CN111967705A - 一种基于psr模型计算生态旅游环境承载力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，包括以下步骤：(a)构建生态旅游环境承载力计算体系；(b)对体系中各指标体系进行标准化取值；(c)利用层次分析法确定各指标体系权重；(d)计算承载力，并对各系统进行评价。本发明建立了PSR模型，并以层次分析法对评价指标进行权重分配，最后利用承载力计算模型对生态旅游环境进行评价；同时本发明准确有针对性，对旅游资源的布局、扩增高质量旅游景点提供科学的参考依据。

Description

一种基于PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法

技术领域

本发明涉及利用PSR模型构建生态旅游环境承载力综合指数计算体系并计算生态旅游环境承载力，属于环境规划及管理领域，特别涉及一种生态旅游环境承载力的计算方法。

背景技术

“可持续发展”是推进我国经济社会和生态环境建设、实现人与自然和谐共生的核心理念，已成为当今各国的发展共识。然而，随着近年来我国旅游产业的快速发展，旅游基础设施和资源开发规模持续加大，环境污染、生态景观破坏等问题日益凸显，严重影响了我国生态旅游的可持续发展。环境承载力是指在一个时期内某区域可承受的旅游活动强烈程度，反映的是“以资源合理开发利用和生态环境良性循环为前提，同时保持一定物质交流规模的条件下，区域生态系统能够承载人类数量的规模以及开展相应社会经济的能力”，是生态旅游发展的重要衡量指标和决策前提。

自从环境承载力的理论被提出以来，国内外学者在生态旅游环境承载力相关理论和实证等多方面开展了广泛的研究。相关研究已经拓展到资源承载力、生态承载力、区域承载力、生态容纳能力等方面，在水资源、土地资源、森林资源等单一要素方面的环境承载能力研究成果较多。区域协调与融合发展理论的提出，拓展了生态旅游环境承载力研究视角，资源环境承载力、经济环境承载力和社会环境承载力等内容都被纳入评价体系之中。在生态旅游环境承载力评价指标方面，旅游收入、旅行社数量、旅客数量等旅游环境评价指标，水污染程度、工业废气排放量等生态环境评价指标，工业废水日处理能力、环保投入等环境治理指标均有研究案例；在生态旅游环境承载力评价模型方面，基于资源、环境社会等影响的“资源-环境-社会”(Resources-Environment-Society,RES)模型、“压力- 承压”(Pressure-Bearing,PB)模型、“压力-状态-响应”(Pressure -State-Response,PSR)模型、“驱动力-压力-状态-响应-调控力” (Driving-Pressure-State-Response-Control,D-PSR-C)模型相关研究较为丰富。其中，PSR模型具有因果关系清楚，方法简单等优点，能够直观反映生态旅游环境承载力各评价指标之间的相互作用关系，已广泛应用于各个领域的生态系统安全、健康评价中。

目前，研究在生态旅游环境承载力评价模型、评价指标等方面均未形成统一共识，但生态旅游环境承载力有着明显的区域特征，这是非常明显的研究趋势。因此，运用PSR模型构建市生态旅游环境承载力(Eco-tourism Environmental Carrying Capacity，ETECC)综合指数计算体系，对提高旅游环境承载力相关政策制定提供一定的理论参考。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，该方法准确有针对性，对旅游资源的布局、扩增高质量旅游景点提供科学的参考依据。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，包括以下步骤：

(a)构建生态旅游环境承载力计算体系；

(b)对体系中各指标体系进行标准化取值；

(c)利用层次分析法确定各指标体系权重；

(d)计算承载力，并对各系统进行评价。

优选的，所述指标体系由目标层、项目层和指标层构成；

其中，所述目标层为生态旅游环境承载力综合指数；所述项目层由旅游环境压力指标、旅游生态环境状态指标、环保投入响应指标构成，作为生态旅游环境承载力综合指数计算体系的三个子系统。通过设置目标层、项目层和指标层对生态旅游环境承载力的各个指标进行详细的纪录。

优选的，所述指标层包括压力指标、状态指标和响应指标；

所述压力指标包括旅游收入效率、旅游收入GDP占比、景点数量、旅游社数量、客运量、生活污水排放量、生活COD排放量和生活SO₂排放量；

所述状态指标包括土地面积、本地人口数量、水资源总量、供水总量、空气质量达到二级及以上天数比例、年雾霾天数和环境噪音达标面积；

所述响应指标包括污水处理投资额、集中式污水处理器、集中式COD处理量、集中式SO₂处理量、垃圾处理投资额、人工造林面积和自然保护区面积。这样，对各个指标进行对应的详细的数据采集分析。

