环境数学模型范文
环境数学模型范文（精选10篇）
环境数学模型 第1篇
气浮法处理含油废水是环保工作中的常用技术[1,2], 而溶气系统式是关键, 直接影响气浮的效果。目前溶气设备主要分为两种, 一种是多相流泵[3], 另一种是溶气罐。多相流泵适用于小型气浮设备, 其容器量稳定性较高;而溶气罐适用于大型气浮, 但保持稳定的容器效果难度较大。欲使溶气水达到标准状态必须控制溶气罐中空气压力及通入水量, 目前多数溶气设备的风压及通入的水量控制靠人工调节各阀门完成, 操作频繁, 难度大。为了解决此类难题, 溶气系统的自动控制成为如今研究的热点, 而建立一个科学适用的数学模型是解决这个问题的关键所在。
2 变量、函数和公式
Qi:溶气罐的进水流量;
Qo:溶气罐的出水流量;
:溶气系统的进水流速, L/s;
:溶气系统的出水流速, L/s, m/s;
Q, q:溶气系统中水的净流量和流速, L/s, m/s;
P:溶气罐中的空气压力, Mpa;
V:溶气罐中的空气体积, m3;
T:溶气罐中的空气温度, ℃;
n:溶气罐中空气物质的量, mol;
α:溶气罐中水的溶气效率mol/m3;
r:溶气罐的半径;
H:溶气罐中的液位, m;
H0:溶气罐中的初始液位, m;
ΔH:溶气罐中液位的变化量, m。
根据泵和释放器的工作曲线可假设进出水的流速qi, qo与容器罐内空气压力p的关系为:
气体状态方程为:
3 模型的假设条件
(1) 溶气过程中, 溶气效率保持不变;
(2) 溶气过程中, 水的密度保持不变;
(3) 溶气过程中, 空气的摩尔体积不变, 保持22.4L/mol;
(4) 溶气过程中, 空气的p, V, T满足气体状态方程。
4 模型分析
溶气罐内设置有填料层, 传质界面主要分布在填料表面, 在平衡状态下, 罐内气压与水中的溶气率保持动态平衡, 水和气满足物料平衡关系, 维持设备正常运行。
模型简图如图1所示。
当溶气罐的进气阀门关闭时, 进水可以通过填料不断地溶解罐内的空气, 使罐内空气压力p逐渐减小, 同时进水流量Qi会逐渐增大, 出水流量Qo会逐渐减小, 溶气罐的净流量Q会逐渐增大。当Q>0时, 容器罐内液位会上升;反之, Q<0时, 液位会下降。如果液位过高, 会影响溶气罐的溶气效果;液位过低, 则会影响释放器的正常工作。因此, 需要研究溶气罐内空气压力与液位之间的关系, 以便更好地控制溶气系统的工作状态。
5 模型的建立
根据泵和释放器的工作曲线可知:
泵的流量qi与溶气罐内气压p的关系为,
释放器流量qo与溶气罐内气压p的关系为,
净流量为, Q=Qi-Qo (3)
由 (1) , (2) , (3) 得,
由于溶气罐中总体积不变, 罐内液体体积变化量dQ与空气体积变化量dV的关系可得
单供气阀门关闭时, 根据分析, 空气变化量为,
同时, 根据气体状态方程pV=nRT, 得微分方程:
由 (1) , (5) , (6) , (7) , (8) , (9) 得,
解微分方程得:
上式中的常数C可由溶气罐中的初始状态求得。
根据液位H与净流量的关系,
将 (12) 代入 (11) 得
式 (13) 则为溶气罐中空气压力p与液位H的数学模型。
6 结论与展望
根据溶气系统的工作原理和微积分的理论知识, 研究了溶气系统中空气压力与液位之间的数学关系。根据此数学模型, 可以更好地指导和帮助溶气系统的调试和运行。此模型结合泵的工作曲线, 并经过进一步的参数修正后, 可根据罐内监测的液位数据, 实时调整罐内气压, 实现自动控制, 使设备达到工作平衡点, 保持稳定的溶气率, 提高设备的工作效率。
课题组下一步的主要工作是设计合理的溶气研究实验装置, 并在限定的实验条件下, 根据实验数据对模型的相关参数进行确定和校正, 使控制模型更接近工况实际条件, 满足实际工程自控系统的要求。
摘要：指出了溶气系统是气浮设备的重要组成部分, 要保证溶气水中含气量的稳定性, 只有通过对气压p和流量Q进行自动控制, 使其达到设备的平衡工作点才能实现, 而建立科学的数学模型是关键。根据溶气罐的工作原理, 简化设定干扰较小的条件因素, 抓住主要影响因素, 考察了溶气系统中各变量之间的关系, 利用微分方程建立了初步的数学模型, 描述了溶气罐中空气压力与液位的数学关系, 为自控设备根据液位控制罐内气压, 保持设备运行稳定提供依据。
关键词：气浮,溶气罐,数学模型
参考文献
[1]赵海晶, 吴妍, 潘卫东.斜板溶气气浮选分离法提高油田污水水质[J].内江科技, 2010 (4) .
