摘要：信息技術(shù)在促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的過程中發(fā)揮著重要的作用。該文基于MVC三層體系架構(gòu)開發(fā)實(shí)際可以運(yùn)行模擬評估的軟件系統(tǒng)，為不同類型的城市可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)工作的開展提供方法支撐。該系統(tǒng)采用Mvc開發(fā)模式，使用Hibernate技術(shù)和Java開發(fā)語言，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展能力的評估，具有城市信息查看和分類、統(tǒng)計(jì)分析、指標(biāo)相關(guān)性分析等功能。該系統(tǒng)可彌補(bǔ)目前城市可持續(xù)發(fā)展能力辨識度低、建設(shè)成效評估不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)監(jiān)測不全面和信息化管理不完善等方面的不足，提升城市可持續(xù)發(fā)展能力評估與信息管理水平。

關(guān)鍵詞：城市可持續(xù)發(fā)展能力;MVC框架;評價(jià)指標(biāo)體系;優(yōu)化方法

中圖分類號：TP399 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0079-03

1 引言

隨著資源、環(huán)境等問題日益突出，溫室氣體排放顯著增加，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境發(fā)展的矛盾愈發(fā)尖銳，全球可持續(xù)發(fā)展能力受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而城市可持續(xù)發(fā)展對全球可持續(xù)發(fā)展極為重要[1]。城市可持續(xù)性主要指城市在可持續(xù)發(fā)展過程中經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等方面所處的理想狀態(tài)[2]。如何確定城市的可持續(xù)性是推進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的前提，在經(jīng)濟(jì)、社會、資源現(xiàn)狀發(fā)生轉(zhuǎn)型的過程中，如何準(zhǔn)確分析評價(jià)各類要素，有助于建立城市可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)[3]。同時(shí)，科學(xué)合理評價(jià)城市可持續(xù)發(fā)展能力，對于政府制定相應(yīng)的政策規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)行和監(jiān)管極為重要。

信息技術(shù)的應(yīng)用在促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的過程中發(fā)揮重要作用。一方面，信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展數(shù)據(jù)的及時(shí)采集與存儲，通過對大數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析評估城市發(fā)展的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)城市資源的流動(dòng)和優(yōu)化匹配;另一方面，信息技術(shù)提高了信息收集和處理的效率，使得決策部門能夠及時(shí)把握整體態(tài)勢，合理引導(dǎo)生產(chǎn)消費(fèi)行為，并對資源和環(huán)境進(jìn)行充分全面的監(jiān)管。在信息技術(shù)的支持下，生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境、資源/能源要素等節(jié)點(diǎn)連接成為網(wǎng)絡(luò)，信息能夠?qū)崿F(xiàn)充分的互通和共享，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行優(yōu)化和有效監(jiān)管。

從目前的研究結(jié)果看，對城市可持續(xù)發(fā)展的研究主要集中于城市可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的構(gòu)建，指標(biāo)體系的構(gòu)建主要基于主成分分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、SDGs目標(biāo)法、地球大數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等方法[4-8]，針對城市可持續(xù)發(fā)展評價(jià)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方面的研究較少，陳丁楷等人運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法構(gòu)建了城市可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系，并基于B/S結(jié)構(gòu)結(jié)合面向服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)城市可持續(xù)發(fā)展評價(jià)系統(tǒng)[9]。本文綜合層次分析法、直接賦權(quán)等方法，基于MVC三層體系架構(gòu)搭建和開發(fā)城市可持續(xù)發(fā)展評估系統(tǒng)，為不同類型城市及試驗(yàn)區(qū)城市開展可持續(xù)發(fā)展評估工作提供技術(shù)支撐。

2 MVC和Hibernate框架

2.1 MVC框架

目前國內(nèi)外對MVC的開發(fā)框架均有所研究[10]，該框架將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個(gè)部件，開發(fā)者使用MVC框架改進(jìn)和定制界面及與用戶交互時(shí)，可以不對業(yè)務(wù)邏輯重新編寫。因此，它廣泛用于在一個(gè)圖形化客戶界面中實(shí)現(xiàn)映射系統(tǒng)的輸入、處理和輸出功能。

MVC由Model（模型）、View（視圖）和Controll（控制器）組成，Model（模型）是開發(fā)者所建立的模型，用于處理應(yīng)用程序數(shù)據(jù)邏輯相關(guān)部分，一般用來在數(shù)據(jù)庫存儲或者提取數(shù)據(jù)，View（視圖）用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫記錄的數(shù)據(jù)，其實(shí)依據(jù)模型創(chuàng)建[10]，Controller（控制器）用于數(shù)據(jù)庫輸入，通常用于從視圖讀取數(shù)據(jù)，控制用戶輸入向模型發(fā)送數(shù)據(jù)。MVC 模式可實(shí)現(xiàn)對HTML、CSS 和 JavaScript 的完全控制，因此其具有耦合性低、重復(fù)利用率高、生命周期成本低、部署快、可維護(hù)性高和有利于軟件工程化管理等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 Hibernate框架

