毕业设计（论文）基于熵值法的广东城市生态系统健康水平空间差异分析.doc

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1、目录1引言21.1研究背景及意义21.2国内研究进展22广东各城市城市生态系统健康水平的测度与评价方法32.1广东省区域概况32.2指标体系的构建42.3评价方法52.4数据来源62.5权重结果73广东省综合城市生态系统健康水平差异分析83.1广东省各城市生态系统健康水平空间分异83.2广东省各地级市生态系统健康水平分级评价104.结论与讨论10参考文献12致谢141引言1.1研究背景及意义改革开放以来，随着工业化和城市化的快速发展，中国的城市快速发展的同时，城市的城市环境问题也日趋突出，比如最近热门的雾霾问题。从而，越来越多的学者关注到了城市的生态系统健康水平评价。由于城市是一个包括了自然、

2、社会和经济在内的复杂的生态系统，所以，运用城市地理学、生态系统学和系统分析等理论对城市进行生态系统健康水平评估，对于城市的科学管理和相关的生态恢复是必要的，也有利于改善城市生态系统的环境质量和提高城市生态管理水平。为此，针对广东省的特点和情况，本文旨对2012年广东21个城市的生态系统健康水平进行评价和分析。1.2国内研究进展 目前，国内许多学者运用数学模型构建评价指标体系来评价城市生态系统健康水平，也称为系统指标评价方法。李艳利1主要采用采用层次分析与模糊数学相结合的方法构建了城市生态系统健康评价体系，通过层次分析法确定各指标的权重，然后采用模糊综合评价方法来建立评价模型，对20002006

3、年间焦作市的城市生态系统健康进行评价。陈颍2则选取客观赋权法中的熵值法来确定各指标的权重；运用模糊数学方法对20052010年甘肃省河西五市的城市生态系统健康水平分从纵向和横向进行比较。郭秀锐3则采用主成分分析方法定量刷选初试指标，用过定性和定量分析相结合的方法，建立城市生态系统健康评价指标，同时采用模糊数学方法建立城市生态系统健康评价模型，构建成完整的评价方法以广州市为例进行城市生态系统健康评价的实证研究。邬洁4则是采用主成分分析和层次分析相结合的方法构建了城市生态系统健康水平指标体系，通过层次分析法得到权重，主成分分析法进一步得到各指标的具体权重，最后通过数学模型对城市生态系统健康进行评价

4、。刘耕源5采用能值分析方法构建了城市生态健康能值指标，将EUEHI应用于包头城市生态系统健康评价中；而李恒6等采用能值分析方法构建了城市生态系统健康能值改良指标，用于合肥市生态系统的健康评价刘明华、董贵华7利用多元数据（遥感影像、环境监测和社会统计数据）的综合集成，通过压力状态响应模型框架构建了城市生态系统健康评价的指标体系，以秦皇岛为例进行城市生态系统健康评价。张晓琴、石培基8同样也是通过压力状态响应模型来构建城市生态系统健康的指标体系，但是他们运用因子分析法确定主要目标及权重，同时结合模糊优选理论模型进行健康评价。吴治花9采用PSR的扩展模型驱动力压力状态响应控制（DPSRC）模型来构建城

5、市生态健康评价指标体，以辽宁省各城市为评价单元进行评价。官冬杰10则从影响城市生态系统健康的因子（尤其是胁迫因子）的角度出发，建立了一套相对完整的评价指标体系和评价方法。魏婷11针对港湾地区城市发展进程中的快速、大规模变化等特征，采用突变级数法对厦门市升天系统健康进行了定量和动态趋势分析。2广东各城市城市生态系统健康水平的测度与评价方法2.1广东省区域概况广东省地处中国大陆最南端。东临福建省，南临南海，珠江口东西两侧分别与香港。澳门特别行政区接壤，西南部雷州半岛隔琼州海峡与海南省相望，西连广西，北接江西省和湖南省。全境位于北纬20092531和东经1094511720之间，在气候上，广东省属于

