CN105893774A - 生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态保护领域，具体涉及生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法。所述方法包括以下步骤：(1)选取指标；(2)指标的无量纲化；(3)层次分析；(4)计算综合安全指数。

Description

生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法

技术领域

本发明涉及生态保护领域，具体涉及生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法。

背景技术

生物多样性是人类生存和发展的必要条件，是经济、社会发展的基础。但随着人口的增长和经济的发展，对自然资源的需求愈来愈大，导致物种生存环境破坏，生态系统结构和功能减弱，外来有害生物入侵，生境退化，遗传多样性丧失甚至灭绝，威胁到人类自身的生存和发展。

近年来，我国政府在生物多样性保护方面开展了一系列的工作，并取得了显著的成绩。然而，尚不明确生物多样性保护优先区域生物多样性丧失和生态系统功能退化的现状与变化趋势，缺乏优先区人文、社会与生物多样性保护协调发展的现状评价与模式研究。众所周知，人类的生存与发展依赖于自然环境，同时又极大地影响和改变着自然环境，实现区域生态安全必须以生态环境的可持续发展作为前提和保障，为此需综合考虑区域资源的再生与替代能力、生命支持系统的循环与净化能力和生物多样性的维持能力。人类必须确保自己使用的自然的必要产品的生产速度不能超过其自然的再生速度，同时还必须确保废弃物的排放速度不能超过自然的吸纳净化速度。因此，定量评价人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距具有重要的现实意义，只要人类对自然系统的压力、索取和破坏处于地球生态系统的承载力范围内，地球生态系统就是安全的，人类经济社会的发展就处于可持续的范围内；否则，区域经济社会发展就是不可持续的，生态系统就处于不安全状态。

发明内容

本发明的目的是提供生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法。

生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)选取指标，选取生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标；

(2)指标的无量纲化

经收集、整理、计算后得各参评因子实际指标值，采用直线型无量纲化方法，具体处理公式如下：

正向指标：

负向指标：

式中，x_ij-实测值，max{x_ij}-实测最大值，min{x_ij}-实测最小值。

(3)层次分析

将生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价的各种要素分解成若干层次，并以同一层次的各种要素按照上一层要素为准则，进行两两判断比较建立判断矩阵，并计算出各要素的权重；

(4)综合指数法

采用综合指数法对生态安全状态综合评价，计算综合安全指数，公式如下：

$P={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{w}_i\×D_i---\left(3\right)$

式中，P-综合安全指数；W_i-第i个指标权重值；D_i-第i个指标标准值；m-指标个数，P值越大，区域的综合安全指数越高。

根据本发明的方法以生物多样性保护优先区域为研究对象，运用“压力-状态-响应”(P-S-R)模型建立生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全指标体系，开展生态安全综合评价，提出生物多样性保护优先区域的绿色发展策略，为区域生态安全研究提供科学依据，也为区域生态调控与管理提供决策信息。

根据本发明的具体实施方式，所述生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法包括以下步骤：

(1)选取指标

选取生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指。

(2)指标的无量纲化

经收集、整理、计算后可得各参评因子实际指标值，但由于各指标含义以及计 算方法不同，造成指标量纲各异，指标间不具备可比性，无法直接进行评价。何况对于同一指标，尽管可以根据其实测值大小来判断它们对生态安全的影响程度，但也因缺少一个公认的、可作比较的标准而无法确切反映其对生态系统的影响。为此，必须对指标进行量化处理，消除量纲，解决指标间的不可比性问题。

数据的无量纲化是指标综合评价的前提，无量纲化的过程即指标实际值转化为评价值的过程。根据本发明的具体实施方式，采用直线型无量纲化方法。具体处理公式如下：

正向指标：

负向指标：

式中，x_ij-实测值，max{x_ij}-实测最大值，min{x_ij}-实测最小值。

(3)层次分析

将评价系统的有关方案的各种要素分解成若干层次，并以同一层次的各种要素按照上一层要素为准则，进行两两判断比较建立判断矩阵，并计算出各要素的权重。

根据本发明的具体实施方式，构建指标递阶层次结构模型，层次分析法的主要步骤有：

1)明确问题，确定评价范围和评价目的、对象，进行因子相关分析，明确各因子之间的相互关系；

2)建立层次结构，将被评价关系按其组成层次构筑成一个树状层次结构，根据本发明的具体实施方式，采用4个层次：目标层、准则层、因素层、评价指标层。如果某一个因素与下一层所有因素均有联系，那么称这个因素与下一层存在完全层次关系。层次之间可以建立子层次，子层次从属于主层次的某个因素，它的因素与下一层的因素有联系，但不形成独立层次。

