宜居城市的选择

利用层次分析法选择宜居城市

大气科学学院2008级(1)班王宏义(学号2008011022)

摘要:最适居住城市的问题在我国是一个崭新的讨论,人们站在不同的立场,运用不同

的测度指标和评价方法,给出不同的看法和成果,本文采用层次分析法建立最适宜居住城市的评测系统,并以全国30个省会城市为例进行实证分析,通过对原始数据的整理,给出其最适宜居住的城市排名,同时也分析影响相对不适宜人们居住的城市的原因。

关键词:宜居城市,层次分析,判断矩阵,指标,总权重,组合权重

问题描述:中国城市化的发展,应该以科学发展观和“以人为本”为中心提升城市的生活

质量,并提出了衡量城市生活质量和品牌价值的“五宜”标准,即“宜居、宜业、宜学、宜商、宜游”。而“宜居”,成为衡量一个城市生活质量和品牌价值的首要标准。未来城市发展应该是围绕以科学发展观和以人为本这个中心,增加城市的竞争能力,提升城市的生活质量,放大城市的品牌价值,最终把城市的发展引导到“生产发展、生活富裕、生态良好”和“全面、协调、可持续”以及“宜居、宜业、宜学、宜商、宜游”的“五宜”轨道上来。而“宜居”是城市品牌价值的“第一要义”,是城市发展的底线,是城市生活质量最核心的内容。本文正是通过对全国各大城市各个综合的指标,选择出最适宜居住的城市。

层次分析法

层次分析法(AHP)是将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于本世纪70年代初,在为美国国防部研究"根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配"课题时,应用网络系统理论和多目标综合评价方法,提出的一种层次权重决策分析方法。这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上,利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。尤其适合于对决策结果难于直接准确计量的场合。层次分析法的步骤如下:

(1)通过对系统的深刻认识,确定该系统的总目标,弄清规划决策所涉及的范围、所要采取的措施方案和政策、实现目标的准则、策略和各种约束条件等,广泛地收集信息。

(2)建立一个多层次的递阶结构,按目标的不同、实现功能的差异,将系统分为几个等级层次

(3)确定以上递阶结构中相邻层次元素间相关程度。通过构造两比较判断矩阵及矩阵运算的数学方法,确定对于上一层次的某个元素而言,本层次中与其相关元素的重要性排序--相对权值。

(4)计算各层元素对系统目标的合成权重,进行总排序,以确定递阶结构图中最底层各个元素的总目标中的重要程度。

(5)根据分析计算结果,考虑相应的决策。

层次分析法的整个过程体现了人的决策思维的基本特征,即分解、判断与综合,易学易用,而且定性与定量相结合,便于决策者之间彼此沟通,是一种十分有效的系统分析方法,广泛地应用在经济管理规划、能源开发利用与资源分析、城市产业规划、人才预测、交通运输、水资源分析利用等方面。

模型假设:

将最适居住城市设为最高层,城市的反映各个条件因素的设为准则层,通过对各个因素中小影响因素的数据对比,计算准则层的各个条件因素的权重,最后可解除最高层的城市。

模型建立与求解:

1.考虑到宜居城市选择的复杂性和全方位性,宜居城市

评价指标体系由环境质量B1(包括人均城市绿地面积(公顷/万人)B11,空气质量达到及好于二级质量的天数B12,生活垃圾无害化处理率(%)B13,

交通噪声路段超标率(%)B14,工业废水排放达标率(%)B15,人均享有清扫保洁面积(平方米/人)B16),

气候条件B2(包括月平均气温最高值B21,月平均气温最低值B22,平均湿度B23),

经济富裕程度生活质量B3(包括人均地区生产总值(元)B31,人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)B32),

住房条件B4(包括房屋销售价格(元/平方米)B41,人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)B42),

教育水平B5(包括高校数B51),卫生条件B6(包括医院数B61),

基础设施B7(包括剧场影院数(个)B71,年末供水综合生产能力(立方米/天.人)B72,城市燃气普及率(%)B73,每万人拥有公共厕所(座)B74,人均道路面积(平方米)B75),

社会保障B8(包括失业保险领取人人均累计节余(元)B81,养老保险参保人人均累计节余(元)B82,医疗保险参保人人均累计结余(元)B83)

公共安全B9(包括违法犯罪刑事案件B91)等9个一级指标和24个二级指标。其中,一级指标是对宜居城市不同侧面的具体描述,二级指标是对一级指标的进一步细划。根据层次分析法将上述指标构建递阶层次结构图[1](见图【一】)。

