研究方法与模型
一、研究方法
(一)评价目标
旅游生态健康评价就是为诊断由于人类旅游活动和自然因素引起旅游地生态系统的破坏和退化所造成的旅游地生态系统的结构紊乱和功能失调,使森林生态系统丧失服务功能和价值而进行的一种综合评估,进而指导旅游地生态系统健康管理。
明确旅游生态健康的目标是什么,在此基础上提出衡量它的标准与指标,以及度量、测定各项标准和指标的方法,然后,才有可能对一个旅游景点、旅游景区、旅游城市乃至旅游目的地国家的旅游生态健康的目标做出恰当的评估,继而才能采用旅游经营的技术和手段,并取得旅游经济政策、法规和社会经济、科学研究教育等方面的支持,来努力实现旅游生态健康的目标,即进入旅游生态系统健康的标准与指标的实施时期。
旅游生态健康评价的目的不是为旅游地生态系统诊断疾病,而是在旅游生态学框架下,结合人类健康观点对旅游地生态系统特征进行描述或定义人类所期望的旅游地生态系统状态。对于受到人类旅游活动强烈干扰的旅游地生态系统来说,要恢复到受干扰前的原始状态不仅是不可能的,而且也是不现实的。健康的旅游地生态系统不一定是原始的生态系统,但它必须是一个相对完整的旅游地生态系统,具有复杂生境异质性特征,是稳定和可持续的,即随时间的进程具有相当的活力并且能维持其组织性及自主性,在外界一定的胁迫下容易恢复。这是旅游地生态健康评价的基础。
(二)评价指标体系构建
1.指标的含义与功能
指标是指示、标明的意思,即揭露、宣布、评估、让别人知道。指标反映系统在特定的功能领域内的特性,揭示隐藏在表象之下的内在信息。指标应追求可量化、可度量的效果,也可根据实际对象系统的状况对指标进行赋值。指标可以是定量变量、定性变量或者序列变量,在实际的评价过程中,通常使用的是定量指标,这给评价的具体操作带来了很大的好处,但是,在某些情况下,使用定量指标的代价是相当大的,此时应考虑使用定性指标或者半定量指标。通过给指标赋予特定的反映实际对象系统状况的数值,可以简化复杂对象系统的信息,加深对对象系统的认识。
指标对于评价顺利进行的作用毋庸置疑,它反映对象系统的复杂信息。指标除了要有准确的代表性之外,还要有比较功能、反映功能及监测功能。
比较功能。比较功能体现在对两个及以上的对象系统进行评价的过程中。对多个对象系统进行衡量时,同一指标的赋值可能各不相同。同一对象系统比较功能包括两个方面,即纵向比较和横向比较,这里就出现了指标。纵向比较专注于对象的不同阶段,而横向比较则集中在多个对象系统之间。通过纵向比较,能够发现对象系统在不同阶段的变化趋势,从而找出对象系统的发展规律;横向比较则向我们展示了不同对象系统在同一阶段各自不同的状态,为做出合理而有效的判断提供了依据。
反映功能。反映功能应该是指标最基本的功能。任何指标都反映了对象系统的某一方面的特性信息,将复杂的对象系统的特性信息以一种简单的、可辨析的、具有一定实际意义的数值量反映出来,便于对复杂系统的了解与认识。
监测功能。指标具有的监测功能表现在两个方面：对对象系统的自身运转情况的监测及对政策执行情况的监测。前者是对象系统的自我监测,而后者则是对对象系统的运行者有目的的监督与监测。指标的监测功能其实就是指标的动态反映功能和比较功能。
2.指标体系
指标体系是对象系统的指标集合,具有完整的层次结构,是表征对象系统某一功能领域内各种特性的所有指标的有机组合。指标体系的建立首先要明确的是指标体系中有哪些指标,其次还要清楚体系中各指标之间相互的结构关系。在某种程度上,指标体系可以被看成是一个信息系统,它有属于自己的结构设计和信息元。在这里,各个指标之间的相互关系就被看成是信息系统的结构设计,而具体的指标及其附属在指标上的各种特性则被看作是信息系统的信息元。