优选的，采用归一法对各指标进行无量纲的标准化取值。

优选的，各指标中，

正向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

负向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

式中，A_i和B_i为第i个指标的分级标准化值，X_i为第i个指标的实际值；X_min和 X_max分别为各指标的最小值及最大值。

优选的，采用层次分析法确定指标体系权重的过程为：

(1)利用标度理论构造出两两比较的判断矩阵；

(2)计算判断矩阵每一行元素乘积的n次方根

式中：b_kj为判断矩阵中元素；n为各子系统评价指标的个数；

为判断矩阵第k行元素的乘积的n次方根；k＝1,2,3,…,n；k∈R；

(3)对所求判断矩阵的特征向量

进行归一化处理，

则W_k为矩阵第k行的指标权重。

优选的，在步骤(d)中计算承载力值，具体过程为：

(1)旅游环境压力指标、旅游生态环境状态指标、环保投入响应指标三个子系统的承载力指标C_i的计算公式为：

式中：W_j为各种指标的权重；x_j为各指标标准化后数值；n为各子系统评价指标的个数；

(2)生态旅游环境承载力综合指数的计算公式为：

式中：W_j为各子系统的权重；m为子系统的个数。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对各个指标体系进行标准化取值，建立了PSR模型，并以层次分析法对评价指标进行权重分配，最后利用承载力计算模型对生态旅游环境进行评价；同时本发明准确有针对性，对旅游资源的布局、扩增高质量旅游景点提供科学的参考依据。

附图说明

图1为基于PSR模型构建的生态旅游环境承载力计算体系；

图2为宁波市地理位置图；

图3为2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力子系统评价指数变化情况；

图4为2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力ETECC评价指数变化情况；

图5为2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力压力P子系统评价指数变化情况；

图6为2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力状态S子系统评价指数变化情况；

图7为2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力响应R子系统评价指数变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

下面以“2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力指标体系”为具体实例，如图1-7所示，本发明以宁波市生态旅游环境承载力为研究对象，利用PSR模型构建生态旅游环境承载力综合指数计算体系，以层次分析法对评价指标进行权重分配，计算宁波市生态旅游环境承载力。

本发明中的生态旅游环境承载力指标体系及方法的具体实施步骤如下：

步骤1生态旅游环境承载力指标体系的构建：

确定评价指标，并构建宁波市生态旅游环境承载力指标体系，该指标体系分为三层。其中目标层是生态旅游环境承载力综合指数ETECC；项目由旅游环境压力指标P、旅游生态环境状态指标S、环保投入响应指标R构成，作为生态旅游环境承载力综合指数ETEC计算体系的三个子系统；指标层由8个压力指标、7 个状态指标和7个响应指标构成。其中，压力指标包括旅游收入效率、旅游收入GDP占比、景点数量、旅游社数量、客运量、生活污水排放量、生活COD排放量和生活SO₂排放量；状态指标包括土地面积、本地人口数量、水资源总量、供水总量、空气质量达到二级及以上天数比例、年雾霾天数和环境噪音达标面积；响应指标包括污水处理投资额、集中式污水处理器、集中式COD处理量、集中式 SO₂处理量、垃圾处理投资额、人工造林面积和自然保护区面积。具体详见表1 所示。

表1宁波市生态旅游环境承载力指标体系

步骤2指标的标准化取值：

由于指标体系中的各项评价指标的类型比较复杂，各指标量纲不一致，会导致指标之间缺少可比性，且对生态旅游环境承载力综合指数ETECC综合指数的计算结果正负响应不确定，本实施例采用归一法对各指标进行无量纲的标准化取值。由于正向指标和负向指标在评价体系中代表的含义不一样，正向指标数值越大越好，负向指标反之。因此正负向指标分别采用不同的方法进行处理。具体方法如下：

