徐洪學(xué), 王婷婷

(沈陽大學(xué) 信息工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110044)

城區(qū)環(huán)境問題是一個涉及面廣、關(guān)系錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)問題[1].城區(qū)宜居環(huán)境系統(tǒng)包括自然物質(zhì)環(huán)境和社會人文環(huán)境的各方面因素[2].本文選取對城區(qū)宜居環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重大影響并具有一定代表性的關(guān)鍵影響因素[3-4],包括綠化率、交通便宜度、醫(yī)療技術(shù)水平、居民素質(zhì)水平和商業(yè)服務(wù)質(zhì)量作為研究對象,以系統(tǒng)動力學(xué)理論為依據(jù)并綜合利用系統(tǒng)分析的方法[5-6],構(gòu)建城區(qū)環(huán)境宜居性關(guān)鍵影響因素系統(tǒng)動力學(xué)模型,并結(jié)合沈陽市鐵西區(qū)統(tǒng)計年鑒中提供的有效數(shù)據(jù)[7],利用參數(shù)估計方法對所構(gòu)建的模型進(jìn)行一致性和有效性檢驗,檢驗結(jié)果證明了所構(gòu)建模型的有效性和實用性.

1 關(guān)鍵影響因素系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建

1.1 綠化率分析模型

綠化率主要是由實際綠地面積和城區(qū)總面積決定的,總面積在較長一段時間內(nèi)幾乎不會發(fā)生變化,可以視為常量.實際綠地面積則受到計劃新增綠地面積和退化綠地面積的影響,計劃新增綠地通常包括計劃新增公共綠地、計劃新增生產(chǎn)綠地和計劃新增單位附屬綠地等,退化綠地則包括自然退化和人為退化等.計劃新增綠地和退化綠地分別用計劃新增綠地比例和退化綠地比例來表示,考慮到數(shù)據(jù)獲取的難易性和分析問題時關(guān)鍵因素的代表性,本文僅選擇計劃新增公共綠地比例、計劃新增生產(chǎn)綠地比例、計劃新增單位附屬綠地比例三部分計算計劃新增綠地比例.綠化率分析模型如圖1所示.

綠化率分析模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Z=INTEG(Z1-T,C);

Z1=Z·B;

B=B1+B2+B3;

T=Z·T1;

B1=A FUNCTION OF(Time);

B2=A FUNCTION OF(Time);

B3=A FUNCTION OF(Time);

L=S/(S1·G);

S1=B-T1;

S=Z1-T;

T1=AFUNCTION OF(Time);

C=C1(C1為常數(shù));

G=C2(C2為常數(shù)).

式中,Z表示總綠地面積;Z1表示計劃新增綠地面積;T表示退化面積;C表示初始化總綠地面積;B表示計劃新增綠化比例;B1表示計劃新增公共綠地比例;B2表示計劃新增單位附屬綠地比例;B3表示計劃新增生產(chǎn)綠地比例;T1表示退化比例;L表示綠化率;S表示實際新增綠地面積;S1表示實際綠化比例;G表示總面積.

圖1 綠化率分析模型Fig.1 Greening rate analysis model

1.2 交通便宜度分析模型

公交車分擔(dān)率、出租車分擔(dān)率、小汽車分擔(dān)率都對交通便宜度有一定的影響,公交車、小汽車、出租車分擔(dān)率受到出行總量和公交車、小汽車、出租車出行量的影響,而出行量由人均出行次數(shù)和總?cè)丝跀?shù)量決定,公交車、小汽車、出租車出行量由公交車、小汽車、出租車數(shù)量和公交車、小汽車、出租車出行頻率決定;總?cè)丝跀?shù)量是出生人口和死亡人口的差值,出生人口和死亡人口分別用出生率和死亡率表示.交通便宜度分析模型如圖2所示.

