基于双目标渐进法的中国省域生态文明发展水平评估研究

解钰茜，张林波，罗上华，杨娇，李芬，王德旺

（中国环境科学研究院，北京 100012）

基于双目标渐进法的中国省域生态文明发展水平评估研究

解钰茜，张林波，罗上华，杨娇，李芬，王德旺

（中国环境科学研究院，北京 100012）

本文构建了包含4个领域、10个目标、25个指标的省域生态文明发展水平评估指标体系。在对比和改进现有数据标准化处理方法的基础上，提出双目标渐进法对评价指标进行归一化处理，并采用综合加权指数法对2014年我国的31个省、自治区、直辖市的生态文明发展水平进行评估。结果显示，我国生态文明发展水平较低，东南沿海地区生态文明发展水平高于中西部地区。总体来看，目前我国整体经济社会建设成效显著，但我国生态文明发展水平与预期目标及国际水平相比还有一定差距，因此在生态环境保护、工业污染控制、产业优化和资源高效利用方面还需加强。

生态文明发展水平；省域生态文明评估；双目标渐进法；单目标渐进法； 极差标准化

一、研究背景

针对可持续发展和生态文明建设情况的评估，国内外一些机构、学者已从不同视角、不同尺度开展研究，如中国省域生态文明建设评价研究[1]、中国绿色发展指数研究[2]、全球环境绩效指数（EPI）研究[3]等。这些评价研究的指标覆盖广、综合性强，反映了不同国家、不同城市生态文明的发展状况，但在具体指标数据标准化评估方法上仍存在不足，如极差标准化和Z-score标准化方法仅限于数据的无量纲处理，处理后的数据无实际含义。本研究提出双目标渐进法的标准化方法，对比讨论了其与极差标准化和单目标渐进法的差异，并在此基础上对2014年我国31个省、自治区、直辖市（不包含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区）的生态文明发展水平进行评估。

二、研究方法与数据来源

（一）指标体系构建

本研究结合我国生态文明建设的总体目标，以生态环境质量改善为核心，兼顾经济、社会和环境领域的协调发展，遵守客观性、可行性、综合性、简明性和合理性原则，综合衡量生态文明建设各领域的整体协调程度，全面客观地评价整个经济社会的发展，构建包含4个领域、10个目标、25个指标的评估体系，对我国生态文明发展水平进行评估。具体指标体系见表1。

表1 生态文明发展水平评估指标体系

（二）评价方法及数据来源

本研究以2014年为评估年，以我国31个省、自治区、直辖市为评价单元。采用标准化方法进行无量纲归一化处理，采用层次分析法对各层级指标赋予权重，并利用综合加权指数法对生态文明发展水平进行评估，最终将生态文明发展水平得分划分为5个等级，即A级（K≥90）、B级（70≤K＜90）、C级（60≤K＜70）、D级（50≤K＜60）和E级（K＜50）。对评估指标中所涉及的社会经济指标的原始数据优先选择该年度中国统计年鉴、城市统计年鉴等统计数据，对环境保护、污染排放、污染治理等指标的原始数据优先选择该年度环境统计年鉴的统计数据及遥感数据、环境监测数据等行业统计数据，此外,对个别指标的原始数据则采用对相关研究成果的引用，如生态环境质量指数、人均生态足迹等。权重及指标数据来源见表2。

综合加权指数法公式如下：

表2 权重及指标数据来源

式（1）中，K为综合评价指数,即生态文明发展指数；Wi为各指标权重；Aj为各指标标准化后值。其中，数据标准化方法参考现阶段评估研究普遍采用的方法，列举3种不同标准化方法，即极差标准化[5]、单目标渐进法[6]、双目标渐进法，并着重对标准化的方法及结果进行比较研究。极差法采用指标数据的最大、最小值作为归一化依据，单目标渐进法选用每个指标的唯一目标值进行归一化处理，双目标渐进法在单目标渐进法的基础上进行了改进，选取设定不同目标值作为归一化依据,具体标准化方法如下。

1.极差标准化

极差标准化方法是对原始数据进行线性变换，设min X和max X分别为属性A的最小值和最大值，将A的一个原始值x通过max-min标准化映射成在区间[0,1]中的值X，其具体公式如下：

式（2）中，Aij为第i年的第j个评价指标数据标准化后的值；Xij为第i年的第j个评价指标的原始值；max(Xij)为第i年的第j个评价指标最大值；min(Xij)为第i年的第j个评价指标最小值。

2.单目标渐进法标准化

单目标渐进法标准化采用每个指标的唯一目标值作为参考，通过每个指标趋近目标值的程度，对相应指标的要求进行赋值（原理见图1），其具体公式如下：

当Aij＜ 0时，取值为0；当Aij＞ 100时，取值为100。式（3）、式（4）中，Aij为第i年的第j个评价指标数据标准化后的值；Xij为第i年的第j个评价指标的原始值；S(Xij)为第i年的第j个评价指标标准值。

