指标标准化方法案例研究论文

黄娟1 刁承泰1，2，3 刘雪1

（1.西南大学地理科学学院，重庆，400715；2.西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆，400715；3.西南大学三峡库区经济社会研究中心，重庆，400715）

摘要：从城市土地持续利用概念出发，对城市土地利用系统进行定量的科学评价。主要从土地生产性、生产稳定性、资源环境保护性、经济可行性和社会可接受性5个方面建立了城市土地持续利用评价指标体系，并利用数学方法对其进行了初步研究。以重庆市为例，对城市从 2000～2004年土地持续利用情况进行了纵向综合分析评价。结果表明，重庆市土地持续利用水平在加速增长。针对评价结果，对重庆市城市土地持续利用中存在的问题进行了分析，提出了促进城市土地持续利用的几项措施。

关键词：城市土地持续利用；指标体系；协调度函数法；纵向综合评价

我国目前正处于城市化的起飞阶段，从1978～1998年，我国城市数由223个增至668个，城市化水平也从提高到［1］。城市化水平的提高带动了我国经济的快速发展，也解决了我国农村大量剩余劳动力。但当前由于体制和管理的原因，我国的城市化过程中存在着城市规模非理性增长、土地利用效率低、土地利用结构不合理、土地闲置情况严重、环境质量下降以及没有处理好公平问题等情况。

我国发表的《中华人民共和国21 世纪议程》关于“促进稳定的人类居住区的发展”一章为人类居住区可持续发展提出了8个方面的具体内容：①为所有人提供足够的住房；②改善人类居住区的管理，其中尤其强调了城市管理，并要求通过种种手段采取有创新的城市规划，解决环境和社会问题；③促进可持续土地使用的规划和管理；④促进供水、下水、排水和固体废物管理等环境基础设施的统一建设；⑤在人类居住中推广可循环的能源和运输系统；⑥加强多灾地区人类居住区的规划和管理；⑦促进可持久的建筑工业活动行动的依据；⑧鼓励开发人力资源和增强人类住区开发的能力。上述8个方面，实际上在对人类居住区的持续发展提出了具体要求的同时，也对人类居住区土地的持续利用提出了相应要求。因为人类居住区的持续发展、城市的持续发展和城市土地利用系统持续发展是息息相关的。

我国在城市土地利用过程中实现自然条件的适宜性、经济有效性、社会可接受性、公平性和生态环境质量持续稳定或好转，并保持城市土地利用系统的合理状态在时间上有序延伸，就是我国城市土地利用系统持续发展的基本概念［2］。本文对城市土地利用系统进行定量的科学评价，主要从土地生产性、生产稳定性、环境资源保护性、经济可行性和社会可接受性5个方面建立了城市土地持续利用评价指标体系，并利用数学方法对其进行了初步研究，以重庆市为例，对城市土地持续利用情况进行了纵向分析评价。

1 构建城市土地持续利用评价指标体系

评价指标体系的构建原则

建立评价指标体系实际上是在充分分析被评价对象的基本结构和特征的基础上，从某种层面上模拟评价对象的运行机制。一个客观的土地利用系统，本身就是科学、全面和动态的，因此，评价指标体系的设计既要符合评价体系的一般原则，又要概括被评价对象的基本结构和特征［2］。

科学性

为了保证评价结果符合客观实际，指标体系将建立在科学基础上，采用能够充分反映土地持续利用的内在机制的分析模型，提出能够反映城市土地持续利用的涵义和目标实现程度的指标，尤其注意建立各指标间的逻辑关系。

全面性和系统性

持续利用是对一个系统全面的要求，指标体系将能够全面地反映城市土地持续利用的各个方面，包括人口、资源、环境和经济、社会诸方面及其协调性，使得评价目标层、准则层、指标层和元指标层构成层次分明的有机整体。