指标体系是决策者搜集对象系统的基础数据和原始资料的依据,并指导及简化搜集过程。同时,指标体系可以帮助决策者简化原始信息,并从原始信息中提炼关键信息,使获得的对象系统的基础信息具有更强的综合性和透明性,为科学评价提供基础保障。在数据不够充分或者数据繁杂无序的情况下,指标体系还能帮助决策者明确数据搜集的方向,完善搜集方法,保证必要基础信息的有效性、完整性。指标体系是对象系统的某一功能领域内所有特性的基础架构,对指标体系的深刻了解及认识,能够帮助决策者加深对所研究对象系统的全面认识与理解。
指标体系构成了一个复杂且严密的定量式大纲。从形式上看,指标体系不应是一些指标的简单堆砌,更不是一些指标的独立出现。它应具备一定的功能结构,是一个由多方面测度指标有机结合的综合体。从内容上看,指标体系是对对象系统进行综合评价的基础。因此,它应具备完整与全面的特性,能够表现和描述任一时空下对象系统的状态特征及变化趋势。从功能上看,指标体系是一种标准、一种刻度,通过该指标体系能够度量对象系统的某一功能领域内的综合特性值,帮助决策者明确问题研究的关键,完整地刻画对象系统的属性(李廷丰,2010)。
3.指标体系构建的原则
指标体系的构建,应遵从以下四项基本原则：代表性与科学性原则、层次性与动态性原则、整体性与综合性原则、可获得性与可操作性原则。
代表性与科学性原则。指标体系不可能囊括影响海岛旅游地生态系统与生态环境的全部因子,只能从中选择具有代表性的、最能反映海岛旅游生态健康本质特征的指标。为使海岛旅游地生态健康评价的结果具有科学性、合理性、有效性,必须选择最能代表海岛旅游地生态系统本身固有的自然和社会属性及其干扰破坏程度和保护状况的指标,所选择的指标表征意义明确,指标测定方法规范,指标数据统计方法科学,指标体系层次分明,能够反映海岛旅游地生态系统的客观状况,保证海岛旅游地生态健康评价结果的真实性和客观性。
层次性与动态性原则。海岛旅游地生态系统是一个自然—社会—经济复合生态系统,生态要素众多,海岛旅游地生态健康指标体系应从简单到复杂层层剖析,以便能更清晰有条理地体现生境状况。评价指标体系要能反映一定时空尺度的海岛旅游地生态系统状况,其选择要求充分考虑海岛旅游地生态系统动态变化的特点,以期更好地对海岛旅游地生态系统的过去、现在和未来变化趋势做准确的描述。
整体性与综合性原则。整体性是海岛旅游地生态系统最重要的特征之一。海岛旅游地生态系统的整体性特征主要表现在三个方面(余谋昌,1991)：首先,海岛旅游地生态系统的各种因素普遍联系和相互作用,使海岛旅游地生态系统成为一个复合生态系统;其次,海岛旅游地生态系统层次结构的等级性和整体性,生态系统的组织性和有序性,表现为结构和功能的整体性;最后,生态系统发展的动态性,表现为它的时空有序性和时空结构的整体性。海岛旅游地生态健康评价指标体系的建立不仅要考虑案例地旅游地各个子系统的特有要素,还应当包括能体现海岛旅游地生态系统整体特征的指标,这些指标应该是能够反映海岛旅游地本质特征的综合信息因子,能反映海岛旅游地复合生态系统的整体性和综合性特征。
可获得性与可操作性原则。海岛旅游地生态健康评价是一项极其复杂的工作,为了能高质量地完成评价任务,所选指标应该相对比较容易获取。由于进行的是定量研究,海岛旅游地生态健康评价指标的量化也是评价过程中的重要环节,选取数量化的指标是实现这一过程的基本保证。指标概念明确,指标的定量化数据要易于获得和更新,指标数据的获取要考虑我国科学技术发展水平,要在方法学上符合当前的科技水平和技术要求。同时,为了保证海岛旅游地生态健康评价的科学性和合理性,指标要可测量、便于计算和有足够数据量,并能够反映海岛旅游地生态系统的关键性特征和预测海岛旅游地生态系统未来发展趋势。
4.指标体系的构建
