中国经济与生态环境协调发展预警系统研究

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  摘 要:统筹经济与环境协调发展是人类必须坚持的绿色发展理念。根据经济监测预警理论,利用因子分析和BP神经网络分别对经济与环境协调度进行测算和预测,构建中国经济与环境协调发展监测预警系统。预警结果表明,中国经济与环境复合系统总体呈不断协调发展的状况。
  关键词:协调发展;预警;因子分析;BP神经网络
  中图分类号:F062.2 文献标识码: A 文章编号:1003-3890(2008)12-0008-04
  
  建立经济与环境协调发展预警系统,可以实现对经济与环境协调发展的动态监测,并预防未来可能出现的警情,进而为制定下一步发展战略提供依据。本文根据经济监测预警理论,利用因子分析和BP神经网络分别对经济与环境协调度进行测算和预测,构建中国经济与环境协调发展监测预警系统并对预警结果进行分析。
  
  一、经济与生态环境协调发展预警指标体系的构建
  
  (一)指标选取
  建立经济与环境协调发展预警系统最首要的工作就是选择经济和环境预警指标,预警指标应能从不同方面反映经济与环境的发展状况。根据科学性、动态性、完备性和可行性原则,结合经济与生态环境协调发展相关理论,建立如下预警指标体系(详见表1)。
  预警指标体系分为三个指标层:第一个层次是将经济与环境整个系统分成经济和环境两个子系统;第二个层次是对两个子系统再进一步划分,其中经济子系统分别从经济的总量、均量、结构和支持两个方面对经济进行衡量,环境子系统分别从环境的水平和抗逆两个方面对环境进行衡量;第三个层次是每个方面包括的各个具体指标,两个子系统共选取了16个指标。
  (二)数据处理
  为全面监测中国经济与环境协调发展的动态变化情况,并根据数据可得性,本文选取1991-2006年中国各预警指标数据(原始数据均来源于历年《中国统计年鉴》和《中国环境年鉴》)。为消除由于量纲的不同可能带来的一些不合理的影响,在进行协调度测算和预测之前必须先对数据进行标准化处理,公式为:
  yij=(xij-min xij)/(max xij-min xij),x为正指标(max xij- xij)/(max xij-min xij),x为负指标
  式中xij为第i个样本的第j个指标数据;yij为标准化后的指标数据,其取值范围在0~1。
  
