工业园区环境质量影响因素重要性分析

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1、工业园区环境质量影响因素重要性分析刘星魁(江西理工大学，江西省赣州市红旗大道 86 号，341000)中文摘要工业园区环境质量影响因素种类繁多，而且相互之间的重要程度 不容易确定，因此传统的层次分析法对因子间相对权重确定时难度较 大。本文提出一种以 Chen & Hwang 五等级语言变量转化尺度为基础 的改进层次分析法，以环境使用者的感受为出发点，透过问卷调查获 得居民对各种环境质量属性主观评价来获得各影响因素的整体重要 程度，为后续的环境质量综合评价提供了基础。关键词：工业园区环境质量，影响因素重要程度，层次分析法，Chen& Hwang 五等级语言变量转化尺度中图分类号： X321 文献

2、编码： AThe importance analysis of factors affected on Industrial Park environmental qualityLIU Xing kui(Jiangxi University of Science and Technology,Gan zhou City,Red Flag Street NO. 86,341000)abstract ： The factors of Industrial Park environmental quality is variety,And the importance between them is

3、 not easy to be determined, so the traditional AHP is not appropriate to solve this problem. This paper presents a AHP with improvement based on Chen & Hwang five grading 作者简介：刘星魁，1981 年生，男，在读研究生，主要研究方向事故风险的识别分析与多目标优化决 策scale semantic transformation,from environment users feel as the starting point,

4、 accessing to the integer importance through a survey of the various environmental quality factors, and provides a basis to the future environmental quality assessment.Keyword: Industrial Park environmental quality; importance between the factors;AHP; Chen & Hwang five grading scale semantic transfo

5、rmation 一 研究动机工业园区是一个包括自然、工业和社会的地域综合体，是依据循 环经济理论和工业生态学原理而设计成的一种新型工业组织形态。它 通过成员之间的产品，能量和废物的交换，基础设施的共享来实现园 区经济效益和环境效益的协调发展。目前为止，我国已经建立起以苏 州工业园区为首的多个大型工业园区，为加速区域经济发展，提高人 民生活水平起到了积极的作用。然而，随着经济发展与产业结构的转 变，工业园区必须由传统制造与生产的集合空间，转化为创造、 思考、研究的场所以及人类生活的场所。人们不仅只是工作， 更是生活在其中，这使得工业园区由单纯的工作环境，转变为结合工 作与生活空间，工业园区环境质

6、量的提升刻不容缓。因此，本文尝试 以数学方法对工业园区环境质量影响因素进行重要性分析，未来可以 根据分析结果提出相应的改善措施以及对整个园区的综合评价。二 研究方法探讨本文有关的工业园区环境质量影响因素重要性分析模式主要选择 以使用者主观认知为基础，根据数学方法提供一套客观的衡量工具，分析结果可以作为后续研究的参考和辅助。以环境使用者的观点做为评价基准，不同于仪器的监测或客观的 统计资料。一般而言，人们的思考及感情不易由语言及文字完整的表 达出来，若要以传统决策方法中二值逻辑语言来表示判断矩阵中的评 估值，则更是困难。因此，一对一的数学逻辑模式，并不能适切比拟 人们的想象力。许多的评估值则通常

7、是专家或决策者依据不完全信 息，凭其经验的判断值，此判断值常具有其主观性，即具有模糊性。Saaty(1980)层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)【1 】是公 认的可以较好分析因子重要性的方法，然而传统的层次分析法利用1 至 9 精确数值对比较因子进行两两对比，无法将上述人类思维中的模 糊性表现出来，易人为地造成计算结果精度不高。因此 Buckley(1985) 【2】运用模糊理论提出了模糊层次分析法(Fuzzy Hierarchy Process, FAHP)，该方法以梯形模糊数来处理传统AHP在主观和认识上的模 糊性问题，以获得较能反映真实环境的评选结

