周金明, 朱曉臨

(1.安徽工程大學(xué) 數(shù)理學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

基于AHP-GRA的生態(tài)文明模糊綜合評價(jià)模型

周金明1, 朱曉臨2

(1.安徽工程大學(xué) 數(shù)理學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

文章首先對我國生態(tài)文明建設(shè)的評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行分析，利用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、灰色綜合評價(jià)法和灰色關(guān)聯(lián)度的模糊綜合評價(jià)等方法,以生態(tài)發(fā)展、環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和協(xié)調(diào)程度4個(gè)維度為視角建立綜合評價(jià)模型；根據(jù)區(qū)域分布以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間異質(zhì)性選取江蘇、內(nèi)蒙古和海南等十大省區(qū)作為樣本，對生態(tài)文明建設(shè)程度實(shí)現(xiàn)綜合評價(jià),最后分析所得結(jié)果并提出政策建議。

生態(tài)文明;指標(biāo)體系;灰色綜合評價(jià);層次分析法(AHP);模糊綜合評價(jià)

加強(qiáng)生態(tài)文明制度建設(shè)是要把資源消耗、環(huán)境損害、生態(tài)效益納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展評價(jià)體系之中,以建立體現(xiàn)生態(tài)文明目標(biāo)體系考核辦法和激勵(lì)機(jī)制。因此,如何對生態(tài)文明進(jìn)行科學(xué)評價(jià)依然是社會(huì)各界面臨的重要課題[1-2]。綜合評價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)性和復(fù)雜性的工作,在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技、教育、管理與工程實(shí)踐等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用?；诰C合評價(jià)基礎(chǔ)上管理與決策旨在服務(wù)于管理實(shí)踐,改善管理過程、優(yōu)化管理措施并提升管理效果。從研究視角來看，綜合評價(jià)方法可分為定性評價(jià)方法、定量評價(jià)方法。定性評價(jià)方法主要有專家會(huì)議法、直接評分法和Delphi方法等。定性評價(jià)方法的特點(diǎn)是充分利用評價(jià)者(專家)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、直覺或偏好直接對評價(jià)對象作出定性結(jié)論的價(jià)值判斷,比如評價(jià)等級、評價(jià)分值或評價(jià)次序等。定量評價(jià)方法是評價(jià)者圍繞被評對象的特征,利用數(shù)據(jù)或語言等基礎(chǔ)信息對被評對象進(jìn)行綜合分析和處理并獲取評價(jià)結(jié)果的方法,比如層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)、網(wǎng)絡(luò)層次分析法(aircraft noiseand performance，ANP)、模糊數(shù)學(xué)方法(包括模糊綜合評價(jià)、模糊積分、模糊模式識(shí)別和模糊ANP等)、灰色關(guān)聯(lián)分析法(grey relational analysis,GRA)、證據(jù)推理方法、可拓綜合評價(jià)方法、熵權(quán)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural networks,ANN)分析方法等。多方法融合的評價(jià)方法是指利用不同評價(jià)方法在處理指標(biāo)構(gòu)建、指標(biāo)賦權(quán)或評價(jià)信息上的不同特點(diǎn)和優(yōu)勢,將多個(gè)不同評價(jià)方法同時(shí)運(yùn)用于一個(gè)綜合評價(jià)問題中,以提高綜合評價(jià)的質(zhì)量。主要包括組合賦權(quán)方法、組合評價(jià)方法(特指對多個(gè)不同評價(jià)方法獲取評價(jià)值的組合)、多個(gè)信息集成方法的融合方法以及基于賦權(quán)方法和信息集成方法的融合方法等[3-4,9]。

生態(tài)文明建設(shè)涉及到諸多指標(biāo),且涉及指標(biāo)的內(nèi)涵非常廣泛[5,7-8,10],因此，隨著社會(huì)的發(fā)展,評價(jià)對象和系統(tǒng)越來越復(fù)雜,單一的評價(jià)模型已經(jīng)無法完全滿足評價(jià)的需求,在評價(jià)生態(tài)文明建設(shè)的程度時(shí)有必要綜合使用各種方法。