正向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

负向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

式中，A_i和B_i为第i个指标的分级标准化值，X_i为第i个指标的实际值；X_min和 X_max分别为各指标的最小值及最大值。

步骤3采用层次分析法确定指标权重：

(1)利用标度理论构造出两两比较的判断矩阵；

(2)计算判断矩阵每一行元素乘积的n次方根

式中：b_kj为判断矩阵中元素；n为各子系统评价指标的个数；

为判断矩阵第k行元素的乘积的n次方根；k＝1,2,3,…,n；k∈R；

(3)对所求判断矩阵的特征向量

进行归一化处理，

则W_k为矩阵第k行的指标权重。

步骤4计算承载力值：

(1)旅游环境压力指标P、旅游生态环境状态指标S、环保投入响应指标R 三个子系统的承载力指标C_i的计算公式为：

式中：W_j为各种指标的权重；x_j为各指标标准化后数值；n为各子系统评价指标的个数。针对不同的第i个指标，其对应的n指标个数也不同，所以其对应的承载力指标C_i也不同。

(2)生态旅游环境承载力综合指数ETECC综合指数的计算公式为：

式中：W_j为各子系统的权重；m为子系统的个数。

下面针对具体案例进行分析，以宁波市为例。

本发明涉及的2011-2017年宁波市旅游收入效率、旅游收入占GDP比重、景点数量、旅行社数量、客运量等经济社会发展统计数据来源于对应年份的《宁波市统计年鉴》；2011-2017年宁波市生活污水排放量、生活COD排放量、生活SO₂排放量、年雾霾天数、污水处理投资额、集中式污水处理量、集中式COD处理量等生态环境统计数据来源于对应年份的《浙江自然资源与环境统计年鉴》。

将获取到的数据进行指标标准化，消除指标量纲和单位的影响。得到各指标标准化取值结果如表2所示。

表2 2011-2017年宁波市生态旅游环境承载力指标标准化取值数据

在利用层次分析法确定指标权重过程中，首先采用标度理论构造出两两比较的判断矩阵，得到ETECC-PSR、P-Y₁～Y₈、S-Y₉～Y₁₅与R-Y₁₆～Y₂₂等4个判断矩阵，如下表3至表6所示。

表3 ETECC-PSR判断矩阵

表4 P-Y₁～Y₈判断矩阵

表5 S-Y₉～Y₁₅判断矩阵

表6 R-Y₁₆～Y₂₂判断矩阵

利用层次分析法计算得到各指标权重，计算结果如表7所示。

表7宁波市生态旅游环境承载力指标体系各指标权重计算结果

根据生态旅游环境承载力计算方法，计算出P、S、R三个项目层的承载力指标及ETECC综合指数，计算结果如表8所示。

表8宁波市生态旅游环境承载力指标体系计算结果

指标	2011年	2012年	2013年	2014年	2015年	2016年	2017年
								C<sub>P</sub>	0.2410	1.5193	1.5861	2.4192	3.3390	4.0903	4.4419
C<sub>S</sub>	0.5017	0.7577	0.5496	0.5672	0.5347	0.6010	0.5707
								C<sub>R</sub>	0.4226	0.3952	0.2778	0.3939	0.6460	0.3919	0.4420
ETCC	0.3898	0.7597	0.6736	0.9596	1.3333	1.4045	1.5187

根据表8的计算结果，可以对宁波市生态旅游环境承载力进行分析，具体详情见图3-4。

由图3可见，2011-2017年宁波市旅游环境压力子系统评价指标持续上升， 2017年达到最高值4.4419。旅游生态环境状态子系统与环保投入响应子系统的评价指标变化趋势不明显。由图4可见，宁波市ETECC综合指数呈上升趋势，评价指标由2011年的0.3898增长至2017年的1.5187，平均增长0.1882。图3与图4对比分析，可发现ETECC综合指数趋势与C_P趋势基本一致，这也表明近年来宁波市旅游环境压力的缓解对宁波市生态旅游环境的承载力提高起着关键作用；而C_S、C_R的增长缓慢也是制约宁波市ETECC提升的关键。因此，改善旅游环境现状与环保投入是将来进一步提高宁波市ETECC综合指数的重点。