[2]许浩伟, 王谦, 李海军, 等.溶气气浮-超滤-反渗透深度处理油田污水及回用[J].水处理技术, 2011 (5) .
MATLAB环境下地面模型构建 第2篇
在MATLAB环境下进行地面模型的构建就是利用测量获得的.数据在MATLAB申运用其炔亢数,采用合适的插值拟合方法编程,并运用绘图功能实现地面模型的可视化,从而实现其构建.通过实例分别对插值前的地面模型图及其等高线图与插值前后的地面模型图及其等高线图进行比较,结果证明该方法是可行的,有效的.
作 者：卢辉 王燕 LU Hui WANG Yan 作者单位：卢辉,LU Hui(西安科技大学大地测量学与测量工程,陕西西安,716000)
王燕,WANG Yan(贵州盘江煤电集团公司,贵州六盘水,553534)
刊 名：地理空间信息 英文刊名：GEOSPATIAL INFORMATION 年，卷(期)： 7(2) 分类号：P208 关键词：地面模型 插值 MATLAB 等高线
一种信息资产运行环境层次识别模型 第3篇
摘要：识别信息资产的脆弱性和所面临的威胁，是进行信息安全风险评估的前提。文章总结了常见信息实体的信息载体和运行环境，提出了通用的信息资产运行环境层次分析模型，可以有效正确识别各个层次运行环境的脆弱性和可能面临的威胁，确认已有安全措施，实现有效风险评估。
关键词：信息资产；运行环境；层次分析
一、引言
在进行信息安全风险评估之前，首要的任务是识别组织中的信息资产。一般会采用分类的方式给出一个组织中常见的信息资产，协助使用者识别。如按照基于表现形式的资产分类方法将信息资产分为数据、软件、硬件、服务、文档、设备、人员等；或按照德国IT基线保护手册中的7大类62子类的资产分类方法等进行识别。在识别出信息资产后，再根据不同信息资产自身典型脆弱性和典型的威胁为每个信息资产赋值。采用这种方式，同样的信息资产，如两台型号和配置完全相同的电脑，其脆弱性和威胁的赋值一般会相同。但是，实际情况是。信息资产在不同的环境中运行，其所遭受的威胁会完全不同，而脆弱性如果不被威胁利用，将不会造成安全事件的发生。信息资产所遭受的威胁，与运行环境密切相关。而运行环境的安全性又与运行环境所在的环境相关。可以发现。信息资产的运行环境是层次环境。因此，有效的识别信息资产的层次环境能够协助信息安全分析人员正确识别资产可能遭受的威胁，从而进行有效的风险评估。
二、层次环境模型
我国计算机信息系统等级保护系列标准指出，等级保护是对信息和信息系统所提供的服务的保护，信息安全归根到底是信息和信息系统服务的安全。仔细研究信息或信息系统服务的工作依赖。会发现信息或信息服务是依赖于某些载体而存在的。而载体又是工作在某些外部环境中的。如某信息是依赖某应用软件而存在的。而该应用软件又工作于操作系统、数据库系统、硬件系统、网络系统、物理环境系统等之上的；再如搜索引擎提供的搜索服务，其信息服务是依赖于搜索引擎应用软件而存在的，而该应用软件又是工作在操作系统、数据库系统、硬件系统等环境之上的。再如某交换机是工作在网络和物理运行环境之上的。再如某信息是写在纸张上的，纸张就是信息的载体，而纸张又是存放在保险箱这个环境中的。因此，信息和信息所提供的服务是依赖信息载体而存在的，而信息载体又是在某些环境中运行的，这个运行环境通常是多层次的，因而可以进行层次化分析。
要保障信息或信息服务安全有效运行，其实质就是要保障其所依赖的运行环境的安全性。也就是说。信息安全是指由信息或服务、信息载体和运行环境组成的信息系统的安全。
因此，在计算机网络信息系统中的每个信息实体(信息处理设备或通信线缆)都是在一定的运行环境中工作的，其运行环境层次模型可以用图1表示。
