基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，步驟1：按照城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點將不同城市劃分為工業(yè)型城市、服務(wù)型城市和綜合型城市；步驟2：采集整理不同類型城市的基本情況數(shù)據(jù)，并量化形成城市可持續(xù)發(fā)展能力評估指標體系；步驟3：對進行評估，即基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對城市可持續(xù)發(fā)展能力的相對效率進行排序，得到城市可持續(xù)發(fā)展能力的排序結(jié)果；本發(fā)明采用“多投入、多產(chǎn)出”系統(tǒng)分析思路評估城市可持續(xù)發(fā)展能力；基于科學(xué)性、客觀性和可獲取性原則建立了可持續(xù)發(fā)展能力評估指標體系，包括“輸入”類和“輸出”類指標，應(yīng)用數(shù)據(jù)包括分析（DEA）方法建立評估模型；采用DEA-VRS和DEA-CRS兩種模型進行計算，得到各城市可持續(xù)發(fā)展能力排序。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，屬于城市規(guī) 劃領(lǐng)域，具體涉及一種城市規(guī)劃部門或相關(guān)學(xué)者對城市可持續(xù)發(fā)展水平進行評估的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 任何城市都是在特定地域條件下形成和發(fā)展的，不同類型、不同地域的城市，其可 持續(xù)發(fā)展所面臨的問題不同，在進行具體評價時，除了考慮共同性的指標外，還要選擇部分 有針對性的指標，并賦以不同的權(quán)重。從1992年聯(lián)合國召開環(huán)境與發(fā)展大會以來，可持續(xù) 發(fā)展戰(zhàn)略在世界各國得到確立。各個國家、國際組織以及學(xué)者從不同角度、不同尺度和不同 國情出發(fā)相繼開展了可持續(xù)發(fā)展評價指標體系的研究，提出了各種類型的指數(shù)。聯(lián)合國可 持續(xù)發(fā)展委員會、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、聯(lián)合國統(tǒng)計局、環(huán)境問題科學(xué)委員會、世界銀行、歐盟 委員會等組織建立的可持續(xù)發(fā)展評價指標體系就是其中的杰出代表。我國地域廣闊、經(jīng)濟 發(fā)展水平差異巨大，尚未構(gòu)建起能適用于不同區(qū)域、發(fā)展水平的可持續(xù)發(fā)展能力評估模型， 也缺乏對于城市可持續(xù)能力提升具有重大影響的關(guān)鍵問題的辨識與分析支持系統(tǒng)?；?此，有必要提出一種標準化的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，科學(xué)地評估城市可持續(xù)發(fā)展 水平，為城市提高可持續(xù)發(fā)展水平、促進社會、經(jīng)濟和自然和諧發(fā)展提供科學(xué)支撐。
[0003] 城市可持續(xù)發(fā)展能力評估是一個多指標的評估問題，涉及能源、土地資源和水資 源等輸入指標，又涉及健康、教育、社會公平和環(huán)境質(zhì)量等輸出指標；城市可持續(xù)發(fā)展能力 評估也是一個多目標的評估問題，既要降低自然資源消耗，又要保障生態(tài)系統(tǒng)健康和提高 居民生活質(zhì)量。因此，比較不同類型城市的可持續(xù)發(fā)展能力需要建立客觀、科學(xué)的評估模型 和方法。
[0004] 數(shù)據(jù)包括分析（DEA)是一種評估具有相同類型投入和產(chǎn)出系統(tǒng)相對效率的非參數(shù) 評估方法。它不要求評估指標具有一致的計量單位和性質(zhì)，也無需確定各評估指標的權(quán)重。 因此，與其他評價方法比較，DEA方法具有客觀、簡單、便捷的特點，能很好地滿足城市可持 續(xù)發(fā)展能力評估的需求。
[0005] 因此，有必要設(shè)計一種基于數(shù)據(jù)包括分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力 評估方法，該方法能夠?qū)⑼惓鞘邪凑湛沙掷m(xù)發(fā)展能力進行排序。