为了进一步明确各指标层对ETECC综合指数的影响程度，本专利分析了各子系统评价指标受指标层中各指标的影响情况，具体详见图5-7。

从图5可以看出，旅游收入效率Y₁、景点数量Y₃的趋势与C_P的指标趋势接近，这表明提高旅游收入效率、多开发高质量旅游景点对于提高旅游环境压力子系统的评价指标是有利于的。图6表明，2012年C_S指标最高，本地人口数量Y₁₀、水资源总量Y₁₁、空气质量达到二级及以上天数比例Y₁₃三个指标在该年份取值也较高；2017年C_S指标最低，而Y₁₀、Y₁₁、Y₁₃三个指标同样在该年份取值较低，因此这三个指标对于旅游生态环境状态子系统的评价指标影响较大。由于人口数量的控制因素较复杂且难度较高，提高水资源利用情况与空气质量就成为控制旅游生态环境状态子系统的评价指标的关键。图7对比CR最高的年份2015年和最低的年份2013年可以发现集中式COD处理量Y₁₈、集中式SO₂处理量Y₁₉、垃圾处理投资额Y₂₀是影响环保投入响应子系统评价指标的关键因素，因此加大环境治理力度是关键。综合分析显示，旅游收入效率Y₁、景点数量Y₃、水资源总量Y₁₁、空气质量达到二级及以上天数比例Y₁₃、集中式COD处理量Y₁₈、集中式SO₂处理量 Y₁₉、垃圾处理投资额Y₂₀等指标是影响宁波市ETECC综合指数的关键指标。

各项目层评价指标中旅游环境压力子系统评价指标持续上升，旅游生态环境状态子系统与环保投入响应子系统的评价指标均呈现波动状态，二者也是未来提高宁波市生态旅游环境承载力的关键。具体到指标层，旅游收入效率、景点数量、水资源总量、空气质量达到二级及以上天数比例、集中式COD处理量、集中式 SO₂处理量、垃圾处理投资额这7个因素为制约宁波市ETECC的关键指标。另外，本研究也表明，如果要进一步提高宁波市生态旅游承载力，则需要进一步合理旅游资源布局，扩增高质量旅游景点，加大污染治理，改善旅游环境现状。

本发明的有益效果为：通过对各个指标体系进行标准化取值，建立了PSR模型，并以层次分析法对评价指标进行权重分配，最后利用承载力计算模型对生态旅游环境进行评价；同时本发明准确有针对性，对旅游资源的布局、扩增高质量旅游景点提供科学的参考依据。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)构建生态旅游环境承载力计算体系；

(b)对体系中各指标体系进行标准化取值；

(c)利用层次分析法确定各指标体系权重；

(d)计算承载力，并对各系统进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：所述指标体系由目标层、项目层和指标层构成；

其中，所述目标层为生态旅游环境承载力综合指数；所述项目层由旅游环境压力指标、旅游生态环境状态指标、环保投入响应指标构成，作为生态旅游环境承载力综合指数计算体系的三个子系统。

3.根据权利要求2所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：所述指标层包括压力指标、状态指标和响应指标；

所述压力指标包括旅游收入效率、旅游收入GDP占比、景点数量、旅游社数量、客运量、生活污水排放量、生活COD排放量和生活SO₂排放量；

所述状态指标包括土地面积、本地人口数量、水资源总量、供水总量、空气质量达到二级及以上天数比例、年雾霾天数和环境噪音达标面积；

所述响应指标包括污水处理投资额、集中式污水处理器、集中式COD处理量、集中式SO₂处理量、垃圾处理投资额、人工造林面积和自然保护区面积。

4.根据权利要求1所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：采用归一法对各指标进行无量纲的标准化取值。

5.根据权利要求4所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：各指标中，

正向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

负向指标无量纲标准化取值处理按以下公式：

式中，A_i和B_i为第i个指标的分级标准化值，X_i为第i个指标的实际值；X_min和X_max分别为各指标的最小值及最大值。

6.根据权利要求1所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：采用层次分析法确定指标体系权重的过程为：

(1)利用标度理论构造出两两比较的判断矩阵；

(2)计算判断矩阵每一行元素乘积的n次方根

式中：b_kj为判断矩阵中元素；n为各子系统评价指标的个数；

为判断矩阵第k行元素的乘积的n次方根；k＝1,2,3,…,n；k∈R；

(3)对所求判断矩阵的特征向量

进行归一化处理，

则W_k为矩阵第k行的指标权重。

7.根据权利要求1所述的一种PSR模型计算生态旅游环境承载力的方法，其特征在于：在步骤(d)中计算承载力值，具体过程为：

(1)旅游环境压力指标、旅游生态环境状态指标、环保投入响应指标三个子系统的承载力指标C_i的计算公式为：

式中：W_j为各种指标的权重；x_j为各指标标准化后数值；n为各子系统评价指标的个数；

(2)生态旅游环境承载力综合指数的计算公式为：

式中：W_j为各子系统的权重；m为子系统的个数。

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