根据此模型，对应用软件、操作系统、常用硬件、业务人员等作为信息载体的运行环境进行层次划分。下面以业务数据为例进行具体分析。
三、信息载体的运行环境分析
业务数据可以粗略的分为在线电子业务数据和存储介质业务数据。在线电子业务数据是指存储在终端计算机、服务器、网络设备、安全设备中，需要进行数据处理和传输的电子业务数据；存储介质业务数据是指存储在各种介质上，如存储在磁带、光盘、移动硬盘、优盘、纸张等上的业务数据，其目的是以存储和备份为主，一般不参与数据的处理，数据传输也是随着存储介质一起传输。
因此，不同业务数据的运行环境是不同的，下面分别从在线电子业务数据和存储介质业务数据进行运行环境的分析。
1终端计算机中的电子业务数据。在终端计算机中，需要进行数据处理的在线电子业务数据的运行环境示意如图2所示。
业务数据所依赖的各运行环境层次说明如下：
物理环境层：某业务办公室、或机房所提供的物理环境。包括房屋、电力、温度控制、湿度控制、防火控制、防水控制、门禁控制等：
网络环境层：交换机等为其提供的通信线路：
硬件环境层：终端计算机硬件系统：
系统环境层：终端计算机中所安装的操作系统：
应用环境层：安装在计算机中由操作系统来调度的应用系统客户端软件：
应用数据层：业务软件所要使用的在线电子业务数据。
2其它信息实体中的业务数据层次。服务器主机、通信线缆、存储介质、网络设备、信息墙座和业务人员大脑中的业务数据的运行环境示意如图3所示，
对服务器主机来说，其环境层次较终端计算机一般多一个数据库操作系统环境。网络设备中的业务数据主要是指支撑网络设备正常运行的各种设置参数、运行参数，而不是经过网络设备存储转发的电子业务数据。
电子业务数据在通信线缆中传输，其线缆环境是指线缆本身的保护，如PVC管、钢管、铠装、护套等。
信息墙座是电子业务数据在传输过程中需要经过的节点，因此。经过信息墙座的电子业务数据也需要有效的保护。
存储介质是指存储介质本身的保护。如硬盘的外壳、优盘的外壳、光盘的盘片、纸张的强度、韧性等。
业务人员也是重要的信息实体，业务人员本身掌握了大量的、甚至核心的业务数据。业务人员处于物理和社会大环境中，有可能造成其它信息资产的曝露、泄露和损坏。一些业务数据记忆在某些业务人员的大脑中，那么业务人员所处的物理环境就应该保障业务人员的身体和精神的安全：同时，业务人员也处在社会大环境中，也应保障业务人员不受或免受社会大环境的负面影响。
经过信息实体运行环境层次分析，计算机信息系统每个实体信息安全策略的设计，就是要通过对该实体各个环境层次进行安全措施的设计，防范该实体可能存在的威胁，从而实现该实体的信息安全需求，达到系统总体的安全目标。
四、结论
通过信息资产运行环境层次分析模型，可以有效识别信息或信息系统服务的载体和运行环境。进而从信息、信息载体和信息运行环境三个方面综合考虑其脆弱性和面临的威胁，最后通过后续对各个环境层次进行已有安全措施的识别，设计满足需求的安全措施，达到安全目标。
参考文献：
1International Organization for Standard-ization. ISO/IEC 27005, Information technolo-gy-Security techniques-Information security riskmanagemont,2008:9-24.
2German Information Security Agency. ITB-PM, IT Baseline Protection Manual,2007:12-260.