[0007] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下： 1. 一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :按照城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點將不同城市劃分為工業(yè)型城市、服務(wù)型城市和綜合型 城市； 步驟2 :采集整理不同類型城市的基本情況數(shù)據(jù)，并量化形成城市可持續(xù)發(fā)展能力評 估指標體系； 步驟3 :對進行評估，即基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對城市可持續(xù)發(fā)展能力的相對效率進行排 序，得到城市可持續(xù)發(fā)展能力的排序結(jié)果； 所述的步驟1中不同類型城市的劃分方法如下： (1) 首先，收集城市不同產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)據(jù)，將第二產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值（⑶P)比 重超過55%的劃為工業(yè)型城市； (2) 然后，將非工業(yè)型城市中第三產(chǎn)業(yè)增加值比重占地區(qū)⑶P比重超過40%的劃為服務(wù) 型城市， (3) 最后，將其余的劃為綜合型城市； 所述的步驟2中涉及的評估指標如下： "輸入"類指標， (1) 人均城市用水量X1，單位為噸每人； (2) 人均化石能源消費量X2，依據(jù)《綜合能耗計算通則》GB/T 2589-2008匯總計算，單 位為千克標準煤每人； (3) 人均建設(shè)用地面積X3，單位為平方米每人； (4) 人均污水排放量X4，單位為噸每人； "輸出"類指標， (6) 人均教育財政支出y2，元每人； (7) 人均居住用地面積y3，單位為平方米每人； (8) 恩格爾系數(shù)y4，無量綱； (9) GDP外部貢獻率y5，用人均GDP減去人均可支配收入來表示，單位為元； (10) 人均綠地面積y6，單位為平方米每人； (11) 空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)y7，單位為天。
[0008] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，其 特征在于，步驟3包括以下步驟： (1) 構(gòu)建模型： 采用具有非阿基米德無窮小量ε的DEA-VRS模型，該模型的規(guī)劃方程為（圖1): 式中， Θ為待評估城市(決策單元）基于數(shù)據(jù)包絡(luò)線（生產(chǎn)前沿面）的相對效率指數(shù)，ε為非 阿基米德無窮小量，s_為m項輸入指標的剩余變量，S+為s項輸出指標的剩余變量，η為決 策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； (2) 城市可持續(xù)發(fā)展能力DEA有效性的判斷 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元的最優(yōu)解Θ 〇, s_，s+，： 若Θ 〇 = 1，則決策單元jQ為DEA有效；若Θ。< 1，則決策單元jQ為DEA無效； (3) 城市可持續(xù)發(fā)展能力有效性排序 首先，將所有城市按照DEA有效和無效分成2部分，DEA有效的放在DEA無效的前面； 然后，將DEA無效的根據(jù)其相對效率值Θ ^排序；最后，將DEA有效的根據(jù)理想決策單元法 計算結(jié)果排序，包括以下步驟： a.構(gòu)造理想決策單元，取DEA有效決策單元各輸入指標的最小值Xmin和各輸出指標的 最大值ymax，組成新的決策單元DUif ; b. 將DUif與DEA有效的決策單元組合形成新的決策單元集，建立DEA-CRS模型（圖2): 式中， Θ為理想決策單元DUif的相對效率指數(shù)，ε為非阿基米德無窮小量，?Γ為m項輸入的 剩余變量，S+為s項輸出的剩余變量，η為決策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； c. 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元i的最優(yōu)解: d. 依據(jù)相對效率指數(shù)對各DEA有效的決策單元進行排序。
[0009] 有益效果： 本發(fā)明提出了一種城市規(guī)劃部門或相關(guān)學(xué)者對城市可持續(xù)發(fā)展能力的多指標、全方位 評估新方法。依據(jù)本方法，城市規(guī)劃部門或相關(guān)學(xué)者可對同類型城市的可持續(xù)發(fā)展能力進 行比較、分析和排序，掌握城市可持續(xù)發(fā)展的程度、水平及其分布情況，從而促進城市生態(tài) 環(huán)境保護，實現(xiàn)社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖 1 為 DEA-VRS 模型。
[0011] 圖 2 為 DEA-CRS 模型。
[0012] 圖3為城市可持續(xù)發(fā)展能力評估流程圖。

【具體實施方式】
