赋值法”4“。笔者认为，依靠专家经验 进行赋值，常常因选取专家的不同而差异较大，使分析结果趋于不稳定，故我们采用

4、客观分析法。据现有研究 成果，改进的熵值法较适合于区域可持续发展的能力评估“j。 1河南省可持续发展指标体系的建立 为了能全面而准确地描述并刻画河南省的发展状况，我们从区域发展的系统功能角度来设计可 持续发展指标，即区域发展度、区域发展效率、区域发展潜力、区域发展协调度、区域开放度、区域发展调控度、区域发展均衡度”“，下面简略介绍各功能指标的内涵。 区域发展度，反映区域的发展水平，如人均GDP、城市居民人均生活费收入、恩格尔系数、千人拥 有医生数、家庭月均电耗、商业服务业人员比重、人均居住面积等。 区域发展效率，反映经济与资源环境的关联效率，如GDP增长速度、万元GDP能耗、水耗、万元工 业产

5、值三废排放量、社会垒员劳动生产率、百元工业资产利税率、工业增加值增长率等。 区域发展潜力，反映区域的资源、环境、经济、科技等未来发展能力的优劣状况，如人均矿产资源 储量、人均水资源拥有量、自然保护区面积比重、水土流失面积比重、农业自然灾害成灾率、道路密度、 收稿日期：20030l一20；修订日期：2003一0717 基金项目：河南省科技攻关重点项目(编号：223032900)；河南大学自然科学基金项目(编号：x1032)。 114资源科学26卷第l期 居民人均存款、千人专业技术人员比重等。 区域发展协调度，反映区域人口、经济、环境三者协调的程度，当环境质量不变时，经济水平越高， 协调度就越高；

6、当经济水平不变时，环境质量越好，协调度就越高；反之异然。 区域开放度，反映区域系统对外的交流(物流、能流、信息流)程度，如人均货运量、人均客运量、人 均邮电业务总餐、贸易依存度等。 区域发展调控度，反映区域政府对经济、社会、环境、资源等各指标的调控程度，如政府财政收入 占GDP比重、环保、科技、社会性支出比例、人口自然增长率、失业率、刑事 发案率、受理 成功率等。 区域发展均衡度是反映区域内部不同地域间经济发展水平的差异程度，般用地域间的变异系数的倒数表示，地域间相对差异越小，发展均衡度越大，反之异然。 2改进的熵值法 21熵值法的基本原理 设n个指标，m个年份，形成原始数据矩阵盖=() ，对

7、于某项指标，若指标值z。差距越大，则该指标在综合评价中所起作用也就越大；反之就越小。若某项指标的指标值全部相等，则该指 标在综台评价中不起作用“1。在信息论中，存在函数关系：圩(*)=一，(机)In，()。式中，左边(x)为信息熵，是系统无序程度的度量；右边一：，(钆)In，()为信息，是系统有序程度的度量；两者绝对值相等， 符号相反。某项指标的指标值离散程度越大，则日(z)就越小， 该指标所提供的信息量也就越大，故其权重也应越大；反之，指标间离散程度越小，信息熵就越大，其容纳的信息量也相应 越小，权重理应越小。所以，我们根据指标间的离散程度，用信息熵来确定指标权重，为区域可持续发 展的能力评

8、估提供科学依据u一。 22熵值法的基本步骤 第一步，将各指标同度量化，计算第j项指标下第；年份指标值的比重鳓：pF=*口，zF 第二步，计算第J项指标的熵值引 勺=一几In胁令k=1Inm，则勺=一(恤m)舶I“n 第三步，计算第，项指标的差异性系数毋。熵值越小，指标间差异性越大，指标就越重要： gi=le J 第四步，定义第j项指标的权数叶：嘶=断岛 第五步，计算第i年份区域可持续发展度雕Ds。：鼢Ds：=：。P。 23改进的熵值法 在熵值法计算过程中，我们运用到了对数、熵等概念，故必须遵守相应的规则约束，即负值不能直 接参与计算，极值应做相应变动，对这类指标数据应进行一定的变换。据研究“1