6、东亚季风区，从北到南分别为中亚热带、南亚热带和热带气候。广东省地形主要平原和低山丘陵为主，平原重要有珠江三角洲平原、潮汕平原。南岭东西走向横跨广东省北部。在自然资源上，广东省的土地资源相对较缺乏，水资源相当丰富，动植物种类繁多，海洋资源十分丰富，金属资源相对丰富。广东省下辖21个地级市，其中珠三角：广州、深圳、佛山、东莞、中山、珠海、江门、肇庆、惠州；粤东粤北粤西：汕头、潮州、揭阳、汕尾、湛江、茂名、阳江、韶关、清远、云浮、梅州、河源。广东省2010年11月1日广东省常住人口为104303132人，56个民族成分齐全。广东自古就是中国海上贸易和移民出洋最早、最多的省份，近代以来逐渐发展成为重点

7、侨乡。1978年，广东省在全国率先实行改革开放政策，促进了经济快速协调发展，已成为中国第一经济大省，经济最发达、具市场活力和投资吸引力的地区，但地区经济发展不平衡，珠江三角洲经济区经济发达，粤东、粤西、粤北地区经济发展水平比价落后。改革开放以来，广东省的经济建设和城市化进程加快，城市发展水平的快速升高，许多城市都相应出现了城市生态系统的健康状态出现了问题，简称“城市病”。比如人口猛增、生态失衡、资源锐减以及环境污染，这些城市生态系统的健康问题将会阻碍和制约广东省城市生态系统的健康发展，从而影响广东身构建幸福广东。2.2指标体系的构建2.2.1指标体系的构建由于城市生态系统是一个包含了自然、社会

8、和经济的复杂生态系统，而系统指标评价方法又是一种将城市生态系统健康水平进行量化的的方法。所以在指标的体系的构建上，遵循国内主流研究方向和研究的原则，先构建五个大方面的一级指标，分别是城市活力、城市组织结构、城市恢复力、城市生态系统服务功能、城市人群健康状况。在结合广东省21个地级市的特点和具体情况，在5个一级指标上构建18个二级指标，具体指标见表1。 表1 测评指标及权重目标层一级指标二级指标单位指标类型城市生态系统健康水平测度活力指标城乡居民可支配收入元+单位GDP能耗t(标准煤)/万元各市GDP增长率%+人均GDP万元+组织结构指标城市化水平%+第三产业比重%+人均公园面积人/km+人口密

9、度m/人恢复力指标城镇污水处理率%+城镇生活垃圾无害化处理率%+生态系统服务指标城镇居民人均工资元+城镇登记就业率%+公路通车里程数Km+每万人拥有私家车数辆/万人人群健康状况指标每万人拥有卫生作人员数人/万人+各市居民消费价格总指数各市普通中学毕业生率%+各市公共图书馆数座+2.2.2指标体系选取说明由于城市生态系统是一个包括了自然、社会和经济的复杂的生态系统以及广东省21个城市的特点和具体情况，14个二级指标的选取目的如下：第一个一级指标：活力。活力指的是城市的生产功能，主要体现城市的物质的生产能力，包括一个城市经济水平和经济效率两个方面。对于城市的经济水平高低的衡量，本文选取城市年GDP

10、增长率、城市人均GDP和城乡居民可支配收入三个方面来反映，对于城市的经济效率高低的衡量，本文选取城市单位GDP能耗来反映。第二个一级指标：组织结构。一个城市的生态系统的组织结构主要包括城市经济结构、城市社会结构和城市自然结构。首先，选取了城市化水平来反映城市的总体组织结构；对于城市生态系统的经济结构，本文选取三大产业中的第三产业的GDP来反映；对于城市生态系统的社会结构，本文选取城市的人口密度来反映；对于城市生态系统的自然结构，本文选取人均公园绿地面积来反映。第三个一级指标：恢复力。城市的恢复力是一个比较复杂的能力，在测量上是非常困难，同时也比较困难用可直接测量的指标来反映一个城市的恢复力。城

