專利名稱：一種區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分析方法
一種區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分析方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域，是一種可以對(duì)不同尺度(國(guó)家、城 市、園區(qū)等)、不同系統(tǒng)(社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、城市系統(tǒng)等)進(jìn)行系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià) 的方法，尤其可以適用于定量分析區(qū)域各個(gè)部門之間物質(zhì)能量的輸入、輸出過(guò)程，進(jìn)而確定 區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中部門組成結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
背景技術(shù)：
人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞和資源消耗為代價(jià)的，從而給區(qū)域的可 持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大的阻礙。隨著經(jīng)濟(jì)和人口的快速增長(zhǎng)，這些區(qū)域問(wèn)題還將進(jìn)一步加劇。 由于研究問(wèn)題本身的復(fù)雜性，需要從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，剖析區(qū)域發(fā)展受阻的內(nèi)在原因，為 政府進(jìn)行宏觀調(diào)控、實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。目前廣泛使用中的分析評(píng)價(jià)方法，如健康評(píng)價(jià)、承載力評(píng)價(jià)、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)評(píng) 價(jià)、生態(tài)足跡核算、服務(wù)功能核算等，包括作為標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家頒布的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，無(wú)一不是 將研究對(duì)象作為一個(gè)黑箱系統(tǒng)，各個(gè)分析與評(píng)價(jià)方法所涉及的內(nèi)容和結(jié)論均是針對(duì)系統(tǒng)整 體的狀態(tài)和屬性，而并未涉及系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行規(guī)律以及組分間的互動(dòng)機(jī)制，這導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié) 果無(wú)法得出問(wèn)題的癥結(jié)所在，從而無(wú)法直接指導(dǎo)問(wèn)題的解決。申請(qǐng)?zhí)枮?00510119029. 2的 名為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，公開號(hào)為CN1979540的發(fā)明專利，強(qiáng)調(diào)區(qū)位 差異，針對(duì)性強(qiáng)，但仍然采用了人為選取的離散指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，仍不能避免評(píng)價(jià)的主觀因 素干擾；申請(qǐng)?zhí)枮?00710130861. 1的名為一種利用地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)進(jìn)行生態(tài)功 能區(qū)劃的方法，公開號(hào)為CN101114277的發(fā)明專利，采用了遙感和GIS技術(shù)來(lái)表達(dá)地理環(huán)境 的時(shí)空差異，減少了空間分異評(píng)價(jià)的主觀干擾，但其只能表征以土地利用類型為基礎(chǔ)的空 間表象特征，但卻無(wú)法解釋外在特征變化的內(nèi)在機(jī)理。因此，從理論和機(jī)理的角度分析區(qū)域 生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在特征的專利比較少。隨著人們對(duì)區(qū)域發(fā)展建設(shè)認(rèn)識(shí)的逐步深入，把區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)看作成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)成為 解決區(qū)域發(fā)展過(guò)程中生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)理論起源于自然生態(tài)系統(tǒng)，是用于描 述生態(tài)系統(tǒng)中不同生態(tài)群落及其與環(huán)境之間物質(zhì)、能量流動(dòng)而交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而區(qū)域系 統(tǒng)是一個(gè)人工系統(tǒng)，相對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)單純的食物鏈(網(wǎng))，加入了人為設(shè)計(jì)的生產(chǎn)鏈 (網(wǎng))、分配鏈(網(wǎng))、消費(fèi)鏈(網(wǎng))；相對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)能量流，增加了人口流、科 技信息流、廢物流等等，這些都使得人工生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的物質(zhì)能量傳遞更加復(fù)雜，但相關(guān)的研 究卻相對(duì)非常缺乏。如申請(qǐng)?zhí)枮?00710177066. 8的名為在大規(guī)模社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中基于路徑評(píng) 分的個(gè)人關(guān)系發(fā)現(xiàn)方法，公開號(hào)為CN101149756的發(fā)明專利是基于路徑評(píng)分在大規(guī)模社會(huì) 網(wǎng)絡(luò)中個(gè)人關(guān)系發(fā)現(xiàn)方法，屬于互聯(lián)網(wǎng)中社會(huì)網(wǎng)絡(luò)搜索技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)百萬(wàn) 的社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行人與人之間的關(guān)系快速查找或使用于研究者的關(guān)系發(fā)現(xiàn)。