专利名称：一种基于健康之相对性的城市生态系统健康评价方法
技术领域：
本发明属于城市生态评价与管理领域，尤其涉及城市生态系统健康评价方法。该方法既 适用于从空间维度比较不同城市生态系统相对健康状况，也适用于从时间维度分析同 一城市 生态系统健康变化趋势。
背景技术：
自工业革命以来，世界城市化进程不断加快，城市化水平已从20世纪初的12%达到20 世纪末的50%以上，经济发达国家更是达到70%~90%,城市已毋庸置疑地成为人类的生产 与生活中心，其健康状况对整个人类社会的可持续发展具有重大影响。城市化进程在带来物 质文明和经济发展的同时，也使城市成为各种生态环境问题集中爆发的区域，城市生态系统 正经受着能源匮乏、水资源短缺、水质恶化、大气污染、生态破坏、居民健康水平下降等问 题的困扰，城市生态系统健康受到严重威胁。面对着緩解城市生态环境压力、保证城市可持 续发展的迫切现实需求，建立适宜的评价方法来分析城市生态系统健康状况，以为城市环境 管理与生态规划提供相应决策依据的工作显得极为必要和紧迫。 健康本质上是一个相对概念，尽管对于"城市生态系统健康"概念尚无一致公认的定义， 但关于健康的相对性却得到了广泛认同。基于这种相对性，城市生态系统健康被认为可以作 为一种模糊问题来处理，相应出现了许多以模糊数学方法为基础的城市生态系统健康评价方 法，如模糊综合评价方法、模糊优选评价方法、模糊评价与层次分析相结合的评价方法，以 及由此衍生的属性理论评价方法、未确知测度评价方法等。这些方法都有助于从一定层面了 解城市生态系统健康状况，也为完善城市生态系统评价方法体系起到了促进作用。但经广泛 检索中国、欧盟、美国、日本等专利机构，却未见从健康之相对性的源头出发而提出城市生 态系统健康评价方法的专利。
健康的相对性体现在健康与否是相对于一定的健康标准而言的。在现有研究中，多是主 观制定一定的健康标准，以此为依据评价城巿生态系统的健康状况，城市生态系统健康评价 结果很大程度上受到主观制定标准的影响。然而，就城市生态系统这个复杂开放巨系统而言， 其是否健康与人类对其期望及要求密切相关，而这种期望及要求会随时间和其他因素的变化 而变化，即并不存在唯一的、固定的、公认的健康标准。因此，现有研究尽管已认识到城市 生态系统健康的相对性，但由于城市生态系统健康本身并不存在固定的标准，主观制定健康 标准的做法使得城市生态系统健康评价的科学性与客观性受到限制。
由此可见，现有研究已经努力基于健康的相对性开展城市生态系统健康评价，但其切入 点还有待修订，客观合理性还有待进一步提高。因此，在认识到城市生态系统不存在固定的 健康标准之基础上，从源头上强调健康之相对性，并构建一种相应的评价方法，以较客观准 确地反映城市生态系统健康状况，就具有较大的理论与现实意义。
发明内容
针对城市生态系统并不存在固定的健康标准、人为制定健康标准将影响到最终评价结果 准确可靠性的问题，基于城市生态系统健康本质上的相对性，特引入集对分析方法，建立基 于集对分析的城市生态系统健康综合评价方法，开展城市生态系统相对健康状况的比较分析。
集对分析的核心思想是把具有某种联系的两个集合看成一个集对，在某一具体问题背景 下，建立这两个集合的联系度表达式，并据此展开分析。当引入集对分析方法到J成市生态系 统健康评价中时，就可以在城市生态系统健康这一问题背景下，针对各个具有联系的评价指 标集合，分析多个城市生态系统间的联系度。在确定了城市生态系统对象及建立相应评价指 标体系的基础上，构造由多个指标最优值组成的最优评价集，通过相应的模型将各个城市生态系统单个指标的相对联系度系统合成一个多指标与最优评价集的相对贴近度，以此简单明 了地反映各个城市生态系统的相对健康状况。
本方法的特征在于并不人为制定城市生态系统健康标准，而是在充分尊重健康之相对性 的基础上，从被评价的城市生态系统本身构造出最优评价集(相当于传统研究中的健康标准)， 通过计算各个城市生态系统与该最优评价集的相对贴近度来反映城市生态系统的相对健康状 况。本方法既能用于在空间上比较不同城市间的生态系统相对健康状况，也能用于在时间上 分析同一城市生态系统健康状况随时间的变化趋势。与传统评价方法相比，基于集对分析的 城市生态系统健康综合评价方法具有以下优点
(1) 由于最优评价集产生于被评价的各个城市生态系统内部，并会随着时间推移动态更 新，从而一定程度上降低了人为确定评价标准时的主观性与非动态性；
(2) 通过本方法比较城市生态系统的相对健康状况，有助于使各城市在相互比较中取长 补短，最终促进城市生态系统健康水平的整体提升；
(3) 利用集对分析方法，将评价城市生态系统健康状况的多个指标系统合成一个与最优 评价集的相对贴近度，其数学表达简单、物理意义明确；
(4) 由于集对分析方法本身注重事物间的多种联系，具有鲜明的辨证性，研究结果更加 贴近实际。