9、，对熵值法改进的方 法有：功效系数法、标准化法，前者在变换数据时，人为增加了a变量(由评价者决定其取值大小)，导 致评价结果的不确定性；后者则不需要增加任何主观信息，且有利于缩小极值对评价结果的不利影 响，故一些学者认为：“用标准化法对数据处理后的熵值法更具有台理性”。 3对河南省可持续发展能力的评估 31运算步骤 首先，进行指标的标准化。粕7=(*口一畸)式中，为标准化后的指标值，斗为第指标的均 26卷第l期乔家君：改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用115 值，为第指标的标准差；其次，进行坐标平移(清除负数的影响)。xi”=A+z。7式中，xj”为平移后的指标值，A为平移幅度；再

10、次，利用熵值法对各指标进行权重赋值(表1)。 衰l可持续发展各指标的权重赋值 TaMe l wd曲咖螂0f s吲岫hk de剥0p唧te蛐 指标权蘑指标权重 、均P0 014第二产业劳动力占全劳力()0 0 J4 城市居民人均生活费收入0 013人均耕地面积O 014 农村居民人均纯收人o 015森林覆盖率o 018 城市思格尔系数。咖人均矿产资源储量0007 农村恩格尔系数o 008公路、铁路密度0 015 平均预期寿命0 016职T人均固定资产投资o 013 入均社会福利救济金o 016居民人均储蓄存款O O】4 千人拥有病床数0 010均水赍源拥有量。呻9 千人拥宥医生数0 010专业技

11、术人员占在岗职工比重0 021 小学适龄人LJ学率o 011万人拥有大学生0 017 千人拥有教师数o 016人均图书杂志出版数。叭。 家庭月均电耗0叭3自然保护区面积比重o 017 商业服务业人鼠占总人口()0仇4体育达标人口比例0 010 环境质量综台指数0 015农业自然灾害成灾率0012 城市人均住房面积O 013水土流失面积占区域()o 027 农村人均住房面积0 013电视门覆盖率0叫7 职工平均工资0 014下人拥有电话机量O 018 城市用气普及率0 017区位优势O)08 人均绿地面积0 019发展协调度O叭3 GDP增长速度0 0j4人均客运量O 010 万元cDP能耗0

12、015人均货运量O 010 万元工业产值能耗0 016人均邮电业务量O们8 工业固体废弃物综合利用率0 007人均国际旅游收八O叭4 万元GDP固体废弃物排放置0018国内贸易依存度O叭8 万元工业产值固体废弃物量O 020国际贸易依存度。叭3 万元工业产值废水排放量0 019政府财政收人占GDP()o 叭 8 万元工业产值废气排放量0叭9环保投资占GDP()o o“ 万元工业产值s0，排放量0叭8社会性支出占cDP()0 015 产值密度0 013科技投占cDP()0 020 社会劳动生产率o 011口自然增长率0 021 百元工业资产利税率O010城镇失业率0 014 百元工业产值利税率O

13、009刑事发案率O 018 工业增加值增长率o 012受 理 成 功卑o009 第二二产业产值占GDP()o 008机关行政人员平均学历o 012 第二三产业劳力占全劳力()0 013发展均衡度o 012 第三产业产值占GDP()O，013 资料来源：嗣南统计年鉴(1990一2001)。 最后，进行区域可持续发展度的评价(图l、图2)。 32结果分析 在权重值大于或等于O015的指标中，有经济指标7个、环境指标6个、人口指标6个、社会指标 5个、资源指标4个、科技指标1个。累计权重分别为0120、O118、O108、O085、O066、O020，总合计为0517。表明，在河南省可持续发展系统的

