馬寨璞，李靜，佟霽坤，安秋丹

(1.河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002； 2.保定環(huán)境保護(hù)局 環(huán)境監(jiān)測站，河北 保定 071000)

城市作為一種自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1]，其中各成分之間時刻進(jìn)行著物質(zhì)代謝、信息傳遞和能量流動，正是這些循環(huán)流動，把城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各組分與外部環(huán)境聯(lián)系起來，這一切統(tǒng)稱為生態(tài)流[2].筆者認(rèn)為：對于城市生態(tài)系統(tǒng)而言，生態(tài)流在城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中高效暢通地流動，是城市可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和諧穩(wěn)定的外在表現(xiàn).一個可持續(xù)發(fā)展的、生態(tài)和諧的城市生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)部的子系統(tǒng)之間，必然是相互制約、相互促進(jìn)、既有效分工又合理協(xié)作.如果能保證生態(tài)流的高效暢通，則能實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與和諧穩(wěn)定.目前，對于生態(tài)流中的物質(zhì)流、能量流等研究較多，也較為成熟[3-5]，而對于其中的信息流研究，多數(shù)文獻(xiàn)只是簡單描述為：信息流與物質(zhì)流、能量流等共同構(gòu)成了生態(tài)流[1,6-8].

生態(tài)系統(tǒng)中的信息流具有獨(dú)特的引導(dǎo)作用，當(dāng)信息在信息網(wǎng)中不斷被轉(zhuǎn)換和傳遞時，就形成了信息流[9].在信息流作用下，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)流動更加實(shí)時、準(zhǔn)確和有目的性[10]，信息流對物質(zhì)流的發(fā)展起著巨大的推動作用[11].信息流雖在生態(tài)流構(gòu)成和發(fā)展中起很重要的作用，但因研究的困難性，目前研究中對生態(tài)系統(tǒng)中的信息流并沒有給出明確定義及計算公式，從而使信息流研究缺乏實(shí)際可操作性.

本文對信息流進(jìn)行了探索性的研究(統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒》[12]，以下簡稱《年鑒》)，以期為信息流提供一種計算方法，便于對生態(tài)系統(tǒng)中的信息流進(jìn)行衡量和評價，另一方面，也彌補(bǔ)了信息流研究的不足.

1 信息流指標(biāo)確定

信息是指自然信息及人類文化的總和.城市生態(tài)系統(tǒng)的信息包括物理信息、化學(xué)信息、行為信息等一般生態(tài)系統(tǒng)的信息，也包括語言及文字信息和科學(xué)技術(shù)信息等城市生態(tài)系統(tǒng)所特有的信息[13-14].信息是由復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)、生活功能所產(chǎn)生的.通過信息的反饋、調(diào)節(jié)和引導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)向一個持續(xù)穩(wěn)定的方向發(fā)展，并將其各組成要素緊密聯(lián)系起來[14-15].信息在復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞與整合過程形成信息流，信息流健全的反饋渠道與恰當(dāng)?shù)姆答亸?qiáng)度可引導(dǎo)和維持復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，并實(shí)現(xiàn)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力.

針對城市自身發(fā)展?fàn)顩r，本文信息流主要指與城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展有緊密聯(lián)系的城市自身特有的信息流(語言、文字和科學(xué)技術(shù)).鑒于信息流可參考文獻(xiàn)及資料有限、信息流具體指標(biāo)不確定，依據(jù)文獻(xiàn)[2-4,16-17]對信息流的描述，參閱《年鑒》，初步篩選出信息流指標(biāo)，并用主成分分析法進(jìn)一步篩選出代表性指標(biāo).

1.1 指標(biāo)初選

依據(jù)文獻(xiàn)對信息流的描述，從2007年的《年鑒》初選出代表信息流的指標(biāo)，其中一級指標(biāo)1個，二級指標(biāo)9個，三級指標(biāo)32個.由于初選指標(biāo)有交叉重復(fù)，為了精簡指標(biāo)，去除信息冗余，對初選指標(biāo)進(jìn)行了如下初步處理.

《年鑒》中圖書、期刊、雜志的統(tǒng)計單位為億冊，為了使其單位與課本的單位一致，在進(jìn)行計算時將其單位轉(zhuǎn)換成為萬冊，此項(xiàng)信息均以紙張為媒介，故在進(jìn)一步分析前將3項(xiàng)指標(biāo)相加合成為1項(xiàng)指標(biāo)——圖書出版.教育方面考慮到畢業(yè)后從業(yè)率，主要選取高中及以上學(xué)歷畢業(yè)生數(shù)，含高中、職業(yè)學(xué)校、高校畢業(yè)生數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)，將這3項(xiàng)指標(biāo)相加合為1項(xiàng)指標(biāo)，并將此項(xiàng)新指標(biāo)命名為成人畢業(yè)生數(shù).《年鑒》的郵電業(yè)務(wù)量中統(tǒng)計指標(biāo)較多，經(jīng)評分篩選，選用移動電話年末用戶，固定電話年末用戶，公用電話年末用戶，互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)人數(shù)等得分較高的4項(xiàng)指標(biāo).專利部分選用各項(xiàng)專利申請合計數(shù)與專利授權(quán)合計數(shù)2項(xiàng)較具代表性的指標(biāo).《年鑒》中氣象觀測業(yè)務(wù)一項(xiàng)統(tǒng)計指標(biāo)眾多，考慮數(shù)據(jù)的完整性、系統(tǒng)性，本文選取數(shù)據(jù)統(tǒng)計較全的指標(biāo)作為考察對象.含測繪地形圖，地面觀測業(yè)務(wù)，自動氣象站，農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù)，衛(wèi)星云圖接收業(yè)務(wù)等5項(xiàng)指標(biāo).經(jīng)過上述處理，得到表1結(jié)果，其中3級指標(biāo)共28個.