经济富裕程度生活

环境质量B1

气候条件B2

住房条件B4

质量B3

人均城市绿地面积(公顷/万人)B11

空气质量达到及好于二级质量的天数B12

生活垃圾无害化处理率(%)B13

交通工业人均噪声废水享有路段排放清扫超标达标保洁率率面积(%)B1(%)B1(平方45米/

人)B16

月平均气月平均气平均湿度人均地区人均城乡房屋销售人均年末图【一】递阶层

次结构图

2.构造判断矩阵并计算权重值

本文采用AHP确定宜居城市各指标的权重,采用德尔菲法利用比率标度技术对各指标的相对重要性进行判断,构造判断矩阵。某一指标相对于另一个指标重要性的涵义如表1所示

表1

指标相对重要性标度含义

重要性标度含义

135792,4,6,8倒数

表示两个元素相比

,具有同等重要性表示两个元素相比,前者比后者稍重要表示两个元素相比,前者比后者明显重要表示两个元素相比,前者比后者强烈重要表示两个元素相比,前者比后者极端重要表示上述判断的中间值

若元素i与元素j的重要性之比为aij,则元素j与元素i的重要性之比为aji=1/a

2.1构造判断矩阵求特征值

通过以上分析,运用德尔菲法和层次分析法及表1的重要性对判断矩阵进行赋值,如认为住房条件比环境质量稍重要,则可赋B1/B4=1/3,依次类推。最终判断矩阵见表2。

表2指标相对重要性判断矩阵AB1B2B3B4B5B6B7B8B9

B111/91/3373559

B2915393557

B331/511/5731/335

B41/31/351731/377

B51/71/91/71/711/5337

B61/31/31/31/3511/51/53

B71/51/5331/35177

B81/51/51/31/71/351/715

B91/91/71/51/71/71/31/71/51

其中:

B1B11B12B13B14B15B16

B111551/51/31/7

B121/511/51/71/35

B131/5511/51/33

B1457511/35

B15333315

B1671/51/31/51/51

2.2得出判断矩阵后,需要对其进行一致性检验,运用Matlab语句求A的特征值:[λ,D]=eig(A),

λ为判断阵A的特征值(见表3)

表3各矩阵特征值

2.3确定各指标权重值

在层次分析模型中,利用和法确定各指标的权重是比较常用的,它的原理是,对于一致性判断矩阵,每一列归一化后就是相应

的权重。对判断矩阵进行归一化后得出单排序权重。见表4

从单排序权重和组合权重计算公式w(k)=(w1(k),w2(k),…,wn(k))T=p(k)w(k-1),可以计算出二级指标的组合权重,也就是各指标的最终权重。例如,B11的组合权重w(B11)=p(B1)×w(B11),见表5

表4层次单排序权

A总排序权值B1单排序权值B2单排序权B3单排序权值B4单排序权值B5单排序权值B6单排序权值B7单排序权值B8单排序权值B9单排序权值B1B61B2B72B3B73B4B74B5B75B6B7B8B9

表5

二级指标B11B12B13B14B15组合

二级指标B21B22B23B31B32二级指标组合权重值组合

二级指标B42B51B61B71B72组合

二级指标B74B75B81B82B83组合

B16B11B71

B12

B82

B13

B83

B14B15B23

B21B81

B31B91B22

B32

B41

B51B42

2.4最终得出如表6所示的宜居城市评价指标体系。

表6

宜居城市评价指标体系

一级指标

环境质量B1

气候条件B2

二级指标

B11(公顷/万人)B12(天)B13(%)B14(%)B15(%)

B16(平方米/人)B21(度)B22(度)B23(%)

B31(元)B32(元/人)

B41(元/平方米)B42(平方米/人)B51(个)B61(个)B71(个)

B72(立方米/天.人)B73(%)B74(座)

B75(平方米)B81(元)B82(元)B83(元)B91(件)

指标属性正向正向正向负向负向正向正向负向正向正向负向负向正向正向正向正向正向正向正向正向负向正向正向负向

分权重总权重

生活质量B3住房条件B4教育水平B5卫生条件B6

基础设施B7

社会保障B8公共安全B9

模型评价:

本文运用层次分析法构建一套能够综合评价宜居城市水平的指标体系,希望运用其在评价过程中可以发现宜居城市建设进程中的薄弱环节和面临的问题,从而为科学发展宜居城市战略的制定和问题的解决提供有价值的参考依据。另外,本文理论研究与实际工作的结合不够,计算中也存在误差与漏洞。宜居城市选择研究对调查研究与当地人文环境有较高的依赖性,只有实地调研考察与理论工作紧密结合,才能较好地实现研究的实证分析与理论规范的完美结合。作者将在今后的研究建模中进行尽量多的实地调研,使研究更具实际意义。