3国家质量监督局，GB17859-1999，计算机信息系统安全保护等级划分准则，北京：中国标准出版社，1999：1-6。
4韩硕祥，张洪光，信息安全管理体系中的资产管理，中国标准化，2007，(4)：18-20。
5王治安，华金秋，昊俊峰，试论信息资本及保全，贵州财经学院学报，1999，(1)。
6饶勇，信息、信息资本和企业核心能力，社会科学研究，2003，(1)。
7王红艳，陈伟达，信息资产的界定与评估方法研究，东南大学学报(哲学社会科学版)，2001，(S2)：65-67，71。
环境数学模型 第4篇
1 概述
研究背景
近岸海域是连接海洋与陆地的重要纽带, 也是人类活动较为活跃的区域, 随着人类社会的发展, 对近岸海域的开发也随之加快, 但是, 功能区划的限制制约了近岸海域的开发, 根据环境功能区划局部利益服从全局利益的原则, 应对其进行适当的调整。目前国内外潮流计算方法很多, 由于近岸海域水文条件的特殊性, 繁杂的精确公式并不必要, 本论文旨在探索建立一种有足够精度并且更为简便的模型。
研究意义
研究海洋数值模型, 首先要研究潮流数值模型, 它是研究海洋数值模型的基础, 同时也是海洋数值模型研究中最难建立、难度最大的模型。近岸海域以及潮间带已经成为人类越来越重要的经济活动区域, 此区域的海岸工程以及制约人们从事经济活动的海洋环境都会涉及近岸潮流这一项动力因素。因此, 近岸海域潮流模型的研究也就具有重要的意义。
近岸海域环境数学模型的研究进展
近岸海域环境数学模型主要包括潮流数值模型、海洋生态动力学模型和泥沙数学模型。建立潮流数值模型、生态数学模型、泥沙数学模型对于近岸海域的环境管理和环境保护具有非常重要的意义。本论文将简要论述潮流数值模型的研究进展。潮流数值模型是利用数值离散并通过求解潮流的运动控制方程组来模拟潮流运动。潮流数值模拟开始在20世纪20年代, 50年代以后, 潮流数值模拟工作全面展开, 大量的数值模式先后出现。按照维数来划分, 潮流数值模型可以分为一维数值模型、二维数值模型和三维数值模型, 目前一维、二维模型已得到广泛的应用, 已经到达实用化的程度。在二维数值模型广泛应用的基础上, 人们又开始不断拓展了三维数值模型的应用。
研究目的及主要研究内容
研究目的
近岸海域环境功能区划调整边界及排污口的合理确定需要以科学的潮流预测模型为基础, 本论文旨在建立合适的边界条件和二维潮流数值模型, 模拟研究海域的流体运动和污染物浓度分布状态, 对污染物进行模拟计算, 分析水质变化规律, 确定区域调整边界和排污口位置。并以丹东海洋红港区为例, 验证模型的有效性与准确性。
研究内容
实践证明了潮流数值模拟已经在描述污染物在海洋环境中的迁移规律、转化规律、水质变化以及环境生态学数学模型等多方面发挥了重要作用。本论文旨在将潮流数值模拟作为一种近岸海域环境功能区划调整的技术方法, 通过实例验证来说明潮流数值模拟可以为近岸海域环境功能区划调整提供技术方面的支持, 保证近岸海域环境功能区划调整的科学、客观和公正。
2 潮流控制方程
二维潮流控制方程常用形式为:
式中:t-时间。
x-原点置于未扰动静止海面的直角坐标系坐标;y-原点置于未扰动静止海面的直角坐标系坐标;u-x方向的流速分量;v-y方向的流速分量;h-海底到静止海面的距离;ζ-自静止海面向上起算的海面起伏 (潮位) ;f-柯氏参数;g-重力加速度;k-海底摩擦系数;Ax-沿x-方向的水平涡动粘性系数;Ay-沿y方向的水平涡动黏性系数。
3ADI潮流数学模型计算方法介绍
数值模拟是研究近海的重要的手段, 本论文拟从环境规划和管理的角度, 建立适合丹东海洋红港区的环境数学模型用来研究丹东海洋红港区近岸海域环境功能区划调整和排污口设置。流场计算海区的北部岸边处为大片的潮滩, 为了使计算流场与海区实际流场相符合, 本论文在计算中采用动边界条件, 对潮滩水域实施处理, 确保计算结果的真实性。
丹东海洋红港附近海区水浅, 海水垂直混合较充分, 采用二维单层流体动力学方程计算潮流场。由于考虑了方程中的非线性项, 所以只能用数值计算方法进行求解。