8、果。然而由于 Buckley 提出的方法仅定义因子间相对重要程度的正向尺度，负向评价尺度为正向尺度的倒数，即如果 A 比 B 非常重要，那 B 比 A 就是非常不重要,两者为倒数关系。例如判断矩阵A=aij(1(1/10,1/10,1/9,、一1:,(8,9,10,10).1 丿/8)中梯形模糊数(8, 9, 10, 10)对应非常重要，那么非常不重要应取其倒数( 1/10,1/10,1/9,1/8) ,而且还要进行行列互换,如果矩阵 m 阶数很多的话,这无疑会增加了问卷调查的繁琐程度,稍不注意就可能发 生错误。基于上述，本文提出一种基于人工语言的正向模糊尺度层次分析 法对工业园区环境质量影响

9、因素重要性分析。三 研究步骤（1）建立层次分析图 将所有主要指标和次要指标纳入考虑范围，以层次结构的方式进 行剖析。（2）问卷调查以问卷调查的方式征求受访居民意见进行指标间两两相对重要 性比较，首先应以第一层目标为基准，进行第二层主要因子间的相对 比较。第三层次要因子以第二层为基准以同样方法进行两两相对比 较，比较尺度为非常重要，重要些，同等重要，不重要些，非常不重 要五个等级。图 1【4】为本文用以评比的五个尺度对应的隶属函数。】平僅燮 不軍婪啊 同寻重更 虫安些 非常亟娈1D0.9Q.S0,70.60,5(M030.20,1丨 F 丁 J* I 卩 耳J J 勺 丨 Picturgl Me

10、mbership Function of Linguistic Value图1语言值隶属函数图3）一致性检定此项步骤目的主要在于确认受访居民在成对比较过程中，主观判 断是否前后一致，确保问卷中不会出现类似“石头，剪刀，布”的无效循环,Satty建议对矩阵进行一致性鉴定的公式为:C.I 二九 -mmaxm -11）其中九为判断矩阵最大特征值，m为矩阵介数。当C.I 0.1可认 max为矩阵符合一致性要求，否则需请受访者重新修正意见。4）建立模糊判断矩阵根据居民主观意见可以建立以下模糊判断矩阵：1mf 1A = a =:.am1其中a为第i项因子与第j项因子重要程度，尺度参见本文如下所 ij建立的

11、五等级三角模糊尺度。本文利用a （介于0，1之间）截集衡 量受访居民对于园区实际情况的熟悉程度，当越接近与1，表示熟悉程度越高。反之，当。越接近与0，表示存在的不确定性越大，对应尺度区间越大。Picture2 a cut to Interval of triangular fuzzy number图2。截集对应三角模糊数尺度区间图 2 中三角模糊数尺度，表示当受访居民对客观情况的熟悉程度 为。时，模糊区间为（X ,X ,X ）。其中X ， X为置信度=。所对应 aL aM aRaL aR评价尺度的上下限， X 为最有代表的重要性。所以，居民意见为介aM于X，X之间的模糊区间。例如“重要些”由图

12、1可知尺度区间为aL aR（6，7.5, 9）,当a=0.5 时，模糊区间为（6.75, 7.5, 8.25）。ACd XaL XaMXaRXPicture3 a cut to Interval of trapezoidal fuzzy number图3。截集对应梯形模糊数尺度区间图3表示置信度=卿寸，“非常不重要”的梯形模糊数尺度区间。由图1可知尺度区间为（0, 0，1，2）。无论a为何值时，x必定等aL于0。X值可由置信度a获得，X可由Sugeno（1977）重心法【5】求aRaM得：2) zdzJ u (z) dz由图4知当置信度=。时X和X围成（bcdef）区域，利用（2）aL aR式

13、得X二1/2 +(X2aR “1/3(X爲】)，同理，“非常重要”对应的 aM1 + 2(X 1) - 1/2( X 2 - 1)aRaR_ 1/3(729-X 3)-4(81 X 2)+ 2/19aLaL aM 1/ 2(81 - X 2)- 8(9 - X )+1aLaL至此，所有评价语言尺度在a截集下的模糊区间都可以三角模糊数的形式表现出来，总结如下：X 0aLXa非常不重要v1/2 + (X 2 -1) -1/3( X 3 -1)aM1 + 2( X - 1) - 1/2( X 2 - 1)aRaRX 2 - aaRXa重要些r xaL XaMXaR 1 + 1.5 a 2.5 4 -