参考文献及数据:

1.淮海工学院学报(自然科学版)第18卷第1期2009年3月《基于层次分析法的城镇化评价指标体系的优化》

韩江涛,龚新蜀(石河子大学经济贸易学院,新疆石河子832003)

2.刘亚臣,常春光,刘宁,等.基于层次分析法的城镇化水平模糊综合评价[J].沈阳建筑大学学

报:自然科学版,2008,24(1):132-136

3.姜爱林.城镇化水平的五种测算方法分析[J].中央财经大学学报,2002(8):76-80.

4.徐秋艳.城市化水平测度方法研究综述[J].安徽农业科学,2007,35(29):9407-9408.5.参考数据见以下表格指标代码

I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I19I20I21I22I23I24

指标I城市北天

京津

指标

人均城市绿地面积(公顷/万人)空气质量达到及好于二级质量的天数生活垃圾无害化处理率(%)交通噪声路段超标率(%)工业废水排放达标率(%)

人均享有清扫保洁面积(平方米/人)月平均气温最高值月平均气温最低值平均湿度

人均地区生产总值(元)

人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)房屋销售价格(元/平方米)

人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)高校数医院数

剧场影剧院数(个)

年末供水综合生产能力(立方米/天.人)城市燃气普及率%每万人拥有公共厕所(座)人均道路面积(平方米)

失业保险领取人人均累计节余(元)养老保险参保人人均累计节余(元)医疗保险参保人人均累计结余(元)违法犯罪刑事案件

说明

反映环境质量

反映气候条件反映经济富裕程度生活质量住房条件反映教育水平反映卫生条件

反映基础设施

反映社会保障反映公共安全

[***********]2

[***********][***********]8

392.585.046.523.148.354.117.823.357.983.886.331.4

439.613.18.117.943.635.612.314.572.226.110.90.0

50.991.000.990.940.870.900.970.760.980.930.730.98

68.305.0915.0920.2024.6531.0811.5711.208.7648.4330.0920.82

726.426.427.425.724.524.323.523.430.229.530.629

8-1.9-2.7-0.9-3.6-9.2-13-15-185.63.95.83.4

[***********]0717172

[***********][***********][***********]87410055

1112

72632108.829624106.716533104.333942103.920995109.527318106.615889101.615951103.369296

98.7

石家庄太

呼和浩特沈长

阳春

哈尔滨上南杭合

京252州

87

30217104.337125102.613293101.3

肥134

I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I19I20I21I22I23I24

福南济郑武长广南海重成贵昆西兰西

州昌

4251

人均城市绿地面积(公顷/万人)空气质量达到及好于二级质量的天数生活垃圾无害化处理率(%)交通噪声路段超标率(%)工业废水排放达标率(%)

人均享有清扫保洁面积(平方米/人)月平均气温最高值月平均气温最低值平均湿度

人均地区生产总值(元)

人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)房屋销售价格(元/平方米)

人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)高校数医院数

剧场影剧院数(个)

年末供水综合生产能力(立方米/天.人)城市燃气普及率%每万人拥有公共厕所(座)人均道路面积(平方米)

失业保险领取人人均累计节余(元)养老保险参保人人均累计节余(元)医疗保险参保人人均累计结余(元)违法犯罪刑事案件

[***********][***********][1**********]9

58.150.770.146.334.846.355.857.562.558.957.068.034.360.218.394.6

12.743.817.58.537.339.233.651.511.014.141.721.036.320.710.932.5

0.960.940.990.970.990.850.960.950.990.940.840.890.950.850.900.80

12.6112.3353.7521.0114.5814.8644.8010.786.751.5611.706.639.048.3313.446.43

29.43027.427.830.230.129.8283032.426.923.821.328.222.218.7

反映环境质量

反映气候条件反映经济富裕程度生活质量住房条件反映教育水平反映卫生条件

反映基础设施

反映社会保障反映公共安全

12.56.500.34.25.315.81418.57.85.84.310.8-0.2-6.9-6.5

[***********][1**********]656

[***********][***********][***********][***********]11762

21059106.715163106.219600104.323434105.723054103.017322105.373120106.210142104.123034102.89219