14、构成要素中，经济因子最为重要。这与我国可持续发展 的首要任务发展经济、消除贫困“ ，是十分吻合的，因为经济发展是人类自身生存和进步的必 116资源科学26卷第i期 需，是保护和改善地球环境的物质保证，所以河南驼 省当前的迫切任务足大力发展生产力，努力提高柚 全省经济实力和人民生活水平“。其次为环境因怂 剧 子(仅次于经济因子)，表明河南省在经济发展的 皑 拍 辎 同时，必须保证牛态环境的不，发达国家早期 蝼 蒋 的那种通过高消耗追求经济数量增长和“先污染 窟 舱 后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来 抽 发展的要求。再次为人口因子，在河南省经济发 伯 展中，人口多(全国第一人口大省)、文

15、化程度低19轴199992娼93伯9415199619971998伯如00 (1995年全省平均受教育年限为758“)、体质差 已日益成为河南省可持续发展的瓶颈。图l河南省1990年一2()00年可持续发展度的变化曲线 在区域系统功能中，区域发展度、区域发展效ng 1 Ch“。硝B嘣mnae出velopI。ap。ity n He咖vlnce(199【I一2000) 率、区域发展潜力、区域发展协调度、区域开放度、 区域发展调控度、区域发展均衡度的权重依次为0256、O249、0247、o 013、O083、0138、0012。表明，在河南省可持续发展能力评估中，现有发展水平是决定性因素，其次为区

16、域发展效率和区域发展潜力等。 以年份为横坐标，以可持续发展度或各系统功能值为纵坐标，得相应变化曲线(图l、图2)。可以看出，河南省可持续发展度及其各系统功能值的变化轨迹均为一条L09istic曲线” ，根据各综合值， 可把其分为3种类型：平稳型可持续发展(如图2e)、弱波动型可持续发展(如图2a、2b、2c)、强波动型可持续发展(如图2d、2f、29)。得出以下结论：河南省可持续发展能力总的趋势是增强的，但呈现 微弱波动(199】年1993年间呈下降态势)； 河南省区域发展水平越来越高、区域开放度、对外交流强度越来越大、(随着科技水平的提高，)区域发展潜力越来越大； 区域发展协调度表现为强烈波

17、动，但总趋势是增加的。表明河南省各部门之间、各子系统之间的协调在90年代中期出现不稳定 的状况；政府对区域发展的调控，以及区域差异的均衡度均表现为90年代中期以前为下降，90 年代中期后又明显呈上升态势； 河南省区域发展效率呈下降势头。表明河南省在90年代经济与资源环境的关联效率不断下降，以过渡耗费资源获取经济增长、以损失环境效益获取经济增长却呈上升 趋势，已明显表现出不可持续的行为 。 4结论与讨论 河南省可持续发展能力总的趋势是增强的，但在1991年一1993年间呈下降态势，表明区域可持续发展能力是动态的、变化的，河南省正朝向可持续发展方向迈进。 在河南省可持续发展系统功能中，区域发展水平

18、对系统的贡献最大，起着决定性作用。区域开放 度的增强，表明河南省对外交流强度日益扩大，物流、能流、人流、信息流逐步得到加强，与全国甚至国际 的关系逐渐加强。区域发展协调度以及政府对区域发展的调控度均表现为强烈波动。 在河南省可持续发展系统的构成要素中，经济因子最为重要，其次为环境因子、人口因子。表明河南省可持续发展能力的提高首先要大力发展生产力，同时要保证生态环境的不，另外也要控制人u数量的增长。 改进的熵值法是完全根据指标间的离散程度，用信息熵来确定指标权重的，故该方法对已确定的 区域可持续发展指标体系及相应指标数据已知情况下，区域可持续发展能力的评估结果是惟一的。 改进的熵值法能较好地运用