圖2 交通便宜度分析模型Fig.2 Traffic convenience degree analysis model

交通便宜度分析模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中,T表示總?cè)丝?Tr表示出生人口;Ts表示死亡人口;T0表示總?cè)丝诘某跏贾?Trv表示出生率;Tsv表示死亡率;Tp表示人均出行次數(shù);Tbv表示公交車分擔(dān)率;Tz表示出行總量;Tb表示公交車出行量;Tbf表示公交車出行頻率;Tbm表示公交車數(shù)量;Tcv表示小汽車分擔(dān)率;Tc表示小汽車出行量;Tcf表示小汽車出行頻率;Tcm表示小汽車數(shù)量;Ttv表示出租車分擔(dān)率;Tt表示出租車出行量;Ttf表示出租車出行頻率;Ttm表示出租車數(shù)量;Tc表示交通便宜度.

1.3 居民素質(zhì)水平分析模型

初等教育就業(yè)人數(shù)、中等教育就業(yè)人數(shù)、高等教育就業(yè)人數(shù)對居民素質(zhì)水平都有影響.不同等級的就業(yè)人數(shù)受到不同等級畢業(yè)人數(shù)和就業(yè)率的影響,就業(yè)率是隨時間變化的量,而不同等級畢業(yè)人數(shù)是由相應(yīng)的畢業(yè)率和在校人數(shù)決定的,在校人數(shù)又受到入學(xué)率和升學(xué)率的影響.居民素質(zhì)水平分析模型如圖3所示.

圖3 居民素質(zhì)水平分析模型Fig.3 Residents’ quality level analysis model

居民素質(zhì)水平分析模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中,P表示初等教育在校人數(shù);Pr表示初等教育入學(xué)速率;Pb表示初等教育畢業(yè)速率;P1表示初等教育的在校人數(shù)的初始值;Pv表示初等教育入學(xué)率;Px表示學(xué)齡人口;Pbs表示初等教育畢業(yè)人數(shù);Pj表示初等教育就業(yè)人數(shù);Pjv表示初等教育就業(yè)率;Ps表示初等教育畢業(yè)升學(xué)率;M表示中等教育在校人數(shù);Mr表示中等教育入學(xué)速率;Mb表示中等教育畢業(yè)速率;M1表示中等教育在校人數(shù)的初始化值;Mbs表示中等教育畢業(yè)人數(shù);Mjv表示中等教育就業(yè)率;Mj表示中等教育就業(yè)人數(shù);Ms表示中等教育畢業(yè)升學(xué)率;G表示高等教育在校人數(shù);Gr表示高等教育入學(xué)速率;Gb表示高等教育畢業(yè)速率;G1表示高等教育在校人數(shù)的初始值;Gjv表示高等教育就業(yè)率;Gbs表示高等教育畢業(yè)生人數(shù);Gj表示高等教育就業(yè)人數(shù);U表示居民的素質(zhì)水平.

1.4 醫(yī)療技術(shù)水平分析模型

醫(yī)療技術(shù)水平受到醫(yī)院固定資產(chǎn)、醫(yī)院高技術(shù)人才比例和醫(yī)院數(shù)量的影響,醫(yī)院固定資產(chǎn)是醫(yī)院固定資產(chǎn)增量與醫(yī)院資產(chǎn)折舊的差值;醫(yī)院高技術(shù)人才比例和醫(yī)院總收入存在一定的關(guān)系,醫(yī)院總收入由政府對醫(yī)院的投入和醫(yī)院業(yè)務(wù)收益組成,醫(yī)院的業(yè)務(wù)收益又可劃分為醫(yī)院門診收益和醫(yī)院住院收益,同時醫(yī)院的總收入還對醫(yī)院固定資產(chǎn)增量有影響;醫(yī)院數(shù)量短期內(nèi)可以視為常量.醫(yī)療技術(shù)水平分析模型如圖4所示.

圖4 醫(yī)療技術(shù)水平分析模型Fig.4 Medical technology level analysis model

醫(yī)療技術(shù)水平分析模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中,H表示醫(yī)院固定資產(chǎn);Hz表示醫(yī)院固定資產(chǎn)增量;Hj表示醫(yī)院資產(chǎn)折舊;H1表示醫(yī)院固定資產(chǎn)的初始值;Hv表示醫(yī)院資產(chǎn)折舊率;Ht表示醫(yī)院投資率;Hs表示醫(yī)院總收入;Hr表示政府醫(yī)院投入;Hy表示醫(yī)院業(yè)務(wù)收益;Hzy表示醫(yī)院住院收益;Hmy表示醫(yī)院門診收益;Hw表示政府預(yù)算衛(wèi)生支出;Hg表示醫(yī)院高技術(shù)人才比例;He表示醫(yī)療技術(shù)水平;H0表示醫(yī)院數(shù).