图1 单目标渐进法标准化方法原理图

3.双目标渐进法标准化

双目标渐进法标准化在单目标渐进法的基础上进行了改进，设定2个不同目标值作为参考，通过每个指标趋近目标值的程度，对相应指标进行赋值。两个目标值分别设定为A值和C值，A值即指标通过标准化后可获得90分时所对应的数值，C值即指标通过标准化后可获得60分时所对应的数值。A值和C值的选择主要依据我国及各部门行业标准中的相关规定、国家相关规划或其他要求、国内外同发展水平城市的现状值,如本次评估主要参考《国家生态文明建设示范县、市指标（试行）》（草案）《城市园林绿化评价标准》《生态县、生态市、生态省建设指标（试行）》《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》和《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》等文件，及世界银行有关中高等收入、高等收入国家的2014年数据，具体目标值的选取见表3。对于部分无法找到确切参考依据的指标，将依据指标数据的统计学分布特征，即选取各指标原始数据按顺序排列时，位置在整体数据60%位置的数值作为C值、90%位置的数值作为A值（原理见图2）。其具体公式如下：式（5）中，当 Aij＜ 0 时，Aij取值为 0；当 Aij＞ 100 时，Aij取值为100。其中，Aij为第i年的第j个评价指标数据标准化后的值；Xij为第i年的第j个评价指标的原始值；SA(Xij)为第i年的第j个评价指标标准值A值；SC(Xij)为第i年的第j个评价指标标准值C值；SA为此评价指标标准值A值对应分数（90分）；SC为此评价指标标准值C值对应分数（60分），为某一指标每增加（或减少）时对应赋分值的增加（或减少）。

图2 双目标渐进法标准化方法原理图

三、结果与讨论

（一）不同评价方法评估结果对比及分析

本研究对3种标准化评估结果进行对比，以评估研究中普遍采用的极差法作为参照，分别对比单目标渐进法和双目标渐进法的差异，结果对比见表4、表5。

从3种标准化方法的计算原理来看，极差标准化等主要以数学原理为依据的标准化方法仅对指标原始数据进行无量纲的归一化处理，即计算得出每个数据在各自评估数据范围内的定位（顺序），但处理后的数据无实际含义。而目标渐进法由于参考国内行业标准、规划目标值、国际同水平值等相关指标要求，或直接给定了每个指标的实际目标值，且本研究首次提出的双目标渐进法定义了值（见评价方法中“双目标渐进法”公式），即指标原始数值每增加（或减少）多少，对应标准化后所得分数增加（或减少）多少，也就是规定了指标原始值与标准化值的变化关系，故此方法在满足无量纲化数据处理的同时兼具实际得分情况，可判定最终评估结果得分能否反映实际生态文明的发展水平，或是否符合我国或世界相应的发展水平。双目标渐进法还提出了指标目标值在无规定的参考要求时如何选取目标值，即可以根据每个指标数据统计学分布特征设定目标值，解决了目标渐进法评估中指标目标值的取值问题。

表3 目标值的选取

从3种标准化方法计算评估结果的数据统计学特征来看，生态文明发展水平各省平均值以双目标渐进法评估的得分最高，其次是单目标渐进法、极差标准化法； 3种方法计算得出的平均值与中位值之差均较小，其中，以双目标渐进法的计算结果之差最小。从评估结果的分布情况来看，极差标准化法计算结果的数据离散度较大，数据分布区间为38.05～85.29分，单目标渐进法计算结果的数据离散度较小，数据分布区间为47.34～69.85分，双目标渐进法计算结果的数据离散度适中，数据分布区间为49.07～73.79分。

从单目标渐近法、双目标渐进法与极差标准化法计算结果的各省生态文明发展水平排名来看，3种方法评估结果排名趋势相似，以极差标准化法为参照，分别对比其与单目标渐进法、双目标渐进法评估结果排名的变动情况，其中单目标渐进法的平均名次变化（上升或下降）为3.81，双目标渐进法的平均名次变化（上升或下降）为2.90。

综上所述，目标渐进法比普遍采用的极差标准化方法得出的指标归一化结果更具有实际意义，且双目标渐进法比单目标渐进法更具科学性。

表4 三种标准化方法评估结果对比

（二）基于双目标渐进法的生态文明发展水平评估结果分析

本研究最终选取双目标渐进法对2014年我国31个省、自治区、直辖市生态文明发展水平进行评估，评估结果见表6。结果显示，2014年我国生态文明发展水平平均得分为59.73 ，属于D级，其中，没有生态文明发展水平达到A级的地区，生态文明发展水平达到B级的仅有浙江省和广东省2个地区，占全国国土面积的2.97%；达到C级的地区，有14个，包括福建省、海南省等地区，占全国国土面积的23.45%；达到D级的地区有14个，包括江苏省、内蒙古自治区等，占全国国土面积的69.08%；达到E级的城市有1个，为甘肃省，占全国国土面积的4.50%，可以看出，2014年我国占国土面积70%以上的地区生态文明发展水平得分未及格（60分以下为未及格）。总体来看，我国生态文明发展水平较低。