⑴深度平均二维流体动力学方程:
式中的x, y平面取在未扰动的平均海平面上, z轴垂直向上。
式中:ζ—平均海平面以上的瞬时水位高度, m;
H—水深, H=ζ+h, m;
U、V—垂直平均流速在x, y轴上的分量, m/s;
g—重力加速度, m/s2;
f—柯氏参数, f=2ωsinϕ, ω为地转角速度, ϕ为地理纬度;
n—曼宁系数 (0.025~0.035) ;
t—时间。
方程 (3.1) ~ (3.3) 的初始条件从静止水状态开始, U=V=ζ=0。边界条件分两类:沿岸闭边界, 取法向流速等于零 (Vn=0) ;开边界各点水位为时间的已知函数, 即ζ=ζ (t) 。
⑵差分方程
由于方程 (3.1) ~ (3.3) 为非线性方程组, 所以只能用数值计算方法求其近似解。本论文采用Peacemen、Rachford等人提出的一种有限差分近似算法, 即隐式方向交替法 (ADI法) , 对拟调整区海域潮流进行数值模拟。
⑶计算范围、网格确定及输入参数
本次数值模拟空间网格步长确定为200m, 即∆s=200m, 计算水域范围为123°24′00″E, 39°30′44″~123°34′10″E, 39°47′03″, 计算点数为192×113=21696 (图3.1) 。水深值从海图上读取, 并订正到平均海平面。闭边界上的水深不小于该海区的大潮差。时间步长∆t=60s, 科氏参数f=2ωsinϕ, 其中ϕ取平均地理纬度为39.6°。初始水位和流速, 当t=0时, ζ=0, U=V=0。
开边界控制水位以平均大潮潮高近似公式计算
式中HM2、HS2分别为M2、S2分潮振幅MG2为M2分潮迟角。开边界线两端上的分潮调和常数为已知, 中间各点值用内插方法求出。计算周期取T=12太阴时。
糙度系数, 其中h为计算点四周的平均水深, n是Manning系数。计算周期为6个潮周期, 此时, 流场计算结果已达到充分稳定。
浓度预测数学模型
由于调整区水浅, 垂向混合比较均匀, 可采用下列垂向积分的二维方程进行浓度预测:
式中:P为扩散物质的深度平均浓度,
Sm为污染物源强;
ω为沉降系数;
Kx、Ky为扩散系数, 由Elder公式确定:
方程的边界条件为:
在海岸边界上, 物流不能穿越边界
在开边界上, 流出时满足边界条件流入时, 各边界上浓度为已知值
本预测各项污染物浓度均为增加值, 因此, 设定边界浓度为零, 计算结果为增量值。
浓度预测结果分析
在预测海区内, 选择两个排污口对COD、氨氮、石油类三种污染要素分别进行浓度预测, 从而为选择排污口的位置提供依据。
以上三种污染要素的预测浓度值均为距排污口处200m内的最高和最低浓度值, COD和NH3-N均未出现超二类水质标准, 但远低于四类水质标准。2#源均未出现超二类水质标准。为了查明排污口附近水质浓度分布状况, 本论文利用点源扩散计算公式与数值计算结果相结合的方法对上述三种污染要素距排污口200m内的浓度进行了估算。计算结果表明, COD距排污口50m以内超二类水质标准 (54m以外不超标) 。NH3-N距排污口150m超二类水质标准 (170m以外不超标) 。石油类超二类水质标准, 但不超四类水质标准。
综上所述, 由以上三种污染要素预测浓度分布可得出以下结论。
⑴预测浓度结果表明, 1#源三种污染物距排污口50m内均超二类水质标准, 不超过四类水质标准。2#源三种污染物距排污口50m内均未超二类水质标准 (但石油类在150m以内超二类水质标准) 。
⑵由于1#源距岸较近, 处于弱流区, 水交换能力差, 建议向外迁移。
⑶预测结果表明, 最高浓度出现在涨急时刻, 最低浓度出现在落急时刻。
⑷本着充分考虑满足各功能区对海水水质的原则, 也照顾到排放污水的便易性, 本论文通过对比不同排放口位置的污染物浓度扩散范围及强度, 选择了既对环境影响较小, 也能够使得船舶污水排放方便的排放口位置, 并对其进行水环境承载力的计算。综合考虑, 排污口选在1#、2#源之间的某一位置比较合适。
环境功能区划调整范围确定
