熵值法应用3

第2l卷 第1期 2007年 1月 干 旱 区 资 源 与 环 境 Journal of Arid Land Resources and Environment V01．2l NO．1 Jan．2007 文章编号：1003—7578(2007)0l—O17—05 熵权法在草原生态安全评价研究中的应用 — — 以甘肃牧区为例 贾艳红 ， 赵 军 ， 南忠仁 ， 赵传燕 (1．兰州大学资源环境学院 兰州 730000； 2．西北师范大学地理与环境科学学院 兰州 730070 3．中国科学院寒 旱区环境与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究所 兰州 730000) 提 要：本文在生态安全评价状态一压力一响应概念框架模型的指导下，以甘肃牧区草原 生态安全评价为例，将熵权法与综合评价法有机结合进行了甘肃牧区草原生态安全评价指标 权重确定及评价结果计算，在一定程度上丰富和发展了区域生态安全评价方法。研究结果表 明，采用该方法得到的评价结果与区域实际情况相吻合，说明其具有科学性和可行性。研究中 采用熵权法确定评价指标权重减少了评价过程中的人为主观性的干扰，能够更客观地反映各 评价指标对区域整体生态安全状况的贡献率，为区域生态安全定量化评价提供了新的研究手 段和方法，在定量化评价研究领域具有一定的实用价值和推广意义。 关键词：熵权法；生态安全评价；草原；甘肃牧区 中图分类号：X826 文献标识码：A 随着人类社会的发展，科学技术和社会生产力极大提高，人类正以前所未有的规模和强度影响着环 境，破坏和改变着自然生态系统，致使生态系统安全受到极大损害，并由此危及人类自身安全。这使得生 态安全研究日益成为热点问题。生态安全作为政治安全、军事安全、经济安全等传统安全的基础和载体， 已成为国家安全的又一种外延。’· 。对生态安全进行评价能够使人类在认识 自身所处生态环境现状的基 础上，合理调节和利用生态系统功能为人类发展服务。因此，生态安全评价也成为适应新形式下人类发展 的一种需要。 我国拥有草原面积近400万km ，约占国土总面积的40％。其中西部地区天然草原面积占全国草原 面积的84．26％，占西部国土面积的一半，是西部的主体生态系统。但近年来，我国草原“三化”问题日益 凸显。目前，我国90％的可利用天然草原已出现不同程度的退化，而且每年还在以2万km 的速度增加。 草原生态系统的日益恶化，已直接威胁到其所处区域的生态安全，并已成为全国性的重大环境问题。因 此，应对草原生态安全状况进行准确评价，从而为科学解决草原生态安全问题提供参考依据。 目前。我国关于生态安全评价定性研究的成果已较多，主要是对生态安全概念的界定、现状定性评价、 问题 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及解决措施等。虽然近年来开展了一些生态安全定量评价的实践性研究，但具体的定量化评价 成果尚不多见，整体仍停留在理论探索阶段。在草原生态安全评价领域，对于具体的地域和整体草原生态 系统生态安全状况的相关研究还比较少，尤其是以定量化方式进行区域草原生态安全评价的相关研究更 是缺乏。而通过定量评价，可以更为准确地阐明整个草原生态系统的生态安全状态、程度和水平，可使评 价结果更具科学性和可操作性，从而为生态安全管理和区域发展提供科学依据和指导。 本文主要探讨熵权法在区域草原生态安全评价研究中应用的可行性。笔者在生态安全评价状态 压 力一响应概念框架模型的指导下，构建了区域草原生态安全评价指标体系，并呆用熵权法对各评价指标进 行客观赋权，最后运用综合评价法对区域草原生态安全指数进行计算。研究结果表明，熵权法能够更为客 收稿 日期：2005一l1—14。 基金项目：教育部重点基金项目(MOE10517I) 作者简介：贾艳红(1977～)，女，甘肃白银人，在读博士，主要从事环境科学与 GIS应用方面的研究。 E—mail：j一913@ 163．(1lllll 维普资讯 http://www.cqvip.com · l8· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第2l卷 观地反映各评价指标对区域整体生态安全状况的贡献率，因此在区域生态安全定量化评价研究中具有一 定的实用价值。 1 熵权法及其基本原理 熵权法是一种在综合考虑各因素所提供信息量的基础上，计算一个综合指标的数学万法。作为一种 客观综合评价方法，它主要是根据各指标传递给决策者的信息量大小来确定其权数。熵原本是一个热力 学概念，最先由Shannon C．E．引入信息论，现已在工程技术、社会经济等领域得到广泛应用。根据信息论 基本原理，信息是系统有序程度的度量；而熵则是系统无序程度的度量；二者绝对值相等，但符号相反。 熵权法的基本原理是：假设研究对象由n个样本单位组成，反映样本质量的评价指标有m个，分别为 X；(i=1，⋯，m)，并测出原始数据。设实际测出的原始数据矩阵为： R =(r ) i=l，⋯，m j=1，⋯，n 其中r，_是第j个样本在第i个指标上的得分。