生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法。所述方法包括以下步驟：(1)選取指標(biāo)；(2)指標(biāo)的無(wú)量綱化；(3)層次分析；(4)計(jì)算綜合安全指數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算 機(jī)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全 評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物多樣性是人類(lèi)生存和發(fā)展的必要條件，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。但隨著人口 的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)自然資源的需求愈來(lái)愈大，導(dǎo)致物種生存環(huán)境破壞，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 和功能減弱，外來(lái)有害生物入侵，生境退化，遺傳多樣性喪失甚至滅絕，威脅到人類(lèi)自身的 生存和發(fā)展。
[0003] 近年來(lái)，我國(guó)政府在生物多樣性保護(hù)方面開(kāi)展了一系列的工作，并取得了顯著的 成績(jī)。然而，尚不明確生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域生物多樣性喪失和生態(tài)系統(tǒng)功能退化的現(xiàn) 狀與變化趨勢(shì)，缺乏優(yōu)先區(qū)人文、社會(huì)與生物多樣性保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與模式研究。 眾所周知，人類(lèi)的生存與發(fā)展依賴(lài)于自然環(huán)境，同時(shí)又極大地影響和改變著自然環(huán)境，實(shí)現(xiàn) 區(qū)域生態(tài)安全必須以生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展作為前提和保障，為此需綜合考慮區(qū)域資源的 再生與替代能力、生命支持系統(tǒng)的循環(huán)與凈化能力和生物多樣性的維持能力。人類(lèi)必須確 保自己使用的自然的必要產(chǎn)品的生產(chǎn)速度不能超過(guò)其自然的再生速度，同時(shí)還必須確保廢 棄物的排放速度不能超過(guò)自然的吸納凈化速度。因此，定量評(píng)價(jià)人類(lèi)對(duì)自然生態(tài)服務(wù)的需 求與自然所能提供的生態(tài)服務(wù)之間的差距具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，只要人類(lèi)對(duì)自然系統(tǒng)的壓 力、索取和破壞處于地球生態(tài)系統(tǒng)的承載力范圍內(nèi)，地球生態(tài)系統(tǒng)就是安全的，人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社 會(huì)的發(fā)展就處于可持續(xù)的范圍內(nèi)；否則，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展就是不可持續(xù)的，生態(tài)系統(tǒng)就處 于不安全狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì) 算機(jī)建模方法。
[0005] 生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征 在于，所述方法包括以下步驟：
[0006] (1)選取指標(biāo)，選取生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)；
[0007] (2)指標(biāo)的無(wú)量綱化
[0008] 經(jīng)收集、整理、計(jì)算后得各參評(píng)因子實(shí)際指標(biāo)值，采用直線型無(wú)量綱化方法，具體 處理公式如下：
[0009] 正向指標(biāo)：
[0010] 負(fù)向指標(biāo)：
[0011 ]式中，Xij-實(shí)測(cè)值，max{xij}-實(shí)測(cè)最大值，min{xij}-實(shí)測(cè)最小值。
[0012] (3)層次分析
[0013] 將生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)的各種要素分解成若干層次， 并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則，進(jìn)行兩兩判斷比較建立判斷矩陣，并計(jì) 算出各要素的權(quán)重；
[0014] (4)綜合指數(shù)法
[0015] 采用綜合指數(shù)法對(duì)生態(tài)安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算綜合安全指數(shù)，公式如下：
[0016] P - X A- (3J
[0017] 式中，P-綜合安全指數(shù);Wl-第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重值;Dl-第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;m-指標(biāo)個(gè)數(shù)，P 值越大，區(qū)域的綜合安全指數(shù)越高。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的方法以生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，運(yùn)用"壓力-狀態(tài)-響 應(yīng)"（P-S_R)模型建立生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全指標(biāo)體系，開(kāi)展生態(tài)安全 綜合評(píng)價(jià)，提出生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的綠色發(fā)展策略，為區(qū)域生態(tài)安全研究提供科學(xué) 依據(jù)，也為區(qū)域生態(tài)調(diào)控與管理提供決策信息。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng) 價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法包括以下步驟：
