基于數學模型的智慧城市評價體系構建與未來發展預測

李寬 姜杰 孫博

[摘要]在探索城市可持續發展過程中，“智慧城市”作為一種新模式席卷全世界。為避免智慧城市建設失誤、指導智慧城市未來建設方向，文章建立DPSIR模型，構建了一套由3個層次、5個維度、18個指標組成的智慧城市評價指標體系，動態地為相關部門提供建設依據；以營口市為實例進行實證研究，結合層次分析法（AHP）通過SWOT分析得出營口建設水平較為落后；通過構建區域戰略發展四邊形將其發展模式定義為“防御型戰略”，并針對實際情況對“智慧營口”發展計劃做出預測，提出建設對策。

[關鍵詞]智慧城市；指標體系；發展預測；DPSIR模型；AHP-SWOT

[DOI]1013939/jcnkizgsc201730022

1引言

隨著城市環境、能源、人口以及社會管理之間的矛盾日益凸顯，城市發展相關問題再一次成為研究焦點。自“智慧城市”的概念被提出以來，全球各個城市紛紛將智慧城市建設列入城市發展戰略。但如何依據實況建設智慧城市？如何評價一個城市的智慧化水平？用什么方法對智慧城市未來發展進行科學有效的預測？這些問題在當今社會仍沒有統一的認識，本文正是基于此背景下一次有意義的嘗試。

2智慧城市評價指標體系的構建

21模型的設計思路

此研究主要有指標選擇、指標分類和指標體系架構建三方面內容。本文對現有的城市評價指標體系進行了系統的總結和歸納，通過模糊集思想選擇指標，采用DPSIR模型構建體系架構，引入ANNs理論確定權重；利用SPSS平臺對指標進行了分析和處理，對指標權重進行了計算，完成了信度效度檢驗，最后得到一套適合評價中國國內智慧城市建設水平的評價指標體系。

22模型的構建

DPSIR模型由五大維度組成：Driving（驅動力），Pressure （壓力），State （狀態），Impacts （影響）和 Responses （響應）。D（Driving縮寫，下同）是指公共生活領域對環境施加的壓力；P是指由此產生的對被調查對象的消極改變；S是指被調查對象的狀態；I是指前三者對被調查對象的最終影響，如大氣污染和熱島效應；R是指被調査對象的壓力，如對被調查對象立法的社會響應。

221基于模糊集合思想的指標體系篩選

為保證獲取廣泛和及時的指標，論文搜集了21個智慧城市評價體系的一級指標并進行歸類，論文避免了用主觀性過強的憑經驗選留指標，而是引用模糊集理論，通過構建隸屬度函數來進行篩選。[1]

222指標標準化處理

指標庫的指標可分為三類，為了統一比較，需采用不同的方法將它們標準化：①百分數型指標無須轉化，直接將百分比作為該項分值；②絕對數據型指標需進行轉化，如沈陽市的人均受教育年限是114年，營口是105年，則將沈陽的得分記為100，營口和沈陽相比百分數記為營口得分；③相對差異程度指標需利用差異性來進行合成，如用高低收入人群上網比例的差異性來解釋互聯網的公平性程度。

223指標信度檢驗

進行指標的信度檢驗是為了保證指標的有效性。本文對指標信度檢驗所采用的指標是主流的信度系數——克隆巴赫（Alpha）系數a（a> 09信度很高，07 ～ 09能夠接受，a < 07不能接受）。[2]

224指標一致性檢驗

借助SPSS軟件對總庫指標進行一致性分析，算出一致性信度系數a值，用以判斷各指標信度是否達標，指標能否保留。

225指標權重確定

本文采用ANNs算法來計算指標權重。經過ANNs訓練，先明確隱含節點的數量m，再構建一個神經元模型，該模型由一個輸出節點、n（n表示由以上四步驟得到的指標個數）個輸入節點以及m個隱節點組成。計算輸入向量xi到所有隱節點的權向量，權向量的絕對值之和|ωi |就是指標i對應的權向量 wi。即指標i的權重。[3]

ωi=rn-1ωin，wi=ωirn-1ωin，i=1，2，3，…，n

23指標體系的建立

經過上述操作，建立了由五大維度18個指標組成，并附有指標權重的智慧城市評價指標體系，如表1所示。

3智慧城市預測體系的構建（營口市案例研究）

傳統SWOT分析存在很強主觀性，而AHP具有定量和定性分析的特點，在SWOT分析中嵌套AHP可以極大增強模型的決策能力。

31營口市區域的基本狀況

311地理位置概況

營口市地處遼東半島中部，在渤海東岸，地理坐標E122°13′，N40°39′，隔海相望于葫蘆島和錦州，相鄰于鞍山海城南側，在岫巖、莊河東交界處，相接于大連瓦房店等地北側。