19、于区域可持续发展能力评估的时间序列，但对区域可持续发展能力评估的空间差异尚缺乏一定的可操作性，虽然本文设置了一定的空间指标(如发展均衡度)，但由于其 26卷第1期乔家君：改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用117 33孙 摧2 8抽 辩“ 誉2 3墟 1 8卸1 3仆 34 29世 霉盎 24噬 搏鹫 R暑，噬搏辇f凶 1 9凶 14 加 旺 “ 盯 址 蛆柚 避摧朱鹫吲世器辎噬弼鹫凶 ” 幢协 “ 倒柱霸嗤撙草f凶 聃“协 图2河南省可持续发展各子系统功能值的变化曲线 ng 2 cb柚驴d眦目一帅s釉日“n枷e也*el印m咖。apamq inn啪p_帆e(1帅O20。o) 权重不大

20、(由其信息熵决定)，故有关河南省可持续发展能力空间差异的分析尚有待于进一步探讨。 目前区域可持续发展能力评估方法中，层次分析法由于级别差异较大，往往不能满足相对完善的 指标权重的合理赋值。灰色关联度分析法也存在一定问题，被称为完善度不高”“。生态足迹模型也 存在一些明显缺陷： 该模型结果高估区域生态状况 1； 只强调人类发展对，不关心 资源科学26卷第l期 经济、社会、技术等方面的可持续性； 是一种基于静态指标的分析方法； 忽略区域内差异精细。熵值法虽能解决上述很多问题，但在遇到一些 值和负值情形时则显得不足，因此需要对该指标数据进行一定变换，列该方法进行一定改进。 目前也有一些学者 2“从事

21、了河南省可持续发展定量评估的研究，通过比较这些成果与该论文的结沧，可看出，上述研究成果若剔除地域空间的差别，其间结论则具有高度相关，但同时上述研究成 果易受专家样本选取不同而使结果呈现一定差别。故改进的熵值法在评价河南省可持续发展能力 时，还是基本合理、科学的。 参考文献 (Refereno髑 worId c 0n Envi nt一Develop眦nt o工r comPum砰(B叫ndtlalld c咄训一n R8l】0n)MNew h出：o山一UH1w Pmss1987 2贾绍风，毛双英国外可持续发展度量研究综述j地球科学进展，1999，14(6)：59660lJIA sh盼咄，MAo H扑

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25、tin Yizhe“g cilyJ叶b唧nimn靴眦U而nE删h斜，1998，1l(1)：3235 9“xi呻jianPetn J，I肌G“lgI帅，d al A siog地910n缸8u8协illabiljty：dof hndd land cover chatl舻1n the MldY】luo catchme乜the Yellow Riverb ，cknaJ咖z锄呷嘶，2001，2I：87一106 m 方创琳，Yeha，D w河西地区可持续发展能力评价厦地域分异规律地理学报，200l，靳(5)：561569 FAHG chu”1m Yeh岫Dennis wei Ev山tionon血 嘣nam

26、e de”lop眦nt c8p帅畸蚰d Mglll蜘哼d ib唧0nd dle弛ntimion in H目onl J J 咖 qm s，2156(5)：56l一569 胡秉民农业生杰系统结构指标体系及其量化方法研究J应用生态学报，1992，3(2)：144一148Hu尉n乎mi兀ne indlcator 即e【em aT讨l“q呲It【诅h舢劬od 0f叩1cmtud ec憾y帅s strIlctumJ矾 如口2 0，哪n耐鲫b酊，1992，3(2)：144148 1 皿 曹利军可持续发展评价理论与方怯M北京：科学，1999cAouounn舯叮肌d M札dsIl8thmble Develope

27、n【 A 哪e眦lMBeiillg：science pT鹳s，1999 J 中国2l世纪议程编写作制组中国21世纪议程M北京：中国环境出板社19941kw血er cmupd c坫na“g朗da 2l st chIn8唧nda 21”MBe“mg：chilla Envi舢删t Pre，1994 s帅ctl Iah8ls。n hu esJAmdf亿瑚砌佣dH 李永J殳=，土才安，马建华河南地理【M开封：河南太学 ，1螂u Y呷sw棚，WANe c扑m)，MA撕柚如ua H胁an ceog。phl M K蛐：H舢unl惴Ity Pmss1995 D州2印H州，1999，18(4)：5861 !。 乔