对R 进行标准化，消除指标间不同单位、不同度量的影 响，以便得到各指标的标准化得分矩阵。标准化方法一般有直线型、折线型和曲线型等。考虑标准化后的 数据rii受r 、Min l r ii l和max l r ii l的影响，采用极值法对原始数据进行标准化。 设原始数据矩阵为R =(r，i) ，标准化后的矩阵为R=(r j) ，则具体的标准化 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为： ： 尝 ×l0 j u 对原始数据进行标准化后就可计算各指标的信息熵。第i个指标的熵 Hi可定义为： n H = 一k j~fij1nfij 其 = ，k_ 2rii “ i=1，⋯，m j=1，⋯，m (2) (假定：当fij=0时，fij In fij=0) 在指标熵值确定后就可根据下式来确定第i个指标的熵权 W ： l—H W -= m一∑H i=l (3) 由上述基本原理可看出，如果某个指标的信息熵H；越小，就表明其指标值的变异程度越大，提供的信 息量也越大，在综合评价中所起的作用也越大，则其权重也应越大。所以在具体分析过程中，可根据各个 指标值的变异程度，利用熵来计算各指标权重 ¨。 在进行多指标定量化评价时，指标权重的确定显得尤为重要，它将关系到评价结果的准确性。评价指 标权重是评价指标相对重要性的定量表示。目前各评价指标的权重一般都是根据评价者的主观认识来确 定的。尽管权重是按评价指标对研究对象的贡献度来确定，但由于不能充分考虑各指标提供的信息量，人 为给出的权重往往缺乏客观的科学依据，因而势必会导致由于对某一指标估计过高或过低而使评价不能 完全反映研究对象的客观实际情况。因此，有必要引入客观的定权方法来研究多指标定量化评价问题。 2 熵权法在甘肃牧区草原生态安全评价研究中的应用 在进行草原生态安全评价时，需要对各指标进行定量化评价。同时，由于草原生态安全评价研究的复 杂性，使得其评价指标反映的信息量也相当复杂，很难进行主观量化。因此，本文将熵权法引入草原生态 安全评价领域，通过所选评价指标的统计值来客观计算各评价指标权重。在此基础上，再运用综合评价法 对各指标进行合理加权，即可得到最后的综合评价结果。 2．1 研究区域概况 根据甘肃省畜牧业区划，甘肃牧区主要包括甘南藏族自治州所辖的碌曲、玛曲、夏河、卓尼、迭部，武威 市所辖的天祝藏族自治县，张掖市所辖的肃南裕固族自治县，酒泉市所辖的肃北蒙古族自治县、阿克塞哈 萨克族自治县 J。区内牧草资源丰富，畜牧业发展具有一定规模，为我国五大牧区之一。区域生态地位 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 贾艳红等 熵权法在草原生态安全评价研究中的应用 ．19． 十分重要，如甘肃牧区重要组成部分的甘南牧区就位于青藏高原与黄土高原的过渡地带，地跨黄河、长江 两大水系，是黄河重要支流洮河、大夏河以及长江重要支流白龙江的发源地。同时，它也是甘肃省主要少 数民族聚居地区和我国典型的经济欠发达地区。因此，为政治和生态“双重”高度敏感区 ]。伴随着区内 的畜牧业发展，其草原生态安全问题也日益突出。草原生态系统是牧区的主体生态系统，其生态安全状况 必将影响到整个牧区的生态安全。因此，需积极采取有效措施进行治理。要对其生态环境问题进行科学 治理，必须先对其生态安全状况进行准确科学的评价。 2．2 评价指标体系的建立 在进行区域生态安全评价指标选择时，不仅要考虑区域的生态环境现状，更应体现对区域生态安全有 潜在影响的重要因素的变化及人类活动的影响。因此，在建立甘肃牧区草原生态安全评价指标体系时，本 文根据生态安全评价状态一压力一响应概念框架模型 J，在力求全面考虑影响草原生态安全各种因素的 基础上，注意各评价因子间的相互关联性和一些指标定量化难度大问题，在全面分析甘肃牧区草原生态系 统生态安全现状的基础上，结合科学性、可操作性、敏感性、完备性、区域性的草原生态安全评价指标体系 建立原则，从状态、压力、响应三方面建立了多层次评价指标体系。该指标体系主要包含3层12个指标， 具体层次结构(图1)。 2．3 基于熵权法的评价指标权重确定及分析 2．3．1 评价指标权重确定 根据图1所构建的甘肃牧区草原生态安全评价指标体 系，结合相关统计部门和专业部门提供的2003年甘肃牧区统 计资料及草地研究相关资料，以统计年鉴为基本数据源，同时 参考《甘肃草地资源》 J、《甘肃省志·畜牧志》 J、甘肃省草 原总站提供的相关数据，从中获得有关甘肃牧区草原生态安 全评价各指标统计值。从而得到熵权法中所需的原始数据矩 阵R 再根据公式(1)对原始矩阵数据进行标准化，结合公式 (2)进行各指标信息熵H．的计算，根据各指标信息熵结合公 式(3)就可最终确定各指标的熵权 ，，甘肃牧区草原生态安 全评价各指标权重值(表1)。 图1 甘肃牧区草原生态安全评价指标体系 Fig．1 The index stem of grassland ecological security evaluation of Gansu 表 1 甘肃牧区草原生态安全评价指标权重表 Tab．