通过以上分析, 近岸海域环境功能区划调整范围为丹东海洋红港建设用海区, 包括港区附近海域及海上码头区, 面积为108km2。
4 结语
通过上述的具体分析可以看出, 并得出以下结论。
⑴在海域水深较浅, 垂向混合比较均匀的情况下, 可采用垂向积分的二维方程进行浓度预测。
⑵污染物扩散最高浓度出现在涨急时刻, 最低浓度出现在落急时刻。排污口处于弱流区, 水交换能力差, 影响污染物扩散, 应将排污口选在离港池较远的位置。
⑶本论文所建立的ADI数值模型以及根据该模型所编制的潮流场数值模拟程序, 通过丹东海洋红港区潮流场数值模拟验证, 结果比较满意, 可用于潮流场数值模拟。
生态预算:一种城市环境管理模型 第5篇
生态预算:一种城市环境管理模型
In this paper, a new model of urban environmental resource management is introduced. The article analyzes the gap between urban environmental management and the management of economy and human resources. The significance, the key points, the implementation procedures, and steps of eco-budget cycle are discussed.
作 者：郝韦霞 Teng Li Wang Ziyan Hao Weixia Teng Li Wang Ziyan 作者单位：Research Center of Development in 21st Century, Dalian University of Technology, Dalian 116023, P.R. China 刊 名：生态经济（英文版） 英文刊名：ECOLOGICAL ECONOMY 年，卷(期)： 1(4) 分类号：F0 关键词：environmental management eco-budget环境风险沟通的心理距离模型 第6篇
现代社会,风险日益成为影响人类决策和行为的重要因素,人们在享受经济增长成果的同时,也切身感受到核泄漏、生态破坏、环境污染、极端气候等现代性风险的威胁。近年来,我国重大环境风险事故频频发生。2005年,吉林市吉化双苯厂爆炸泄漏出大量有毒物质,严重污染了松花江水;时隔五年之后,吉林市某化工厂发生数千个化学原料桶冲入松花江的事故。当天,南京市区内某废弃塑料厂丙烯管道泄漏导致爆炸,死伤数百人。同一个月内,“紫金矿业”紫金山铜矿湿法厂发生铜酸水泄露事故,造成汀江部分水域严重污染。2011年8月,云南曲靖发生镉污染。纵观这些环境事件,其事前事后都存在着风险信息渠道不畅通,人们群众不明真相的共性。这些事件暴露了环境风险管理中一个存在严重缺陷的环节,即环境风险沟通。随着我国公众的环境风险意识、 环境权利意识、 环境监管与参与意愿的加强,如何进行有效的风险沟通成为决策者必须重视的命题。
国外关于风险沟通的研究很多。美国在20世纪80年代中期建立了一批为企业和政府的风险沟通提供指南和实际建议的基础研究和应用中心。1986年7月,美国首届“风险沟通研讨会”在华盛顿举行,风险沟通开始成为研究焦点。 早期风险沟通研究集中于科技导致的健康或环境风险,风险沟通的功能是告知、说服和教育公众,使他们按照专家提供的方式理解风险问题或接受某种风险,它强调专家向非专家的单向信息输送[1,2]。随着对风险内涵理解的不断深入,风险沟通的功能定位从“单向告知”转向“公共参与”,风险沟通的受众经历了从“不知情”,到“知情”,到“参与”的转变,风险沟通研究的议题和重点也在演化。国内自非典以来开始重视风险沟通[3,4,5,6],公众开始要求获得知情权和参与公共决策的权利,风险沟通逐渐成为各方关注的议题。然而,我国的风险沟通研究和实践还停留在初级阶段,这体现为强调权威控制和专家决策,注重人们“免于灾难伤害的自由”,忽视了人们更需要“免于灾难恐惧的自由”。近年来发生的一些典型环境事故表明,“维稳”往往成为政府和责任企业隐瞒风险信息的借口,其结果是“维而不稳”。 建设和谐社会需要充分尊重公民的知情权和参与权,这要求我们对现有的环境风险管理理念进行反思,并且特别需要加强对环境风险沟通这个环节的研究与实践。
