熊鴻斌 熊倩

摘要[目的]基于DPSIR和灰色關(guān)聯(lián)法，探究生態(tài)可持續(xù)發(fā)展變化并提出一種動態(tài)預(yù)測模型。[方法]結(jié)合案例城市合肥市，采用DPSIR模型構(gòu)建評價指標(biāo)體系，利用灰色關(guān)聯(lián)法計算生態(tài)可持續(xù)發(fā)展;此外，考慮到新舊歷史數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果影響程度不同，引入時間權(quán)重，構(gòu)建動態(tài)預(yù)測模型。[結(jié)果]2008—2016年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力分別為0.625、0.647、0.659、0.672、0.718、0.740、0.777、0.809、?0.897，呈上升的趨勢;經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、自然資源與生態(tài)環(huán)境、污染控制與科技創(chuàng)新為重要影響因子;動態(tài)預(yù)測模型平均相對誤差為0.009 1，最大誤差不超過2.4%，滿足預(yù)測精度要求;利用動態(tài)預(yù)測模型與傳統(tǒng)曲線模擬預(yù)測合肥市2017年生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力的結(jié)果分別為0.973和1.050。[結(jié)論]該研究建立的動態(tài)預(yù)測模型具有更強的可行性與可操作性。

關(guān)鍵詞DPSIR;灰色關(guān)聯(lián)法;生態(tài)可持續(xù)發(fā)展;動態(tài)預(yù)測;合肥市

中圖分類號X?820.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）18-0065-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.016

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Research on Ecological Sustainable Development and Dynamic Prediction of Hefei City Based on DPSIR-Gray Correlation Analysis

XIONG Hong-bin，XIONG Qian（School of Resources and Environmental Engineering，Hefei University of Technology，Hefei，Anhui 230009）

Abstract[Objective]Based on DPSIR and grey correlation method，this paper explores the changes of ecological sustainable development and proposes a dynamic prediction model.[Method]Combined with the case city of Hefei，the DPSIR model was used to construct the evaluation index system，and the grey-relational analysis was used to calculate the level of ecological sustainable development; in addition，taking into account the impact of the old and new historical data on the prediction results，this paper introduced the time weights and built a dynamic forecasting model for the ecological sustainable development.[Result]The level of ecological sustainable development in Hefei from 2008 to 2016 was 0.625，0.647，0.659，0.672，0.718，0.740，0.777，0.809 and 0.897 respectively，which showed an upward trend;economic development level and industrial structure，natural resources and ecological environment，pollution control and technological innovation were important influence factors; the average relative error was 0.009 1，and the maximum error did not exceed 2.4%，which met the forecasting accuracy requirements; dynamic forecasting model and traditional curve simulation were used to predict the ecological sustainable development of Hefei in 2017，and results were 0.973 and 1.050 respectively.[Conclusion]The dynamic forecasting model established in this paper has stronger feasibility and operability.

Key wordsDPSIR;Grey relational analysis;Ecological sustainable development;Dynamic prediction;Hefei City

近年來，安徽省城市化與工業(yè)化發(fā)展迅速，水污染和霧霾天氣等環(huán)境問題也接踵而至。為在追求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時提高生態(tài)環(huán)境的承載力，走可持續(xù)發(fā)展之路，安徽省提出了“生態(tài)強省”和“美好安徽”的戰(zhàn)略目標(biāo)。合肥市作為安徽省的政治、文化、經(jīng)濟(jì)中心，對合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的研究具有一定意義。