1 The weight index of ecological security evaluation of grassland Gansu 2．3．2 熵权法确定评价指标权重的结果分析 在进行区域生态安全评价时，不仅要反映区域生态系统本身的支撑能力，同时也应体现人类对区域生 态系统所造成的压力及对生态环境问题所做的有益响应。从本文得到的甘肃牧区草原生态安全评价指标 权重分布上，我们可以看出对甘肃牧区草原生态安全起重要影响作用的指标主要有湿润度、草地覆盖率和 理论载畜量等反映区域草原生态系统本身支撑能力的状态指标，也有草地退化率、人口自然增长率等反映 人类对区域草原生态系统造成影响的压力指标。对于草原这种特殊的生态系统来说，人为响应对其产生 的影响不如农田生态系统强烈。同时，对于甘肃这样一个经济实力相对落后的省份来说，畜牧业发展基本 上处于一种“重利用，轻养护”的状态，人工草场面积小而且牧业投入也较低。根据熵权法得到的评价指 标权重中人为响应指标的权重正好也较低，尤其是牧业投入指标的权重最低，这与区域实际情况比较吻 合。因此，根据熵权法得到的甘肃牧区草原生态安全评价指标权重具有准确性和科学性。作为客观确定 评价指标权重的重要方法，熵权法在进行区域定量化评价研究中具有可行性。同时，也为区域生态安全评 价提供了新的评价手段和科学准确的分析方法。在相关领域也有一定的推广意义。 2．4 评价结果计算及分析 维普资讯 http://www.cqvip.com · 20· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第2l卷 在进行评价结果计算时，本文主要采用综合评价法。综合评价法是目前在环境污染综合评价研究、生 态环境质量评价等领域得到广泛应用的一种比较成熟的评价方法。该方法的评价模型为： 11 ESI=∑W；×C； i 式中：ESI为甘肃牧区草原生态安全评价综合指数；Wi为第i个因子的权重值；C 为第i个因子的标准 化值 j。根据此模型得到的甘肃牧区各县草原生态安全评价指标值(表2)。 甘肃牧区按照地域分布和行政区划又可细分为甘南牧区和河西牧区。甘南牧区主要包括碌曲、玛曲、 夏河3个纯牧业县和卓尼、迭部2个半牧业县。河西牧区则包括天祝、肃南、肃北、阿克塞4个纯牧业县。 从该评价结果看出，在甘肃牧区各县中，草原生态安全状况最好的是玛曲，其次是天祝和碌曲。究其原因 是这三县的自然状态较好，湿润度、海拔高度，草地覆盖率等权重较大的指标统计值均较高；而在甘肃牧区 草原生态安全评价压力指标中，权重较高的草地退化率、超载率、人类干扰指数等指标值均较低，从而导致 区域整体草原生态安全状况较好。同时，玛曲县“亚洲第一草场”的美称也在评价结果中得到了验证。 表2 甘肃牧区草原生态安全评价结果 Tab．2 The result of ecological security evaluation of grassland of Gansu 县名 评价指标值 排序 县名 评价指标值 排序 天祝 5．67 2 碌曲 5．41 3 肃南 4．28 5 玛曲 6．55 1 肃北 2．95 8 夏河 5．26 4 阿克塞 3．31 7 卓尼 4．03 6 迭部 2．27 9 从甘肃牧区整体上看，甘南牧区生态安全状况好于河西牧区。如甘南牧区的玛曲、碌曲、夏河的生态 安全状况都较好，而河西牧区只有天祝的生态安全状况较好，其余县生态安全状况不好。根据草原发生学 原理，水热因素是生物生存的基础，决定着植被和土壤发育，决定着草地资源的形成，决定着水一草一土一 畜草地资源系统的性质 』。河西牧区的水热组合情况使得生长其上的草地类型主要为温性荒漠类。温 性荒漠类的理论载畜量远不如甘南牧区的山地草甸类。而且河西牧区的自然环境状况也比甘南牧区更为 脆弱，在受到同样程度人为干扰时，要恢复其原有生态系统就相对困难。因此，其草原生态安全状况也略 逊于甘南牧区。 从牧业县和半牧业县角度来看，纯牧业县生态安全状况好于半牧业县。如甘南牧区的玛曲、碌曲、夏 河三县草原生态安全状况均明显好于卓尼、迭部两个半牧业县。分析其原因主要是：在农牧交错地带，人 类总是将更多的生产投入投向农业生产，而单纯从牧业生产中获取大量的生物资源，导致农牧交错地带的 草原生态系统长期处于一种能量逆差状态，其整体草原生态系统安全状况也是每况愈下。 3 结语 生态安全评价是现代生态经济学领域的一项重要研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。如何定量化评价区域生态安全状况，为 实现可持续发展提供参考是一个难点。本文在生态安全评价状态～压力一响应概念框架模型的指导下， 将熵权法与综合评价法有机结合来定量化测度区域草原生态安全，这在一定程度上丰富和发展了区域生 态安全评价方法。生态安全评价研究的重要性要求人类应用现有先进技术对生态安全现状进行准确评 价。熵权法在很大程度上解决了区域生态安全评价研究中无法科学准确确定评价指标权重的问题，减少 了专家确定权重过程中的人为影响，使得到的评价指标权重及评价结果能够更为准确地反映研究区域的 客观实际情况，从而为区域生态环境管理提供决策依据。 