环境风险事件作为一种信号,其本身的性质与传播过程都会影响受众对事件的接受与解释。 公众往往是依靠直觉对风险事件进行感知和判断,这种依靠直觉的认识和判断被称为风险感知(risk perception)[7]。公众的认知理性受到两个方面的挑战,一方面来自风险事件本身的特征;另一方面来自公众认知的局限[5]。关于风险的事实性信息是风险沟通的基础,这些信息包括后果严重性、可能性、时间性、地域性等直接或间接影响人们风险感知的因素。环境风险有着典型的不确定性和时空分布性,而不确定性、时间和空间是心理距离的基本维度,它们影响着人们对于环境风险事件的建构[8]。 环境风险沟通要求在了解受众心理规律的基础上,通过科学地发布风险信息以帮助公众在知情状况下作出明智、独立的判断。风险沟通正在经历从单向传播向双向交互的转变,已有研究往往关注风险沟通的渠道和技巧,但对于受众如何接受和吸收风险的事实性信息缺乏研究,为此,本文运用认知心理学理论,提出了一个环境风险沟通的心理距离模型,这对于风险管理者深入理解社会个体如何感知环境风险并进行相应的环境风险沟通具有指导作用。
2 心理距离理论
认知心理学认为,个体进行预测、评价和选择是基于对事物的建构(construal)而非客观事物的本身。建构是对客体信息的解读和加工过程, 个体的建构不仅取决于对象的实体属性,也依赖于建构主体与客体之间的关系,其中特别是主体对于事件的心理距离, 即在一个抽象的心理空间中所感知到某事件的远近[8,9]。“建构层次理论(construal level theory)”揭示了个体对特定事件的建构层次(construal level)随着心理距离(psychological distance)的远近而发生系统性改变,从而影响个体的评价方式、评价结果以及相应的行为[8,9]。具体来说,当对事件的心理距离较远时,人们采取一种更抽象、概要、本质和全局的表征方式,在认知中强调更加核心和高级的特征(此为高层次的建构);反之,人们倾向于以一种更具体、细化、表面、局部的表征方式,在认知中强调附属和低级的特征(此为低层次的建构)。比如,被试在选择远期赌局时更多地依据收益的绝对值,而在选择当下的赌局时更多地考虑赢取概率[10]。F
建构层次理论起源于时间建构理论, Liberman和Trope认为个体跨期决策的时间效应背后有着一般性机制,即人们的预判取决于他们对将来环境的心理表征,时间距离会系统地影响人们对未来事件的解读方式[13]。Eyal等在公共政策情境下把建构层次操作化为支持性理由与拒绝性理由时,发现当结果发生在遥远的将来时,人们将更多地考虑支持性理由[14]。Liberman等用一系列实验验证了建构层次是时间距离的函数[15]。随着研究的深入,研究者开始认为相同的建构层次原理适用于不同的距离维度, 如空间距离对建构层次的影响与时间距离对建构层次的影响相似,即较远的空间距离与高层次建构有关,较近的空间距离与低层次建构有关[16]。Henderson等验证了空间距离对人们认知的影响具有与时间距离类似的效应[17]。近期研究表明,概率也是心理距离的维度之一[12]。降低事件的概率使人们对事件的表征更为核心、抽象和一般。
越来越多的证据表明,时间距离、空间距离和概率都与更为抽象的心理距离有关。关于心理距离,Liberman和Trope(2010)认为所谓心理上遥远的事物是指那些人们不能够直接体验其实际的事物, 他们认为任何不“此时、此地、确定、本人”经历的事件都属于“心理上有距离”的类别,它也许能够被思考,被建构或被重构,但是它不能被直接体验。个体能够直接体验事件意味着时间上的立即性,概率上的确定性, 此外还有空间上的邻近性。事实上, 现实中绝大部分环境风险事件都不是“立即发生”,而是“在一定时间后、以一定概率、发生在一定位置”[18],其后果影响到特定时空范围内的利益相关者。
