基于AHP-DEMATEL的建设用地增长驱动因子重要性研究

付　帼，武春友，卢小丽

(大连理工大学 管理与经济学部，辽宁 大连 116023)



基于AHP-DEMATEL的建设用地增长驱动因子重要性研究

付帼，武春友，卢小丽

(大连理工大学 管理与经济学部，辽宁 大连 116023)

摘要：近年来城市建设用地增长问题逐渐得到学术界的重视，建设用地增长驱动因子的甄别与影响力分析成为建设用地增长研究的一个重要领域。以传统决策试验与评价实验室方法(DEMATEL)为基础，提出了适合于驱动因子影响力识别的AHP-DEMATEL方法，分析驱动因子对建设用地增长影响的重要程度，获得驱动因子的重要性排序。研究结果发现，经济因素、社会因素和政府因素对建设用地增长的影响明显高于自然因素，政府因素在建设用地增长中扮演着至关重要的角色，GDP、人口和政府发展冲动是影响建设用地增长的关键驱动因子。

关键词：建设用地；驱动因子；重要性

城市建设用地作为城市发展的载体，其变化在很大程度上与区域自然条件、国家和地方发展战略、社会经济发展密切相关[1]。在城镇建设用地的变化中，驱动力因其在科学预测区域土地变化趋势中扮演着至关重要的角色而成为土地利用变化研究的核心[2]。现有对建设用地驱动因子的研究主要集中在驱动因子的识别与确定，驱动因子关系分析和驱动因子对土地利用变化作用程度等方面[3-4]。在利用驱动因子进行建设用地的预测和分析上，现有研究忽略了两个关键的问题：首先，研究认为驱动因子对建设用地增长的影响具有相同的重要性，忽略了驱动因子之间的相互影响而产生的乘数效应，低估了某些驱动因子的影响程度；其次，驱动因子的选取不够全面，大多数研究只关注经济和社会因素对建设用地增长的影响，在定量的数据分析中，忽略了数据可得性差的政府因素[5-8]和稳定性较高、对短期土地利用影响较小的自然因素[8-9]，降低了建设用地增长预测和分析结果的科学性。鉴于此，本文以建设用地增长驱动因子为研究对象，以定量分析各驱动因子对建设用地增长的影响为研究目的，识别影响建设用地增长的关键驱动因子，为科学预测建设用地的增长趋势提供方法指导。

1研究方法及步骤

1.1研究方法

DEMATEL(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory)直译为决策试验与评价实验室，是由美国学者提出的一种运用图论与矩阵工具筛选复杂系统主要要素，简化系统结构分析过程的方法。该方法充分利用专家的知识来处理复杂社会问题，通过图论理论，采用专家打分的方式找出因素之间的影响关系，揭示问题的重要影响因素，实现复杂问题简单化。尽管DEMATEL方法在因素识别中得到了很好的应用，但由于该方法在计算过程中假设每个因素的权重相同，忽略了因素间的权重差异，导致研究结果无法科学反应研究对象的本质差异。AHP方法是通过专家打分，利用数学方法计算元素相对权值并进行排序的权重赋值法，该方法很好的弥补了DEMATEL方法等值权重的不足。

本文尝试将AHP和DEMATEL方法相结合，测度影响建设用地增长驱动因子的重要性。论文首先建立影响建设用地增长驱动因子的层次结构模型，通过DEMATEL方法找出驱动因子之间的影响关系，然后利用AHP方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重，将AHP计算出的结果作为元素的权重与DEMATEL结合，利用Tamura等(2003)提出的混合重要程度DEMATEL方法，分析驱动因子对建设用地增长的影响程度，获得驱动因子的重要性排序。具体研究流程如图1所示。

图1　AHP-DEMATEL方法流程

1.2研究步骤

(1)建立层次结构模型。对影响建设用地的驱动因子进行筛选，建立层次结构模型，并将各驱动因子标号为F1，F2，…，Fn。

(2)DEMATEL方法计算步骤。

①直接关系矩阵的确立。请专家对各因素间的影响关系进行评分，确定直接影响矩阵A=(aij)n×n，(aij=0，1，2，3)，其中aij表示驱动因子Fi对Fj的影响程度。

②归一化直接关系矩阵。将直接影响矩阵归一化，确定标准化矩阵D：

(1)

(3)计算综合影响矩阵。利用公式(1)确立的归一化直接关系矩阵计算综合影响矩阵T：

T=D(I-D)-1

(2)

其中,I为单位矩阵。

(3) AHP方法计算步骤。根据已经建立的层次结构模型，采用成对比较法和1—9比较尺度构造判断矩阵B。

BW=λmaxW

(3)