11、市生态系统是一个比较偏向于人工的生态系统，本身的自我调节能力没有自然生态系统强，城市生态系统主要还是依靠人工管理来进行自我调节。因此,本文选取工业固体废物综合利用率、生活垃圾无害化处理率来反映广东省各生态系统恢复力第四个一级指标：生态系统服务。生态系统服务主要指的是城市生态系统能够提供的服务功能。本文主要选取城镇居民人均工资、城镇登记失业率、公路通车里程数、各市每万人拥有私家车数来体现。第五个一级指标：人群健康状况。人群的健康状况主要体现在人群的身体健康和人群的心理健康两个方面面。对于人群的身体健康，本文选取居民消费价格总指数、每万人拥有卫生工作人员数来反映广东省各城市人群身体健康状况；对于人

12、群的心理健康，本文选取普通中学毕业生率和各市公共图书馆数来反映广东省各城市人群心理健康状况。2.3评价方法采用复合指标法对城市生态系统健康水平进行测度，采用极差法对各指标数据进行标准化，采用熵值法确定每一年数据的二级指标的具体权重。2.3.1标准化处理由于评价指标体系中的二级指标的物理量量纲各不相同，计算时会比较麻烦，所在要对二级指标中进行标准化处理。这里进行无纲量化处理。采用极差法对原始数据进行标准化处理，具体公式如下式中，Yij为样本城市i指标j的标准化值；Xij为样本城市i指标j的原始数值Xmin，Xmax分别为样本城市指标j的最小值和最大值。其中经处理的Yij越大，则其产生的影响越大。

13、当指标i为逆指标时候，标准化数据Yij=Yij（-1）。2.3.2熵值法求权重2.3.2.1 计算第j项指标下第个方案占该指标的比重2.3.2.2计算第j项指标的熵值2.3.2.3 计算第j项指标的信息熵值冗余度。对于第项指标，指标值的差异越大，对方案评价的作用越大，熵值就越小 ， 则：越大指标越重要2.3.2.4 求权重2.3.2.5计算各个指标的综合指数2.3.3城市生态系统健康综合水平测度将原始指标标准化后，按照熵值法确定的权重，计算广东第i个样本城市生态系统健康水平的综合指标值为：。城市生态系统健康水平综合指数越大,表示该城市生态系统健康水平越健康,反之,则越不健康.2.4数据来源相关

14、计算及直接采用的原始数据主要引自2010年、2011年、2012年、2013年广东省统计年鉴。2.5权重结果首先，通过极差标准化对2010年、2011年、2012年、2013年的18个指标数据继续标准化处理。然后，再采用熵值法对标准化后的数据进行确定权重。18个指标2010年、2011年、2013年、2013年的权重如表2表2 18个指标各年的权重值2009年2010年2011年2012年城乡居民可支配收入0.0446957830.0935429010.0944095250.101734204单位GDP能耗0.1118507530.0739251290.0831156930.096409517

15、各市GDP增长率0.0069105740.0199142690.0180110980.018823689人均GDP0.0489225990.0986920080.1043540580.115079598城市化水平0.0248777120.0609657820.0697253550.085247242第三产业比重0.0221813480.0529674010.0331702650.029701237人均公园面积0.0996180950.0819136920.065714670.082169089人口密度0.0914580650.1255564990.1362318520.082169089城镇污

16、水处理率0.0275583410.029225980.0311685220.003082581城镇生活垃圾无害化处理率0.032644990.0157073110.0140625080.014682793城镇居民人均工资0.0540844580.0735263190.0717904480.069987078城镇登记就业率0.110917840.0375857740.0359512410.043603188公路通车里程数0.0380194250.0512605250.0551731120.061352548每万人拥有私家车数0.037374740.0617323070.0628148460.07

