基于信息熵和GM(1,1)的上海市城市生态系统演化分析与灰色预测

城市生态系统是典型的"自然-社会-经济系统",城市的可持续发展依托于城市生态系统结构和功能的不断协调与完善.新一轮"城市化"进程中,城市生态系统将面临生态用地减少、环境衰退等诸多挑战,生态环境和经济发展之间的矛盾可能日益突出.因此,把握城市生态系统的演化方向,对于促进城市可持续发展和生态文明建设意义重大.本研究以"国际化大都市"上海市为研究对象,运用"耗散结构理论"和"信息熵"分析模型,构建包括支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵4方面的"上海市城市生态系统演化指标体系",以统计资料和政府公报为数据来源,对上海市2003—2013年的城市生态系统演化进行了熵变分析;基于集成层次分析法(AHP)和熵权法(EVM)"综合赋权"的"综合发展度"和"协调发展度"模型对城市生态系统可持续发展状况进行了评价;采用"相关分析法"对城市生态系统熵变与可持续发展协同演化过程进行量化分析;并引入GM(1,1)灰色预测模型对上海市城市生态系统(2014—2020)年的演化趋势和方向做出了预测.研究得出以下结论:12003—2013年,上海市城市生态系统"熵流、熵产生和总熵变",均整体呈波动下降趋势.上海市城市生态系统有序度不断提高,总体朝健康态势发展.22003—2013年,上海市城市生态系统总体可持续发展态势良好,不断向健康可持续方向演进;环境与经济整体效益不断提高,但环境与经济发展之间的协调能力近年来有所下降.3上海市城市生态系统(2014—2020)期间的演化趋势预测:城市生态系统整体继续向健康、有序方向演进.城市生态系统可持续发展整体保持协调发展态势,但未来发展协调度可能从"初级协调"衰退为"勉强协调".最后,基于指标"熵权"和熵变时序提出了上海市城市生态系统的针对性优化措施:积极扶持城市生态农业发展,扩大进出口贸易规模,促进娱乐教育文化服务产业增长;进一步提高居民生态环保意识,提倡低碳生活;加强工业"三废"的达标排放,提高资源利用率,巩固城市绿化率,加大环保投资规模.本研究旨在为上海市城市生态系统健康可持续发展和优化调控提供一定的科学参考.     

基于信息熵的城市居民家庭能源消费结构演变分析——以无锡市为例

受能源赋存状况及经济发展水平影响,不同地区之间的能源消费结构往往存在很大差别,对其结构演变很难用一个具体的指标来衡量。论文通过信息熵的引入,试图来解决这个问题,并最终取得了满意的效果和结论。对无锡市1990～2002年间城市居民家庭能源消费结构的熵值演变特征进行动态分析后发现,1994年前后,无锡市城市居民家庭能源消费结构信息熵的变化呈现出截然相反的特征,并且与城镇居民实际可支配收入及人均能源消费总量变化高度相关。在深入分析其演化特征和原因的基础上,对无锡市城市居民能源消费结构的演化方向作出了展望。     

基于CM和信息熵的综合管廊施工安全风险耦合评价研究

针对我国地下综合管廊施工安全事故频发的现象,提出一种基于CM和信息熵的综合管廊施工安全风险耦合评价方法。通过分析综合管廊施工事故的原因,从事故致因角度探究综合管廊施工安全风险耦合机理,建立了综合管廊施工安全风险评价指标体系,并运用信息熵量化各指标权重。考虑风险因素间的相互耦合作用,基于耦合度模型(CM)构建了综合管廊施工风险耦合模型,并以耦合度值对综合管廊施工安全风险状态进行定量评价。最后以实际案例对模型进行验证,发现该评价方法能充分考虑施工安全风险因素之间的耦合效应,更加贴近工程实际,能够为地下综合管廊安全施工风险管理提供新的依据。     

基于集对可拓耦合算法的尾矿库安全综合评价

针对尾矿库安全综合评价中“定性定量评价尾矿库安全等级”和“客观描述尾矿库安全状态变化趋势”的要求，采用集对分析方法和可拓理论，利用可拓距计算原理，建立尾矿库集对可拓耦合安全评价模型和尾矿库集对势的计算方法。利用RSCIE权重计算方法确定尾矿库评价指标的权重，将基于集对可拓耦合算法的尾矿库安全评价模型用于尾矿库各安全等级集对可拓联系度的分析中，并基于最大隶属度原则确定案例中的尾矿库为正常库，其集对可拓联系度为0.040 6，安全状态的集对势为9.26。结果表明:该尾矿库的安全等级为正常库，且其安全状态发展趋势为弱同势，说明尾矿库的安全状况发展趋势为正常库的态势不强，且向不安全状态转变的可能非常大，应该加强该尾矿库的日常安全管理。这与实际情况相符合，有效验证了该评价模型的可行性和实用性。     