申請(qǐng)?zhí)?為200710117719. 3的名為基于專家值傳播算法的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)專家信息處理系統(tǒng)及方法，公 開號(hào)為CN101075942的發(fā)明專利則是基于專家值傳播算法的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)專家信息處理系統(tǒng) 及方法，屬于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)信息處理領(lǐng)域。其特征為用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)生成服務(wù)器構(gòu)建社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖，該圖用個(gè)人描述信息、人際關(guān)系、關(guān)系類別，及人際關(guān)系到關(guān)系類別等信息的映射函數(shù) 來(lái)描述。申請(qǐng)?zhí)枮?1141735. 8名為用于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域節(jié)點(diǎn)間安全通信的安全聯(lián)盟(SA)產(chǎn)生方 法，公開號(hào)為CN1406005以及申請(qǐng)?zhí)枮?0107420. 9名為局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，公開號(hào)為 CN1049945的發(fā)明專利都是涉及一種用于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別方法。綜上所述，由于傳統(tǒng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)分析方法的不足，需要將系統(tǒng)作為一個(gè)生態(tài)網(wǎng) 絡(luò)來(lái)處理，現(xiàn)有社會(huì)網(wǎng)絡(luò)研究多是集中在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸及所反映的關(guān)系方面，分析區(qū)域生 態(tài)網(wǎng)絡(luò)中物質(zhì)、能量交換的相關(guān)專利幾乎是空白。本發(fā)明將區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)看作一個(gè)生態(tài)網(wǎng) 絡(luò)，分析網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的物質(zhì)、能量交換途徑，以及反映出的功能關(guān)系，克服了傳統(tǒng)技術(shù)方 法的主觀性和離散性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方法無(wú)法對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行有效分析 評(píng)價(jià)的問(wèn)題，整合了復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論、物質(zhì)流核算、投入產(chǎn)出分析、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)理論、數(shù)理統(tǒng) 計(jì)模擬分析及階層理論等現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬、評(píng)價(jià)、分析的方 法，包括系統(tǒng)界定、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建以及對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系綜合評(píng)價(jià)等幾項(xiàng)內(nèi)容。本發(fā)明的特征首先在于從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型，從而明 確區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各組分之于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬性以及各組分之間的功能關(guān)系。本發(fā)明將 研究對(duì)象視為一個(gè)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)重新界定系統(tǒng)邊界，基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各組分間 的物質(zhì)、能量交換過(guò)程的分析，將系統(tǒng)劃分為不同的組分，打破原來(lái)投入產(chǎn)出的黑箱分析模 式，將黑箱徹底白化，核算各個(gè)組分之間的物質(zhì)能量，進(jìn)而可以量化分析各個(gè)組分之間的相 互作用機(jī)制。本發(fā)明的特征還在于借鑒自然生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈(網(wǎng))的營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系和層級(jí)理 論，借助評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型中的各個(gè)組分在系統(tǒng)中的角色(生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解 者)進(jìn)行分析，而系統(tǒng)中各個(gè)組分之間更加復(fù)雜的相互作用和錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系決定了其角 色的多樣性和交互性，通過(guò)本發(fā)明提出的評(píng)價(jià)方法更加能夠?qū)ι鷳B(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個(gè)組分 之間的結(jié)構(gòu)屬性和功能特征深入分析，從而為客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本發(fā)明的目的在于提供一套方法，客觀、系統(tǒng)地對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部特征進(jìn)行分 析和評(píng)價(jià)，以解決現(xiàn)有研究手段的不足。