这部分内容已不仅仅是生态规划中的指标和趋势预测的范畴了。可以推广到更广阔的层次,这是一种系统辨识和预测的数学方法,即关联分析和灰色系统预测,可预测城市未来的发展趋势。
下面是一个实例,摘自《巴中市生态市建设规划》。
巴中市要素分析及系统预测
一、基本目的
以项目实施为重点的生态市建设重点追求区域可持续发展能力的提升。本规划根据巴中市实际所提出的指导思想、总体目标、主要任务、建设重点和保障措施等共同组成生态县建设的总体框架,优化生态县建设项目的空间布局、时间进度、调控策略和信息反馈机制。
区域经济、社会和生态系统是自组织的耗散结构,通过科学规划调整系统结构、提高有序性、强化系统能力,是优化时空运筹、完善信息反馈机制、实现区域可持续发展的重要途径。运用系统分析方法将繁杂的物理系统抽象成便于研究的数学模型,就象用显微镜,将隐蔽在深处的系统要素和微妙关系暴露出来,做到心中有数。
在对巴中市的自然、社会经济状况和生态环境质量进行考察与资料整理的基础上,运用系统模型方法分析其系统要素与相互关系并预测系统发展趋势,是开展生态市建设规划的基础性工作,既能使我们掌握巴中市生态县建设的重要因素及其相互关系,直观描述巴中市生态生态市建设现状及趋势,又能此次规划提供宏观定量依据。
二、方法与步骤
首先,充分利用已有信息,辨识巴中市生态市建设中的各种因素及其相互关系。根据“生态市建设考核指标体系”(见表2-3),调查收集相关指标近几年的历史数据,采用关联分析方法建立系统辨识模型,通过计算,获得定量结果并以图表形式直观地表现出来。
其次,根据近几年的历史数据(见表2-3),采用灰色系统预测方法,对其所反映的现状进行预测,找出与生态市建设目标的动态差距。再将规划方案所得动态差距进行对比,提出对规划方案进行优化的建议。
系统辨识具体步骤为:收集数据à统一关系à统一量纲à建立关联关系à要素分层à提取关键因素à结果分析。
系统预测步骤为:收集数据à统一关系à统一量纲à灰色建模à预测计算à结果分析。
表2-2:各个步骤的输入与输出
步骤 |
方法 |
输入 |
输出 |
1 |
收集历史数据 |
生态县建设标准 |
历史序列表 |
2 |
统一量纲 |
历史序列表 |
|
3 |
统一关系 |
大于、小于、等于、区间 |
无量纲序列 |
4 |
关联分析 |
无量纲序列 |
关联矩阵 |
5 |
因素分层 |
关联矩阵 |
关联层次图 |
表2-3:巴中市生态市建设考核指标体系与历史数据
三、因素关联分析
1、因素与历史数据
关联分析的对象是系统元素,即因素,主要来自国家规定的考核项目。针对考核项目,我们采集了2003、2004和2005年3年历史数据,形成因素历史序列表(表2-3)。
2、统一因素的量纲和关系
由于各个因素的量纲不同,取值范围悬殊,如果直接使用则不能反映系统的真实性,因此必须统一量纲。统一量纲采用标准初值化方法,即用指标达标值除以历史序列值。在表中,因素与指标值之间有大于、小于、等于和区间等关系,如果将这些不同关系统转化成一种关系,则既方便计算又便于直观理解。统一关系采用函数法,即构造一个函数,将不同关系影射到统一的“≥”关系。由于具体方法的复杂性,不在此叙述。
3、关联分析计算
关联分析是一种可以透过因素的历史数据揭示系统内部复杂关系的重要方法,它通过计算关联矩阵来构造系统要素关系模型,刻画因素之间的相互关系。
篇幅所限,只能给出最终结果,见表2-4。
因素关联强度表反映巴中市社会经济和生态系统中各要素相对于其它要素的综合关联性,即将一个要素对于其它诸要素的关联度进行叠加后的量,其值越大,表明其与系统总体的关联性越强。表中对各个要素的关联强度,从高到低进行了排序。
表2-4:因素影响强度表
指标序号 |
指标名称 |
关联强度 |
强度排序 |
比例 |
21 |
城镇生活垃圾无害化处理率 |
28.13 |
1 |
0.33 |
24 |
旅游区环境达标率 |
28.12 |
2 |
|
25 |
城市生命线系统完好率 |
28.12 |
3 |
|
13 |
城市空气环境质量(南方) |
28.08 |
4 |
|
14 |
城市水功能区水质达标率 |
28.08 |
5 |
|
12 |
退化土地恢复率 |
28.06 |
6 |
|
7 |
单位GDP水耗 |
28.05 |
7 |
|
20 |
噪声达标区覆盖率 |
28.05 |
8 |
|
29 |
恩格尔系数 |
28.04 |
9 |
|
28 |
采暖地区集中供热普及率 |
28.02 |