建立生態(tài)文明評價(jià)機(jī)制就必須充分考慮生態(tài)系統(tǒng)論、生態(tài)價(jià)值論和生態(tài)道德的合理性,樹立新的觀念,建立科學(xué)的評價(jià)體系,用科學(xué)的方法和觀念來解決生態(tài)文明所出現(xiàn)的一系列問題[8,11]。然而現(xiàn)有指標(biāo)體系的問題是單一性的,缺乏全面性和系統(tǒng)性;指標(biāo)整體上參考性指標(biāo)偏多,以至于缺乏可操作性;指標(biāo)體系對社會(huì)進(jìn)步的指標(biāo)設(shè)計(jì)太少;指標(biāo)體系的考核沒有讓區(qū)域主體功能中的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能區(qū)結(jié)合起來,缺乏了可比性等之類的缺陷[6,12-14]。因此，本文通過研究構(gòu)建生態(tài)文明指標(biāo)體系,進(jìn)一步完善指標(biāo)體系[11,15-22],建立多方法融合的綜合評價(jià)模型,為政策的制定與實(shí)施提供參考。

1 評價(jià)思路與建模

評價(jià)模型有4個(gè)二級指標(biāo),分別為生態(tài)發(fā)展、環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和協(xié)調(diào)程度。在4個(gè)二級指標(biāo)中可劃分為20個(gè)三級指標(biāo),其中生態(tài)發(fā)展占3個(gè)三級指標(biāo),環(huán)境發(fā)展占4個(gè)三級指標(biāo),經(jīng)濟(jì)發(fā)展占6個(gè)三級指標(biāo),協(xié)調(diào)程度占7個(gè)三級指標(biāo);對這4個(gè)二級指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和,得出多指標(biāo)評價(jià)綜合得分,從而量化某地區(qū)或省區(qū)生態(tài)文明建設(shè)的程度[1-2]。相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》和《環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》等。

1.1 基于生態(tài)發(fā)展的AHP模型

生態(tài)發(fā)展所占的3個(gè)三級指標(biāo)分別為森林覆蓋率、建成區(qū)綠化覆蓋率和自然保護(hù)區(qū)的有效保護(hù)。利用AHP對這幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

(1) 確定評價(jià)因素、評價(jià)等級。設(shè)U={u1,u2,…,um}為影響評價(jià)對象的m個(gè)因素(評價(jià)指標(biāo));采用V={v1,v2,…,vn}來刻畫每一因素所處狀態(tài)的n種決斷,即評價(jià)等級。

(2) 構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣。首先對因素中的單因素ui(i=1,2,3)做單因素評價(jià),因素ui對抉擇等級因素vj(j=1,2,3)的隸屬度為因素rij,得出第i個(gè)因素ui的單因素評價(jià)集ri=(ri1,ri2,…,rim),m個(gè)因素的評價(jià)集構(gòu)造評價(jià)矩陣R，即

(3) 確定指標(biāo)權(quán)重。評價(jià)因素中的因素在評價(jià)目標(biāo)中有不同的地位,即各評價(jià)對象在綜合評價(jià)中占有不同的比重,模型引入U(xiǎn)上的一個(gè)權(quán)重向量H=(a1,a2,…,am)。

(4) 模糊合成評價(jià)。利用B=H*R,稱之模糊合成[8]。其中，H為權(quán)向量；B=(b1,b2,…,bn)為決策集，即綜合評價(jià)向量。利用B的分量bi(i=1,2,…,n)進(jìn)行生態(tài)發(fā)展的排序評價(jià)。

1.2 基于環(huán)境發(fā)展的灰色評價(jià)模型

環(huán)境發(fā)展所占的4個(gè)三級指標(biāo)分別為地表水質(zhì)量、環(huán)境空氣質(zhì)量、水土流失率和農(nóng)藥施用強(qiáng)度，用灰色綜合評價(jià)法對此進(jìn)行分析。