动态性

城市土地持续利用既是一个目标，又是一个过程。因此，指标体系的建立将具有动态模拟性。动态指标综合反映城市土地持续利用的现状特点和趋势。

代表性和简洁性

指标的选取应强调典型性、代表性，避免选入意义相近、重复或可由其他指标组合而来的导出性指标，使指标体系相对简洁易用［3］。

可获得性

在指标选取中，要注意指标的可操作性，即注重所选择指标在现有的技术经济条件下能够被获取。

可比性

可比性要求体系内部各个指标之间的可对比性，可比性是得到准确结果的基础和先决条件。

指标体系的构建

指标体系的构成有几种方法，如 PSR 方式，系统分析方式，目标分解方式，可持续利用三效益分析方式等等，这里选取目标分解方式来构建评价指标体系。为了从总体上把握和设定评价的基本要点，根据指标体系建立的一般性原则和城市土地持续利用评价的基本目标，设计评价指标体系的基本框架。该框架遵照 FAO《FESLM》的一般原则，从土地生产力、生产稳定性、经济可行性、资源环境保护性和社会可接受性五个方面设定评价指标。根据重庆市城市土地利用的实际情况，从这5个方面，选择了53个因素作物参评因子，建立了重庆市城市土地持续利用评价指标体系（表1）。

表1 重庆市城市土地持续利用评价指标体系

2 城市土地持续利用综合评价方法

在评价指标体系的基础上，结合评价对象的实际情况，选取一定分析方法进行基本的判断，并对评价结果进行分析研究，并形成评价结论。

指标数据的采集

指标值的采集一般有以下几种方法。

（1）试验法 指通过对实地样点的测验，以样本数据、经统计分析处理后推断整个区域的数据。

（2）调查法 指通过对专家和实地调查获得相应的评价指标数据。

（3）根据统计数据确定 指通过查阅正式出版的统计资料来获取数据。

（4）遥感法 通过遥感测量和分析的手段来获取评价数据。 一般来说，自然资源方面的指标可以通过专家咨询和科学实验的方法来采集数据；社会经济方面的指标主要通过社会调查与统计资料来获取数据；环境方面的指标主要通过科学试验的方法获得数据［2］。

评价指标的量化和标准化

评价指标有些是定性的，有些是定量的，而且有时候定量的指标值本身不是评价所需要的值，因此需要对评价指标进行量化和转换。对于定性的社会性指标，一般采用调查法和专家咨询法来解决，例如将土地规划公众参与程度分为0～10 共十个等级，由实际调查和专家咨询相结合给调查年份的指标打分。

评价指标的标准化可以采用极差标准化、百分比标准化、模糊数学法、幂转换法和分级给分法等等。这里采用百分比标准化［2］。评价因素与评价对象之间有3 种情况：

（1）正向型关系，即因素指标值越大，反映持续状况越好；

（2）逆向型关系，即因素指标值越大，反映持续状况越差；

（3）适度型关系，即因素指标值，在适度值上，持续性最好。针对这3 种情况，因素指标标准化处理公式分别为：

（1）正向型因素：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

（2）逆向型因素：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

（3）适度型因素

设X为某因素的适度值：

当Xi≥X时，

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

当Xi≤X时，

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中， 为处理后某因素指标值；Xi为处理前某因素指标值；Xmin为处理前某因素最小指标；Xmax为处理前某因素最大指标。

各个指标的目标值采用国际标准、设计规范、统计数据、经验数据相结合的方法确定。如参考国家可持续发展标准、区域“十五”计划和2010年远景规划、《城市用地分类与规划建设用地标准》等。通过计算得到各单项指标的标准化值如表2 所示。

指标权重的确定

由于以上53个元指标对城市土地持续利用的贡献程度不同，因此有必要确定各个指标的权重。确定权重的方法比较多，有专家打分法、回归系数法、灰色关联度分析法、层次分析法、主成分分析法以及相对权重法等等。其中，层次分析法（AHP）是一种多层次权重分析决策方法，是基于系统论中的一个重要原理——系统的层次性而建立的。把城市土地利用系统看作一个大系统，对其中多个因素进行分析，划分出各个因素间相互联系的有序层次；再请专家对每一层次的各因素进行客观的判断后，相应的给出相对重要性的定量表示，进而建立数学模型，计算出每一层次全部因素的相对重要性的权重值，并加以排序，最后根据排序结果进行规划决策和选择解决问题的措施［4］。

