城市生态系统健康属性综合评价模型及应用研究

1 ຫໍສະໝຸດ Baidu言
属性理论是对事物或自然现象属性的定性描述进行定量化研究的数学理论 ,在对属性集和属性测度 [1 ] [2 ] 研究的基础上 ,提出了属性综合评价模型 ,该模型由三部分组成 : 单指标属性测度分析 ,多指标综合属 性测度分析 ,属性识别分析及评分准则 . 属性综合评价结果的关键是指标体系是否完整反映研究对象的属 性 ,评价指标权重以及属性测度的计算即属性函数的确定. 属性综合评价模型可解决如下评价问题 : 对研 究对象空间 X 中任一元素 x ,都具有 m 个指标 ,由指标集 I = { I1 , I2 , …, Im }来表示 ,且 X 中元素有评价类
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值 . 本文确定的各个指标评价标准 ,以国内或国际标准以及国际或国内公认的生态城市 、 园林城市 、 环保模 [23 ] 范城市标准来制定 “很健康” 的指标标准值 , 以全国最低值为 “疾病” 的指标标准值 , 在 “很健康” 与 “疾 病” 标准值之间划分三个等级 ,分别作为 “亚健康” 、 “一般健康” 、 “较健康” 的标准 . 具体的分级标准值及各 标准值的区间范围如表 1 所示 . 表1 城市生态系统健康评价指标体系评价标准及权重
212 指标评价标准
如何选择适宜的指标评价分类标准 aijk ( aijk 为第 i 个城市中第 j 个指标的第 k 级健康评价标准 ) 是决 定评价是否合理的关键 . 由于无法获得较多的训练样本 , 因此不能采用文 [ 19 ] 的方法求得评价类的中心
第8期
城市生态系统健康属性综合评价模型及应用研究
C2 < C3 < C4 < C5 ) ,即{ C1 , C2 , …, Ck , …, C5 } 为属性空间 F 的一个有序分割类 , 是一个有序分割类的识
别问题 ,因此城市生态系统健康评价问题可以采用属性综合评价模型. 目前无论对河流 、 湿地 、 土地 、 农业 、 森林生态系统健康评价 评价
3 个指标构成 ,社会结构状况由人口自然增长率 、 人口密度 、 万人拥有大专学历人数 、 老龄人口比例 4 个指
标构成 ,人群健康状况可由人均期望寿命衡量 ; 经济生态子系统包含经济结构 、 经济水平和经济效率 3 个 要素 ,经济结构由第三产业占 G DP 比重 、 高新技术产业增加值占工业比重 、 R& D 经费占 G DP 比重 3 个指标 构成 ,经济水平由人均 G DP 、 人均财政收入 、 G DP 平均增长率 、 固定资产投资 、 人均居民年收入 、 人均生活用 水量 6 个指标构成 ,经济效率由单位土地 G DP 产出率 、 单位 G DP 能耗 、 单位 G DP 水耗 、 单位 G DP 物耗 4 个 指标构成 ( 表 1) .
C1 , C2 , …, CK ,组成评价类集{ C1 , C2 , …, CK } ,其中评价类满足 Ci ∩Cj = < , i ≠j , ∪Ci = F , F 为 X 的某类
i =1 K
属性空间 ,{ C1 , C2 , …, CK }为 F 的分割 . 第一类评价问题是 : 已知样本集{ x1 , x2 , …, x n } 中各样本 x i 的评 价类 xi ∈Ck 及各指标的测量值 xij ,对于新样本 x n + 1 ,在已知其各指标测量值 x n + 1 , j 的条件下 ,判断 x n + 1 属 于哪一个评价类 . 第二类评价问题是 : 已知指标分类标准即指标评价类 Ck 的中心值 ( 或值域区间) 和样本
系统层 子系统层 要素层 生物丰度指数 自然生 态状况 自然与环 境生态 子系统 人工环 境状况 植被覆盖指数 水土流失指数 灾害指数 人均水资源量 (m3Π 人) 城市生活污水处理率 ( %) 地表水径流系数 工业固废综合利用率 ( %) 水环境质量指数 空气污染指数 失业率 ( %) 社会公 平状况 社会生态 城市 生态 系统 子系统 社会结 构状况 人群健 康状况 恩格尔系数 基尼系数
x n 为 X 中 n 个城市 ,属性空间 F = { 健康度} , F 分为 5 个评价类 , C1 = { 疾病 } , C2 = { 亚健康} , C3 = { 一般
健康} , C4 = {较健康} , C5 = {很健康} ,这 5 个评价类 ( 即 5 个属性集) 构成了 F 的一个弱序分割类 ( C1 <
[20～22 ]
, 本文则针对城市生态系统的管理目标及其具有的自然生态 、 社会生态和经济
生态的三个特征 ,建立城市生态系统健康评价指标体系 ,形成一套全面性的 、 相互独立的 、 可测量的指标体 系 ,选择自然与环境生态 、 社会生态 、 经济生态 3 个子系统来构建城市生态系统健康的评价指标体系 ,其中 自然与环境生态子系统包含自然生态状况和人工环境状况 2 个要素 ,自然生态状况由生物丰度指数 、 植被 覆盖指数 、 水土流失指数 、 灾害指数和人均水资源量 5 个指标构成 ,人工环境状况由城市生活污水处理率 、 地表水径流系数 、 工业固废综合利用率 、 水环境质量指数 、 空气污染指数 5 个指标构成 ; 社会生态子系统包 含社会公平状况 、 社会结构状况和人群健康状况 3 个要素 ,社会公平状况由失业率 、 恩格尔系数 、 基尼系数
收稿日期 :2006211219 资助项目 : 国家自然科学基金 (40201015) ; 教育部科学技术研究重点项目 (105143) 作者简介 : 颜文涛 (1970 - ) ,重庆大学建筑城规学院讲师 ,主要从事城市生态规划技术与方法研究 .