與現(xiàn)有研究方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)客觀性。本發(fā)明在計(jì)算過(guò)程中完全依據(jù)實(shí)際存在的物質(zhì)能量流動(dòng)關(guān)系和網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)本身的固有特性，不涉及主觀因素。(2)可操作性。本發(fā)明用于分析區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在特征，不僅能清晰分析區(qū)域生 態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，還能分析各組分間的制衡關(guān)系以及各組分對(duì)網(wǎng)絡(luò)總體的貢獻(xiàn)或影響， 為區(qū)域的宏觀管理決策提供依據(jù)。(3)普適性。本發(fā)明所提供的方法不僅適用于各種尺度研究(國(guó)家、城市、其他微 觀尺度等)，同樣也適用于不同的系統(tǒng)分析，如社會(huì)系統(tǒng)、城市系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)系統(tǒng)，能 源、水等單要素系統(tǒng)等。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
圖1是區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型圖。
(注1-內(nèi)部環(huán)境，2-農(nóng)業(yè)部門，3-采掘業(yè)部門，4-加工制造部門，5-建筑部門，6-生 活消費(fèi)部門(家庭消費(fèi))，7_回收循環(huán)部門，8-外部環(huán)境
f21 可再生資源，農(nóng)業(yè)隱藏流和提供給牲畜的氧氣；f31 不可再生物質(zhì)(包括隱流)； f41 化學(xué)燃料消耗的氧氣；f61 人消耗的氧氣；f12 農(nóng)業(yè)間接流和農(nóng)業(yè)隱流；f42 農(nóng)業(yè)副加 工產(chǎn)品；f62 人消耗的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)能源；f82 農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的輸出和農(nóng)業(yè)進(jìn)口隱流；f13 采 礦隱流和污染物(未經(jīng)處理)；f43 采掘量；f73 進(jìn)入處理系統(tǒng)的采掘業(yè)污染物；f83 采掘 業(yè)輸出和進(jìn)口隱流 ’f14 燃燒的氣體排放和未經(jīng)處理的污染物；f24 供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)、設(shè) 備和能量 ’f34 供采掘的設(shè)備和能量 ’f54 建筑物質(zhì)和能量消耗量 ’f64 食物、生活物品和能 量消費(fèi)量；f74 工業(yè)污染物和供給的能量；f84 工業(yè)產(chǎn)品輸出和進(jìn)口隱流；f15 建筑污染物； f16 氣體排放和污染物排放；f76 進(jìn)入回收處理的生活污染物；f86 生活進(jìn)口隱流；f17 經(jīng)過(guò) 處理之后的污染物排放量；f47 工業(yè)污染物的循環(huán)回收量；f28 農(nóng)業(yè)用品進(jìn)口和進(jìn)口隱流； f38 礦業(yè)產(chǎn)品進(jìn)口和進(jìn)口隱流；f48 工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)口和進(jìn)口隱流；f68 生活用品和食物進(jìn)口和 進(jìn)口隱流)圖2是網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)率指數(shù)分析圖。圖3是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展壓力指數(shù)分析圖。
具體實(shí)施例方式首先，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)邊界界定和網(wǎng)絡(luò)組分剖析，構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型。為了分析網(wǎng)絡(luò)中各 個(gè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)消費(fèi)部門之間的相互作用關(guān)系，可以按照生產(chǎn)消費(fèi)過(guò)程確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如采掘 業(yè)部門、加工制造部門、建筑部門、農(nóng)業(yè)部門、生活消費(fèi)部門、回收循環(huán)部門和環(huán)境等，從而 構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型。其次，借鑒自然生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈(網(wǎng))的營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系，開展生態(tài)層級(jí)金字塔分 析，初步劃定區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的角色。最后通過(guò)計(jì)算區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的流量， 構(gòu)建兩個(gè)分析指數(shù)貢獻(xiàn)率指數(shù)和發(fā)展壓力指數(shù)，進(jìn)一步確定各節(jié)點(diǎn)在整個(gè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中所 擔(dān)任的角色和地位，從而揭示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相互結(jié)構(gòu)屬性和功能關(guān)系。利用本發(fā)明提出的貢 獻(xiàn)率指數(shù)，可獲得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)總體的貢獻(xiàn)大小，以及節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的層級(jí)關(guān)系；利用本 發(fā)明提出的發(fā)展壓力指數(shù)，得到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)整體的影響程度，從而可以辨識(shí)出網(wǎng)絡(luò) 的瓶頸節(jié)點(diǎn)、調(diào)控節(jié)點(diǎn)，為實(shí)施管理工作提供可操作性強(qiáng)的建議和措施。