[0013] 以下將結(jié)合附圖和具體實施案例對本發(fā)明做進一步詳細說明： 如圖3所示，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟： 步驟1 :按照城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點將不同城市劃分為工業(yè)型城市、服務(wù)型城市和綜合型 城市； 步驟2 :采集整理不同類型城市的基本情況數(shù)據(jù)，并量化形成城市可持續(xù)發(fā)展能力評 估指標體系； 步驟3 :對進行評估，即基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對城市可持續(xù)發(fā)展能力的相對效率進行排 序，得到城市可持續(xù)發(fā)展能力的排序結(jié)果； 所述的步驟1中不同類型城市的劃分方法如下： (1) 首先，收集城市不同產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)據(jù)，將第二產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值（⑶P)比 重超過55%的劃為工業(yè)型城市； (2) 然后，將非工業(yè)型城市中第三產(chǎn)業(yè)增加值比重占地區(qū)⑶P比重超過40%的劃為服務(wù) 型城市， (3) 最后，將其余的劃為綜合型城市； 所述的步驟2中涉及的評估指標如下： "輸入"類指標， (1) 人均城市用水量X1，單位為噸每人； (2) 人均化石能源消費量X2，依據(jù)《綜合能耗計算通則》GB/T 2589-2008匯總計算，單 位為千克標準煤每人； (3) 人均建設(shè)用地面積X3，單位為平方米每人； (4) 人均污水排放量X4，單位為噸每人； "輸出"類指標， (5) 平均預(yù)期壽命yi，單位為歲； (6) 人均教育財政支出y2，元每人； (7) 人均居住用地面積y3，單位為平方米每人； (8) 恩格爾系數(shù)y4，無量綱； (9) GDP外部貢獻率y5，用人均GDP減去人均可支配收入來表示，單位為元； (10) 人均綠地面積y6，單位為平方米每人； (11) 空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)y7，單位為天。
[0014] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，其 特征在于，步驟3包括以下步驟： (1) 構(gòu)建模型： 采用具有非阿基米德無窮小量ε的DEA-VRS模型，該模型的規(guī)劃方程為（圖1): Θ為待評估城市(決策單元）基于數(shù)據(jù)包絡(luò)線（生產(chǎn)前沿面）的相對效率指數(shù)，ε為非 阿基米德無窮小量，s_為m項輸入指標的剩余變量，S+為s項輸出指標的剩余變量，η為決 策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； (2) 城市可持續(xù)發(fā)展能力DEA有效性的判斷 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元的最優(yōu)解Θ 〇, s_，s+，： 若Θ 〇 = 1，則決策單元jQ為DEA有效；若Θ。< 1，則決策單元jQ為DEA無效； (3) 城市可持續(xù)發(fā)展能力有效性排序 首先，將所有城市按照DEA有效和無效分成2個部分，DEA有效的放在DEA無效的前面； 然后，將DEA無效的根據(jù)其相對效率值Θ ^排序；最后，將DEA有效的根據(jù)理想決策單元法 計算結(jié)果排序，包括以下步驟： a. 構(gòu)造理想決策單元，取DEA有效決策單元各輸入指標的最小值Xmin和各輸出指標的 最大值ymax，組成新的決策單元DUif ; b. 將DUif與DEA有效的決策單元組合形成新的決策單元集，建立新的DEA-CRS模型 (圖 2): 式中， Θ為理想決策單元DUif的相對效率指數(shù)，ε為非阿基米德無窮小量，?Γ為m項輸入的 剩余變量，S+為s項輸出的剩余變量，η為決策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； c. 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元i的最優(yōu)解Qtl, 5T，S+，。
[0015] 應(yīng)用本發(fā)明，針對2011年中國地級以上288個城市進行城市可持續(xù)發(fā)展能力評 估，實施步驟如下： 城市分類。本案例按照城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點將城市劃分為工業(yè)型城市（102個)、服務(wù)型 城市（62個）和綜合型城市（124個)。以服務(wù)型城市為例，采集整理該組62個城市的基本 情況數(shù)據(jù)，并量化形成城市可持續(xù)發(fā)展能力評估指標體系。由于部分城市數(shù)據(jù)不完整，本案 例最終確定并分析了 47個城市。結(jié)合考慮評估要求和各城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可獲得性，選取人 均城市用水量(噸每人)、人均化石能源消費量(千克標準煤每人)、人均建設(shè)用地面積(平方 米每人)、人均污水排放量(噸每人)、平均預(yù)期壽命(歲）、人均教育財政支出（元每人)、人均 居住用地面積(平方米每人)、恩格爾系數(shù)(無量綱)、GDP外部貢獻率(元)、人均綠地面積(平 方米每人)、空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)(天)作為評價指標。