本研究结合舟山群岛自然—经济—社会复合生态系统特征,遵循上述原则,选择了学界常用的活力、组织结构、恢复力、服务功能、社区人群健康和教育水平作为要素层,构建了舟山群岛旅游生态健康评价指标体系(见表4-1)。
表4-1 舟山群岛旅游生态健康评价指标体系与指标权重
续表
注：“+”表示正健康趋向性指标,其数值越大,说明旅游生态健康状况越好;“-”则相反。
活力是表示旅游生态系统的生产功能,主要表现在旅游经济的物质生产能力,包括旅游经济及其依托的资源和能源两个方面。其中,旅游经济采用海岛旅游总收入、海岛旅游总人数、海岛旅游外汇收入、海岛旅游收入增长率、海岛旅游总人数增长率来衡量;资源和能源评价采用人均水资源量、人均耕地面积、单位GDP能耗降低率三个指标。
旅游生态系统结构主要包括经济、社会和自然结构三个层次。经济结构的健康与否,是判断旅游地经济发达程度的重要标准。本研究采用海岛旅游收入占GDP比重、海洋经济比重、财政收入占GDP比重指标衡量。旅游生态系统的核心是游客,其规模和结构决定目的地的性质。本研究采用游客密度和游客接待量占人口比重来衡量其社会结构是否合理。绿化覆盖面积、海岛生物多样性指数、海岛生境破碎度则从自然结构方面反映了舟山群岛旅游生态健康状况。
生态系统恢复力可用自我调节能力来体现,而旅游生态系统的自我调节能力主要依靠人工管理措施,体现在利用人工设施来完成自然生态系统的分解功能、循环利用部分物质以及改变旅游地的物质循环单向性等方面。因此,本研究用环境废弃物处理率(生活垃圾无害化处理率、城镇生活污水处理率)、物质循环利用率(“三废”综合利用产品产值、工业固体废弃物利用率)和环境保护投资指数(环保投入占GDP比重)来衡量。
对服务功能要素而言,旅游生态系统除了具备生态系统的一般功能外,还是开展旅游活动的载体。所以,旅游地生态环境状况和旅游产业发育程度直接影响旅游生态系统服务功能的优劣,因而本研究采用旅行社数、星级饭店数、旅客运输量、旅客周转量来反映旅游服务功能;用SO2排放量,海岛环境噪声平均声效等级,一、二类海水水质标准海域面积比例三个指标来评价生态环境状况。
健康的生态系统对于促进生态系统的良性循环,维护人类健康和发展极为重要,对于旅游生态系统来说,社区人群健康水平和受教育状况尤其值得关注。在充分考虑数据可获得性的前提下,社区人群健康水平以医疗机构数量、医疗机构床位数来衡量,社区人群受教育状况则用教育经费占GDP比重和在校大学生人数来评价。
(三)数据来源与处理
舟山群岛旅游生态健康评价指标体系中的原始数据主要来源于2001—2013年《舟山统计年鉴》、2000—2012年《舟山市国民经济和社会发展统计公报》、2000—2012年《舟山市海洋环境公报》、2001—2012年《浙江省环境状况公报》和2001—2012年《中国城市统计年鉴》,对于缺失的个别年份数据采用滑动平均和趋势预测等方法获取。鉴于构建的评价指标体系存在量纲上的差异,需要对其进行标准化处理,本研究采用极差法对其进行标准化,计算公式为：
对于正健康趋向性指标：
对于负健康趋向性指标：
式中：x'ij、xij、min xij和max xij分别表示第i年份第j指标的标准值、原始值、最小值和最大值。
(四)评价权重计算
在评价研究中,层次分析法是计算指标权重最常用的方法之一。该方法识别问题的层次性较强,但在征询专家时,容易因不满足传递性公理导致部分评价信息丢失(徐国祥,1998);再者,构造的判断矩阵难以排除人为因素带来的偏差(汪侠等,2007)。因此,有学者用熵权法确定评价因子的客观权重,但此方法利用了指标的客观信息,因此不同方案中同一属性指标间的波动越小,该指标权重越小;反之,则指标权重越大。为了克服这些不足,本研究采用最小二乘法模型确定评价指标权重,其思路为：先由层次分析法确定评价指标的主观权重,根据判断矩阵提供的信息,再使用熵权法计算评价因子的客观权重,最后由最小二乘法模型计算指标的综合权重(见图4-1)(王长青,张一农,许万里,2010)。