Hibernate是基于開放源代碼的對象關(guān)系映射框架，其可以通過對象編程思維操作數(shù)據(jù)庫，其可以應(yīng)用于JDBC、Java和Servlet/JSP的Web等場合。由于Hibernate封裝了JDBC，因此其簡化了很多重復(fù)性代碼和DAO層編碼工作，使開發(fā)更對象化且移植性好，支持各種數(shù)據(jù)庫和透明持久化。

對于本系統(tǒng)而言，在數(shù)據(jù)庫操作和與業(yè)務(wù)邏輯層通信層面，使用Hibernate能夠降低關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性、最大限度避免使用聯(lián)合主鍵和ID生成機(jī)制、允許不同的數(shù)據(jù)庫提供的并不完全一樣機(jī)制以及適當(dāng)?shù)娜哂鄶?shù)據(jù)，不過分追求高范式等優(yōu)勢。

3 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)為城市可持續(xù)發(fā)展能力評估體系的軟件實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)遵循以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：

1）實(shí)用性。系統(tǒng)需要滿足評價(jià)模型的各種功能需求，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系評估的各種分析和計(jì)算功能。

2）安全性和分級權(quán)限。本系統(tǒng)在使用過程中保證自身運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，本系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算過程需對軟件使用者保密，軟件使用者僅可通過界面獲得權(quán)限以內(nèi)的數(shù)據(jù)。因此，本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的“模型-視圖-控制”（MVC）構(gòu)架進(jìn)行系統(tǒng)分層并封裝。

3）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)各層次之間低耦合，便于獨(dú)立開發(fā)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作;層次間交互使用接口模式，并留有擴(kuò)展接口，便于程序功能的增、刪、改、查以及后續(xù)的功能、模塊添加。

3.2 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要包括以下兩個(gè)方面：

1）實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)模型的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建;

2）根據(jù)相關(guān)算法完成城市可持續(xù)發(fā)展能力的量化評價(jià)。具體完成以下相關(guān)功能：操作界面;數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)導(dǎo)入;用戶賬戶管理;城市信息查看和指標(biāo)數(shù)據(jù)查看;城市分類，可根據(jù)發(fā)展階段或發(fā)展模式進(jìn)行分類;設(shè)置指標(biāo)權(quán)重;設(shè)置歸一化標(biāo)準(zhǔn);統(tǒng)計(jì)分析，如均值、方差、最大最小值等;指標(biāo)相關(guān)性檢測、回歸分析、聚類等統(tǒng)計(jì)分析;計(jì)算城市可持續(xù)發(fā)展能力的評分值;其他常用相關(guān)存儲、計(jì)算功能。

以上是本系統(tǒng)的主要功能，其中包含了層次分析法、蒙特卡羅法等相關(guān)算法和公式，同時(shí)軟件用戶可根據(jù)需求進(jìn)行城市可持續(xù)能力評價(jià)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲、查看或計(jì)算，并支持模塊和功能的擴(kuò)展。

3.3 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)的MVC架構(gòu)

城市可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)模型需要本系統(tǒng)完成城市指標(biāo)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，再根據(jù)相關(guān)算法完成城市可持續(xù)發(fā)展能力的量化評價(jià)。針對系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，將系統(tǒng)根據(jù)MVC架構(gòu)分為三層：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和界面層。

界面層主要負(fù)責(zé)與用戶交互，包括展示和用戶操作等功能。運(yùn)算邏輯、原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不在本層存儲或顯示。界面層主要有數(shù)據(jù)讀取、查看信息、設(shè)置參數(shù)和數(shù)據(jù)分析等模塊，界面層將與業(yè)務(wù)邏輯層直接通信，需要調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的城市邏輯模塊、指標(biāo)邏輯模塊和運(yùn)算邏輯模塊。所需數(shù)據(jù)以字符串或數(shù)字的形式進(jìn)行封裝之后完成通信，避免數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算邏輯的泄露。數(shù)據(jù)存儲或輸入也需要通過業(yè)務(wù)邏輯層才能繼續(xù)傳遞到數(shù)據(jù)層。