14、 1.5aXa同等重要rXaL XaMXaR 3 + 2 a5 7 - 2 aXa不重要些rXaL XaMXaR 6 + 1.5a 7.5 9 - 1.5arX 8 + aaLXa非常重要XaM1/3(729-X 3)-4(81 -X 2) + 2/19aLaL1/2(81 - X 2) -8(9- X ) +1aLaL(3)(4)(5)(6)(7)X 10aR在求得置信度a对应的模糊区间后，就可以问卷调查的方式以居 民意见建立各因子重要性比较矩阵，由于每个模糊区间都有两个可能性上下限X , X，最可能值X 。所以建立的三角模糊矩阵可拆分为 aL aRaM左矩阵 A ,中矩阵 A ,右矩阵 A

15、 。LMR(5)计算因子模糊权重通过后利用矩阵运算分别计算三类矩阵的最大特征值九对应的max特征向量 w (对应矩阵中每个因子的权重)，三组特征向量分别对应矩阵 A ， A ， A 。因此每个因子的最不可能隶属函数最小的L MR两个边界（W , W）权重和最可能（W）的权重值都可以确定下来,L R M 以三角模糊数表示。这里为了节省时间,特征向量的计算可利用 matlab 软件实现。（ 6 ）意见整合 由于评估过程中每位居民可能会产生有不同看法,所以需要整合 不同的评估结果，以获得最后综合结果。可以用Buckley【2】所建议 的求平均数的方法求得。另l Km rA.=AA A A = 十,I

16、一-,一-1 n 123nnnn（ 7 ）反模糊化求得综合模糊权重后应该转化为明确值，求解模糊数的方法有很多 种，由于本文计算模糊权重为三角模糊数，所以可以三角形重心法【6】Teng&Tzeng（1993） 公 式 将 模 糊 数 转 化 为 明 确 值 ：DFijij ijij8）层级串联-Lij/3 + Lij9）由步骤（6）求得是同一层次间的相对权重，最后应以整体权重R进 i行最后的重要性排序，整体权重由下式获得R = w w（10）i k i其中w.为最低层次要因子相对权重，W为上一层主要因子相对权 ik重。四 应用研究本文以某工业园区数位居民问卷调查结果为例，说明以上建立研 究方法的

17、分析过程，由于篇幅的限制，只选取了其中三位居民意见建 立判断矩阵。经过与园区居民探讨，本文将值得分析的环境质量影响因素归纳 为五大类，即：地理位置，区内交通情况，基本环境，生活设施，安 全状况。其中地理位置包括公交车情况，道路便利性，距市中心的距 离；区内交通情况包括区内道路规划，区内停车空间；基本环境包括 空气质量，噪音程度，水质情况；生活设施包括儿童教育机构，医疗 设施，娱乐休闲设施，购物中心；安全情况包括治安维护，防灾设施。 如图 4 所示。在建立的工业区环境质量影响因素层次关系中，除了实质环境质 量外，加入了地理位置的方便性、区内公共设施的充分性与便利性、 环境的安全性与美观性、以及属

18、于非实质环境条件安全管理状况，主 要目标除了综合全面的反映环境质量外，更强调了未来生活的质量。道路状况工业区环境质量Ficture4 frame of various environmental quality factors区内交通区内道路噪音程度娱乐休闲购物中心停车空间儿童教育医疗设施治安维护防灾设施距市中心生活设施地理位置安全情况基本环境,公交便利I空气质量.水质情况J以问卷的方式调查园区居民意见，对以上层次图中主要因子（第二层），次要因子（第三层）以图1 五等语言变量尺度进行两两比较， 以主要因子地理位置，区内交通情况，基本环境，生活设施，安全状 况为例，简明叙述因子权重计算过程。以下