计算满足公式(3)的特征根和特征向量。式中：λmax为B的最大特征根，W为对应λmax的正规化特征向量，W的分量Wj对应驱动因子单排序的权重值。

为了检验判断矩阵的一致性，需要计算它的一致性指标。

(4)

式中：当CI=0时，判断矩阵具有完全一致性，反之，CI愈大，则判断矩阵的一致性就愈差。

为了检验判断矩阵是否具有令人满意的一致性，需要将CI与平均随机性指标RI进行比较。对于2阶以上的判断矩阵，其一致性指标CI与同阶的平均随机一致性指标RI之比，称为判断矩阵的随机一致性比例，记为CR。当CR小于0.1时，表明判断矩阵具有令人满意的一致性；否则，当CR≥0.1时，则需要对判断矩阵进行调整，直到获得满意的一致性结果为止。然后利用同一层次中所有层次单排序的结果进行层次总排序，获得各驱动因子的权重矩阵Y*。

(4)AHP-DEMATEL方法计算混合权重关系矩阵及排序。经由AHP计算层次结构模型中各驱动因子的权重Y*。

Y=λ′·Y*

(5)

Z=Y+TY

(6)

通过公式(5)、(6)计算混合权重Z，其中T为综合影响矩阵。

将混合权重关系矩阵Z中的Zi做排序，排序结果即为驱动因子对建设用地增长影响重要性的综合排序。排名靠前的驱动因子对建设用地的增长具有较为重要的影响，这些因子不仅自身权重大，而且因子的关联度大：即若该驱动因子改变，除其本身会对建设用地产生巨大影响外，还会连带其他因子发生改变，从而对建设用地增长产生影响。本文结合17个驱动因子的混合权重Zi值对驱动因子进行划分，将权重大于均值的驱动因子定义为主要驱动因子，权重大于均值与标准差之和的驱动因子定义为关键驱动因子。

2构建建设用地增长驱动因子层次结构模型

综述影响建设用地增长因素的相关文献[5-12]，本文归纳出4个影响建设用地增长的主要因素：自然因素、经济因素、社会因素以及政府因素。其中经济因素包含GDP、二三产业产值、收入水平和固定资产投入4个驱动因子；社会因素包含人口总数、城市化率和工业化率3个驱动因子。由于政府因素和自然因素在相关文献中通常是以定性分析的形式出现，为了对上述两个因素进行定量分析，分别选择海拔、气温、地形坡度、耕地面积、交通设施和区位优势6个可定量测度的驱动因子表述自然因素，选择城市发展方针、土地利用政策、城市规划和政府发展冲动4个驱动因子测度政府因素。最终形成包含4个影响因素和17个驱动因子的三层次建设用地增长驱动因子结构模型(图2)。

图2　建设用地增长驱动因子层次结构模型

3数据计算及结果分析

3.1综合影响矩阵的计算

请专家对各驱动因子间的影响关系进行评分。评价专家来自土地规划公司、土地管理专业研究人员(硕士及以上学历)和环境管理专业研究人员(硕士及以上学历)。问卷评分采用“0-1”计分制，当因素Fi对因素Fj有影响时，aij=1，否则，aij=0；当i=j时，aij=0。将专家评分结果进行累加平均后得出直接关系矩阵。通过公式(1)、(2)对直接关系矩阵进行归一化，计算获得驱动土地增长驱动因子的综合影响矩阵T为：

3.2混合关系权重的计算及排序

根据已经建立的层次结构模型，从层次结构模型的第2层开始，对从属于上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和1—9比较尺度构造判断矩阵，直到最下层，按照公式(3)、(4)计算各驱动因子的权重矩阵Y*。最后通过公式(5)、(6)计算混合关系权重，得出影响建设用地增长驱动因子的混合权重关系矩阵Z，并进行排序(表1)。

表1　影响建设用地增长的驱动因子的混合权重排序

注：17个驱动因子的混合权重Z的均值为1.7259，均值加标准差为2.0566。

3.3结果分析

采用混合权重的均值和均值与标准差之和两个指标作为划分驱动因子的标准，获得如表1所示的驱动因子重要性分类结果。从表1中的数据可以发现：

(1)自然因素对建设用地增长的影响较弱。17个驱动因子的混合权重均值为1.725 9，其中权重值小于均值的驱动因子有7个，分别为F1、F6、F4、F2、F3、F5、F9。其中，除F9(属于经济因素)外这些驱动因子均隶属于自然因素，该结果表明自然因素对建设用地增长的影响较弱。该研究结果与前人研究的结论相同，即自然因素由于其具有较高稳定性，对短期土地利用影响较小。