實(shí)施案例以中國(guó)為具體實(shí)施案例，針對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)開展具體研究，可以得出以下結(jié)論將中國(guó)這一區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分為1-內(nèi)部環(huán)境，2-農(nóng)業(yè)部門，3-采掘業(yè)部門，4-加 工制造部門，5-建筑部門，6-生活消費(fèi)部門(家庭消費(fèi))，7-回收循環(huán)部門，8-外部環(huán)境等 節(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型(圖1)。基于自然生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈(網(wǎng))的營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān) 系，初步劃定內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境為生產(chǎn)者，農(nóng)業(yè)部門、采掘業(yè)部門、加工制造部門、建筑部 門、生活消費(fèi)部門為消費(fèi)者，回收循環(huán)部門為還原者。貢獻(xiàn)率指數(shù)分析結(jié)果如圖2所示，內(nèi)部環(huán)境是網(wǎng)絡(luò)中主要的生產(chǎn)者，而外部環(huán)境 提供給網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和原材料，也相當(dāng)于生產(chǎn)者，但投入產(chǎn)出比值小于1，說(shuō)明中國(guó)是一個(gè)出口 大國(guó)。農(nóng)業(yè)部門、采掘業(yè)部門、加工制造業(yè)部門效率普遍較低，建筑業(yè)部門的投入除了建筑
5垃圾都變成了建筑存量，所以沒(méi)有輸出，指數(shù)為0，所以建筑業(yè)是產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的消費(fèi)者—— 我們稱為生產(chǎn)消費(fèi)者。生活部門，由于沒(méi)有考慮人力資源，故只有資源的投入和污染物的排 放，沒(méi)有有效產(chǎn)出，滿足消費(fèi)者的定義，而處理回收部門對(duì)于污染物的排放起到了很好的抑 制作用，并且投入資源量較小，所以其貢獻(xiàn)值較高，其在系統(tǒng)中擔(dān)任還原者的作用。
發(fā)展壓力指數(shù)分析結(jié)果如圖3所示，對(duì)于環(huán)境來(lái)說(shuō)，沒(méi)有所謂的污染物，所以主 要考察投入量大小，內(nèi)部環(huán)境的投入量比較大，為了可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該考慮增加進(jìn)口，減少 系統(tǒng)內(nèi)部的資源壓力。農(nóng)業(yè)部門、采掘業(yè)部門的壓力指數(shù)較大，應(yīng)該減少初級(jí)生產(chǎn)者的規(guī) 模；加工制造部門，由于投入量大大高于污染物的排放量使得指數(shù)較小，所以應(yīng)該提高其資 源利用量和減少污染物的排放量；建筑業(yè)部門應(yīng)該減少建筑的資源投入量，增加建筑材料 的回收利用量；生活消費(fèi)部門其污染物的排放量占到消費(fèi)量的一半以上；處理回收部門由 于污染物回收處理能力還沒(méi)有滿足現(xiàn)有生產(chǎn)和生活水平的要求，應(yīng)該加強(qiáng)其回收利用的能 力，滿足日益提高的生產(chǎn)規(guī)模和生活要求，使得中國(guó)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。
權(quán)利要求
一種區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分析方法，其特征是整合了復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論、物質(zhì)流核算、投入產(chǎn)出分析、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)模擬分析及階層理論等現(xiàn)有技術(shù)，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型，開展模擬核算，并利用階層理論和提出的評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，不僅適用于各種尺度研究(國(guó)家、城市、其他微觀尺度等)，同樣也適用于不同的系統(tǒng)分析，如社會(huì)系統(tǒng)、城市系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)系統(tǒng)，能源、水等單要素系統(tǒng)等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的方法。其技術(shù)方案是對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邊界界定，依據(jù)具體研究目的劃分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以節(jié)點(diǎn)間的物質(zhì)、能量交換關(guān)系為網(wǎng)絡(luò)路徑，基于投入產(chǎn)出模型建立網(wǎng)絡(luò)模型；采用物質(zhì)流核算方法獲得各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的物質(zhì)流量，之后利用核算結(jié)果以及提出的評(píng)價(jià)指數(shù)(貢獻(xiàn)率指數(shù)和發(fā)展壓力指數(shù))量化分析各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的相互作用關(guān)系。本發(fā)明的有益效果是建立起一套全面、系統(tǒng)的區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法，更可以推廣至各個(gè)尺度和應(yīng)用于各個(gè)系統(tǒng)，具有代表性和普適性。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101853431SQ20101010714
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張妍, 李婭婷, 李盛盛, 章晉赟 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)