[0020] (1)選取指標(biāo)
[0021] 選取生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指。
[0022] (2)指標(biāo)的無(wú)量綱化
[0023] 經(jīng)收集、整理、計(jì)算后可得各參評(píng)因子實(shí)際指標(biāo)值，但由于各指標(biāo)含義以及計(jì)算 方法不同，造成指標(biāo)量綱各異，指標(biāo)間不具備可比性，無(wú)法直接進(jìn)行評(píng)價(jià)。何況對(duì)于同一指 標(biāo)，盡管可以根據(jù)其實(shí)測(cè)值大小來(lái)判斷它們對(duì)生態(tài)安全的影響程度，但也因缺少一個(gè)公認(rèn) 的、可作比較的標(biāo)準(zhǔn)而無(wú)法確切反映其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。為此，必須對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化處 理，消除量綱，解決指標(biāo)間的不可比性問(wèn)題。
[0024] 數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化是指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的前提，無(wú)量綱化的過(guò)程即指標(biāo)實(shí)際值轉(zhuǎn)化為評(píng) 價(jià)值的過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，采用直線型無(wú)量綱化方法。具體處理公式如下：
[0025] 正向指標(biāo)：
[0032] 2)建立層次結(jié)構(gòu)，將被評(píng)價(jià)關(guān)系按其組成層次構(gòu)筑成一個(gè)樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)本 發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，采用4個(gè)層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層、評(píng)價(jià)指標(biāo)層。如果某一個(gè)因素 與下一層所有因素均有聯(lián)系，那么稱(chēng)這個(gè)因素與下一層存在完全層次關(guān)系。層次之間可以 建立子層次，子層次從屬于主層次的某個(gè)因素，它的因素與下一層的因素有聯(lián)系，但不形成 獨(dú)立層次。
[0033] 3)構(gòu)造判斷矩陣，在每一層次上，按照上一層次的對(duì)照準(zhǔn)則要求，對(duì)該層次的元素 (指標(biāo))進(jìn)行逐對(duì)比較確定相對(duì)重要性(度）。依照規(guī)定的標(biāo)度定量化后，寫(xiě)成矩陣形式，即為 判斷矩陣(表1)。
[0034] 表1判斷矩陣
[0037]判斷矩陣中各元素表示在對(duì)上層因素Ak有聯(lián)系的因素中，第i與第j因素相比 較，對(duì)于Ak因素的相對(duì)重要程度。根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，為了使判斷定量化，一般都 引用1~9標(biāo)度方法，詳見(jiàn)表2。
[0038]表2判斷標(biāo)度矩陣及其含義
[0040]任何一個(gè)判斷矩陣都應(yīng)滿足buiUb^il/b^，因此，對(duì)于n階判斷矩陣，僅需要對(duì) n(n-l)/2個(gè)矩陣元素給出數(shù)值。
[0041] 4)層次單排序
[0042] 即計(jì)算判斷矩陣的最大特征根值及相應(yīng)的特征向量。
[0043] 5)-致性檢驗(yàn)
[0044] 層次分析所得結(jié)果是否基本合理，還需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)(表3)。
[0045] 表3判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)
[0047] (4)綜合指數(shù)法
[0048] 采用綜合指數(shù)法對(duì)生態(tài)安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算綜合安全指數(shù)，公式如下：
[0049] F - ESiWj X - (3)
[0050] 式中，P-綜合安全指數(shù)乂-第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重值辦-第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;m-指標(biāo)個(gè)數(shù)。P 值越大，區(qū)域的綜合安全指數(shù)越高。
【附圖說(shuō)明】
[0051 ]圖1根據(jù)本發(fā)明的建模方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】 [0052] 實(shí)施例1
[0053]武夷山生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域地處福建省、浙江省和江西省三省交界的山地丘 陵地帶，涉及三省的16個(gè)地級(jí)行政區(qū)的90多個(gè)縣級(jí)行政區(qū)，其中包括10個(gè)地級(jí)市轄區(qū)，13個(gè) 縣級(jí)市和約60個(gè)縣。地理坐標(biāo)介于115° 48 '-121° 05 'E，25° 04 '-29° 20 'N之間，東至浙江臺(tái)州 的天臺(tái)縣、臨海市和溫州的永嘉縣、瑞安市等，北至浙江金華的磐安縣、縉云縣和衢州的龍 游縣、衢江區(qū)等，西至江西撫州的金溪縣、南城縣、廣昌縣和贛州的石城縣、瑞金市和會(huì)昌縣 等，南至福建龍巖的武平縣、上杭縣和江西贛州的會(huì)昌縣。東西寬約450km，南北長(zhǎng)約520km， 總面積約8萬(wàn)平方公里，占全國(guó)陸地總面積的0.83%。境內(nèi)包括20個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，其 中6個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是我國(guó)最早建立的保護(hù)區(qū)之一，具有較好的保護(hù)、管理基礎(chǔ)。 [0054] (1)選取指標(biāo)