3)构造判断矩阵，在每一层次上，按照上一层次的对照准则要求，对该层次的元素(指标)进行逐对比较确定相对重要性(度)。依照规定的标度定量化后，写成矩阵形式，即为判断矩阵(表1)。

表1 判断矩阵

判断矩阵中各元素b_ij表示在对上层因素A_k有联系的因素中，第i与第j因素相比较，对于A_k因素的相对重要程度。根据本发明的具体实施方式，为了使判断定量化，一般都引用1～9标度方法，详见表2。

表2 判断标度矩阵及其含义

任何一个判断矩阵都应满足b_ii＝1，b_ij＝1/b_ji，因此，对于n阶判断矩阵，仅需要对n(n-1)/2个矩阵元素给出数值。

4)层次单排序

即计算判断矩阵的最大特征根值及相应的特征向量。

5)一致性检验

层次分析所得结果是否基本合理，还需要对判断矩阵进行一致性检验(表3)。

表3 判断矩阵平均随机一致性指标

(4)综合指数法

采用综合指数法对生态安全状态综合评价，计算综合安全指数，公式如下：

$P={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{w}_i\×D_i---\left(3\right)$

式中，P-综合安全指数；W_i-第i个指标权重值；D_i-第i个指标标准值；m-指标个数。P值越大，区域的综合安全指数越高。

附图说明

图1根据本发明的建模方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

武夷山生物多样性保护优先区域地处福建省、浙江省和江西省三省交界的山地丘陵地带，涉及三省的16个地级行政区的90多个县级行政区，其中包括10个地级市辖区，13个县级市和约60个县。地理坐标介于115°48'-121°05'E，25°04'-29°20'N之间，东至浙江台州的天台县、临海市和温州的永嘉县、瑞安市等，北至浙江金华的磐安县、缙云县和衢州的龙游县、衢江区等，西至江西抚州的金溪县、南城县、广昌县和赣州的石城县、瑞金市和会昌县等，南至福建龙岩的武平县、上杭县和江西赣州的会昌县。东西宽约450km，南北长约520km，总面积约8万平方公里，占全国陆地总面积的0.83％。境内包括20个国家级自然保护区，其中6个国家级自然保护区，是我国最早建立的保护区之一，具有较好的保护、管理基础。

(1)选取指标

最终确定生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标体系(表4)。

表4 生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全实际指标评价体系

注：a代表评价指标的安全趋向性。

生态安全评价以县域为基础测算单元，以县级行政界线为基础边界，共涉及81个县(市/区)的年度指标值，数据量较大，随机选取资溪县、武夷山市、瑞安市、苍南县、遂昌县和德化县等6个县(市/区)为例作说明(下同)，见表5。

表5 武夷山生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标原始值(2013年/2014年)

(2)指标的无量纲化

根据数据无量纲化方法，得到表6数据。

表6 武夷山生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标标准值(2013年/2014年)

(3)权重的确定

构造出以下12个判断矩阵，经矩阵计算分别得出相关权重，同时通过一致性检验，得出如下结果，分别见表7(A-B矩阵)至表18(C₈-D矩阵)：

表7 A-B矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0176<0.1，对总目标的权重：1.0000。

表8 B₁-C矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0012<0.1，对总目标的权重：0.2402。

表9 B₂-C矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.5499。

表10 B₃-C矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0012<0.1，对总目标的权重：0.2098。

表11 C₁-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.1656。

表12 C₂-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0023<0.1，对总目标的权重：0.1236。

表13 C₃-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.0768。

表14 C₄-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0024<0.1，对总目标的权重：0.1833。

表15 C₅-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0005<0.1，对总目标的权重：0.3666。