28、家君，兽丰先人力资源地域结构分析J地域研究与开发，1999，18(4)：586lQIAo Jm】“n，TIJ F“肾 R。目on m niIlg，Hen蚰u“唧y N删mspective d R掣llal Devel0P“哪M “如“g：Hu“一l竹ss，1999 J 苗长虹，乔家君，刘玉振，等中国多村可持续发展：理论分析与制度选择M北京：中国环境科学出版杜，1999MIA0 ch明 26卷第l期乔家君：改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用119 ho峭，Q1AoJ“n，L1U Yu一出en，et dchinese Rd sIls伽llab】P DeveJ叩哪盯【：啪ticd All

29、aly8ls州I丌stl札ti删I cll。iceM BPiI“g： chlne靶En nI帅t sc】ence Pmss，1999 18孙才志，孙炳双改进的灰色关联度在农业系统中的应用J农业系统科学与综合研究，200l，17(1)：58suN cazhtsuN Bi”山g Appllcadon甜 sed聊incld fj8孵 印cultural町自temJ跏Fm蹦er脚吼d o呷mbu血批s idgi刊c， 200117(】)：58 19张志强绦中民程国栋生态足迹的概念及计算模型J牛忐经济2000(10)：810zHANG zh【_q-硼g，x11 zho”E训n， cHEN cu俨dong

30、 Thc。pt 0f ec山画(晰pnnts蚴d r呻deljng【J Jk研胁阳叫2000，(10)：810 20 J秦耀辰，赵秉拣，张俊军，等河南省持续发展动力学模拟与凋控J系统工程理论与实践，1997，(7)：12413l【0m Y hen zHO B】“gd0“g，zHAH6 junomI，m syskm dy m酞1ing舶d地gIdmi佃for。叩on柚sunaln枷e如代kp I x锄一e of H p ce ?R帅，y讲“n刚蛐矿跏em E呷删“喈，1晰，(7)：12413l J 2l J郑海霞秦耀辰区域可持续发展系统的评价J地理科学进展，2002，2l(2)：173179zH

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32、ystefunction，which如cludes seven function groops锄d 7 l indieato鸭n sendly introduces n憧basic pdncipk and the operation process a 工 ld 印 p 嘶 ses the impr0Ved measures of the entropy method， a11d takes quantitative analysis ofle capacity and strIIcture of Henans sustainable development The author points

33、 out 山at山ese indexes of sustainabk devel叩哪ent，whose wei曲tiness evalu砒ion value is above o015，includeseven economic indexe8，si【envimnmental ones，six population ones，6ve social蛐es，four resources onesand 0ne scientinc and technical index，and their accumulative wei咖iness value is O120，0，118，O108，0085，00

34、66，O020 in tum，which indicates that the economic faetor is the m08t important one and the environmental and popIl】ation factors is still more importantTh。p8pe。puts forward tll8t tlle key to Henans sustainable developnlent lies in deve】oping the 10cal economy，protecting the local enVilonment and cono

35、lli“the local populations incre舾i“g Fu曲e肿ore， the autll0T poirL协0ut that tlle。印acicy 0f Henanssustainable development has bee“graduaU，streng山enBd in 199()8，but nuctuated_【o a cen出n d。gree durillg 19911993Regardi“g the c印acity of sustainabIe development in Hena“pro“nce，山e regjonal deVelopi“g 1evel co

36、ntributes a lot to th 。 regional sustainable development and plays a decisive innuence on tll sustajable development of Herm“pr0Vince 1【ey words：Impmved entropy；fkgional su5tainable development；hldicat叽8ystem；C8pacity eValuation； Herlan Dmvince ma ge 改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用 乔家君作者： 作者单位：刊名： 河南大学环境与规划

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