[0055] 最終確定生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表4)。
[0056] 表4生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全實(shí)際指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

[0059]注:a代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全趨向性。
[0060]生態(tài)安全評(píng)價(jià)以縣域?yàn)榛A(chǔ)測(cè)算單元，以縣級(jí)行政界線為基礎(chǔ)邊界，共涉及81個(gè) 縣(市/區(qū)）的年度指標(biāo)值，數(shù)據(jù)量較大，隨機(jī)選取資溪縣、武夷山市、瑞安市、蒼南縣、遂昌縣 和德化縣等6個(gè)縣(市/區(qū)）為例作說(shuō)明（下同），見(jiàn)表5。
[0061]表5武夷山生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)原始值（2013 年/2014年）
[0064] (2)指標(biāo)的無(wú)量綱化
[0065] 根據(jù)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化方法，得到表6數(shù)據(jù)。
[0066] 表6武夷山生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值（2013 年/2014年）
[0069] (3)權(quán)重的確定
[0070]構(gòu)造出以下12個(gè)判斷矩陣，經(jīng)矩陣計(jì)算分別得出相關(guān)權(quán)重，同時(shí)通過(guò)一致性檢驗(yàn)， 得出如下結(jié)果，分別見(jiàn)表7(A-B矩陣)至表18(C8-D矩陣）：
[0071]表7 A-B矩陣
[0073] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0176〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重：1.0000。
[0074] 表8 BrC矩陣
[0076] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0012〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.2402。
[0077]表9 B2-C矩陣
[0079] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.5499。
[0080]表 10 B3-C矩陣
[0082] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0012〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.2098。
[0083]表11 Ci-D 矩陣
[0085] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.1656。
[0086] 表12 C2-D矩陣
[0088] 判斷矩陣一致性比例CR = 0 ? 0023〈0 ? 1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0 ? 1236。
[0089] 表13 C3-D矩陣
[0092] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.0768。
[0093]表 14 C4-D矩陣
[0095] 判斷矩陣一致性比例CR = 0 ? 0024〈0 ? 1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0 ? 1833。
[0096]表15 C5_D矩陣
[0098] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0005〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.3666。
[0099]表 16 C6-D矩陣
[0101 ] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.0235。
[0102]表 17 C7-D矩陣
[0104] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.0768。
[0105] 表 18 C8-D矩陣
[0107] 判斷矩陣一致性比例CR = 0.0000〈0.1，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重:0.1134。
[0108] 最后計(jì)算出各個(gè)要素指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的總權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表19。
[0109] 表19武夷山生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值
[0111] (4)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析
[0112] 1)壓力
[0113] 壓力最高部分主要分布在優(yōu)先區(qū)域外圍經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)地區(qū)，這些區(qū)域受經(jīng)濟(jì)活 動(dòng)的影響頻繁，從而產(chǎn)生較大的資源、環(huán)境壓力;優(yōu)先區(qū)域的核心部分縣(市/區(qū)）壓力為中 等，該區(qū)域分布較為集中。
[0114] 2)狀態(tài)