表1 城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)信息流指標(biāo)初選結(jié)果

選定指標(biāo)采用2007年中國各地區(qū)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)含4個直轄市，23個省份與4個自治區(qū)，因內(nèi)蒙古自治區(qū)數(shù)據(jù)缺失較多，故數(shù)據(jù)中未包含內(nèi)蒙古數(shù)據(jù).表2給出了進(jìn)行主成分分析的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，涉及30個地區(qū)，28個指標(biāo)(因數(shù)據(jù)太大，表2只給出了部分?jǐn)?shù)據(jù)).

表2 選定指標(biāo)原始數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)(部分)

1.2 指標(biāo)深度篩選

應(yīng)用主成分分析法，使用Matlab編程對初選指標(biāo)進(jìn)行排序篩選，從中選出具有代表性的指標(biāo)評價信息流.經(jīng)計算，選取具有較大權(quán)重的前4個主成分(表3)，其累計貢獻(xiàn)率達(dá)81.75%.表4給出了第1主成分中權(quán)重較高的各指標(biāo).

表3 特征根和累計貢獻(xiàn)率

表4 第1主成分中各指標(biāo)的得分

由第1主成分可知，指標(biāo)(16),(2),(17),(15),(3),(18),(8),(5)和(1)在第1主成分中占比重較大，這一特征向量主要與電話、互聯(lián)網(wǎng)、圖書報紙聯(lián)系較緊密，稱這一主成分為通訊因素.

由第2主成分可知，指標(biāo)(23)，(22)得分最高，得分分別為0.230 2，0.229 7.這一特征向量主要與科技發(fā)展相關(guān)，稱為科技因素.

由第3主成分看出，指標(biāo)(14)得分為0.619 5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他指標(biāo)得分.因此稱作教育因素.

從第4主成分看出，指標(biāo)(28)和指標(biāo)(27)得分分別為0.332 9，0.303 3，居于前2位且均與生產(chǎn)應(yīng)用相關(guān)，稱為生產(chǎn)應(yīng)用因素.

由此給出了信息流指標(biāo)體系構(gòu)成，共計4個二級指標(biāo)，14個三級指標(biāo).

2 指標(biāo)構(gòu)成屬性

2.1 通訊因素

信息流中通訊類所含指標(biāo)較多，共計9個指標(biāo).為方便計算，取固話年末用戶、公話年末用戶和移動電話年末用戶3個指標(biāo)平均值作為合并后的新指標(biāo)——通話用戶量.將局用交換機(jī)容量、移動電話交換機(jī)容量、長途交換機(jī)容量做同樣處理，合并為1個新指標(biāo)——交換機(jī)容量.經(jīng)合并，9個指標(biāo)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)上網(wǎng)人數(shù)、圖書期刊報紙量、通話用戶量、交換機(jī)容量4個指標(biāo).圖1給出了4項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的變化曲線，從圖1中看出4項(xiàng)指標(biāo)的走勢基本一致，可能具有相關(guān)關(guān)系.

圖1 各地區(qū)通訊因素中4指標(biāo)數(shù)據(jù)Fig.1 Four indicators data in communication factor

圖1中，指標(biāo)“上網(wǎng)人數(shù)”的數(shù)據(jù)較為居中，取該指標(biāo)為X1，取“通話用戶”為X2，“圖書期刊報紙量”為X3，“交換機(jī)容量”為X4.依次對X2與X1，X3與X1，X4與X1做一元線性回歸處理，以確定其余3項(xiàng)指標(biāo)與X1的關(guān)系.由SPSS回歸，忽略高階小量常數(shù)，得3個回歸方程

X2=1.025X1，(n=28,r2=0.951,F=568.8)，
X3=1.1X1，(n=28,r2=0.817,F=130.7)，
X4=1.04X1，(n=28,r2=0.911,F=296.8).

由此，構(gòu)成通訊的4部分X1，X2，X3和X4均可由X1表示，可將通訊類(communication，Co)看作

Co=X1+1.025X1+1.1X1+1.04X1=4.165X1.