1.5 商業(yè)服務(wù)質(zhì)量分析模型

商業(yè)服務(wù)質(zhì)量主要受到商品價格不合理比例、員工高素質(zhì)比例以及便民設(shè)施投入比例的影響,商品價格不合格比例是由商品標(biāo)準(zhǔn)平均價格和商品平均價格決定的,商品平均價格受商品總價格和商品總數(shù)量的影響;員工高素質(zhì)比例與商業(yè)總收入存在一定的關(guān)系,商業(yè)總收入又是由商業(yè)利潤和商業(yè)損失組成的;便民設(shè)施投入比例則是由商業(yè)投入和政府投入決定的,其中商業(yè)投入與商業(yè)收入存在一定的關(guān)系.商業(yè)服務(wù)質(zhì)量分析模型如圖5所示.

商業(yè)服務(wù)質(zhì)量分析模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

Bz=INTEG(B1-Be,B0);

B1=Bp·Bx;

B0=C1(C1為常數(shù));

Bx=A FUNCTION OF(Time);

Bp=Bzp/Bzm;

Bpb=C2(C2為常數(shù));

Bzp=A FUNCTION OF(Time);

Bzm=A FUNCTION OF(Time);

Be=Bz·Bev;

Bn=(Bp-Bpb)/Bpb;

Bev=A FUNCTION OF(Time);

Br=A FUNCTION OF(Bz);

Bc=A FUNCTION OF(Br,Bg);

Bg=A FUNCTION OF(Time);

Bb=A FUNCTION OF(Bc,Bs,Bn);

Bs=A FUNCTION OF(Bz).

式中,Bz表示商業(yè)總收入;B1表示商業(yè)利潤;Be表示商業(yè)損失;B0表示商業(yè)總收入的初始值;Bp表示商品平均價格;Bx表示商品總銷售量;Bzp表示商品總價格;Bzm表示商品總數(shù)量;Bev表示損失率;Br表示商業(yè)投入;Bc表示便民設(shè)施投入比例;Bg表示政府投入;Bn表示商品價格不合理比例;Bpb表示商品標(biāo)準(zhǔn)平均價格;Bs表示員工高素質(zhì)比例;Bb表示商業(yè)服務(wù)質(zhì)量.

圖5 商業(yè)服務(wù)質(zhì)量分析模型Fig.5 Business service quality analysis model

2 模型檢驗

模型建立完成之后,必須通過仿真實驗對模型進(jìn)行檢驗,以保證模型的正確性、可靠性和實用性.模型檢驗主要由模型的一致性檢驗和有效性檢驗兩部分組成[5-6].模型的一致性檢驗主要包括對模型結(jié)構(gòu)的合理性、模型量綱的一致性、模型界限的恰當(dāng)性進(jìn)行檢驗,以及對模型是否反映真實實際情況進(jìn)行檢驗等,這一部分檢驗已經(jīng)在模型建立過程中給予了較為充分的考慮,并且在模型仿真過程中又對其進(jìn)行了不斷的修改和完善,直至達(dá)到模型一致性要求為止.模型的有效性檢驗主要通過對歷史數(shù)據(jù)的仿真來判定,如果一個模型的模擬數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)差距較大,則這個模型是不可靠的.

結(jié)合沈陽市鐵西區(qū)2002—2010年統(tǒng)計年鑒中提供的有效數(shù)據(jù)[7], 利用參數(shù)估計方法對本文所構(gòu)建模型中的參數(shù)進(jìn)行賦值, 根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和方程關(guān)系可得出一組計算結(jié)果. 以綠化率分析模型為例, 借鑒沈陽市鐵西區(qū)統(tǒng)計年鑒中提供的有效數(shù)據(jù), 將2002年的數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù), 利用真實數(shù)據(jù)與估計數(shù)據(jù)對綠化率分析模型中公式的變量,以及方程進(jìn)行賦值,計算結(jié)果如式(1)所示.

