一种基于多元统计的投入产出分析方法

本发明属于经济-水-碳综合管理领域,具体涉及一种基于多元统计的投入产出分析方法。

背景技术：

1、城市化加速和人口增长，不仅导致全球面临严峻的水资源短缺，也造成大量化石能源的消耗，继而导致全球碳排放的不断增加。过度的碳排放会加剧气候变化，而气候变化会影响地球的水文循环，加剧水资源短缺。针对经济-水-碳系统的综合管理旨在缓解水资源压力的同时减少碳排放，以实现经济社会和人类福祉的可持续发展。

2、对于区域经济体，水资源和二氧化碳(即多种环境要素)在贸易网络中相互交织，彼此关联，导致经济-水-碳系统具有复杂的系统特征及内部关系。现有技术中，许多研究基于投入产出分析识别了区域水和/或碳足迹的关键部门，提出了缓解水-碳压力相关策略。但是现有技术对关键传输部门的剖析较为欠缺，未能量化技术升级策略对关键传输部门的影响。并且，现有研究忽视了将多元统计方法(如，主成分分析、析因分析)引入投入产出框架的潜力，未能从多角度(即贸易网络和多元统计的角度)解析经济-水-碳系统中多部门、多要素、多因子的复杂特征。因此，迫切需要开发更为科学全面的方法，实现对经济-水-碳系统的综合管理。

3、发明目的

4、本发明的目的就在于解决现有技术所面临的难题，提出了一种基于多元统计的投入产出分析方法，从而实现对经济-水-碳系统的综合管理。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多元统计的投入产出分析方法，包括以下步骤：

2、步骤a：构建基于城市网络代谢视角的投入产出模型，满足式(1)-(4)所示关系：

3、d+εz＝εx                           (1),

4、ε＝d[x-z]-1                          (2),

5、id＝εz                           (3),

6、

7、其中，d＝[di]1×n,代表部门i的直接用水或碳排放；ε代表用水或碳排放系数；z＝[zij]n×n，代表中间价值流；x＝[xij]n×n，代表总产出；当i＝j,xij＝xi，当i≠j，xij＝0；id＝[idji]n×n，代表部门j到部门i的间接用水或碳排放；t＝[ti]1×n，代表部门i的总用水或碳排放；

8、步骤b：基于步骤a所构建的投入产出模型，利用结构路径分析中介中心性测度，获得城市中各经济部门的用水及碳排放的结构路径中介中心性；

9、步骤c：根据步骤b所得到的结构路径中介中心性结果，利用主成分分析，将用水与碳排放的结构路径中介中心性重组为一个主成分，辨识水-碳耦合的关键传输部门；

10、步骤d：利用ras法预估未来的投入产出数据，核算各部门未来的水-碳流；

11、步骤e：针对步骤c所辨识的关键传输部门，模拟技术升级策略，以步骤d的所核算的各部门未来的水-碳流结果为基准值，量化管理效果；再利用主成分分析，进一步挑选技术升级策略下获得经济-水-碳综合管理效果的主要传输部门；

12、步骤f：针对步骤e所获得的主要传输部门，利用析因分析设置多种协同情景，模拟多部门协同的技术升级策略，量化多因子的主效应及其复杂互动，获得理想的经济-水-碳综合管理方案；

13、所述步骤b中获得结构路径中介中心性的具体过程为，利用结构路径分析分解上游过程中的用水及碳排放传输压力；再利用中介中心性测度，获得通过该部门的所有供应链路径所产生的用水和碳排放流量，该结果即为部门用水及碳排放的结构路径中介中心性，计算公式表示为如式(5)-(8)所示为：

14、p＝ε(i-a)-1f＝εif+εaf+εa2f+…                      (5)，

15、

16、

17、

18、其中，p代表各部门在所有生产层的用水或碳排放；i、j、k、l代表不同的部门；ε代表用水或碳排放系数，εj、εk、εl分别代表部门i、k、l的用水或碳排放系数；代表pl1和pl0之间隐含的部门间用水或碳排放；代表pl2和pl1之间隐含的用水或碳排放；代表pl3和pl2之间隐含的用水或碳排放；a代表技术系数；aji、akj、alk、aj:、ak:分别指为满足部门i单位产出所需的部门j的投入，为满足部门j单位产出所需的部门k的投入，为满足部门k单位产出所需的部门l的投入，为满足所有部门单位产出所需的部门j的投入，为满足所有部门单位产出所需的部门k的投入；f代表最终需求向量；fi代表部门i的最终需求；bi(l1,l2)代表流经部门i的供应链路径的总权重，l1个部门到达部门i的上游，l2个部门到达部门i的下游；bi代表部门i的结构路径中介中心性；t＝la＝al＝a+a2+a3+...；l＝(i-a)-1代表leontief逆矩阵；ji是一个第(i,i)个元素为1，其他元素为0的矩阵。