(1) 建立原始指標(biāo)矩陣。原始指標(biāo)矩陣為：

(2) 確定最優(yōu)指標(biāo)向量。最優(yōu)指標(biāo)向量為：

A0=(a01,a02,…,a0m),

其中,a0i(i=1,2,…,n)為第i個(gè)指標(biāo)在各個(gè)評價(jià)對象中的最優(yōu)值。

(4) 求差序列、最大差、最小差。最大差和最小差分別為:

差序列為:

Δ0i=(Δ0i(1),Δ0i(2),…,Δ0i(n)),

Δ0i(j)=|y0j-y1j|,

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

(5) 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

其中,ρ為分辨系數(shù),范圍為[0,1],一般取平均值為0.5。

(6) 計(jì)算關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度為：

關(guān)聯(lián)度越大,則說明與參考樣本越接近,表明樣本整體水平越好,根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行環(huán)境發(fā)展排序評價(jià)。

1.3 基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的灰色關(guān)聯(lián)度模糊評價(jià)模型

經(jīng)濟(jì)發(fā)展所占的6個(gè)三級指標(biāo)分別為人均GDP、服務(wù)業(yè)產(chǎn)值占GDP比例、城鎮(zhèn)化率、人均預(yù)期壽命、教育經(jīng)費(fèi)占GDP比例和農(nóng)村改水率,本文據(jù)此建立灰色關(guān)聯(lián)度的模糊評價(jià)模型。

(1) 確定評價(jià)對象集和指標(biāo)集。設(shè)評價(jià)對象集為O={o1,o2,…,on};指標(biāo)集為U={u1,u2,…,um},其中ui(i=1,2,…,m)為第i個(gè)指標(biāo),原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣為:

(2) 利用灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算模糊隸屬度確定最優(yōu)指標(biāo)集。最優(yōu)指標(biāo)集為:

對原始指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化處理,評價(jià)中所涉及的指標(biāo)因素具有不同的量綱,不能進(jìn)行直接比較，需要對原始數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。對原始指標(biāo)矩陣UA進(jìn)行無量綱化得到矩陣C為:

采用這種方式求得關(guān)聯(lián)系數(shù),即隸屬度。

構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣為：

(3) 模糊合成綜合評價(jià)。計(jì)算公式為：

(q1,q2,…,qn)。

根據(jù)bj的大小，對評價(jià)對象經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況進(jìn)行排序評價(jià)。

1.4 基于協(xié)調(diào)程度的灰色層次分析模型

協(xié)調(diào)程度所占的7個(gè)三級指標(biāo)分別為工業(yè)固體廢物綜合利用率、工業(yè)污水達(dá)標(biāo)排放率、城市生活垃圾無害化率、環(huán)境污染治理投資占GDP比重、單位GDP能耗、單位GDP水耗和單位GDP二氧化硫排放量。利用基于灰色層次分析法組合評價(jià)模型對這7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析[3,9]。

(1) 建立多層次結(jié)構(gòu)體系。對于多指標(biāo)、多層次的評價(jià)系統(tǒng),首先根據(jù)實(shí)際情況和特點(diǎn),將評價(jià)因素分解為若干子因素,然后按屬性把這些因素分成若干組,再劃分成遞階的層次結(jié)構(gòu)。

(2) 利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。① 構(gòu)造判斷矩陣。建立梯階層次結(jié)構(gòu)后，對同一層次的各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，按選取的標(biāo)度表對每一層次各因素的相對重要性給出判斷,并寫成判斷矩陣;② 計(jì)算各層次相對權(quán)重及一致性檢驗(yàn)。根據(jù)給出的判斷矩陣,計(jì)算對上一層某因素而言，本層次與之有聯(lián)系因素的重要性次序的數(shù)值。它可以歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣T的運(yùn)算,即有TW=λmaxW,其中,λmax為T的最大特征值,W為λmax相應(yīng)的正規(guī)特征向量。W=(w1,w2,…,wn)T的分量作為對應(yīng)因素的權(quán)重;③ 確定最低層各指標(biāo)相對于目標(biāo)層的綜合權(quán)重及進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。根據(jù)每層各指標(biāo)相對于上層的權(quán)重，計(jì)算得出最低層各指標(biāo)相對目標(biāo)層的權(quán)重Pk=(pk1,pk2,…,pkm)。