312港口資源概況

作為東北地區第二大開放港口，營口市有著較高的港口吞吐量、豐富生物、礦產資源和旅游資源。2014年營口港吞吐量超過33億噸，2017年預計實現43億噸；營口市已發現39種礦產，喬木170多種，藥材資源多達726種；營口市環境怡人，在歷屆旅游城市評選中多次上榜。

313社會經濟概況

①第一產業。2015年營口市農漁業總產值1998億元，比去年增長了54個百分點；②第二產業。營口市在印染、樂器、家紡等傳統工業方面形成優勢，在石油化工、新能源、科技創新領域也具規模；③第三產業。2015年營口社會消費總額為4165億元，其中批發業占多數，比去年增長了94個百分點。

32因素統計及因素分析準備

首先對本文所列指標的進行初步篩選，列出影響營口市發展的各種SW（內部）和OT（外部）因素，找出影響營口市發展的S（優勢）、W（劣勢）、O（機遇）與T（威脅）以進行S分析、W分析、O分析、T分析和SW、OT交叉分析。

33建立S、W、O、T及組間成對比較矩陣endprint

對優勢組、劣勢組、機遇組及威脅組通過S分析、W分析、O分析、T分析以及SW、OT等六項交叉分析的結果，構造各組的成對比較矩陣，最后依次進行矩陣之間的一致性檢驗，確認這些矩陣是否需要調整。

34結果分析

將每組中優先權數最大的因素作為該組優先級因子，重組判斷矩陣，最終得到組優先級如表2所示。

從表2得出的組間分析結果可以確定，影響營口可持續發展的四大因素按影響程度排布的順序是劣勢 > 威脅 > 優勢 > 機遇。表2中組優先級權數的值代表了SWOT中四個方面因素對營口市智慧發展的影響程度，根據這些值構建營口市智慧發展戰略四邊形，根據運算法則[4]，結合相關數據得出此四邊形的重心坐標為P（-00605，-00071），即此戰略四邊形的中心位于坐標體系的第三象限，將營口市的發展戰略定位為“防御型戰略”，其目的是減小被破壞的風險，削弱外部因素產生影響。

35營口市未來發展預測

①加快港口開發步伐。結合國家相關政策，加大營口港海洋礦產資源的開發力度；②實行區域產業改革。充分利用政策機遇，加快營口區域內產業結構的改革，注重產業結構的合理配置，形成產業鏈；③注重資源合理配置。依托港口資源優勢，發展少用地的港口加工產業和少耗水、少污染的物流產業；④合理運用環境資源，優化產業結構，重點開發營口旅游產業，創建旅游型營口。

4結論

論文構建了一套基于DPSIR模型、ANNs算法和模糊集合思想且適合我國的智慧城市評價指標體系，并且通過了指標的信度檢驗、效度檢驗，完成了指標可靠性檢測。通過對營口市實證研究，結合AHP對“SWOT分析在智慧城市未來發展預測中的應用”進行了較全面的探討，研究手段體現了多學科的交叉。本文研究成果能夠為智慧城市研究提供理論基礎，為智慧城市建設提供可操作的技術方法，這對指導智慧城市未來建設具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]伍建橋 應用模糊集理論評價高職實踐教學質量[J]. 湖南科技學院學報，2006，27（5）：316-318

[2] 陳思，彭博，江林強 課堂教學質量評價

表之信度客觀性的實踐檢驗[J]. 太原城市職業技術學院學報，2015（1）：69-70

[3] 劉敏，孫樹棟 基于ANN的電子商務水平測度指標權重的確定方法[J]. 軟科學，2006，20（4）：136-139

[4] 孫劍萍，湯兆平，陳玉潔 我國生物燃料可持續發展研究——基于SWOT戰略四邊形[J]. 農機化研究，2012，34（6）：179-183

[基金項目]遼寧科技大學大學生創新創業訓練計劃專項經費資助（項目編號：201710146000243）。

[作者簡介]李寬（1996—），男，漢族，河北邢臺人，就讀于遼寧科技大學，研究方向：建筑環境與能源應用。endprint