19、所述步骤c中辨识水-碳耦合的关键传输部门的具体过程为，利用主成分分析，将各部门用水与碳排放的结构路径中介中心性重组为一个主成分，获得各部门的综合得分；部门得分越高，说明该部门所传递的水-碳耦合压力越大，可视其为关键的水-碳耦合节点，计算公式表示为如式(9)所示：

20、hij＝qi1o1j+qi2o2j+qi3o3j+...+qirorj                       (9)，

21、其中，h表示主成分得分；q表示主成分载荷；o表示变量的值；i表示组分数；j表示样本数；r表示变量的总数。

22、所述步骤d中预估未来投入产出数据的具体过程为，利用ras法迭代、再平衡矩阵，所述方法的公式表示为如式(10)所示：

23、

24、其中，a1和a0分别代表目标年和基准年的技术系数；r和s分别代表行和列的迭代系数。

25、所述步骤e的具体过程为，针对所辨识的关键传输部门，改变每个部门的技术系数，以此模拟技术升级策略；利用主成分分析，综合评估不同部门对技术升级策略的响应，挑选获得较好的经济-水-碳综合管理效果的主要传输部门。

26、所述步骤f的具体过程为，针对经济-水-碳综合管理效果较好的主要传输部门，利用析因分析，模拟多部门协同的技术升级策略，量化多部门、多要素、多因子的主效应及复杂互动；再利用主成分分析，获得理想的经济-水-碳综合管理方案；所述析因分析的公式表示为如式(11)-(13)所示：

27、

28、

29、

30、其中，ssa和ssb分别代表因子a和b的平方和；ssab代表两因子交互的平方和；i和j分别代表因子a和b的水平；yijk代表第k次重复时，因子a在i水平，因子b在j水平时的观测值。

技术特征：

1.一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，步骤b中获得结构路径中介中心性的具体过程为，利用结构路径分析分解上游过程中的用水及碳排放传输压力；再利用中介中心性测度，获得通过该部门的所有供应链路径所产生的用水和碳排放流量，该结果即为部门用水及碳排放的结构路径中介中心性，计算公式表示为如式(5)-(8)所示为：

3.根据权利要求1所述的一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，步骤c中辨识水-碳耦合的关键传输部门的具体过程为，利用主成分分析，将各部门用水与碳排放的结构路径中介中心性重组为一个主成分，获得各部门的综合得分；部门得分越高，说明该部门所传递的水-碳耦合压力越大，可视其为关键的水-碳耦合节点，计算公式表示为如式(9)所示：

4.根据权利要求1所述的一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，步骤d中预估未来投入产出数据的具体过程为，利用ras法迭代、再平衡矩阵，所述方法的公式表示为如式(10)所示：

5.根据权利要求1所述的一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，步骤e的具体过程为，针对所辨识的关键传输部门，改变每个部门的技术系数，以此模拟技术升级策略；利用主成分分析，综合评估不同部门对技术升级策略的响应，挑选获得较好的经济-水-碳综合管理效果的主要传输部门。

6.根据权利要求1所述的一种基于多元统计的投入产出分析方法，其特征在于，步骤f的具体过程为，针对经济-水-碳综合管理效果较好的主要传输部门，利用析因分析，模拟多部门协同的技术升级策略，量化多部门、多要素、多因子的主效应及复杂互动；再利用主成分分析，获得理想的经济-水-碳综合管理方案；所述析因分析的公式表示为如式(11)-(13)所示：

技术总结
本发明公开了一种基于多元统计的投入产出分析方法，具体包括：构建基于城市网络代谢视角的投入产出模型；利用结构路径分析、中介中心性测度、主成分分析辨识关键传输部门(即供应链路径中水‑碳耦合的中间节点)；利用RAS法预估未来的投入产出数据，以此核算区域未来的直接和间接水‑碳流；利用主成分分析评估不同管理策略的效果；利用析因分析，解析多部门、多要素、多因子之间的复杂关系，获得理想的经济‑水‑碳综合管理方案。本发明多角度剖析区域贸易网络中的水‑碳耦合特征，模拟多种技术升级策略，提供经济‑水‑碳的综合管理方案，能够为缓解区域的用水及碳排放压力、推动社会经济的可持续发展提供决策支持。

技术研发人员：李永平,王盼盼,黄国和,李延峰,沈珍瑶
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13