  二、经济与生态环境协调度的测算和预测
  
  (一)基于因子分析的协调度测算
  1. 计算子系统综合发展水平。利用上述标准化后数据,运用SPSS13.0软件,分别对经济子系统和环境子系统进行因子分析。
  由经济子系统因子分析结果可知,该子系统仅含1个公因子,累积方差贡献率达88.67358%,包含了大部分变量信息,能够代表8个经济指标分析经济子系统的综合发展水平,根据公因子的解释能力,将其命名为经济发展因子f,由因子得分方程F1=0.8867358f,计算历年经济发展指数。
  由环境子系统因子分析结果知,经方差最大正交旋转后,该子系统前2个公因子的累积方差贡献率达87.7599%,包含了大部分变量信息,能够代表8个环境指标分析环境子系统综合发展水平,根据公因子的解释能力,分别将其命名为环境水平因子f1和环境抗逆因子f2,由因子得分方程F2=0.5642816f1+0.3133174f2计算历年环境发展指数(见图1)。
  由图1可以看出,除个别年份外,中国经济和环境子系统各自的发展水平总体都呈上升趋势,且两者之间的差距呈逐渐缩小趋势。1998年以前,经济增长方式属于数量型、粗放型增长,因此经济综合发展水平相对较低,环境发展水平高于经济发展水平;1998年至今,经济增长方式逐渐由粗放型向集约型转化,从而体现出经济综合发展水平有较大提高,环境发展水平低于经济发展水平。
  2. 计算复合系统协调度。协调度是反映系统之间协调发展水平的综合性指标,揭示出系统当时的协调程度和发展水平,它是正指标,越大越好。根据协调发展内涵,经济和生态环境两个子系统之间的协调关系在评价中表现为经济发展指数和环境发展指数应相互均衡,经济和环境之间的关系越协调,其评价值就会越接近;反之,其评价值就会相差较大。为定量描述经济与环境系统的协调状况,评价两个子系统之间的发展关系,采用如下协调度计算公式:
  H=1-
  式中H为系统的协调度值;Fi为第i个子系统的发展水平值;F为N个子系统发展水平值的均值;N为子系统的个数。从上式可以看出,系统协调度H越大,说明系统协调发展程度越高;反之则越低。
  将上述经济和环境子系统发展指数带入公式,求得历年复合系统的协调度(详见表2)。
  (二)基于BP神经网络的协调度预测
  BP神经网络是目前应用最为广泛的神经网络,它是一种多层前馈神经网络,其网络权值的调整规则采用的是反向传播学习算法,即一种有导师的学习算法,使用最优梯度下降技术,目标是实现网络的实际输出与期望输出的均方差最小。它具有非线性、精度高、泛化性能好等优点,因此在经济预测领域中的应用也非常广泛。在此,使用前面求得的1991-2006年经济与环境系统的协调度数据,运用BP神经网络对2007-2010年的协调度进行预测。
  1. 样本分类。1991-2005年的数据作为训练样本,2006年的数据作为神经网络预测能力的测试数据。训练样本分别以1991-1995年、1992-1996年、……、2000-2004年数据作为输入,相应地分别以1996年、1997年……数据作为输出;测试样本以2001-2005年数据作为输入,测试2006年数据,并与其实际值进行比较。
  2. 网络设计。以5年数据作为输入,以1年数据作为输出的特点,设定输入层神经元个数为5,输出层神经元个数为1,根据Kolmogorov定理,确定隐含层神经元个数为11;确定隐含层传递函数为“tansig”,输出层传递函数为“logsig”,使用Levenberg Marquardt反向传播算法“trainlm”函数训练网络;学习速率为0.1以确保速度,动量常数为0.8;网络最大训练次数为5 000,网络训练目标为1e-6。
  3. 网络训练、测试及预测。利用Matlab R2007b软件的神经网络工具箱,将训练样本输入网络,经过18次迭代训练,网络达到预先设置的精度,即网络输出的总误差在1e-6以内,训练结束,预测模型拟合完毕。然后将测试样本数据输入训练好的网络,检验网络的预测能力。将1996-2005年的协调度拟合结果对比真实值,可以看出两者已经十分接近,拟合的效果很好。2006年的测试结果为0.9046,而其实际值为0.902351,预测误差为0.2492%,符合误差精度的要求,网络性能很好,可以用于预测。2007-2010年协调度的预测值依次为0.9288、0.9386、0.9690和0.8351。
  