17、0010776每万人拥有卫生作人员数0.0423111780.0401992610.0393907720.045444313各市居民消费价格总指数0.0476576340.0272480760.0247803520.01993132各市普通中学毕业生率0.0733762170.0362380690.0383630980.033964764各市公共图书馆数0.0855402460.0197986980.0217725860.0266069743广东省综合城市生态系统健康水平差异分析3.1广东省各城市生态系统健康水平空间分异表3 广东各城市的城市生态系统健康水平综合指数排名经过一系列指标的测度后,

18、广东21个地级市的城市生态系统健康水平如表3所示。城市2009年2010年2011年2012年综合指数排名综合指数排名综合指数排名综合指数排名广州0.51263 10.43403 10.38258 10.42563 1深圳0.28731 20.29799 30.27060 30.41059 2珠海0.23408 40.31701 20.28536 40.30739 3汕头0.09255 170.05447 200.07727 170.12857 13佛山0.23459 30.25305 60.19996 80.28592 5韶关0.17152 130.16844 100.15101 110.1

19、3118 12河源0.17349 120.12297 150.13721 120.11263 16梅州0.21536 60.13382 140.12611 140.12748 14惠州0.17575 110.19933 80.21105 70.21005 7汕尾0.06517 190.05476 190.06453 210.10880 17东莞0.21333 70.28298 40.24484 50.29254 4中山0.19460 80.24461 70.21480 60.28235 6江门0.23212 50.19437 90.18903 90.19446 8阳江0.14040 150.1

20、4159 120.12822 130.13916 11湛江0.18991 90.14366 110.18600 100.15735 10茂名0.16309 140.08808 160.08896 160.08871 18肇庆0.18480 100.26610 50.28713 20.16563 9清远0.1246 160.14070 130.12576 150.12380 15潮州0.09113 180.06105 180.06991 200.05148 21揭阳0.05743 210.05094 210.07513 190.07283 19云浮0.06192 200.07692 170.07

21、541 180.05896 20从表2可以看出，从2009年到2012年广东省21个地级市之间的城市生态健康水平的综合指数值的相差甚大，排在前列的城市的综合指数值几乎是排在后列的城市的综合指数的8到9倍。而且分别计算2009年、2010年、2011年、2012年广东省21个地级市的城市生态系统健康水平综合指数的标准差，也得出了广东省21个地级市的城市生态系统健康水平的综合指数的数据离散程度较大。从中可以看出：广东21个地级市城市生态系统健康水平空间差异性大。另外，从2009年到2012年广东省各城市生态系统健康水平的总体排名变动幅度不大。其中综合指数排名比较前列的主要有广州、深圳、珠海、佛山、

22、中山、东莞；这些地区都位于珠江三角洲经济区；综合指数排名比较靠后的主要有汕头、汕尾、揭阳、云浮、潮州。这些地方都位于广东省的粤东粤西粤北地区。从中可以看出，广东省城市生态系统健康水平空间分布不均匀。从五个一级指标上来研究主要原因是：第一、在城市活力指标上，根据表4广东省城市的城市生态系统健康城市活力指数排名可以看出，珠三角地区的城市活力指数基本为正值，而非珠三角地区城市的城市活力指数基本为负值，从而说明了珠三角地区城市的活力比粤东粤西粤北地区更好。主要表现在城市人均GDP和城市单位GDP能耗；而粤东粤西粤北地区的人均GDP较低，城市单位GDP能耗较高。所以，粤东粤西粤北地区需要大力发展经济，提

23、高城市人均GDP；另外需要加大科学技术研究，降低城市单位GDP能耗，促进城市生态系统健康发展。表4 广东城市的城市生态系统健康城市活力指数排名城市2009年2010年2011年2012年综合指数排名综合指数排名综合指数排名综合指数排名广州0.07974 20.17504 20.16843 20.18489 2深圳0.09692 10.19628 10.19302 10.21924 1珠海0.05889 50.14046 50.14076 30.14924 3汕头0.00472 90.02292 110.02409 120.02732 12佛山0.06385 40.14914 30.13689