其中，人均城市用水量X1、人均化石能源 消費量X 2、人均建設(shè)用地面積X3和人均污水排放量X4作為DEA模型中的輸入指標；平均預(yù) 期壽命Y 1、人均教育財政支出y2、人均居住用地面積y3、恩格爾系數(shù)y4、⑶P外部貢獻率y 5、 人均綠地面積y6和空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)y7作為DEA模型中的輸出指標。表1為收集整理的 服務(wù)型城市組各城市各項評估指標的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 表1服務(wù)型城市組各城市各項評估指標的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :按照城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點將不同城市劃分為工業(yè)型城市、服務(wù)型城市和綜合型 城市； 步驟2 :采集整理不同類型城市的基本情況數(shù)據(jù)，并量化形成城市可持續(xù)發(fā)展能力評 估指標體系； 步驟3 :對進行評估，即基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對城市可持續(xù)發(fā)展能力的相對效率進行排 序，得到城市可持續(xù)發(fā)展能力的排序結(jié)果； 所述的步驟1中不同類型城市的劃分方法如下： (1) 首先，收集城市不同產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)據(jù)，將第二產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值（⑶P)比 重超過55%的劃為工業(yè)型城市； (2) 然后，將非工業(yè)型城市中第三產(chǎn)業(yè)增加值比重占地區(qū)⑶P比重超過40%的劃為服務(wù) 型城市， (3) 最后，將其余的劃為綜合型城市； 所述的步驟2中涉及的評估指標如下： "輸入"類指標， (1) 人均城市用水量X1，單位為噸每人； (2) 人均化石能源消費量X2，依據(jù)《綜合能耗計算通則》GB/T2589-2008匯總計算，單 位為千克標準煤每人； (3) 人均建設(shè)用地面積X3，單位為平方米每人； (4) 人均污水排放量X4，單位為噸每人； "輸出"類指標， (5) 平均預(yù)期壽命yi，單位為歲； (6) 人均教育財政支出y2，元每人； (7) 人均居住用地面積y3，單位為平方米每人； (8) 恩格爾系數(shù)y4，無量綱； (9) GDP外部貢獻率y5，用人均GDP減去人均可支配收入來表示，單位為元； (10) 人均綠地面積y6，單位為平方米每人； (11) 空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)y7，單位為天。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的城市可持續(xù)發(fā)展能力評估方法，其特征 在于，步驟3包括以下步驟： (1)構(gòu)建模型： 采用具有非阿基米德無窮小量ε的DEA-VRS模型，該模型的規(guī)劃方程為：
式中， Θ為待評估城市(決策單元）基于數(shù)據(jù)包絡(luò)線（生產(chǎn)前沿面）的相對效率指數(shù)，ε為非 阿基米德無窮小量，s_為m項輸入指標的剩余變量，S+為s項輸出指標的剩余變量，η為決 策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； (2)城市可持續(xù)發(fā)展能力DEA有效性的判斷 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元的最優(yōu)解Θ〇,s_，s+，： 若Θ〇 =1，則決策單元jQ為DEA有效；若Θ。<1，則決策單元jQ為DEA無效； (3) 城市可持續(xù)發(fā)展能力有效性排序 首先，將所有城市按照DEA有效和無效分成2部分，DEA有效的放在DEA無效的前面； 然后，將DEA無效的根據(jù)其相對效率值Θ^排序；最后，將DEA有效的根據(jù)理想決策單元法 計算結(jié)果排序，包括以下步驟： a. 構(gòu)造理想決策單元，取DEA有效決策單元各輸入指標的最小值Xmin和各輸出指標的 最大值ymax，組成新的決策單元DUMit ; b.將DUif與DEA有效的決策單元組合形成新的決策單元集，建立DEA-CRS模型如下 式：
式中， Θ為理想決策單元DUif的相對效率指數(shù)，ε為非阿基米德無窮小量，?Γ為m項輸入的 剩余變量，S+為s項輸出的剩余變量，η為決策單位的數(shù)量，為模型最優(yōu)解(權(quán)系數(shù)）； c. 求解上述規(guī)劃方程，得到待評估決策單元i的最優(yōu)解Gys^s+，： d. 依據(jù)相對效率指數(shù)Θ對各DEA有效的決策單元進行排序。
【文檔編號】G06F19/00GK104462823SQ201410760181
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】石龍宇, 陳丁楷, 趙景柱 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所