(2)GDP、人口和政府发展冲动是影响建设用地增长的关键驱动因子，收入水平对建设用地增长的影响最小。17个驱动因子的混合权重大于均值与标准差之和的关键驱动因子共有3个，GDP (F7)、人口(F11)和政府发展冲动(F17)，其中GDP和人口的权重较为接近，分别为2.325 5和2.302 3，均远远高于政府发展冲动的权重(2.063 7)。该结果表明在建设用地增长的3个关键驱动因子中GDP与人口的重要性更为突出。在众多的研究文献中，GDP与人口一直是影响建设用地增长的主要驱动因子，本文研究结果与前人的研究结论一致。

而本文识别的另一个影响建设用地增长的关键驱动因子——政府发展冲动，在以往的研究中大多因为该因子的测度复杂而被忽略。事实上，政府发展冲动凸显了政府因素在建设用地增长上的重要影响作用。政府无形的手通过制定发展决策和在不同时期运用不同的土地利用政策，或促进或控制建设用地的增长。随着社会经济的飞速发展，需要越来越多的建设用地，政府的协调有利于将有限的土地资源进行合理、高效的配置。

17个驱动因子中，隶属于经济因素的收入水平(F9)对建设用地增长的影响最小，其权重值为1.284 2。该结果与前人的相关研究结论相矛盾[13]。本文认为出现这一相悖研究结果的主要原因是由于本文的混合权重值不仅代表驱动因子对建设用地增长影响的大小，而且也表示各驱动因子之间关联程度的高低。收入水平虽然与建设用地增长有着十分明显的相关性，但是由于收入水平受到其他驱动因子的影响十分明显，而自身对其他驱动因子的影响弱，关联性小，导致其混合权重的值较小。

4结论

以建设用地增长驱动因子为研究对象，针对传统DEMATEL方法假设每个因素具有相同权重的缺点，对传统决策DEMATEL方法进行改进，提出适合于驱动因子影响力识别的AHP-DEMATEL方法，并将其运用到影响建设用地增长驱动因子的重要性研究中，定量分析了各个驱动因子对建设用地增长的影响，获得如下研究结论：

通过DEMATEL方法找出影响建设用地增长驱动因子之间的影响关系，利用AHP方法计算反映每一层次元素相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重，将AHP计算出的结果作为元素的权重与DEMATEL结合，对获得的驱动因子重要性进行排序，其排序结果与前人对建设用地增长影响驱动因子的认知具有一致性，表明AHP-DEMATEL方法可以用于识别影响建设用地增长驱动因子的重要性。

通过对影响建设用地增长驱动因子的重要性进行排序发现：在影响建设用地增长的4个因素中，经济因素、社会因素和政府因素在建设用地增长中的作用明显，自然因素对建设用地增长的影响较弱。在17个驱动因子中，GDP、人口和政府发展冲动是影响建设用地增长的关键驱动因子，而收入水平对建设用地增长的影响最小。

由于本文是对影响建设用地增长的驱动因子的重要性进行分析，在指标选取上并没有考虑地域的特性。对于一些特定区域，其研究结果可能会出现差异。如对于某些生态敏感区，自然因素往往会成为限制其建设用地增长的主要因素。

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Importance of Driving Factors in Expansion of Construction Land Based on AHP-DEMATEL

FU Guo, WU Chun-you, LU Xiao-li

(Faculty of Management and Economics,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China)

Abstract:Recent years,the problem of urban construction land growth has attracted the attention of the academia,and screening and influence analysis of construction land growth driving factors has become an important field in the research of construction land growth.Based on the traditional decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL),the paper puts forward a more suitable method,which is AHP-DEMATEL method,for the identification of the driving factors,analyses the influence of driving factors of construction land growth and obtains the importance of driving factors in sorting.The results show that the economic factors,social factors and the governmental factors have significantly greater effect than that of natural factors,and government plays a crucial role.The key factors of construction land growth drivers are GDP,population and government development impulse factors.

Key words:construction land；driving factor；importance

doi:10.3969/j.issn.1009-4210.2016.03.002

收稿日期：2015-10-21；改回日期：2015-11-10

基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目(71320107006)；国家自然科学基金项目(41201174)

作者简介：付帼(1986—)，女，满族，博士研究生，从事区域规划与管理、旅游规划与管理等研究。

中图分类号：F293.2

文献标志码：A

文章编号：1009-4210-(2016)03-009-06