（1）明确问题并构建层次分析图应用 AHP 首先要从众多复杂的因素中筛选最重要的关键性评价指标，并根据它们之间的制约关系构建多层次指标体系（见表1），按层次划分做出层次分析图。通常可以分为目标层、准则层、指标层、元指标层。

（2）构建判断矩阵。

（3）约请专家填写判断矩阵。

（4）进行层次单排序。它的实质是求单目标判断矩阵的权重，即根据专家填写的判断矩阵计算对于上一层某元素而言，本层次与其有关的元素的重要性次序的权重。

（5）层次总排序和一致性检验。通过这种方法，得到各个元指标的权重值（表2）。

表2 重庆市城市土地持续利用评价指标标准化值及权重

注：表中数据根据《重庆市统计年鉴2001》、《重庆市统计年鉴2002》、《重庆市统计年鉴2003》、《重庆市统计年鉴2004》、《重庆市统计年鉴2005》及实地调查资料整理测算。

土地持续利用综合评价

土地持续利用评价的方法比较多，例如人工神经网络法、协调度函数法、复合生态系统的场论、层次分析评价法、模糊评价法、多目标加权函数法、SPSS 建立回归模型以及利用ARCH 和 ARIMA 时间序列分析方法等等。这里采用二次综合的协调度函数法来对土地持续利用进行纵向综合评价［5］。准则层内部各元指标之间的一次综合评价函数式为：

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

二次综合评价函数式为：

T＝T C1 ＋T C2 ＋T C3 ＋T C4 ＋T C5

式中，w 代表各元指标权重，T 为土地持续利用协调度，且0≤T≤1。T 值不同，与之相对应的土地持续利用程度不同。评价结果和对应的土地持续利用程度见表3 和表4。

表3 重庆市城市土地持续利用评价结果 （2000～2004年）

表4 T 协调度区间标准及所对应的土地持续利用程度

3 评价结果分析

研究表明，重庆市从2000～2004年城市土地持续利用程度从初步可持续利用发展到基本可持续利用，再步入可持续利用，城市土地持续利用程度是加速提高的。在这5年中，土地生产性和社会可接受性略有提高，生产稳定性和资源环境保护性变化不大，对城市土地持续利用程度提高贡献最大的是经济可行性，此指标从2000～2004年是加速增加的。土地经济可行性提高说明该市土地承载的经济价值增大，即单位土地面积上承载的第二产业和第三产业产值增大，并且由于市场经济的发展，城市土地自身的价值也得到显化。土地生产性略有提高说明随着城市化水平的提高，人流、物流以及建筑容量都有所增加。社会可接受性略有提高说明人们的生活条件改善，这是可持续发展中公平性原则的体现，同时土地制度也逐渐完善，人们对土地规划、土地政策的参与度提高了。生产稳定性和资源环境保护性变化不大，这是重庆市城市土地持续利用中存在的问题。生产稳定性变化不大说明该市用地规模和用地结构尚未按照该有的速度向好的方向发展，由于各行各业用地多，土地供需十分突出，城市规模非理性增长，用地结构亟待优化。资源环境保护性变化不大说明资源承受的压力仍旧很大，城市环境问题、三废问题急需更好的解决。

针对以上城市土地利用过程中出现的问题，该市未来土地持续利用应从以下几方面来采取措施：①控制城市用地非理性增长，采取有效措施，适度发展外围组团，改变人口和产业过于集中于主城的现状；②合理调整土地利用结构，增加城市绿化面积，实行平面绿化与垂直绿化并举，因势利导，尽可能把坡坎、屋顶都利用，改善生态环境；③采取切实措施防止对生态环境的污染和破坏，调整城市大运量、重污染企业用地，增加城市污染治理设施用地；④提倡“以人为本”的原则，鼓励建经济适用房和廉租房，限建豪宅和别墅，大力普及土地科学知识，增强土地忧患意识，增强公众的参与意识；⑤盘活城市存量土地，将其提到远期发展用地的高度，实现旧城区功能结构的改变，完善城市功能，实现土地集约利用。