(3) 確定最優(yōu)指標(biāo)序列,并計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。通過在各方案中選取最優(yōu)指標(biāo),構(gòu)成最優(yōu)指標(biāo)序列。利用關(guān)聯(lián)分析求出各方案原始數(shù)據(jù)序列與最優(yōu)指標(biāo)序列的關(guān)聯(lián)系數(shù),得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣Ek=(Ek1,Ek2,…,Ekm)。

(4) 對底層指標(biāo)進(jìn)行單層次評價(jià)。即Rk=PkEk(k=1，2，…，m),其中

其中,ζi(k)為第i種方案和第k個(gè)最優(yōu)化的關(guān)聯(lián)數(shù);Rk=(r1,r2,…,rn)為n個(gè)方案的結(jié)果向量;ri(1,2,…,n)為第i個(gè)方案的評價(jià)結(jié)果。

(5) 計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度。將Rk(k=1,2,…,m)作為指標(biāo)體系的原始指標(biāo),即Rk=PkEk,根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度的排序進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 生態(tài)文明建設(shè)綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)地區(qū)和經(jīng)濟(jì)的差異選取了江蘇、內(nèi)蒙古、海南、新疆、陜西、北京、安徽、重慶、上海和浙江十大省區(qū),求解得出生態(tài)文明建設(shè)的各級指標(biāo)權(quán)重,見表1所列。

通過進(jìn)行3輪咨詢專家意見的Delphi專家打分方法,其中發(fā)出問卷25份,回收率在85%以上,整理計(jì)算得出模型中的4個(gè)二級指標(biāo)的權(quán)重。從統(tǒng)計(jì)年鑒上獲得相關(guān)數(shù)據(jù),測算十大省區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)的得分以及生態(tài)文明綜合評價(jià)的排名結(jié)果，見表2所列。

由表2可見，10個(gè)省區(qū)得分差異顯著,排名第1的是海南(93.3),最低分是安徽(74.4)。海南、北京、浙江和重慶屬于均衡發(fā)展型,生態(tài)發(fā)展、環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和協(xié)調(diào)程度4個(gè)方面均處于較高水平,整體生態(tài)文明發(fā)展速度較快,得益于環(huán)境改善和資源消耗所產(chǎn)生污染物排放對環(huán)境的影響效應(yīng)明顯優(yōu)化。內(nèi)蒙古、上海和江蘇屬于社會(huì)發(fā)達(dá)型,他們的共同特征是社會(huì)發(fā)展水平領(lǐng)先,協(xié)同程度也相對靠前。

表1 生態(tài)文明建設(shè)各級指標(biāo)及其權(quán)重

表2 生態(tài)文明建設(shè)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果與綜合排名

注：4個(gè)二級指標(biāo),20個(gè)三級指標(biāo),每項(xiàng)指標(biāo)的最高等級分為6分,最低1分,故理論上滿分為120分,最低20分。

新疆和陜西屬于生態(tài)文明建設(shè)相對均衡型,沒有突出的短板,也沒有明顯優(yōu)勢,得分處于相對平均的水平。安徽是低度均衡型,生態(tài)發(fā)展、環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和協(xié)調(diào)程度等相對落后,應(yīng)采取彌補(bǔ)短板,協(xié)調(diào)提升生態(tài)文明建設(shè)策略。

3 結(jié) 論

根據(jù)以上研究，本文提出如下建議:

(1) 環(huán)保部門應(yīng)該加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)方面的研究和實(shí)踐,增加這方面的研究經(jīng)費(fèi),增加該方面的人才,提高人才質(zhì)量等。各省有關(guān)部門應(yīng)在生態(tài)發(fā)展、環(huán)境發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和協(xié)調(diào)程度方面加強(qiáng)建設(shè),以提高各自省區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)程度。

(2) 經(jīng)濟(jì)比較落后的省區(qū)相關(guān)部門,應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。通過產(chǎn)業(yè)分配、政府倡導(dǎo)和投資金融等方面加快經(jīng)濟(jì)增長的步伐,制定詳細(xì)可行的計(jì)劃,并在計(jì)劃期限內(nèi)完成,提高GDP及人均GDP并密切關(guān)注單位GDP能耗,單位GDP的水耗和單位GDP的二氧化硫排放量等。調(diào)整好經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),保證綠色穩(wěn)定發(fā)展。

(3) 加強(qiáng)環(huán)境管理,大氣、廢水和固廢各方面都要綜合考慮。水資源管理必須嚴(yán)格執(zhí)行水利改革發(fā)展的決定,盡可能降低萬元工業(yè)增加值的用水量以及萬元生產(chǎn)總值用水量;提高主要水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率,提高過境水利用率。實(shí)施清潔計(jì)劃,加強(qiáng)城市固體廢棄物源頭管理。建立城市固體廢棄物生產(chǎn)管理者責(zé)任延伸制度,通過各種途徑規(guī)范固體廢棄物排放行為。推行城市固體廢棄物源頭管理與控制，加強(qiáng)危險(xiǎn)廢物的源頭監(jiān)管以及處置利用體系建設(shè)。完善固體廢棄物無害化處理設(shè)施，升級改造生活環(huán)境無害化處置中心，建成完善廢棄物安全處置中心。

(4) 倡導(dǎo)產(chǎn)業(yè)低碳化,保障經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展。強(qiáng)化企業(yè)節(jié)能減碳,加快產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。制定低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,扶持低碳基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè),聚焦新能源、節(jié)能低碳和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等新興產(chǎn)業(yè)。促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展,構(gòu)建休閑綠化空間。減少水土流失和沙漠化,保護(hù)資源,使之成為可持續(xù)發(fā)展模式。

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FuzzycomprehensiveevaluationmodelofecologicalcivilizationviaAHP-GRA

ZHOU Jinming1, ZHU Xiaolin2

(1.School of Mathematics and Physics, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000， China; 2.School of Mathematics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The evaluation index system of ecological civilization construction in China is analyzed. With the methods of analytic hierarchy process(AHP)， grey comprehensive evaluation and fuzzy comprehensive evaluation based on grey relational degree， the comprehensive evaluation model is established in view of ecological development， environmental development， economic development and coordination degree. Ten provinces, autonomous regions and municipalities are selected as samples based on the regional and economic differences such as Jiangsu Province， Inner Mongolia Autonomous Region, Hainan Province and so on. The comprehensive evaluation on the degree of ecological civilization is made and the results are drawn. The recommendations are also given.

ecological civilization; index system; grey comprehensive evaluation; analytic hierarchy process(AHP); fuzzy comprehensive evaluation

2017-07-25；

2017-08-08

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71671165);安徽省省級質(zhì)量工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)資助項(xiàng)目(2012zy007);安徽工程大學(xué)高等教育研究課題一般資助項(xiàng)目(2016gjxm028);國家科學(xué)基金預(yù)研資助項(xiàng)目 (2017yyrw07);金融工程研發(fā)中心開放基金資助項(xiàng)目(JRGCKF201506);高等教育提升計(jì)劃自然科學(xué)研究一般資助項(xiàng)目(TSKJ2017B22) 和名師工作室資助項(xiàng)目(2015msgzs126)

周金明(1981-),男,安徽蕪湖人,安徽工程大學(xué)講師;朱曉臨(1964-),男,安徽池州人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.10.025

X321

A

1003-5060(2017)10-1431-00

(責(zé)任編輯 萬倫來)