目前學(xué)術(shù)界對生態(tài)綜合評價指標(biāo)構(gòu)建和評價方法沒有形成一個統(tǒng)一適用的標(biāo)準(zhǔn)，且對生態(tài)評價動態(tài)預(yù)測的相關(guān)研究很少;相關(guān)理論與研究方法還在不斷探索之中。夏業(yè)領(lǐng)等[1]利用DPSIR-加權(quán)TOPSIS模型對安徽省的生態(tài)承載力進(jìn)行評價;吳濤[2]基于可變世界產(chǎn)量法和時間序列數(shù)據(jù)計算安徽省人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力;曹慧等[3]利用層次分析、線性隸屬等方法對南京生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了評價;鞏芳等[4]運用能值理論對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了評價;蔣志華等[5]從經(jīng)濟(jì)-社會-自然復(fù)合系統(tǒng)出發(fā)，構(gòu)建生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)體系，并運用因子分析法對成都市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行了綜合評價。筆者擬在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合案例城市合肥市，運用DPSIR模型建立生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)體系，運用灰色關(guān)聯(lián)分析法探究生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的變化，并引入時間權(quán)重構(gòu)建動態(tài)預(yù)測?模型。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源研究對象為合肥市，樣本區(qū)間為2008—2016年。數(shù)據(jù)來自2009—2017年《安徽省統(tǒng)計年鑒》部分?jǐn)?shù)據(jù)以及統(tǒng)計局官方網(wǎng)站公布的統(tǒng)計公報相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2DPSIR模型

DPSIR是一種由PSR模型演化而來的概念模型，其將環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)分為驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)5個部分，根據(jù)不同評價體系的需求各個部分又被分成若干個評價指標(biāo)[6]。

1.2.1指標(biāo)選取。參考前人建立的生態(tài)綜合評價指標(biāo)體系[7-8]，基于DPSIR概念模型，重點立足生態(tài)環(huán)境與自然資源的角度選取評價指標(biāo)來構(gòu)建生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)體系，詳情如表1所示。

1.2.2指標(biāo)體系權(quán)重。

因DPSIR模型中每個指標(biāo)的量綱重要程度不同，該研究采用主觀層次分析法、客觀熵值法進(jìn)行評價且計算綜合權(quán)重時主觀與客觀評價系數(shù)均為0.5。

1.3灰色關(guān)聯(lián)度分析法

該研究采用灰色關(guān)聯(lián)法計算生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，該方法能夠較好地反映城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的實際情況，對明確下一步城市發(fā)展規(guī)劃的方向具有較好的參考意義[9]。

1.3.1建立指標(biāo)分析數(shù)列和參考數(shù)列。

分析數(shù)列是根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)收集的數(shù)列，其中，m為綜合評價指標(biāo)的數(shù)目，n為進(jìn)行評價的年數(shù)。記Yi（K）i=1，2，...，m為分析數(shù)列;Y0（K）為參考數(shù)列。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化處理。

正向指標(biāo)：X?ij=x?ijmax{xj}（1）

逆向指標(biāo)：X?ij=min{xj}x?ij（2）

（2）計算標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)列與其最優(yōu)數(shù)列的絕對值。構(gòu)成的新數(shù)列計算公式是：

xi（k）=max{yi（k）}-yi（k）???????????????（3）

1.3.2計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。對于灰色關(guān)聯(lián)度的計算用以下公式[10-11]：

ζi=min min|x0（k）-xi（k）|+ρmax max|x0（k）-xi（k）||x0（k）-xi（k）|+ρmax max|x0（k）-xi（k）|（4）

式中，ρ為分辨系數(shù)，取值為0 ～ 1，一般取值是0.5。該研究取值為0.6。

1.3.3計算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度（即生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力）。分別計算2008—2016年的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，以反映各年份的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度為：

dj=mi=1wiζ?ij（5）

1.4動態(tài)預(yù)測模型

1.4.1時間權(quán)重的確定。

考慮到歷史數(shù)據(jù)距離預(yù)測時間點越近，對于數(shù)據(jù)在預(yù)測過程中的時間權(quán)重越大，該研究引入時間權(quán)重并參考時間權(quán)重計算方法計算各年份的時間?權(quán)重[12]：