(1)

采用相同的方法,通過對交通便宜度分析模型、醫(yī)療技術(shù)水平分析模型、居民素質(zhì)水平分析模型和商業(yè)服務(wù)質(zhì)量分析模型中的變量及方程進(jìn)行賦值,即可得到相應(yīng)的仿真結(jié)果.各個模型的主要變量的計算結(jié)果與真實實際數(shù)據(jù)之間擬合情況如表1所示.

表1 仿真結(jié)果誤差分析Table 1 Error analysis of simulation results

續(xù)表1

項 目類 型年 份200220032004200520062007200820092010高等教育在校人數(shù)人真實值 202308214541225398386588264048317450327059341863348583計算值 202306212502223933376420260272315958320812334205343249誤差值/%0.5E-50.950.652.631.430.471.912.241.53醫(yī)院固定資產(chǎn)萬元真實值 217823162465267928323143347537844136計算值 217321962309250526312989328735463828誤差值/%2.30E-35.186.336.497.094.895.416.297.45商業(yè)金融總收入萬元真實值 5445045462624497741503968014662989444520106861303101084447101552808110057266計算值 54450450608334367066532779305089870921291029822389853711999552218105621958誤差值/%1.8E-072.864.701.052.633.632.521.974.03

系統(tǒng)動力學(xué)的觀點認(rèn)為,模擬結(jié)果的誤差在10%以內(nèi)均認(rèn)為是合理的.從表1中可以看出真實數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)間的誤差都在誤差允許的范圍之內(nèi),表明模擬數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)的擬合程度較好,模型具有一定的可信度,可以反映真實實際情況.

3 結(jié) 論

城區(qū)環(huán)境問題是一個涉及面廣、關(guān)系錯綜復(fù)雜的社會系統(tǒng)問題,城區(qū)環(huán)境是否宜居受諸多因素影響,其中包括對城區(qū)宜居環(huán)境質(zhì)量影響較大的關(guān)鍵影響因素.本文以系統(tǒng)動力學(xué)理論為依據(jù),綜合利用系統(tǒng)分析方法,針對綠化率、交通便宜度、居民素質(zhì)水平、醫(yī)療技術(shù)水平和商業(yè)服務(wù)質(zhì)量等關(guān)鍵影響因素構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型,并利用參數(shù)估計方法對所構(gòu)建的模型進(jìn)行一致性和有效性檢驗,為確定城區(qū)宜居環(huán)境仿真算法和開發(fā)仿真系統(tǒng)做準(zhǔn)備.

參考文獻(xiàn):

[1]吳良鏞. 人居環(huán)境科學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2001:1-5.

(Wu Liangyong. Introduction to Science of Human Settlements[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2001:1-5.)

[2]王琳. 宜居城市理論與影響因素研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2007:20-25.

(Wang Lin. Study of Livable City Theory and Its Influence Factors[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2007:20-25.)

[3]李麗萍,吳祥裕. 宜居城市評價指標(biāo)體系研究[J]. 中共濟(jì)南市委黨校學(xué)報, 2007(1):16-21.

(Li Liping, Wu Xiangyu. Research on the Evaluation Index System of Livable City[J]. Journal of the Party School of CPC Jinan Municipal Committee, 2007(1):16-21.)

[4]陸仕祥,覃青作. 宜居城市理論研究綜述[J]. 北京城市學(xué)院學(xué)報, 2012(1):13-16.

(Lu Shixiang, Qin Qingzuo. Research on Livable City Theory[J]. Journal of Beijing City University, 2012(1):13-16.)

[5]王其藩. 系統(tǒng)動力學(xué)[M]. 上海: 上海財經(jīng)大學(xué)出版社, 2009:100-120.

(Wang Qifan. System Dynamics[M]. Shanghai: Shanghai University of Finance and Economics Press, 2009:100-120.)

[6]劉興堂. 復(fù)雜系統(tǒng)建模理論、方法與技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011:110-160.

(Liu Xingtang. The Complex System Modeling Theory, Method and Technology[M]. Beijing: Science Press, 2011:110-160.)

[7]沈陽市鐵西區(qū)統(tǒng)計局. 鐵西區(qū)統(tǒng)計年鑒[R]. 2001—2012:170-300.

(Statistical Bureau of Tiexi District of Shenyang. Tiexi Statistical Yearbook[R]. 2001-2012:170-300.)