基于属性理论的北京市城市生态系统健康评价姓名学号课程课程指导老师导师王静201421180025城市生态规划学徐琳瑜刘新会基于属性理论的北京市城市生态系统健康评价摘 要：生态系统健康是生态学领域的研究热点之一。城市生态系统是城市社会 经济发展的基础和载体，具健康状况直接影响到城市的可持续发展。本文从复合 生态系统的角度，构建自然-社会-经济复合生态系统的城市生态系统健康评价 指标体系，并应用属性理论建立了城市生态系统健康属性综合评价模型。在此基 础上，将该方法应用于北京市的实证研究中。结果表明，北京城市生态系统现状 属于一般健康类，其评价结果与实际情况大体吻合。采用属性理论综合评价方法 能有效反映城市整体健康状况，具有一定的理论价值和可操作性，为促进城市生 态系统健康发展、实施城市生态系统健康管理提供参考依据。关键词：城市生态系统；健康评价；属性理论；评价模型1引言生态系统健康是20世纪80年代末在可持续发展思想的推动下发展起来的一 门新学科，它为生态系统的利用、保护与管理提供了新的理论与方法。随着对生 态系统健康的研究的深入，众多学者对生态系统健康概念、生态系统健康的影响 因子及评价指标的选择和方法等方面进行了广泛的研究，目前生态系统健康已 成为生态学领域的研究热点之一。城市是人类社会、经济、文化发展的产物，城市生态系统是城市经济持续发展的重要基础和载体，但同时也是生态系统中最为 复杂的类型，是人为扰动最为强烈的特殊生态系统。特别是随着工业化、城市化 的快速发展，工业和人口大规模集聚，必然会给城市带来一系列的生态环境问题， 城市生态系统健康正面临日益严峻的考验。近年来，关于城市生态系统健康的研 究发展逐渐增多，并取得了一系列成果。但城市城市生态系统是一个社会一经济 一自然的复合系统，由于系统的复杂性，其中不确定性因素广泛存在，因此对于 城市生态系统健康评价的方法与实践的探索仍需要进一步深入，特别是建立一套相对科学完整的评价指标体系、评价方法和评价标准，以此作为衡量城市生态系 统健康水平的标尺，为城市生态系统实施可持续管理和合理利用、 保护与改善及 实现城市生态与经济社会的协调发展提供科学依据。2理论基础与研究方法2. 1关于属性理论属性是对事物或自然现象的定性描述，为了定量地研究属性，测量属性，程乾生提出了属性集、属性测度等概念，并建立了属性数学模型。属性理论是对事物或自然现象属性的定性描述进行定量化研究的数学理论，属性综合评价系统是在属性集和属性测度理论的基础上提出的对实际问题的定性描述进行度量的一 种属性识别理论模型。该模型由单指标属性测度分析、多指标综合属性测度分析、 属性识别分析及评分准则组成。属性综合评价模型可描述为，对研究对象空间乙 在其任一元素X ,都具有m个指标，由指标集I= Ii, I2, ?, Im来表示，且Z中元 素有评价类Ci,C2, ?, Ck,组成评彳介类集C,其中评价类满足Ci n Ci= ,iwj, k Ci=F,F为X的某类属性空间，C1,C2, ?,Ck为F的分割。其中，第一类评价i 1问题是：已知样本集Xi, X2, ?, Xn中各样本Xi的评价类Xi Ck及各指标的测量 值Xij ,对于新样本Xn+1,在已知其各指标测量值 Xn+1,j的条件下，判断Xn+1属于 哪一个评价类。第二类评价问题是：已知指标分类标准即指标评价类Ck的中心值（或值域区间）和样本集 X 1, X2, ? , Xn中各样本Xi的指标测量值Xij ,判断Xi 属于哪一个评价类。对于城市生态系统这一具体对象，其统健康评价是对事物属性（质量或健康） 定性描述进行定量化研究的问题。其研究对象空间Z=城市的集合, X1, X2, ?, xn为Z中n个城市，属性空间F=健康度,F分为5个评价类，C1=疾病, C2=亚健 康, C3=一般健康, C4=较健康, C5=健康,这5个评价类（即5个属性集）构成 了 F的一个弱序分割类（C1C2C3C4C5），即C1, C2, ?, Ck , ?, C5为属性空间F 的一个有序分割类，它是一个有序分割类的识别问题，从而判断城市Xi属于哪一 个评价类，因此城市生态系统健康评价问题可以采用属性综合评价模型。2.2 评价指标体系城市生态系统是一个庞大的系统，涉及到自然环境、社会、经济和文化等各 方面因素，对它进行健康状况评价不可能包罗无遗。