Wt=2arctan（t）π（t=1，2，…，n）（6）

1.4.2動態(tài)預(yù)測模型的計算方法。

設(shè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力的歷史數(shù)據(jù)為X={x1，x2，…，xn}，根據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢選擇相應(yīng)的擬合階數(shù)，設(shè)最終的預(yù)測模型為

yt=a0+a1t+a2t2+a3t3+…+amtm（7）

其中，yt為t時刻的回歸預(yù)測值，t為時刻，a0，a1，…，am為未知參數(shù)，m為回歸預(yù)測階數(shù)。

動態(tài)回歸預(yù)測模型未知參數(shù)計算公式：

a=（W·B·D）·（DT·B·C·B·D）-1（8）

其中，X=（x1，x2，…，xn）

WT=w1w2wn

B=x10…00x2…0

00…xn-1

C=w10…0

0w2…0

00…wn

D=1°11…1m

2°21…2m

n°n1…nm

通過以上分析，得到動態(tài)預(yù)測模型為：

yt=a0+a1t+a2t2+a3t3+…+amtm（9）

為檢測預(yù)測模型的實用性，需對模型的精度進(jìn)行檢測。常用的檢驗指標(biāo)有相對誤差和平均相對誤差：

相對誤差：et=（xt-t）/xt（10）

平均相對誤差：e（avg）=1nnt=1|et|（11）

一般平均相對誤差小于可接受程度閾值，則認(rèn)為該模型是滿足精度的，可作為預(yù)測工具。

2結(jié)果與分析

2.1合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展

2.1.1生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力的計算?；谥笜?biāo)原始數(shù)據(jù)計

算合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果如表2所示。根據(jù)公式（1）、（2）進(jìn)行指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，并按照上述相應(yīng)指標(biāo)收集分析數(shù)列，最優(yōu)數(shù)列則是選取每個指標(biāo)的最優(yōu)值得到的數(shù)據(jù)列，根據(jù)公式（3）、（4）、（5）計算出合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展各評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)和加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，其中加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度即為生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力，合肥市各年份生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力如表3所示。

由表3可知，關(guān)聯(lián)度d為0.62～0.90，參考相關(guān)文獻(xiàn)，最終將合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力劃分為4個等級：d<0.63，級別為差;0.63≤d<0.73，級別為中;0.73≤d<0.83，級別為良;d≥0.83，級別為優(yōu)。

由分級標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合表3得到合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展水平如表4所示。

2.1.2數(shù)據(jù)分析與評價。

由表3～4可見，近9年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力呈現(xiàn)上升的趨勢，基本處于中或良水平，2016年達(dá)到峰值優(yōu)級別，與實際情況較為符合。

（1）驅(qū)動力（D）。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供動力。

D值由2008年0.573的差級別上升到2016年0.908的優(yōu)級別，其中2011—2012年增長率最快，達(dá)15.5%，說明合肥市經(jīng)濟(jì)實力明顯增強，為合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供充足的動力;2008—2016年人均GDP由34 482元上升至80 138元，增長率為132.4%，城鎮(zhèn)居民可支配收入與城鎮(zhèn)化率也逐年上升，人口密度的增加也為合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展承載更多的人口奠定了基礎(chǔ)。

（2）壓力。生態(tài)可持續(xù)發(fā)展與資源、生態(tài)環(huán)境及污染控制密切相關(guān)。

資源消耗層總體變化幅度較小，2016年最高，為0.830，2011年最低，為0.628，總體呈現(xiàn)“V”字型變化，且大部分處于中良級別;從系統(tǒng)內(nèi)部看，資源消耗層的單位地區(qū)GDP能耗、人均日用水量、人均社會用電情況均起到負(fù)向作用，單位地區(qū)GDP逐年降低，極大程度減輕了資源消耗壓力，而人均日用水量及社會用電量與人們的生活質(zhì)量和生活水平相關(guān)，但變化幅度較小，因此單位地區(qū)GDP能耗對資源消耗層變化影響較大。