具体实施例方式
利用集对分析方法进行城市生态系统健康评价的具体数学计算过程如下 设城市生态系统健康评价问题Q={S，M，H}，其中S^S)J(k-l，2，…，p)为评价城市集(也可以 是评价时期集)，Sk为第k个城市；]^={1^}(1=1，2,...，11)为指标集，记M!为正向型指标(指标值 越大越好)，M2为负向型指标(指标值越小越好)，mr为第r个指标；则基于集对分析的关于问
题Q的决策矩阵！^(hkr)pxn, hfa为城市Sk关于指标mr的属性值。
由各评价指标中最优评价指标构成最佳评价集为U={Ul,u2,...，un}，各评价指标中最劣评
价指标构成最劣评价集为V={Vl,V2，...，Vn}，其中，Ur、 Vr分别为指标mr的最优值和最劣值。 对于mrEMn比较区间为[Vr，Ur],则^论域X产(hkr,Ur，vJ,(k^,2,…，p)上定义集对{lwir}的同 一隶属度akr和对立隶属度Ckr:
"&=i (1)
iir +vr
1 "rvr
""+v" ("r+vr)/^
(2)
akr和Ckr分别表示hkr与Ur、 Vr的接近程度。同理，对于mre M2在比较区间[Ur，vJ得到集 对同一隶属度akr和对立隶属度Ckr:
"r +vr ("r+vr)&- 、 (4)
+ w
在Sk的比较空间[U，V]中，结合各项指标的权重，计算平均同一隶属度ak、平均对立隶属 度c"
。*=ZWA (5)
4c「JX (6)
; =1
由于ak、 Ck是相对确定的，分别表示对Sk接近最优评价系统U的肯定和否定程度，那么 在相对确定条件下可定义Sk与U的相对贴近度为
rk的大小决定了被评价城市sk在评价问题Q下的排序，rk值越大者表示状况越佳，即城 市生命力指数与最优评价集的贴近度越大，城市生态系统健康状况越好。
实施例1
结合城市生态系统健康评价指标体系，利用集对分析方法，从空间维度上比较了北京、 上海、武汉、广州等16个城市2005年生态系统相对健康状况(表1)。结果显示，厦门、青岛、 杭州、上海、北京处于被评价城市中较高水平，而乌鲁木齐、成都、哈尔滨处于被评价城市 中较低水平，其他城市处于中等水平。
表1 2005年各城市生态系统相对健康状况
项目哈尔滨乌鲁木齐银川抚顺北京青岛西安上海
0.32230.30890.61550.39160.67620.74%0.41650.6952
项目武汉杭州重庆厦门成都昆明广州南宁
0.53280.73830.50630.84850.31460.65460.48430.6419
实施例2
同时，在时间維度上，以北京市为例，利用集对分析方法研究了其城市生态系统健康状 况在1986-2005年间的变化情况(表2)。结果表明，1986~2005年间，北京市生态系统健康状 况随着时间变化緩慢波动，没有明显上升或下降趋势。
表2北京市各年城市生态系统相对健康状况
项目19861987198819891990歷1992199319941995
0.48220.48080.51160.48490.50200.51230.46320.45360.51770.4703
项目1996而19981999200020012002200320042005
0.49210.47350.52550.47370.47130.47250.49710.51660.51030.5279
权利要求
基于集对分析的城市生态系统健康评价方法，其特征在于改变传统研究中人为制定健康评价标准的做法，在充分尊重健康之相对性的基础上，从被评价的城市生态系统本身构造最优评价集，计算各个城市生态系统与最优评价集的相对贴近度，以反映城市生态系统的相对健康状况。该方法既适用于从空间维度比较不同城市生态系统的相对健康状况，也适用于从时间维度分析同一城市生态系统健康状况随时间变化趋势。
全文摘要
本发明针对主观制定健康标准将影响城市生态系统健康评价之科学性与客观性的问题，依据健康之相对性，建立了基于集对分析的城市生态系统健康评价方法。在确定城市生态系统评价对象及建立相应评价指标体系的基础上，构造由各指标最优值组成的最优评价集，将各城市生态系统间单指标的联系度系统合成一个多指标与最优评价集的相对贴近度，以反映各城市生态系统相对健康状况。该方法构造的最优评价集产生于被评价的各城市生态系统内部，并会随时间动态更新，一定程度上降低了主观制定标准时的主观性与非动态性。该方法既适用于从空间维度比较不同城市生态系统相对健康状况，也适用于从时间维度分析同一城市生态系统健康状况随时间变化趋势。
文档编号G06Q10/00GK101645150SQ200910169740
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者杨志峰, 苏美蓉, 彬 陈 申请人:北京师范大学