长江流域月降水的多尺度随机特征及其分区

提出了一种基于集合经验模态分解的多尺度信息熵方法来分析长江流域138个气象站1961～2016年的月降水在不同时间尺度下的随机性,然后,采用模糊C均值聚类(FCM)算法对流域月降水进行空间区划,最后,探讨各区平均月降水序列与厄尔尼诺1+2区的平均海表温度(NINO1+2)之间的时滞相关性.结果表明:(1)长江流域月降水存在明显的季节、年际和年代际变化特征;(2)流域月降水在不同时间尺度下的随机性均呈现出东部高-西部低的空间分布模式,并且流域月降水的IMF分量的随机性随时间尺度的增大而降低,且不同地区间其随机性的差异越来越大;(3)流域月降水在各IMF分量上的随机性沿纬向自西向东逐渐增大,而沿经向呈现出拟均匀性;(4)流域月降水在空间上可划分为6个一致性子区域:西部高原区、西南部横断山区、北部低山盆地区、南部低山丘陵区、东南部鄱阳湖平原区和东部长江三角洲区;(5)流域各区平均月降水对NINO1+2的最佳响应时滞自东南沿海向内陆地区依次由2个月延长至4个月.     

基于未确知测度理论的充填管道堵塞风险性评价

为预测深井矿山充填管道堵塞的难易程度,运用未确知测度理论,建立充填管道堵塞风险性评价模型。选取10项评价指标作为未确知测度模型的判别指标,根据实测数据建立各项指标的未确知测度函数,并利用信息熵理论获得各判别指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得到充填管道堵塞风险性预测值。研究结果表明:金川龙首矿、大红山铜矿、河东金矿和新城金矿等4个评价对象的风险性等级分别为:Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅲ级。未确知测度理论能综合考虑各项评价指标对评价体系的影响,并进行相应的定量计算。     

飞机抗鸟撞的预警动力学模型

为预防鸟撞事故,根据事故发生过程和开放系统的熵演变过程有很大相似性这一特点,采用信息熵理论解释事故发生过程,进而建立鸟撞事故发生和预警的动力学模型,揭示引发事故的主要原因和预防事故的对策。在此基础上,采用基于熵的综合评价方法,对造成事故的多个因素进行对比分析和综合评价,得出鸟撞事故中飞行时间(季节和昼夜2个因素)、飞行高度、飞机的结构、遭遇的鸟类和发生区域等5大类共6个因素的熵值。结果表明,飞鸟种类的熵值最大,为0.410 6;其次是飞机结构因素。因此,预防鸟撞事故应该从飞鸟控制和飞机结构设计着手。     

基于粗糙 信息熵的水质综合评价方法

水质综合评价是水环境治理的指导性工作，水质综合评价的信息量大，情况复杂多变，如何有效的提取有用信息以及客观地对各水质指标进行权重设定，一直是水质评价方法的核心难题。粗糙集理论是一种有效的处理不确定性信息的方法，能够在复杂的水质数据中挖掘有效信息。针对粗糙集理论实践中所存在的信息丢失、以及在系统有序化方面的不足，应用信息熵真实反映属性重要程度的特点对其进行修正，得到了一个比较完善的粗糙 信息熵水质综合评价方法。该方法继承了粗糙集和信息熵直接从数据出发进行信息挖掘的特点，较好地克服了传统水质评价方法主观性强的缺陷，同时还能够对同级水质进行细化分级，这对于污染治理、投入评估具有重要的借鉴意义。将粗糙 信息熵法和综合指数法、模糊数学法、层次分析法所得结果进行比较，结果证实该方法不仅评价过程简单明确，评价结果客观丰富，而且评价结果的精度和可靠性都有较大提高。其研究结论对水质监测数据的评价有一定的借鉴作用，亦对河流水污染防治对策的制定具有一定的指导意义     

基于信息熵的灰色模型在地质灾害评价中的应用——以四川青川县为例

地质灾害的发生是由地层岩性、地质构造、地形地貌、气象条件和人类工程活动等诸多因素综合作用的结果,依靠知识与监测无法完全认识其复杂的演变机制,是一种典型的"灰色系统"。基于灰色理论的模型在区域地质灾害危险性评价中得到了广泛的应用,但是由于地质灾害的复杂性,这种以模型为核心的评价方法难以抽象或概化出模型所需的条件,因此出现了评价方与评价对象之间的"不兼容"现象。传统的方法是利用人为的主观判断来获取评价模型所需的条件,不可避免地带来评价的随意性与主观性。通过引入信息熵理论,对传统的灰色模型进行修正,建立了基于信息熵的灰色模型,很好地解决了这个问题。以四川青川县为例,对该模型的正确性进行了应用,取得了较好的效果。     

海底管道未确知测度风险评价方法研究

运用未确知测度理论建立海底管道风险评价指标体系,确定风险评价指标分级标准,构造未确知测度模型,计算海底管道各评价指标的未确知测度值,并利用信息熵原理确定指标权重.根据置信度识别准则评判管道风险等级,采用雷达图显示未确知测度风险评价结果.以某近海区海底管道为例进行评价,结果表明,所建立的未确知测度风险评价方法能够实现对信息未确知条件下的海底管道风险评估.