图4-1 最小二乘法模型研究思路
1.建立权重决策矩阵及标准化处理
设有m份专家调查问卷,计为X={x1,x2,x3,…,xm};n个需要决策的指标,计为S=s1,s2,s3,…,sn{},aij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示问卷xi中专家对决策指标sj的打分结果,则可建立其指标权重矩阵。
为了消除各“效益型”及“成本型”指标间的不可比性和矛盾性,需要将决策矩阵A进行标准化处理。bi,j为标准代处理后的指标及结果。
对于成本型指标,如总投资和投资回收期等,有公式：
对于效益型指标,如财务净现值和内部收益率等,有公式：
可得标准化决策矩阵：
2.指标主观权重确定方法
对判决指标的主观权重赋值方法主要有专家调查法、循环评分法、二项系数法和层次分析法等。本研究采用一种方便而有效的5级标度赋值法(见表4-2)(Boesch D F,2000)。
表4-2 5级标度法方案
若判决指标Sj对Sk的5级标度赋值为dj,k,按照表4-2所示的方法进行赋值,可得赋值矩阵为：
计算各方案的5级标度偏好优序数：
则可得到所有判决指标的主观偏好权重向量为：
3.指标客观权重确定方法
对标准化的决策矩阵B=(bij)m×n,令
由信息论的知识可知(陈克龙,苏茂新,李双成等,2010),指标Sj输出的信息熵为：
其中当pij=0时,规定pijln pij=0,则
为指标Sj的客观权重,从而所有指标的客观权重向量为：
4.最小二乘法优化决策
假设各指标综合权重为：
为了兼顾主观偏好及决策的客观真实性,达到主观和客观的统一,应使判决指标的主、客观权重决策结果偏差越小越好。为此,建立如下最小二乘法决策模型。
二、研究模型
(一)综合评价模型
由于旅游地生态系统的复杂性和层次性,每一个指标只能够从某个方面反映生态系统健康状况,为了全面反映旅游生态健康状况,还须对评价指标进行综合。本研究采用线性加权平均法,即多目标线性加权函数模型对舟山群岛旅游生态健康评价指标进行综合,其函数表达式为：
式中：A为旅游生态健康指数,即旅游生态健康综合评价结果,xi和ωi分别为评价指标标准化后的数值和评价指标权重。
(二)障碍度模型
本研究引入因子贡献度(Mj)、指标偏离度(Pj)和障碍度(Bj)三个指标(赵宏波,马延吉,2014),计算舟山群岛旅游生态健康障碍度,并确定障碍因子的主次关系及其影响程度。
式中：Bj为评价指标障碍度,Mj和Pj为因子贡献度和指标偏离度,Mj=rj×ωj,Pj=1-x'j,rj为第j个向量因素所属的第j个因子权重,ωj为第j个单项要素权重,x'j为评价指标标准后的值。
(三)GM(1,1)预测模型
建立模型只需要一个原始数列X(0),令：
对该数列作一阶累加生成1-AGO(Accumulated Generating Operation),得：
将原始数列经累加生成后,弱化了原始数列中不良数据的影响,使其变成较有规律的生成数列后再建模。
利用X(1)构成下列微分方程：
解该微分方程得：
当t=0时,取X(1)(0)=X(0)(1),得边界条件：
代入式(4-23)得：
记参数列
,利用最小二乘法得参数a,u。
其中：
得到灰色预测模型为：
本研究基于舟山群岛旅游生态健康评价结果,采用灰色数列预测中的GM(1,1)模型,预测2013—2015年舟山群岛旅游生态健康状况,其模型为：
式中：At为旅游生态健康的预测值,A0表示初始年份的旅游生态健康评价值,u和a为预测模型参数,t表示时间序列。