  三、经济与生态环境协调发展预警系统的建立
  
  经济与生态环境协调发展预警系统提前反映两者协调发展动向和幅度的指示器或报警器,它是在经济与环境不协调到来时,能预先发出信号,为国家或地方政府部门的宏观调控提供依据而建立的系统。在设计该预警系统时,选择协调度作为反映经济与环境协调发展状况的敏感性指标,并通过确定预警界限和类似于一组交通管制信号红、黄、绿灯的标志,对当时的协调状况发出不同的信号,最后,通过观察分析信号的变动情况来判断未来经济与环境协调发展的趋势。
  (一)预警系统设计
  1. 预警界限的确定。预警界限的确定是否合适至关重要,关系到整个经济与环境协调发展的运行状况能否正确判断,因此必须慎重确定。本文利用“系统化”、“经验判断”、“专家确定”相结合的方法,参考前人研究成果,将经济与环境协调发展预警状况分为5个区间(详见表3)。
  2. 预警信号的构成。预警警度预报以预警限为界,确定“红灯”、“黄灯”、“绿灯”、“浅蓝灯”、“蓝灯”信号,当综合指标超过某一预警限时就分别亮出相应的信号,通过观察信号的变动情况,判断经济系统在当前的运行状况和未来发展的趋势。
  “蓝灯”表示经济与环境系统是协调发展的,系统内因素与期望值接近或好于期望值,即系统处于无警状态,政府和管理机构可在稳定中采取适合的调控措施。“浅蓝灯”表示经济与环境系统基本协调,系统处于轻警状态,在短期内有转为不协调或趋于协调、稳定的可能。由“浅蓝灯”转变为“蓝灯”表示系统正在逐步从不协调向协调转化,应进一步采取措施,使系统更趋协调;由“蓝灯”转变为“浅蓝灯”,这给我们发出警告,应及时调整调控措施,扭转系统的转变趋势。“绿灯”则表示系统协调不稳定,处于中警状态。“黄灯”表示系统基本不协调,处于重警状态,政府应高度警惕,随时制定相应的应急政策,对警情进行随时监控。“红灯”则表示系统不协调,处于巨警状态,政府应及时采取强有力的措施,促使系统趋于完善化,避免系统崩溃。
  (二)预警结果分析
  在对经济与环境系统的警情进行诊断,了解系统目前的发展状态的基础上,依据预警界限来预报各个系统的警度,发布警情信息。本文应用前面计算和预测的经济与环境系统协调度,根据确定的预警限,绘制出中国1991-2010年经济与环境协调发展预警信号(详见表4)。
  从表4可以看出,从1991年至今,中国经济与环境系统总体呈现不断趋于协调发展状况。
  在循环经济于1996年提出之前,特别是20世纪90年代初,人们对经济与环境的认识、利用都是“粗放式”的,资源严重浪费、环境恶化、经济低效率增长。因而,1991年中国经济与环境协调发展水平处于“基本不协调”的黄灯区,其余年份均处于“协调不稳定”的绿灯区。
  1996年以后,由于人们开始意识到循环发展的重要性,于是在经济与环境方面提出了“集约”、“循环”、“节约”、“可再生”等一系列有利于系统可持续发展的概念,采用了“环境友好”、“绿色技术”、“清洁生产”、“零排放”、“高效生产”、“废物回收综合利用”等解决方式和途径并付诸实践,于是在1996-1997年出现一个飞跃阶段,系统协调发展水平进入了“基本协调”的浅蓝灯区;但在1998年由于洪水等自然灾害的发生,导致生态环境遭到严重破坏,该年系统进入“不协调”的红灯区;但90年代末系统协调状况又有很大好转,协调发展水平再次进入绿灯区。
  进入21世纪,中国的可持续发展和循环经济发展战略实施效果显著,2001年该系统一跃进入浅蓝灯区,并于此后三年始终保持“基本协调”的发展态势,但由于2005年一系列环境污染事件的频繁发生,系统再次运行到绿灯区。
  “十一五”初期,在“科学发展观”和“和谐社会理念”的指导下,中国经济与环境系统出现质的跳跃发展,再次进入浅蓝灯区,且协调水平首次超过0.9。由预测结果可知,“十一五”后四年,中国经济与环境系统协调水平会进一步得到提高,继续保持良好的协调发展势头,大多年份将处于浅蓝灯区,并有望于2009年达到“协调”的蓝灯区。
  
  四、结论和建议
  
  20世纪90年代以来,中国经济和环境子系统的发展水平总体都呈上升趋势,且两者之间的差距呈逐渐缩小趋势。经济与环境复合系统总体呈不断趋于协调发展状况:“八五”期间,系统基本处于“协调不稳定”状态;“九五”时期,系统协调水平出现由“基本协调”到“协调不稳定”的波动情形;从“十五”初期到“十一五”初期,系统大体呈现“基本协调”的运行态势;预计“十一五”后四年,系统将继续保持“基本协调”的发展势头。
  在全面建设小康社会的进程中,要坚持经济发展与生态环境保护相统一,在加快经济建设的同时,切实加强环境保护和污染治理,加强生态建设;要转变经济增长方式,优化产业结构,发展循环经济,推进清洁生产,建立监测预警评估机构,进而实现经济与环境的协调发展。
  
  参考文献:
  [1]李志强.基于BP网络算法的区域协调发展预测与预警研究[J].统计研究,2006,(4).
  [2]张新红.基于神经网络的经济周期波动监测预警模型[J].华侨大学学报,2008,(1).
  [3]董文泉.经济周期波动的分析与预测方法[M].长春:吉林大学出版社,1998.
  [4]王维国.协调发展的理论与方法研究[M].北京:中国财政经济出版社,2000.
  责任编辑:关 华
  责任校对:杰 卿
  
  Study of Coordinated Development Early Warning System
  of the China's Economic and Ecological Environment
  Lian Fei
  (Changchun Taxation College, Changchun 130117, China)
  Abstract: The coordinated development of economy and environment is the green development ideas which the humanity must insist. According to the economic theory of monitor and early warning, we can make use of factor analysis and BP neural networks to carry on reckoning and predicting the coordination degree of economy and environment, and construct the monitor and early warning system of China's economy and environment coordinated development. The early warning result indicates that the compound system of China's economy and environment generally tend to coordinated development inceasingly.
  Key words: coordinated development; early warning; factor analysis; BP neural network
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