24、40.14457 4韶关-0.09369 21-0.03386 21-0.03697 19-0.04415 20河源-0.02212 15-0.00923 16-0.00626 15-0.00766 15梅州-0.05943 17-0.02616 19-0.02721 17-0.03812 17惠州0.00427 100.07349 70.06241 70.06637 7汕尾0.00850 80.02174 120.02185 130.02830 11东莞0.06511 30.14603 40.12458 50.13324 5中山0.05112 60.11679 60.11477 60.125

25、15 6江门0.01380 70.06146 80.05905 80.05864 8阳江-0.00410 120.02439 100.03090 100.03294 9湛江-0.00063 110.01790 130.02531 110.02504 13茂名-0.04683 16-0.00854 15-0.01628 16-0.01530 16肇庆-0.01017 130.03064 90.03421 90.03249 10清远-0.06930 20-0.01083 17-0.04461 21-0.05348 21潮州-0.06008 18-0.02571 18-0.03561 18-0.04

26、309 19揭阳-0.02160 140.01059 140.00572 140.00123 14云浮-0.06478 19-0.02933 20-0.03732 20-0.04117 18第二、在城市组织结构上，珠三角地区城市的组织结构比粤东粤西粤北地区更加完善，主要表现在第三产业上珠三角地区的第三产业比重大于粤东粤西粤北地区；但是珠三角地区的人口密度方面没有粤东粤西粤北地区科学合理，珠三角地区人口稠密，特别是深圳市的人口密度几乎是一些地级市的两倍以上。所以人多地少制约着珠三角地区城市生态系统健康更好地发展。所以，珠三角地区地区需要科学合理管理人口，对人口进行合理分流和疏散；而非珠三角地区这

27、需要加快产业升级，提高第三产业的比重。第三、在城市恢复力、城市生态系统服务、人群健康状况上，珠三角由于凭借雄厚的经济基础、完善的基础设施和先进的科学技术，珠三角地区的城市恢复能力明显强于非珠三角地区；珠三角地区的生态系统服务业较为完善；珠三角地区的人群健康状况也相对良好，特别是每万人有用卫生工作人员数远远高于非珠三角地区。但是，珠三角地区的每万人拥有私家车数也远远高于其他非珠三角城市，所以珠三角地区应该科学合理控制私家车的数量，大力发展公共交通。3.2广东省各地级市生态系统健康水平分级评价以表3为基础,可以将广东省21个地级市城市生态系统健康水平等级分为四个等级：第一等级、第二等级、第三等级、

28、第四等级。第一等级的城市主要是指综合指数排名较稳定地排列在前三的，分别是：广州、深圳、珠海。第二等级的城市主要是指综合指数排名较稳定排列在第四到第十名的，分别是：佛山、中山、东莞、肇庆、惠州、湛江、惠州。第三等级的城市主要是指综合指数排名较稳定排列在第十一名到第十五名的，分别是：韶关、河源、梅州、阳江、清远。第三等级的城市主要是指综合排名较稳定排列在第十六名到第二十名的，分别是：汕头、汕尾、茂名、潮州、揭阳、云浮。从第一等级、第二等级、第三等级、第四等级的分等级城市来看，广东省21个地级市城市生态系统健康水平在空间上的具有相关的区域性，第一等级的是核心珠三角地区，第二等级则是非核心珠三角地区，

29、第三等级和第四等级则是粤东粤西粤北地区。4.结论与讨论 通过构建以城市活力、城市组织结构、城市恢复力、城市生态系统服务、城市人群健康状况为主，包含18个二级指标的城市生态系统健康评价指标，采用熵值法确定各个二级指标的权重，最终算出2009年到2012连续四年广东省21个地级市的城市生态系统健康水平的综合指数，通过对比分析广东省21个地级市的城市生态系统健康水平的空间差异，得出以下结论：（1）广东省21个地级市的城市健康水平空间差异性大，分布不均匀。广东省21个地级市之间的城市健康水平的综合指数值标准差较大，离散程度较大，说明广东省21个地级市的城市健康水平空间差异性大。（2）通过比较广东省21