生態(tài)破壞整體處于優(yōu)良級別，2008—2009年處于上升狀態(tài)并于2009年達(dá)至峰值0.925，然后開始下降，直至2014年才開始回升;2008—2013年安徽省第二產(chǎn)業(yè)比重增加，三廢排放量大且環(huán)保意識淡薄、污染控制水平不高，導(dǎo)致生態(tài)破壞嚴(yán)重;2013年后生態(tài)破壞好轉(zhuǎn)，這得益于新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，污染治理及廢物利用方面技術(shù)的進(jìn)步。

（3）狀態(tài)。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與城市綠化影響生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

除2009、2015年外，狀態(tài)的貢獻(xiàn)值逐年上升且大部分處于優(yōu)良水平。從系統(tǒng)內(nèi)部看，2008—2013年第二產(chǎn)業(yè)占比增至55.3%，2013—2016年下調(diào)至50.7%，仍為支柱產(chǎn)業(yè);第三產(chǎn)業(yè)占比呈“V”型變化，2009—2013年從43.5%降至39.3%，而后回升至2016年的45.0%;城市空氣優(yōu)良天數(shù)比例波動起伏，但整體呈現(xiàn)下降趨勢;綠化覆蓋面積逐年上升，由?0.92萬hm2增至1.95萬hm2，增長率為111.96%;系統(tǒng)各指標(biāo)共同作用影響生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化與綠化覆蓋面積為狀態(tài)層的顯著影響因素。

（4）影響。城市建設(shè)水平與居民生活質(zhì)量的提高減輕資源消耗壓力。

除2012與2015年之外，影響層貢獻(xiàn)值逐年平緩增長且大部分處于優(yōu)良水平，2016年達(dá)到峰值0.922;城鎮(zhèn)登記失業(yè)率由2008年的3.92%下降至3.00%;人均住房面積由19.36 m2上升至35.75 m2，增長率為84.7%;每萬擁有公交數(shù)與人均城市道路面積呈波動起伏狀態(tài)，但幅度較小，是人口數(shù)量和城市市政建設(shè)共同作用的結(jié)果;擁有醫(yī)院床位數(shù)反映居民社會醫(yī)療保障水平，僅9年由15 485張增至30 775張，增長率約100%; 從某種程度上講，城市建設(shè)水平與居民生活質(zhì)量的提高能夠合理分配社會資源，減少浪費，從而減輕資源消耗的壓力。

（5）響應(yīng)。污染控制與科學(xué)技術(shù)投入促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提升。

響應(yīng)反映了政府在推動城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展過程中采取的對策和制定的積極政策。從整體看，污染控制與投資建設(shè)逐年上升且增幅較大，但是大部分處于差級別;從局部看，兩者起初貢獻(xiàn)值很低，直至2013年左右才達(dá)到中等水平，2016年達(dá)到優(yōu)級別;從系統(tǒng)內(nèi)部看，2008—2016年科學(xué)技術(shù)投入由4.81億元上升至101.7億元，翻了20多倍，教育支出由24.8億元上升至119.1億元，翻了約4倍，大氣與廢水治理設(shè)備也約為2008年的3倍;說明合肥市對科技創(chuàng)新與環(huán)境保護(hù)的重視程度大幅度提高，科技成果創(chuàng)新、生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)保工程實施也落到實處。

綜上所述，驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)5個部分的因子相互作用，且正向因子貢獻(xiàn)值大于負(fù)向因子，推動生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的提升;其中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、自然資源與生態(tài)環(huán)境、污染控制與科技創(chuàng)新為主要影響因子。

2.1.3政策建議。

通過對合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力變化的分析，提出以下幾點建議：協(xié)調(diào)發(fā)展第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)，積極促進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，優(yōu)先推動自然資源消耗少、生態(tài)破壞小的產(chǎn)業(yè)，爭取發(fā)展成為以第三產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的城市;淘汰落后的技術(shù)與工藝，同時大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，改善能源結(jié)構(gòu)，提高廢物綜合利用率和處理率，實現(xiàn)資源可持續(xù)利用、降低環(huán)境破壞力度;節(jié)能減排、增加環(huán)保投入、提高污染物處理技術(shù)和監(jiān)管力度。