表5 三种标准化方法评估结果统计学特征

从空间分布情况看，我国东南沿海地区生态文明发展水平略高于中西部地区。从4个评价领域层来看（见图3和表6），各省、自治区、直辖市平均绿色生活得分较高，为71.24分，绿色生产得分较低，为53.25分；其中，B级地区除绿色治理领域得分较低，其他领域得分均超过70分，发展较为均衡；C级地区的绿色生活得分较高，绿色环境和绿色治理得分均在60～70分，但绿色生产得分较低，是该地区的突出短板；D级地区除绿色生活得分在60分以上，其他领域得分均为60分以下；E级城市4个领域得分均较低，导致该地区生态文明发展水平最低。此外，从评价指标体系中的10个目标层来看（见图3），各省、自治区、直辖市城镇人居指数、环境质量指数和污染治理指数平均得分均较高，分别为82.31分、72.65分和70.52分，但污染排放指数、建设绩效指数、资源效率指数平均得分均较低，分别为42.22分、49.11分和50.71分。综上所述，我国生态文明发展水平与我国预期目标及国际水平还有一定差距，虽然在社会经济生活方面有一定基础，其中一些一线城市已达到国际中高收入或高收入国家的水平，我国整体经济社会建设成效显著，但在生态环境保护、工业污染控制、产业优化、资源高效利用方面还需进一步加强，以实现生态文明建设各领域的均衡发展。

图3 各领域层和目标层雷达图

表6 各评价等级生态文明发展指数及各领域得分

[1] 严耕, 吴明红, 樊阳程，等. 中国省域生态文明建设评价报告(ECI 2015) [M]. 北京:社会科学文献出版社, 2015.Yan G, Wu M H, Fan Y C, et al. Annual report on China’s provincial ecological civilization index (ECI 2015) [M]. Beijing:Social Sciences Academic Press (China), 2015.

[2] 北京师范大学经济与资源管理研究院,西南财经大学发展研究院，国家统计局中国经济景气监测中心. 2014中国绿色发展指数报告：区域比较 [M].北京: 科学出版社, 2014.School of Economics and Resource Management of Beijing Normal University, Institute of Development Studies of SWUFE, China Economic Monitoring & Analysis Center of National Bureau of Statistics of the PRC. 2014 China green development index report:Regional comparison [M]. Beijing：China Science Publishing &Media Ltd., 2014.

[3] 董战峰, 张欣, 郝春旭. 2014年全球环境绩效指数(EPI)分析与思考 [J]. 环境保护, 2015, 43(2): 55-59.Dong Z F, Zhang X, Hao C X. Analysis and thoughts on 2014 environmental performance index [J]. Environmental Protection,2015, 43 (2): 55-59.

[4] 中华人民共和国环境保护部. 生态环境状况评价技术规范 [M].北京: 中国环境科学出版社, 2015.Ministry of Environmental Protection of the PRC. Technical regulations of ecological environment assessment [M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2015.

[5] 胡永宏, 贺思辉. 综合评估方法[M].北京:科学出版社, 2000.Hu Y H, He S H. Comprehensive assessment method [M]. Beijing:China Science Publishing & Media Ltd., 2000.

[6] 董战峰, 郝春旭, 李红祥, 等. 2016年全球环境绩效指数报告分析 [J]. 环境保护, 2016 , 44(20): 52-57.Dong Z F, Hao C X, Li H X, et al. Analysis of the environmental performance index: 2016 report [J]. Environmental Protection,2016, 44(20): 52-57.

Evaluating the Level of Provincial Ecological Civilization Development in China Using the Double-Benchmark Progressive Method

Xie Yuxi, Zhang Linbo, Luo Shanghua, Yang Jiao, Li Fen, Wang Dewang
(Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)

To assess the level of provincial ecological civilization development in China, this work constructs an evaluation index system that includes four areas, 10 targets, and 25 specific indicators. Based on a comparison and improvement of existing data standardization methods, this study puts forward a double-benchmark progressive method as the standardization method, and adopts the comprehensive weighted-index method to evaluate the ecological civilization development level of China’s 31 provinces (including provinces, autonomous regions, and municipalities). The results indicate that the ecological civilization development level in China is low, and that the ecological civilization development level of the southeastern coastal areas is higher than those of Central and Western China. In general, gaps still exist between China’s ecological civilization development level, its expected level, and the global level.Although China has made remarkable achievements to date in terms of overall economic and social construction, it is necessary to further strengthen and pay attention to ecological environmental protection, industrial pollution control, industrial optimization, and efficient resource use.

ecological civilization development level; provincial ecological civilization evaluation; double-benchmark progressive method; single-benchmark progressive method; maximum-difference normalization method

X22献标识码A

2017-06-16；

2017-07-03

张林波，中国环境科学研究院，研究员，主要研究方向为生态文明建设、生态资产核算等；E-mail: zhanglb@craes.org.cn

中国工程院咨询项目“生态文明建设若干战略问题研究（二期）”(2015-ZD-16)

本刊网址：www.enginsci.cn

DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.04.010