为了综合反映城市生态系统 的本质属性特征，需建立包含主要影响因素的综合性指标，即建立科学、规范的评价指标体系。在选择和设计评价指标时，不仅要遵循客观性、科学性、完整性、代表性等普遍性原则，还应遵循以人为本、层次性、区域性、可比性与动态性原则。同时，结合目前的研究成果，本文从自然生态、社会生态与经济生态3个子系统来建立城市生态系统健康的评价指标体系，以此能较完整地反映城市的生态 系统健康状况。评价指标体系见表1所示。表1城市生态系统健康评价指标体系及评价标准、北京市相关数据（2008）系子要素指标层指评价类北京统系层标数据层统 层权 重疾病亚健康健康较健康很健 康十自自然生物丰度指数0.067 75r 70 n然生态绿化覆盖指数0.067 7543.50生状况人均占有水资源量0.033 8000205.5态（m 3/人）子人工城市生活污水处理率（%）0.083 8078.9系环境万人拥后公交车辆数（百）0.050 3012.69统状况用气普及率（%）0.033 9587城社社会恩格尔系数0.044 0. 60. 50. 60. 3 0. 50. 20. 3 5453423 4 3603436080023 800120012 12001800 18000.10331684系状况（人/万）生统人口自然增长率（%）0.067 858351.5 3 1. 53.42人群人均期望寿命0.067 8078健康城市饮用水源水质0.044 9587态状况达标率（%）经经济第二产业占GDP比重（）0.044 7073.25济结构高新技术产业增加值占0.067 357.2系生工业比重（ ）态经济人均GDP（万元）0.033 176.3子水平GDP平均土曾长率（%）0.033 1012.13统系固定资产投资（亿）0.022 1003848.5统人均生活用水量（升/0.022 300242.5日人）经济单位土地GDP产出率0.056 106.7效率（力兀/ km2 ）单位GDP能耗0.056 21.521 1.50. 7 1 0. 50.6732（吨标煤/万元GDP）2.3 指标权重及评价标准由于不同的指标要素对生态系统健康的作用与影响程度不一样，因此需要对参评指标进行权重系数测定。在专家评估系统的基础上，采用层次分析法（AHP法） 确定每个层次、每个要素指标的权重（表1）。经层次总排序一致性检验，判断矩 阵具有满意的一致性。如经层次总排序一致性检验，CR=CI/RI=0.00530.10，指标体系的权重判断矩阵具有满意的一致性。同时，如何选择恰当的指标评价分类标准 aijk（第i个城市中第j个指标的第 k级健康评价标准）是决定评价是否合理的关键。由于目前尚缺乏关于生态系统 健康评价的统一标准，为此参照国家或国际标准以及国际或国内公认的生态城 市、园林城市、环保模范城市标准来制定健康的指标标准值,并结合现状值作趋 势外推，以此确定健康的指标标准值。共将城市生态系统健康指标评价标准划分 为5个等级，即健康、较健康、一般健康、亚健康、疾病。具体的分级标准值及 参照标准见表1。2.4 评价模型根据腐卜t理论，属性综合评价模型由单指标属性测度分析、多指标综合属性 测度分析、属性识别分析及评分准则三部分组成。（1）单指标属性测度设第i个城市的生态系统第j个指标测量值（或计算值、实测值）xij, “xijCck” 表示xij属于第k类ck,即具有属性ck的属性测度uijk=L（xij ck）,其中1i n,10j21,1 &k&5,满足：Uijk 1（ 1）k 1属性测度计算是属性数学方法的关键，由于各指标评价时其属性测度的变化 基本上是呈非线性分布，因此采用非线性分布的属性测度函数的评价精度要高于 线性函数，其中正态分布函数的应用较为广泛，为此选择正态分布函数作为属性 测度函数。设aijkaijk+1为第i段城市生态系统第j个指标的第k级评价分类标 准取值区间，令aijk bijk=一aijk2cijk =aijk aijk 12 Jn 2同时,评价指标与生态系统健康还存在正逆两种关系，对正向指标（指标值越大越健康，aj0aij1?ajk?aij5）和负向指标（指标值越大越不健康，ai