[0115] 狀態(tài)最差區(qū)域主要位于優(yōu)先區(qū)域東北部的浙江省境內(nèi)；相對(duì)來(lái)說(shuō)，武夷山市 (0.4054)、資溪縣(0.3943)、明溪縣(0.3722)、泰寧縣(0.3714)、建寧縣(0.3513)的狀態(tài)最 為優(yōu)秀，基本代表該區(qū)域的最高狀態(tài)水平。
[0116] 3)相應(yīng)武夷山優(yōu)先區(qū)域各縣(市/區(qū)）的響應(yīng)分布，響應(yīng)較為強(qiáng)烈的區(qū)域主要分布 在浙江省境內(nèi)；優(yōu)先區(qū)的大部分核心區(qū)域較為緩和，處于中間狀態(tài);與狀態(tài)、壓力的指標(biāo)不 同，響應(yīng)最差區(qū)域的分布和地理分布無(wú)關(guān)，而是零散分布在整個(gè)優(yōu)先區(qū)域范圍內(nèi)。
[0117] 4)綜合安全指數(shù)
[0118] 采用綜合指數(shù)法對(duì)生態(tài)安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算綜合安全指數(shù)，公式如下：
[0119] 1\- (3)
[0120] 式中，P-綜合安全指數(shù)乂-第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重值辦-第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;m-指標(biāo)個(gè)數(shù)。P 值越大，區(qū)域的綜合安全指數(shù)越高。
[0121]綜合來(lái)看，排名前十的縣域，福建獨(dú)占7個(gè)，分別為武夷山市、明溪縣、泰寧縣、將樂(lè) 縣、建寧縣、德化縣和光澤縣，其中武夷山市的生態(tài)安全指數(shù)最高，綜合指數(shù)為0.6192;前十 席浙江有兩席，分別為泰順縣(綜合指數(shù)0.5525,排名第5)和磐安縣(綜合指數(shù)0.5314,排名 第7);江西的則為資溪縣(綜合指數(shù)0.6069,排名第2)。因此，武夷山的生態(tài)安全規(guī)劃，應(yīng)以 福建武夷山核心區(qū)為基礎(chǔ)，擴(kuò)大生態(tài)安全范圍，提高整個(gè)優(yōu)先區(qū)的生態(tài)安全等級(jí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在 于，所述方法包括以下步驟： (1) 選取指標(biāo)，選取生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)； (2) 指標(biāo)的無(wú)量綱化經(jīng)收集、整理、計(jì)算后得各參評(píng)因子實(shí)際指標(biāo)值，采用直線型無(wú)量綱化方法，具體處理 公式如下： 正向指標(biāo) .................(1) 負(fù)向指標(biāo) _______________ _ (2) 式中，Xij-實(shí)測(cè)值，max{xij}_實(shí)測(cè)最大值，min{xij}_實(shí)測(cè)最小值； (3) 層次分析 將生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)的各種要素分解成若干層次，并以 同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則，進(jìn)行兩兩判斷比較建立判斷矩陣，并計(jì)算出 各要素的權(quán)重； (4) 計(jì)算綜合安全指數(shù) 采用綜合指數(shù)法對(duì)生態(tài)安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算綜合安全指數(shù)，公式如下：-(3) 式中，P-綜合安全指數(shù)-第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重值A(chǔ)1-第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;m-指標(biāo)個(gè)數(shù)，P值越 大，區(qū)域的綜合安全指數(shù)越高。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域綠色發(fā)展生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算 機(jī)建模方法，其特征在于，所述"層次分析"具體包括以下步驟： 1) 確定評(píng)價(jià)范圍和評(píng)價(jià)目的、對(duì)象，進(jìn)行因子相關(guān)分析，明確各因子之間的相互關(guān)系； 2) 建立層次結(jié)構(gòu)，將被評(píng)價(jià)關(guān)系按其組成層次構(gòu)筑成一個(gè)樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，如果某一個(gè) 因素與下一層所有因素均有聯(lián)系，那么稱(chēng)這個(gè)因素與下一層存在完全層次關(guān)系，其中，層次 之間可以建立子層次，子層次從屬于主層次的某個(gè)因素，它的因素與下一層的因素有聯(lián)系， 但不形成獨(dú)立層次； 3) 構(gòu)造判斷矩陣，在每一層次上，按照上一層次的對(duì)照準(zhǔn)則要求，對(duì)該層次的元素進(jìn)行 逐對(duì)比較確定相對(duì)重要性，依照規(guī)定的標(biāo)度定量化后，寫(xiě)成矩陣形式，即為判斷矩陣，判斷 矩陣中各元素表示在對(duì)上層因素 Ak有聯(lián)系的因素中，第i與第j因素相比較，對(duì)于Ak因素 的相對(duì)重要程度，任何一個(gè)判斷矩陣都滿足= 因此，對(duì)于η階判斷矩陣，僅 需要對(duì)η(η-1)/2個(gè)矩陣元素給出數(shù)值； 4) 層次單排序，即計(jì)算判斷矩陣的最大特征根值及相應(yīng)的特征向量； 5) -致性檢驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105893774SQ201610261952
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】盧曉強(qiáng), 胡飛龍, 徐海根, 吳軍, 崔鵬, 李佳琦, 馬方舟, 馬月, 丁暉
【申請(qǐng)人】環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所