表16 C₆-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.0235。

表17 C₇-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.0768。

表18 C₈-D矩阵

判断矩阵一致性比例CR＝0.0000<0.1，对总目标的权重：0.1134。

最后计算出各个要素指标相对于目标层的总权重，结果见表19。

表19 武夷山生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标权重值

(4)评价结果与分析

1)压力

压力最高部分主要分布在优先区域外围经济较为发达地区，这些区域受经济活 动的影响频繁，从而产生较大的资源、环境压力；优先区域的核心部分县(市/区)压力为中等，该区域分布较为集中。

2)状态

状态最差区域主要位于优先区域东北部的浙江省境内；相对来说，武夷山市(0.4054)、资溪县(0.3943)、明溪县(0.3722)、泰宁县(0.3714)、建宁县(0.3513)的状态最为优秀，基本代表该区域的最高状态水平。

3)相应武夷山优先区域各县(市/区)的响应分布，响应较为强烈的区域主要分布在浙江省境内；优先区的大部分核心区域较为缓和，处于中间状态；与状态、压力的指标不同，响应最差区域的分布和地理分布无关，而是零散分布在整个优先区域范围内。

4)综合安全指数

采用综合指数法对生态安全状态综合评价，计算综合安全指数，公式如下：

$P={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{w}_i\&times;D_i---\left(3\right)$

式中，P-综合安全指数；W_i-第i个指标权重值；D_i-第i个指标标准值；m-指标个数。P值越大，区域的综合安全指数越高。

综合来看，排名前十的县域，福建独占7个，分别为武夷山市、明溪县、泰宁县、将乐县、建宁县、德化县和光泽县，其中武夷山市的生态安全指数最高，综合指数为0.6192；前十席浙江有两席，分别为泰顺县(综合指数0.5525，排名第5)和磐安县(综合指数0.5314，排名第7)；江西的则为资溪县(综合指数0.6069，排名第2)。因此，武夷山的生态安全规划，应以福建武夷山核心区为基础，扩大生态安全范围，提高整个优先区的生态安全等级。

Claims (2)

1.生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)选取指标，选取生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指标；

(2)指标的无量纲化

经收集、整理、计算后得各参评因子实际指标值，采用直线型无量纲化方法，具体处理公式如下：

正向指标：

负向指标：

式中，x_ij-实测值，max{x_ij}-实测最大值，min{x_ij}-实测最小值；

(3)层次分析

将生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价的各种要素分解成若干层次，并以同一层次的各种要素按照上一层要素为准则，进行两两判断比较建立判断矩阵，并计算出各要素的权重；

(4)计算综合安全指数

采用综合指数法对生态安全状态综合评价，计算综合安全指数，公式如下：

$P={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{w}_i\&times;D_i---\left(3\right)$

式中，P-综合安全指数；W_i-第i个指标权重值；D_i-第i个指标标准值；m-指标个数，P值越大，区域的综合安全指数越高。

2.根据权利要求1所述的生物多样性保护优先区域绿色发展生态安全评价指数的计算机建模方法，其特征在于，所述“层次分析”具体包括以下步骤：

1)确定评价范围和评价目的、对象，进行因子相关分析，明确各因子之间的相互关系；

2)建立层次结构，将被评价关系按其组成层次构筑成一个树状层次结构，如果某一个因素与下一层所有因素均有联系，那么称这个因素与下一层存在完全层次关系，其中，层次之间可以建立子层次，子层次从属于主层次的某个因素，它的因素与下一层的因素有联系，但不形成独立层次；

3)构造判断矩阵，在每一层次上，按照上一层次的对照准则要求，对该层次的元素进行逐对比较确定相对重要性，依照规定的标度定量化后，写成矩阵形式，即为判断矩阵，判断矩阵中各元素b_ij表示在对上层因素A_k有联系的因素中，第i与第j因素相比较，对于A_k因素的相对重要程度，任何一个判断矩阵都满足b_ii＝1，b_ij＝1/b_ji，因此，对于n阶判断矩阵，仅需要对n(n-1)/2个矩阵元素给出数值；

4)层次单排序，即计算判断矩阵的最大特征根值及相应的特征向量；

5)一致性检验。