19、为计算步骤：1)问卷调查表 1 主要因子相对重要性问卷结果Tablel the survey results of main factor relative importance第一位第二位第三位地理位置 VS区内交通情况同等重要不重要些同等重要地理位置 VS 基本环境非常不重要不重要些不重要些地理位置 VS 生活设施非常不重要不重要些同等重要地理位置 VS 安全状况同等重要不重要些不重要些区内交通情况 VS基本环境非常不重要同等重要不重要些区内交通情况 VS生活设施非常不重要不重要些同等重要区内交通情况 VS安全状况不重要些同等重要不重要些基本环境 VS 生活设施不重要些不重要些同等重要基本

20、环境 VS安全状况重要些重要些重要些生活设施 vs 安全状况非常重要非常重要同等重要2)问卷一致性检定以传统AHP尺度1/5, 1/3, 1, 3, 5分别代表非常不重要，不重要 些，同等重要，重要些，非常重要建立正倒判断矩阵以式(1)进行 问卷一致性检定，得到结果分别为 0.05， 0.08， 0.08。表示回答具有 一致性，问卷有效。( 3)建立模糊判断矩阵在置信度a =0 (模糊区间最大)的情况下，参照图1语言变量转化尺度以及式(3)(4)(5)(6)(7)，建立以下三个判断矩阵。(3,5,7)(3,5,7)(0,0.77,2)(0,0.77,2)(3,5,7) 居民一A二(3,5,7)

21、(3,5,7)(0,0.77,2)(0,0.77,2)(12.5,4)a=(8,9.22,10)(8，9.22，10)(3,5,7)(1，2.5，4)(6,7.5,9)2ij(8，9.22，10)(8，9.22，10)(6,7.5,9)(3,5,7)(8，9.2210):(3,5,7)(6,7.5,9)(1，2.5，4)(0,0.77,2)(3,5,7) J/(3,5,7)(6,7.5,9)(1，2.5，4)(3,5,7)(1，2.5，4)(3,5,7)（1，2.5，4）（1，2.5，4）(12.5,4)、(3,5,7)居民二A =oa=(6,7.5,9)(3,5,7)(3,5,7)（1，2.

22、5，4）(6,7.5,9)2ij(6,7.5,9)(6,7.5,9)(6,7.5,9)(3,5,7)(8,9.22,10(6,7.5,9)(3,5,7)（1，2.5，4）(0,0.77, 2)(3,5,7)丿(3,5, 7)(3,5, 7)（1，2.5 ，4）(3,5, 7)(1,2.5 ,4) 居民三(3,5, 7)(3,5, 7)（1，2.5 ，4）(3,5, 7)(1,2.5 ,4)A =3a二(6,7.5,9)(6,7.5,9)(3,5, 7)(3,5, 7)(6,7.5,9)ij(3,5, 7)(3,5, 7)(3,5, 7)(3,5, 7)(3,5, 7)(6,7.5,9)(6,7

23、.5,9)（1，2.5 ，4）(3,5, 7)(3,5, 7)丿4）计算因子相对权重以居民一为例，将模糊判断矩阵拆分为：7722、7722右矩阵A =1 0107R1 0109 7942丿44对 应9 最 大 值 特 征 向 量 为7 1 07（0.3 0, 0.2 7,）0分5别对应地理6位置,区内交通情况，基本环境，生活设施，安全状况相对重要程度。中矩阵A =M559.229.22I 550.7750.779. 2259.22 7.57.52.50.7 70.727.，550丿72.5对7应.5最 大 值 特 征 向 量9.225(0.23,0.19,0. 5。3, 0.72, 0.30左

24、限矩阵a =L3388 33388600361001303、1683丿， 对 应 最 大 值 特 征 向 量(0.11,0.07,0.48,0.84,0.18 )。由计算结果可以得知居民一意见对于地理位置的权重最大可能为 0.23，最不可能两个界值为 0.11， 0.30，将此结果以三角模糊数的 形式表示出来（0.11，0.23，0.30），相同地，区内交通情况（0.07， 0.19，0.27），基本环境（0.48，0.53，0.53），生活设施（0.64，0.72， 0.84），安全状况（0.18，0.30，0.36）。利用上述步骤，可求得居民二对于五项指标权重分别为（ 0.17， 0.26