参考文献 [1]赵军，胡秀芳．区域生态安全与构筑我国2l世纪国家安全体系的策略[J]．干旱区资源与环境。2oo4(2)：1—4 [2]赵军，胡秀芳．我国区域安全建设的思考[J]．生态经济 ，2OO4(4)：47—48． [3]邱蔻华．管理决策与应用熵学[M]．北京：机械工业出版社，2002． [4]邱东．多指标综合评价方法的系统分析[M]．北京：中国统计出版社。2003． [5]甘肃省地方史志编纂委员会．甘肃省志 -畜牧志(第 2l卷)[M]．甘肃人民出版社，1991． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 贾艳红等 熵权法在草原生态安全评价研究中的应用 ·2l· [6]张志强，等．甘肃省生态建设与大农业可持续发展研究[M]．北京：中国环境科学出版社，2001 [7]左伟．区域生态安全评价指标体系选取的概念框架研究[J]．土壤，2003(1)：2—7． [8]甘肃省草原总站．甘肃草地资源[M]．甘肃科学技术出版社，1999． [9]许鹏．草地资源调查 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 学[M]．北京：中国农业出版社，2000． The Application of Entropy----right Method to the Study of Ecological Security Evaluation of Grassland — — A Case Study at the Ecological Security Evaluation of Grassland to Pastoral Area of Gansu JIA Yan—hong ， ZHAO jun ， NAN Zhong—ren ， ZHAO Chuan—yan。 (1．Resource and Environment Institute of Lanzhou University，Lanzhou 730000； 2+Development and Application Research Center of GIS，NWNU，Lanzhou 730070； 3．Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute，China Academy of Sciences，Lanzhou 730000。China) Abstract This research applied Entropy——fight Method and a comprehensive appraisal model to confirm every weight of indexes and calculate the result of evaluation，and taking the pastoral area of Gansu as an example under the guidance of model of ecological security evaluation，namely，State—Pressure—Response．The result indicated that conclusion of evaluation was identical with the regional actual situations，which proved this method was sci— entific and applicable in this field．The Entropy—fight method was used to confirm the weight of indexes，which resolved the problem of many indexes had not uniform standard，and reduced the disturbance of subjectivity in the course of appraising while studying，and could reflect more objectively the contribution of every index to re— gional ecological security．Th e method offered a new research means and idea to evaluate regional ecological SC— curity quanti6cati0na11y and had certain practical value and popularized meaning in the correlative field． Key words：Entropy—fight Method；ecological security evaluation；grassland；pastoral area of Gansu 维普资讯 http://www.cqvip.com