2.2生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力動態(tài)預(yù)測模型

2.2.1動態(tài)預(yù)測模型的計算。

利用公式（6），分別令時間t=1，2，...，9，依次計算可得到時間權(quán)重向量為：WT={0.500，?0.705，0.795，0.844，0.874，0.895，0.910，0.921，0.930}。

通過對生態(tài)可持續(xù)發(fā)展變化趨勢的分析，以及實際計算過程中不斷擬合與精度檢驗，最終選擇階數(shù)為5的動態(tài)回歸預(yù)測模型，并利用公式（7）、（8）、（9）建立動態(tài)預(yù)測模型。將時間權(quán)重和n=9、m=5以及時間權(quán)重向量帶入動態(tài)預(yù)測模型中，可以計算出未知參數(shù)=（0.612 7250.174 3120?-0.000 158 30.000 051 7-0.000 001 7）。

通過以上的計算，得到動態(tài)預(yù)測模型為：

yt=0.162 725+0.171 312t-1.583×10-4t3+5.174×10-5t4-?1.723×10-6t5

利用動態(tài)預(yù)測模型對2008—2016年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行模擬，得到模擬值，并利用公式（10）、（11）計算相對誤差和平均相對誤差。結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表5），平均相對誤差為0.009 1，在所有相對誤差計算中，只有2015年的相對誤差較大，為2.37%，但依然滿足預(yù)測精度。

由表5可知，動態(tài)預(yù)測模型的預(yù)測值與實際值非常接近，模型擬合程度高。因此，該研究所建立的帶時間權(quán)重的動態(tài)預(yù)測模型是滿足預(yù)測精度的，可用來作為生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力預(yù)測模型。令時間t=10代入預(yù)測模型可得到2017年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力為0.973。

2.2.2動態(tài)預(yù)測模型與傳統(tǒng)曲線擬合的比較。2008—2016年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)為X={0.625，0.647，0.659，0.672，0.718，0.740，0.777，0.809，0.897}，運用傳統(tǒng)曲線擬合對數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行5次項模擬，得到以下公式：

y=1.198×10-4x5-0.002 9x4+0.025 6x3-0.098 4x2+?0.178 8x+0.521 5

用該公式對2008—2016年合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行模擬，并對2017年的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測，動態(tài)預(yù)測與傳統(tǒng)擬合模擬對比分析如表6所列。由表6可知，2種方法對合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的模擬精度都較高，而通過對比2017年的模擬值，動態(tài)預(yù)測模型明顯比傳統(tǒng)線性擬合更符合實際情況。該動態(tài)預(yù)測模型通過給予距離預(yù)測時間點越近的歷史數(shù)據(jù)越大的時間權(quán)重，使得近期模擬數(shù)值越符合實際情況。因此，在對城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行測度時，動態(tài)預(yù)測模型的可行性與可操作性更強。

3結(jié)論

該研究針對城市的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，運用DPSIR模型構(gòu)建生態(tài)可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)體系，用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評價并構(gòu)建了動態(tài)預(yù)測模型。結(jié)果表明，合肥市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力逐年上升，大部分處于中良水平，其中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、自然資源與生態(tài)環(huán)境、污染控制與科技創(chuàng)新為重要影響因子;該研究建立的動態(tài)預(yù)測模型符合實際情況，可行性與可操作性強，為生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展研究提供新的方法與思路;動態(tài)預(yù)測過程中，該研究所建立的模型只能短期預(yù)測，因此，在實際預(yù)測過程中，要形成一種長期的建模機(jī)制，需要不斷更新建模數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行調(diào)整，這樣所建的模型利用最新數(shù)據(jù)，才能客觀反映城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的趨勢。

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