10 |
|
32 |
环境保护宣传教育普及率 |
27.94 |
11 |
0.32 |
11 |
受保护地区占国土面积比例 |
27.91 |
12 |
|
30 |
基尼系数 |
27.89 |
13 |
|
5 |
第三产业占GDP比例 |
27.81 |
14 |
|
18 |
城镇生活污水集中处理率 |
27.79 |
15 |
|
17 |
集中式饮用水源水质达标率 |
27.54 |
16 |
|
33 |
公众对环境的满意率 |
27.49 |
17 |
|
10 |
森林覆盖率(山区) |
27.40 |
18 |
|
19 |
工业用水重复率 |
27.24 |
19 |
|
27 |
城市燃气普及率 |
27.19 |
20 |
|
22 |
工业固体废物处置利用率 |
26.60 |
|
0.06 |
8 |
应当实施清洁生产企业的比例 |
26.11 |
|
|
23 |
城镇人均公共绿地面积 |
25.53 |
|
0.12 |
26 |
城市化水平 |
25.32 |
|
|
4 |
城镇居民人均可支配收入 |
25.06 |
|
|
15 |
主要污染物排放强度SO2 |
25.03 |
|
|
3 |
农民年人均纯收入 |
24.27 |
|
0.14 |
6 |
单位GDP能耗 |
24.24 |
|
|
1 |
人均国内生产总值 |
23.65 |
|
|
9 |
规模化企业通过ISO-14000认证比率 |
22.91 |
|
|
2 |
年人均财政收入 |
22.65 |
|
|
31 |
高等教育入学率 |
18.78 |
|
0.04 |
16 |
COD |
16.51 |
|
表中显示,关联强度前十名对巴中市的影响占到33%,前二十名则占到65%,构成关键因素,关键因素具有牵一发而动全身的作用,在生态市建设中,应重点针对这二十个关键因素所涉及的领域开展工作,以带动整体面貌的提升。在巴中市生态市建设规划中,应该围绕这些关键因素对规划决策进行优化,以简驭繁。
四、预测模型群与系统预测
利用 GM(1,1)模型群对巴中市生态县建设未来趋势进行预测,是分析、评估和制定建设规划的重要步骤。根据因素的历史数据,按照灰色系统理论五步建模思想,建立巴中市系统的GM(1,1)模型群M,即
M={Mi},i=1…36
Mi均具有如下形式
其中
称诸c为背景系数、诸-a为发展系数,当a的绝对值在0-0.6之间时,预测精度满足预测的要求。
为简洁起见,我们只对三个子系统(即经济发展、环境保护和社会进步)和总体综合进行预测,其历史数据序列来自子系统内各个因素历史数据序列的除量纲期望值序列。巴中市2006-2015系统预测曲线见图1。
图1是巴中市3个子系统(经济发展、环境保护和社会进步)以及系统总体的预测曲线,其中总体综合指标为以上各个指标的均值序列,反映巴中市生态系统的总体中长期发展态势。
图1显示,总体发展水平将在在环境保护的带动下和经济发展的支撑下稳定提高。因此,未来继续获得支撑,应该继续采取有力措施,促进经济与社会发展,同时加强环境保护和生态恢复。2002和2003两年的结构性调整使得系统总体获得比较明显的支撑,社会经发展势头强劲,这将为2005年以后社会经济的持续发展奠定坚实基础,反过来支撑经济发展,形成中长期平稳发展的局面。但是,由于农村水源缺乏,自然生态恢复缓慢,加之化肥用量增加等因素,同期农村环境保护有滑坡趋势,应该注意加强对区域环境保护的工作力度,防止由于发展经济带来新的环保问题,再次成为阻碍该区环境质量提高的瓶颈。所以必须处理好经济发展与环境保护之间的关系,形成双赢局面。
据预测,巴中市系统总体水平相对2007年,到2010和2015年分别提高17%和54%。
模型系数表见表2-5。按发展系数排序,可见环境保护 > 经济发展 > 社会进步,显示巴中市对环境保护一直重视,这从对应的背景系数中得到支持。在背景系数排序中,社会进步却排在经济发展之前,表明巴中市今年来社会进步呈现出良好局面。
表2-5: 模型系数表
|
子系统 |
发展系数 |
背景系数 |
1 |
经济发展 |
0.05 |
0.47 |
2 |
环境保护 |
0.07 |
0.98 |
3 |
社会进步 |
0.04 |
0.97 |
根据上述两点分析,在环境保护前提下,与经济发展与社会进步之间的确存在动态平衡的要求。由于巴中市经济基础比较薄弱,应该充分考虑经济建设和环境建设之间的互补性,准确驾驭产业方向,实现可持续发展。