103.0

南181州汉沙

685156

州287宁口庆都阳明安州宁

[**************]13

21855107.116422104.422478101.325900103.621928104.712823102.8

I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I19I20I21I22I23I24

58891319.613.87.89.59.811.19.611.722.511.612.45.5

人均城市绿地面积(公顷/万人)空气质量达到及好于二级质量的天数生活垃圾无害化处理率(%)交通噪声路段超标率(%)工业废水排放达标率(%)

人均享有清扫保洁面积(平方米/人)月平均气温最高值月平均气温最低值平均湿度

人均地区生产总值(元)

人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)房屋销售价格(元/平方米)

人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)高校数医院数

剧场影剧院数(个)

年末供水综合生产能力(立方米/天.人)城市燃气普及率%每万人拥有公共厕所(座)人均道路面积(平方米)

失业保险领取人人均累计节余(元)养老保险参保人人均累计节余(元)医疗保险参保人人均累计结余(元)违法犯罪刑事案件

[***********][**************]

55.427.[***********][***********]1226

32.856.[***********][1**********]

0.930.79171.600.630.610.480.560.720.980.810.820.980.880.95

18.0231.2018113.8499.2286.9674.5671.0387.9575.0370.72105.2580.270.1376.09

24.824.5

193.823.403.974.456.354.074.927.741.543.402.802.22

反映环境质量

反映气候条件反映经济富裕程度生活质量住房条件反映教育水平反映卫生条件

反映基础设施

反映社会保障反映公共安全

-7.4-14

5154207.413.9812.389.0610.348.518.518.4711.8415.4512.2112.28

[***********][***********]63-[***********][**************]

21177102.333599101.[***********][***********][**************]

[***********][***********]907862

乌鲁木齐

指标I城市北天

京津

石家庄太

呼和浩特沈长

阳春

哈尔滨上南杭合

海京州肥

I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I19I20I21I22I23I24

福南济郑武长广南海重成贵昆西兰西

州昌南州汉沙州宁口庆都阳明安州宁

人均城市绿地面积(公顷/万人)空气质量达到及好于二级质量的天数生活垃圾无害化处理率(%)交通噪声路段超标率(%)工业废水排放达标率(%)

人均享有清扫保洁面积(平方米/人)月平均气温最高值月平均气温最低值平均湿度

人均地区生产总值(元)

人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)房屋销售价格(元/平方米)

人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)高校数医院数

剧场影剧院数(个)

年末供水综合生产能力(立方米/天.人)城市燃气普及率%每万人拥有公共厕所(座)人均道路面积(平方米)

失业保险领取人人均累计节余(元)养老保险参保人人均累计节余(元)医疗保险参保人人均累计结余(元)违法犯罪刑事案件

10.16.68.66.18.17.711.76.06.89.37.33.75.26.66.37.0

[***********][**************]1

[***********][***********][1**********]5

[***********]17583975

0.890.980.590.660.971.180.871.011.050.580.640.600.650.510.760.89

76.7377.2694.4763.2383.6975.9571.0272.9570.975.8471.8260.4157.3771.2457.0681.13

反映环境质量

反映气候条件反映经济富裕程度生活质量住房条件反映教育水平反映卫生条件

反映基础设施

反映社会保障反映公共安全

1.691.951.973.202.552.351.131.791.292.642.412.221.901.921.894.38

9.639.6118.141012.0610.019.6510.7714.218.149.465.357.479.0711.349.33

[***********][***********][***********][***********]57640019

[***********][***********][***********]5628542752

[***********][***********][***********]28

指标代码

I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I14I15I16I17I18I19I20I21I22I23I24

指标

人均城市绿地面积(公顷/万人)空气质量达到及好于二级质量的天数生活垃圾无害化处理率(%)交通噪声路段超标率(%)工业废水排放达标率(%)

人均享有清扫保洁面积(平方米/人)月平均气温最高值月平均气温最低值平均湿度

人均地区生产总值(元)

人均城乡居民储蓄年末余额(元/人)房屋销售价格(元/平方米)

人均年末实有住宅建筑面积(平方米/人)高校数医院数

剧场影剧院数(个)

年末供水综合生产能力(立方米/天.人)城市燃气普及率%每万人拥有公共厕所(座)人均道路面积(平方米)

失业保险领取人人均累计节余(元)养老保险参保人人均累计节余(元)医疗保险参保人人均累计结余(元)违法犯罪刑事案件

9.18.0

1331

680166

513

0.790.86

66.4683.4

说明

反映环境质量

反映气候条件反映经济富裕程度生活质量住房条件反映教育水平反映卫生条件

反映基础设施

反映社会保障反映公共安全

4.004.62

15.4912.13

2671657532

47804158

11891008

乌鲁木齐


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