業(yè)務(wù)邏輯層主要負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)以及與界面層、數(shù)據(jù)層通信等功能。系統(tǒng)的所有運(yùn)算邏輯在本層實(shí)現(xiàn)。業(yè)務(wù)邏輯層需要接收界面層傳遞的用戶指令，處理后傳遞給數(shù)據(jù)層;同時(shí)，需要接收數(shù)據(jù)層傳遞的數(shù)據(jù)，經(jīng)過運(yùn)算處理后傳遞給界面層。業(yè)務(wù)邏輯層各模塊需要調(diào)用數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)，包括城市數(shù)據(jù)、指標(biāo)模型和指標(biāo)數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)層會將所有數(shù)據(jù)通過Hibernate進(jìn)行映射，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。

數(shù)據(jù)層使用Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，通過Hibernate進(jìn)行映射，使用JAVA對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和運(yùn)算操作。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲，包括根據(jù)用戶指令完成后續(xù)對數(shù)據(jù)的增、刪、改、查、通信等操作。數(shù)據(jù)和部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在本層實(shí)現(xiàn)，也對業(yè)務(wù)邏輯層可見。

對于城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)，所需存儲的指標(biāo)屬性繁多，數(shù)據(jù)量大，需要考慮最優(yōu)存儲方案。因此，不能簡單地按照指標(biāo)屬性直接存儲，必須對指標(biāo)間的共有屬性進(jìn)行提煉、合并，達(dá)到模型化的效果。為此，我們對離散的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將指標(biāo)共有的屬性剝離出來單獨(dú)進(jìn)行存儲，構(gòu)建指標(biāo)模型。通過對存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，大大降低空間占用，并提高了數(shù)據(jù)修改時(shí)的效率。

2）系統(tǒng)的功能需求模塊

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊劃分，從功能的角度分模塊實(shí)現(xiàn)城市管理、指標(biāo)管理和運(yùn)算邏輯管理。

城市管理模塊：包括城市信息查詢、按產(chǎn)業(yè)比重以及發(fā)展階段對城市分類分析和讀寫城市數(shù)據(jù)庫等功能。

指標(biāo)管理模塊：通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，并根據(jù)歸一法計(jì)算指標(biāo)得分，包括指標(biāo)特征查詢、指標(biāo)特征分析和讀寫指標(biāo)數(shù)據(jù)等功能。

運(yùn)算邏輯管理模塊：提供多種邏輯處理選項(xiàng)和分析相關(guān)性，包括指標(biāo)相關(guān)性分析、回歸分析、蒙特卡洛預(yù)測分析等功能。

4 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)實(shí)證性檢驗(yàn)

本文在分層次、分模塊的城市可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成城市可持續(xù)發(fā)展能力評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和評估模型的搭建與開發(fā)。系統(tǒng)采用MVC開發(fā)模式，編程語言主要使用JAVA編程開發(fā)語言，數(shù)據(jù)庫選用Mysql。

在本系統(tǒng)中所有城市的指標(biāo)數(shù)據(jù)將以數(shù)據(jù)庫的形式被保存，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)、邏輯分析，包括基本統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析、回歸分析等，根據(jù)數(shù)據(jù)綜合把握城市情況，支持政府決策。

系統(tǒng)中主要展示內(nèi)容和對應(yīng)實(shí)現(xiàn)方案如下：城市概況——文字圖片介紹;總體情況，所有城市的發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)、分布等信息——基本統(tǒng)計(jì)分析，如均值、中值、最大最小值、方差值等;評價(jià)結(jié)果，直觀、形象地展示城市指標(biāo)值以及分布情況——雷達(dá)圖、柱狀圖等可視化模塊;關(guān)鍵指標(biāo)分析，明確顯著影響城市可持續(xù)發(fā)展能力的重要指標(biāo)——相關(guān)性分析、面板數(shù)據(jù)、方差分析等;城市歸類，在進(jìn)行綜合評價(jià)分析后可以按照最終成績或相關(guān)指標(biāo)再次進(jìn)行歸類分析，并與之前的分類結(jié)果相對照，同時(shí)對指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行明確聚類分析。

用戶操作本系統(tǒng)進(jìn)行城市可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)的流程基本如下所示：導(dǎo)入城市相關(guān)數(shù)據(jù)并查看;根據(jù)已有數(shù)據(jù)對城市分類;在計(jì)算城市可持續(xù)發(fā)展能力指數(shù)之前，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦予;對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化，即每項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值需要對應(yīng)一個(gè)分值;對指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行檢測;完成權(quán)重賦予和歸一化標(biāo)準(zhǔn)之后，可以對已有數(shù)據(jù)的城市進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展能力的最終評價(jià)。