30、个地级市的城市生态健康水平的综合指数的排名，排名比较前列主要为珠三角地区，排名比较后的则是粤东粤西粤北地区，说明了珠三角地区的城市生态系统健康水平相对比较良好，而非珠三角地区的城市生态系统健康水平相对较差，广东省21个地级市的城市生态健康水平空间分不均匀。（3）通过对广东21个地级市的生态系统健康水平的分级评价，将广东省21个地级市城市生态系统健康水平分为四个等级，再跟广东省的发展想比较，发现广东省21个地级市的城市生态系统健康水平在空间上具有相关的区域性。 本文在广东省城市生态系统健康水平进行评估分析中存在着需要改进的不足之处：首先，本文没有综合考虑各要素之间的相互作用问题。城市生态系统是一

31、个包括社会、经济、自然的复合生态系统，各个要素都不是孤立地存在，各要素之间是相互影响与相互联系的，所以在评价中需要综合考虑各指标之间的相互作用的问题。然后，在对城市生态系统健康评价中，标准化方法和指标赋权是该综合评价的核心，本文采取的极差法来进行标准化数据处理也存在不足：很难判断该指标是正指标还是逆指标。最后，本文评价结果和结论只是李永乐一些简单的图表来反映，论据和论证方法相对比较单挑乏力。如果能够结合GIS技术来分析，效果会更好。 参考文献1李艳利，李东艳，李艳粉.层次分析法与模糊综合评价法在城市生态系统健康评价中的应用J.广州环境科学.2009年（第24卷第3期）：39442陈颖.城市生态

32、系统健康评价研究以甘肃省河西五市为例D.西北师范大学，2013年5月3郭秀锐.城市生态系统健康评价以广州市为例D.北京师范大学，2003年6月4 邬洁.河南省城市生态系统健康评价D.河南农业大学，2006年6月5刘耕源，杨志峰，陈彬，张妍，张力小.基于能值分析的城市生态系统健康评价以包头市为例J.生态学报.2008年（第28卷第4期）：172017306李恒，黄民生，姚玲，陈诗吉.基于能值分析的合肥城市生态熊健康动态评价J.生态学杂志.2011年（第30卷第1期）：1831887刘明华，董贵华.城市生态系统健康评价指标体系的构建以秦皇岛生态系统为例J.中国疗养医学.2004年（第14卷第3期）

33、：1611648张晓琴，石培基.基于PSR模型的兰州城市生态系统健康评价研究J.干旱区资源与环境.2010年（第24卷第3期）：77829吴治花.辽宁省城市生态系统健康评价D.辽宁师范大学，2009年6月10官冬杰，苏维词.城市生态系统健康及其评价指标体系研究J.水土保持研究.2006年（第13卷第5期）：707311魏婷，朱晓东，李杨帆.基于突变级数法的厦门城市生态系统健康评价J.生态学报.2008年（第28卷第12期）：63126320 12桑燕鸿，陈新庚，吴仁海，彭晓春.城市生态系统健康综合评价J.应用生态学报.2006年（第17卷第7期）：12801281 13李渊妮.广州市城市生态系

34、统健康评价研究D.华南师范大学，2005年6月 14周文华，王如松.基于熵权的北京城市生态系统健康模糊综合评价J.生态学报.2005年（第25卷第12期）：32443241 15胡碧玉，胡昌升，郭郡郡.基于熵权的川北城市生态健康综合评价j水土保持研究.2010年（第17卷第6期）：154159 16郭锐利，郑钦玉，刘娟，李美荣.基于熵值法和GM(1，1)模型的重庆城市生态系统健康评价J.2012年（第32卷第6期）：11481142 17周云凯，白秀玲，吕晓龙.开封市生态系统健康动态变化研究J.地域研究与开发.2012年（第31卷第5期）：162165 18曾勇，沈根祥，黄沈发，王敏.上海城市

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