2.2 科技因素

科技因素主要含2個指標(biāo)：專利授權(quán)數(shù)合計，專利申請受理數(shù)合計.為計算方便，計算專利授權(quán)數(shù)與專利申請受理數(shù)的均值，作為新專利指標(biāo).

經(jīng)以上整合，代表信息流的指標(biāo)歸為4部分：通訊類、專利數(shù)據(jù)類、生產(chǎn)應(yīng)用類、教育類.目前，尚無文獻(xiàn)具體描述這4部分之間的相互作用關(guān)系，為了具體量化信息流4部分之間的數(shù)量關(guān)系，探討信息流計算的可行性，本文進(jìn)一步研究了這4部分之間的相互聯(lián)系.

3 曲線回歸擬合

由上述分析可知，信息流主要由4部分構(gòu)成.通訊行業(yè)將一個地區(qū)、國家、甚至整個世界聯(lián)系起來，構(gòu)成信息流的基礎(chǔ).教育與科技研究屬于資本投入，它們既是最新科技信息的源頭，又會促進(jìn)通訊業(yè)發(fā)展，使通訊業(yè)更加發(fā)達(dá).生產(chǎn)應(yīng)用是指在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中利用高科技手段獲得最新生產(chǎn)信息.總之，信息流由1個基礎(chǔ)，2個投入，1個生產(chǎn)應(yīng)用構(gòu)成.

為考察信息流4部分構(gòu)成以及變化情況，對通訊數(shù)據(jù)與科技數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，對教育數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，對生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行了常數(shù)確定(圖2-5).

3.1 通訊基礎(chǔ)

圖2給出了通訊數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖與擬合直線，由圖2可知：1)新世紀(jì)10年里，中國通訊業(yè)突飛猛進(jìn)，增長趨勢呈線性，且未來仍有這種增長趨勢；2)構(gòu)成通訊基礎(chǔ)的移動電話與固話年末用戶、上網(wǎng)人數(shù)、交換機(jī)容量等有了較大提升,信息設(shè)備和受眾覆蓋面均大幅擴(kuò)張；3)線性模型能很好地模擬2000年至2009年的通訊數(shù)據(jù)曲線.回歸處理，得到通訊函數(shù)為

Y1=7 846.2+4 897.6t，

(n=10,r2=0.995,F=1563.2,t=year-1999).

3.2 教育

圖3給出了10年間教育數(shù)據(jù)的變化情況，由圖3可知：1) 10年里教育數(shù)據(jù)呈現(xiàn)S型增長，2000年—2003年年畢業(yè)生數(shù)增幅較小，自2003年起年畢業(yè)生數(shù)呈近似直線增長，直至2008年增幅有所回落；2)教育指標(biāo)含高中畢業(yè)人數(shù)、中等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)生數(shù)、高校畢業(yè)生數(shù).這種S型增長，源于自1999年起的大學(xué)擴(kuò)招，1999年招生人數(shù)增加51.32萬人，招生總數(shù)達(dá)159.68萬人，增長速度達(dá)47.4%，2000年擴(kuò)招幅度達(dá)38.16%，2001年為21.61%，2002年為19.46%，到2008年，增長幅度僅為5%.教育數(shù)據(jù)擬合結(jié)果為：

Y2=3 963 700-982 100t+410 300t2-24 600t3，

(n=10，r2=0.996，F(xiàn)=486.4,t=year-1999).

圖2 通訊數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖與曲線擬合Fig.2 Scatter and curve fitting of communication data

圖3 教育數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖與曲線擬合Fig.3 Scatter and curve fitting of education data

3.3 科技

圖4給出了10年科技數(shù)據(jù)擬給曲線，由擬合結(jié)果可看出：1)3次曲線模型可以很好地模擬2000年至2009年的科技數(shù)據(jù)；2)2004年之前科技數(shù)據(jù)增幅較小，之后呈指數(shù)增長，并且2009年的后幾年可能仍保持這種增長態(tài)勢；3)科技因素中指標(biāo)主要為專利申請與受理數(shù)量，對比原始數(shù)據(jù)可以看出教育發(fā)達(dá)地區(qū)的專利數(shù)量遠(yuǎn)高于教育落后地區(qū)專利擁有數(shù).由此可見，科技的發(fā)展直接受到國民受教育程度、教育質(zhì)量與受教育人數(shù)的影響.對10年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到

Y3=93 872+24 102.8t-2 531.7t2+604t3，

(n=10，r2=0.998，F(xiàn)=1 200,t=year-1999).

3.4 生產(chǎn)應(yīng)用

由圖5可看出生產(chǎn)應(yīng)用由2000年至2009年變化不大，可將其看作一項(xiàng)常數(shù).取10年數(shù)據(jù)均值，得到

Y4=1 205.

圖4 科技數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖與曲線擬合Fig.4 Scatter and curve fitting of science data

圖5 2000年—2009年生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)曲線Fig.5 Production and application curve from 2000 to 2009

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