参考文献

［1］国家统计局.1997 中国统计年鉴［M］.北京：中国统计出版社，1997

［2］张凤荣，王静，陈百明等.土地持续利用评价指标体系与方法［M］.北京：中国农业出版社，2003，238～241

［3］于开芹，边微，常明等.城市土地可持续利用评价指标体系的构建原理与方法研究［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2004 （3）：60

［4］刘黎明.土地资源调查与评价［M］.北京：中国农业大学出版社，2005，224～228

［5］李炳中，杨浩，包浩生等.PSR 模型及在土地可持续利用评价中的应用［J］.自然资源学报，2002 （5）：543

什么是熵权法 德国物理学家holtman和Clausius在1864年共同研究出热力学并合作编写了《热之唯动说》，一个与物理量有关的新术语是 “熵”，主要是用于描述系统状态。之后，美国数学家Shannon发现熵能够体现不确定性，对以往“熵”研究进行了拓展。熵理论不仅可以应用于力学，还被用于其他领域。目前信息熵已经是计算“不确定性”的最好方法。 熵权法是熵理论的一个组成部分，利用熵对制造企业转型和技术能力评价指标体系的所有定量信息中的随机变量进行度量。我们根据熵中的信息量获得每个度量的权重。熵值越大，信息量越小，指标对整体的影响越小。对比熵法和主观分配法，可以看出这种方法独立于个体意识，是一种更准确判断特定变量对整体影响程度的方法。研究人员可以根据指标影响程度的结果进一步优化指标体系。熵权法可以在任何需要确定权重的过程中单独使用，也可以与其他数学方法结合使用。因此，熵权加权法常用于对一个公司的能力或业绩进行综合评价。 熵权法的基本原理 根据信息论基本原理的解释，信息是系统有序度的度量，熵是系统扰动程度的度量。根据信息熵的定义，给定指标，熵值可以用来评价给定指标的方差程度。如果所有指标值都相同，则该指标对整体评价没有影响。因此，可以利用信息熵工具计算各个指标的权重，为综合评价多个指标提供依据。 熵权法的基本思路是根据指标变异性的大小来确定客观权重。一般来说，若某个指标的信息熵Ej越小，表明指标值得变异程度越大，提供的信息量越多，在综合评价中所能起到的作用也越大，其权重也就越大。相反，某个指标的信息熵越大，表明指标值得变异程度越小，提供的信息量也越少，在综合评价中所起到的作用也越小，其权重也就越小。 熵权法赋权步骤 1. 数据标准化 将各个指标的数据进行标准化处理。 假设给定了k个指标X1,X2，……，Xk，其中： 假设对各指标数据标准化后的值为Y1,Y2,Y3...YK：,那么 2. 求各指标的信息熵 根据信息论中信息熵的定义，一组数据的信息熵 其中: 如果: 则: 3. 确定各指标权重 根据信息熵的计算公式，计算出各个指标的信息熵为E1,E2,E3...EK,通过信息熵计算各指标的权重： 综上所述，熵值法的优点是可以为能力进行一种客观的权重赋能方法，它深刻地反映了一个指标的内在力量，比监督者的权重具有更高的可靠性和准确性。该算法虽然简单，但存在诸多不足，如不够智能，未考虑指标及其影响，像是相关性、层级关系等。在缺乏业务指导经验的情况下，权重依赖于失真的样本。如果样本不断变化，权重会有一定的波动。因此，在考虑选择熵权加权方法进行分析研究时，需要考虑方法的适用范围。反之，如果权重失真频繁发生，则需要结合专家评分和判断，以最大限度地发挥熵方法的优势。同时，在确定权重之前，需要了解指标对目标得分的影响方向，并对非线性指标进行预处理或去除。