以用戶運(yùn)用城市可持續(xù)發(fā)展能力系統(tǒng)進(jìn)行指標(biāo)歸一化流程為例。圖4是設(shè)置歸一化標(biāo)準(zhǔn)的對話框的界面。

對于不同發(fā)展階段的城市，其歸一化標(biāo)準(zhǔn)不同。需要為不同發(fā)展階段的城市的指標(biāo)各自進(jìn)行歸一化。在【請選擇發(fā)展階段】框中，通過下拉菜單選擇發(fā)展階段。

同時(shí)，對于每項(xiàng)指標(biāo)，其歸一化方式可以有所不同。有些指標(biāo)適用于參照值法，有些指標(biāo)適用于蒙特卡羅法等分布統(tǒng)計(jì)的方法。對話框中的黑點(diǎn)表示系統(tǒng)推薦的歸一化方法，用戶可根據(jù)實(shí)際情況，為每一個(gè)指標(biāo)選擇合適的歸一化方法。

例如，選擇發(fā)展階段為【初級階段】，對于指標(biāo)“萬人年度刑事案件立案數(shù)”，選擇【參照值法】為歸一化方法。則單擊該指標(biāo)的【參照值法】圓圈，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出界面，設(shè)置參照值標(biāo)準(zhǔn)。用戶在設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的文本框中，填入對應(yīng)的參照值。例如，對于指標(biāo)“萬人年度刑事案件立案數(shù)”，數(shù)值為0對應(yīng)100分，數(shù)值為50對應(yīng)0分，即可填入相應(yīng)文本框。文本框下方有可供參考的提示。填寫完畢后單擊【確定】保存參照值的設(shè)定。

同理，可對使用參照值法的其他指標(biāo)進(jìn)行歸一化。若指標(biāo)適用于蒙特卡羅法，則單擊該指標(biāo)的【蒙特卡羅法】圓圈，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出界面，設(shè)置參照值標(biāo)準(zhǔn)。用戶在設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的文本框中，填入對應(yīng)的參照值。例如，對于指標(biāo)X，數(shù)值為50對應(yīng)100分，數(shù)值為10和數(shù)值80均對應(yīng)0分，即可填入相應(yīng)文本框。注意在0分的設(shè)定中需要填入數(shù)據(jù)兩側(cè)的對應(yīng)數(shù)值。填寫完畢后單擊【確定】保存參照值的設(shè)定。

回到歸一化標(biāo)準(zhǔn)選擇界面，單擊【完成】。

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)城市的可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)工作尚處在前期階段，相關(guān)評估機(jī)制尚不完善，指標(biāo)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和信息化評估的手段需要深入研究，本文開發(fā)了實(shí)際可以運(yùn)行模擬評估城市可持續(xù)發(fā)展能力的軟件系統(tǒng)，彌補(bǔ)了目前城市可持續(xù)發(fā)展能力辨識度低、建設(shè)成效評估不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)監(jiān)測不全面和信息化管理不完善等方面的不足，為城市可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)工作提供技術(shù)保障，為政府制定科學(xué)的政策規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)管提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wu J G.Urban ecology and sustainability：the state-of-the-science and future directions[J].Landscape and Urban Planning，2014，125：209-221.

[2] Tanguay G A，Rajaonson J，Lefebvre J F，et al.Measuring the sustainability of cities：an analysis of the use of local indicators[J].Ecological Indicators，2010，10（2）：407-418.

[3] Rosales N.Towards the modeling of sustainability into urban planning：using indicators to build sustainable cities[J].Procedia Engineering，2011，21：641-647.

[4] 楊振山，楊航，孫東琪.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的城市可持續(xù)性評估模擬——以京津冀為例[J].地理科學(xué)，2021，41（9）：1515-1524.

[5] 邵超峰，陳思含，高俊麗，等.基于SDGs的中國可持續(xù)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)[J].中國人口·資源與環(huán)境，2021，31（4）：1-12.

[6] 陳睿山，趙志強(qiáng)，徐迪，等.城市和城市群可持續(xù)發(fā)展指數(shù)研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2021，40（1）：61-72.

[7] 黃春林，孫中昶，蔣會平，等.地球大數(shù)據(jù)助力“可持續(xù)城市和社區(qū)”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)：進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].中國科學(xué)院院刊，2021，36（8）：914-922.

[8] 劉丹.基于二級模糊綜合評價(jià)的城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2014（18）：56-59.

[9] 陳丁楷，石龍宇，李宇亮，等.城市可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38（S1）：508-513.

[10] 仝茵.基于ASP.NET MVC模式的軟件開發(fā)架構(gòu)的研究與探討[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2016，11（6）：599-602.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

作者簡介：吳凡（1986—），男，江西人，助理研究員，博士，研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)。