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系统工程理论与实践
2007 年 8 月
集{ x1 , x2 , …, x n }中各样本 x i 的指标测量值 x ij ,判断 x i 属于哪一个评价类 . 随着我国城市化进程的不断加速 ,城市人口和产业的高度集中必然会带来一系列的城市问题 ,出现了 诸多不健康的症状 ,如环境污染 、 水资源短缺 、 交通拥挤 、 热岛效应 、 生态退化 、 生物物种的多样性受到破坏 等 ,这些变化对城市居民的健康及生活方式的影响是长期和潜在的. 对城市的研究有大量的综合评价问 [3 ] 题 ,如城市环境质量评价问题 ,城市生态系统健康评价问题等 ,这些均是对事物属性 ( 质量或健康) 定性 描述进行定量化研究的问题 . 如在城市生态系统健康评价中 ,研究对象空间 X = {城市的集合} , x1 , x2 , …,
, 主要原因是模糊综合评价是对不
,并且最大隶属度准则不能比较细微的分类
程度 ,不能解决有序分割类的识别问题 ; 神经网络模式识别法由于需要人为设计网络参数 ,隐节点个数的 选取尚无理论指导 ,需要先用一组分别代表不同类别的训练样本对网络进行训练才能确定连接权重 ,而且 随着训练样本维数的增加将影响收敛速度并造成网络的不稳定. 由于城市生态系统健康评价问题属于第 二类评价问题 ,无法获得较多的训练样本 ,因此不能采用神经网络模式识别法 ,而属性综合评价法的置信 度准则可较有效的解决有序分割类的识别问题 ,能够比较细微的分类程度 ,识别正确率较高 ,比传统的评 价方法具有较好的评价效果
[ 10～12 ] [ 4～9 ]
, 还是对城市生态系统健康进行综合
[13～16 ]
,采用的评价方法多是指标综述法 、 模糊综合评价法和神经网络模式识别法
[3] [17 ]
. 指标综述法为
定性描述方法 ; 模糊综合评价法会出现分类不清 、 结果不合理的问题 同论域上的模糊集合之间进行 “取大取小” 运算是无意义的
Research on Urban Ecosystem Health Attribute Synthetic Assessment Model and Application
Y AN Wen2tao
(Architecture and Urban Planning School , Chongqing University , Chongqing 400045 ,China) Abstract : In order to manage urban ecological environment effectively , it is necessary to implement the synthetic assessment of urban ecosystem health. This paper confirms urban ecosystem health assessment indicators system , and establishes attribute synthetic assessment model and methods based on the attribute theory. This paper researches on New North district in Chongqing city , and assesses its urban ecosystem health by the model and methods mentioned above . The assessment results indicates that urban ecosystem health of New North district just belongs to general health level. Health limiting factors can be identified by analysing the assessment results. Through the research , this paper draws a conclusion that the application of attribute synthetic assessment model on urban ecosystem health can identify health limiting factors , and can offer some assistant decision for urban planning , city renewing , and city sustainable develop . Key words : urban ecosystem ; health assessment ; attribute theory ; attribute synthetic assessment model
2007 年 8 月
系统工程理论与实践
第8期
文章编号 :100026788 ( 2007) 0820137209
城市生态系统健康属性综合评价模型及应用研究
颜文涛
( 重庆大学 建筑城规学院 ,重庆 400045)
摘要 : 确定了城市生态系统健康评价指标体系 ,提出了基于属性理论的城市生态系统健康属性综合评 价模型 . 以重庆北部新区为评价研究对象 ,运用该模型对重庆北部新区生态系统健康进行了评价 , 评价 结果表明重庆北部新区城市生态系统现状综合健康属性属于一般健康类 , 并通过分析评价结果识别健 康限制因素 . 通过实例研究可得出如下结论 : 应用城市生态系统健康属性综合评价模型和方法 , 可以找 出影响城市生态系统健康的问题成因和限制因素 ,为城市规划 、 城市改造和城市实施可持续发展提供决 策依据 . 关键词 : 城市生态系统 ; 健康评价 ; 属性理论 ; 属性综合评价模型 中图分类号 : X826 文献标志码 : A
[ 18 ,19 ]
,另外通过识别系统层综合健康度和子系统层的健康度 ,可找出影响城市
生态系统健康的限制因素及潜在风险 ,因此本文尝试应用属性综合评价法 ,通过对多指标的综合评价来反 映城市生态系统的健康属性 .
2 评价指标体系的确定
211 评价指标
生态系统健康评价指标应遵循能完整准确地反映生态系统健康状况的原则. 有关城市生态系统健康 评价指标的选择国内已进行了较多的研究 ,有学者从生态系统的活力 、 结构和恢复力等特征提出了城市生 态系统健康评价指标