25、，0.30），（0.37 0.42 0.44），（0.42 0.46 0.47），（0.59 0.65 0.76）， （0.25，0.32，0.36）。居民三权重分别为（0.28，0.33，0.37），（0.28， 0.33，0.37），（0.53，0.60，0.65），（0.43，0.44，0.46），（0.45， 0.46，0.47）。（5）意见整合 以式（8）整合三位居民意见得到对应五项主要因子模糊权重分别 为（0.18，0.27，0.32），（0.24，0.31，0.36），（0.47，0.53，0.55）， （0.55，0.60，0.68），（0.29，0.36，0.39）（6）反模

26、糊排序以式（9）将模糊权重转化为明确权重，五项主要因子地理位置， 区内交通情况，基本环境，生活设施，安全状况相对权重为（0.25， 0.30，0.51，0.61，0.34），正规化得（0.12，0.15，0.26，0.30， 0.17）。为了证明本文讨论方法的正确性，本文特将问卷结果以传统 AHP 方法进行比对，表2为主要因子AHP法分析结果，两者之间差距不 大，由于 AHP 方法已被广为接受，所以本文讨论方法正确性得到验 证。表2 AHP法主要因子分析结果Table2 results of main factors relative importance with AHP地理位置区内交通情

27、况基本环境生活设施安全情 况权重0.100.110.280.360.15以下各子项相对权重可按照上述流程计算出来，由于篇幅所限，不再详细讨论，层级串联结果见下表3。表 3 因子整体权重排序结果 table3 sort results of all integer factors importance(1)目标工 业 园 区 环 境 质 量(2)主 要因子(3) 相对 权重(4)次要因 子(5) 相对 权重(6)整体 权重(3)(5)(7)权 重排 序地理位 置0.12公父车状况0.130.01514周边道路状 况0.510.06110据市中心距 离0.360.04312区内交 通情况0.15道

28、路规划0.580.0874停车空间0.420.0638基本环 境0.26空气质量0.440.113噪音程度0.320.0835水质情况0.240.0629生活设 施0.30儿童教育机 构0.240.0727医疗设施0.260.0786休闲娱乐设 施0.110.03313购物中心0.390.112安全情 况0.17治安维护0.720.121防灾措施0.280.04711以上分析结果表明，在三位居民意见调查中，在主要因子层面，以生活设施和基本环境最能影响园区环境质量，在次要因子层面，以空气质量，治安维护，购物方便性影响最大，权重均超过了 0.1，根据 J.Liebig 提 出的最小限制率，即环境质

29、量不由诸要素的平均状况所决定，而是受 与最优状态差距最大的对象所控制。可知该园区在上述几个方面有所 欠缺，导致居民对此满意度较低，未来可提出相应措施加以克服，改 善化境质量。五 总结与建议由于工业园区环境质量影响因素种类繁多，而且相互之间的重要 程度不易确定，本文以五种区间覆盖受访者思维模糊的部分，利用层 次分析法得到较准确的影响因素权重。该方法改善了 Buckley 法计算 繁琐的缺点，且兼有模糊层次分析法的优点，值得采用。由于篇幅所限，本文只选取了三位居民问卷设置判断矩阵，可能并 不具有代表性，未来可经过大量调查，建立权威的群众综合意见，得 到准确的分析结果。基于本文指标权重计算方法，后需

30、研究可结合模糊综合评判法进行 园区间环境质量等级评定。此外，其它行业即可借鉴本文方法进行指 标权重或方案评比等决策工作。参考文献1 Saaty, T.L., The Analytic Hierarchy ProcessJ, McGraw-Hill, 1980, New York.2 Buckley. J.J,Fuzzy Hierarchical Analysis M,Fuzzy Sets and Systems, 1985,Vol.17.pp233-2473 L.A. Zad, Fuzzy sets J, Information and Control 1965, (8),338-3534 Chen.S.JHwang,C.L.Fuzzy Multiple Attribute Decision MakingM.1992.New York5 Teng.J.Y.and Tzeng.G. H,Transportation Investment Project Selection with Fuzzy Multi-objectiveJ,Transportation Planning and Technology, 1993,(17), pp.91-11216