因此,概率、时间和空间距离都是“心理距离”的维度,这些距离维度锚定于同一个距离零点即“此时、此地、确定发生”。对距离零点的超离将来、异地、或然性使得该事件位于个体心理空间的较远处。以上研究基本上都是从认知心理学的角度研究建构层次如何随着心理距离而变化,以及这种变化的低层心理机制,很少有研究尝试建立心理距离的数学模型,而心理距离模型的科学表达对于行为决策研究有着重要的意义。如果用ln(1/p)表示概率距离, t表示时间距离, 根据概率-时间权衡模型[19,20,21],基于概率距离和时间距离的心理距离可以表示为:
z的值域为[0,+∞]。概率距离是概率的负对数,显然,当概率p=0时,ln(1/p)=∞;当p=1时,ln(1/p)=0。概率p越小,ln(1/p)越大,表示概率距离越远。随着概率的增大,概率意义上的心理距离从“确定发生”的零距离点(p=1)趋向“绝无可能”的无穷远点(p=0)。t是时间距离。理论上,事件结果的发生时间可以从“现在”这个零距离点(t=0)到无穷远的将来(p=∞)。实际中,如果考虑到有限的寿命周期,决策者的寿命终点之后就可视为无穷远将来。
3 面向环境风险的心理距离模型
环境风险事件有着复杂的时空背景, 比如环境监管部门需要在时空维度上评估污染性项目对环境质量造成的不确定影响, 而普罗大众对于环境恶果的风险判断总是受到时空距离的影响, 因此有必要在在一个更符合真实决策场景的跨时空风险框架中研究环境风险认知和沟通。
令s表示空间距离。理论上, 空间上最近的距离就是个体所在位置, 最远的距离则是无穷远处。当然, 对于绝大部分人来说, 最远的位置不会超出人类赖以生存的地球[22]。根据概率-时空权衡模型[23],可以直接扩展式(1),得到基于概率距离和时空距离的扩展的心理距离表达式:
Z表示心理距离。式(2)中,a和b分别是取决于个体心理机制的时间-概率转换系数和空间-概率转换系数,这是可以测量的主观变量, 与个体有关。这样, 虽然概率和时间、空间距离有着不同的内涵和量纲,但通过心理距离模型刻画出它们在个体心理空间内的一致性。模型(2)有一个重要的涵义, 即概率可能是心理距离中更为基础的维度。 故时空距离通过个体的心理加工后都转化为主观概率,即个体以一种概率的方式来理解时空距离,反映为个体对事件结果可能性的感受和判断受到心理距离的影响。从模型(2)来看, 心理距离为零(或逼近零)必须同时满足三个条件, 即确定、 此时、 此地发生。而心理距离为(或逼近)无穷大,只需满足任意三个条件,如极低的概率、极遥远的将来或极遥远的空间位置。心理距离是一种主观上的距离,它与物理距离存在一些基本的差异。主观距离和客观距离都是一种建构,主观距离涉及主体对客体的感知或意识,是一种心理联系。而客观距离反映从观察者角度观察到客体之间一些可以比较的方面,比如河流的长度,或现在和将来的时间距离,或掷骰子出现特定点数的概率。
令(x,p,t,s)表示环境风险事件,其中x表示环境事件结果的严重性,单位可能是货币或伤亡人数。p是结果发生的客观概率,可能来自专家的估计或基本的社会共识。t和s分别是环境事件一旦发生后,其结果对个体产生实质影响前所经过的时间和空间距离。 在经典的期望效用理论框架下,假设存在一个可用来衡量风险后果严重性的价值函数v,那么个体对于该环境风险事件的评价可用以下模型来表示:
f(Z)=e-Z是基于心理距离的折扣因子函数,它满足f(0)=1,f(∞)=0。v衡量该环境风险事件后果的严重性,但评价者不仅仅关注该环境事件的客观结果,他对于该风险事件后果的主观判断还受到心理距离Z的影响。显然,如果不考虑时空距离对风险评价的影响,即t=s=0,此时有V(x,p,t,s)=pv(x),模型(3)就退化为基本的期望效用模型。但模型(3)表示, 心理距离能够实质性的影响个体对于环境风险严重性的主观判断。因此,当我们研究环境风险沟通时,必须将心理距离作为考察的重点,而过去的研究对此还缺乏系统的研究。
心理距离模型以一种可加的方式将个体对概率、时间和空间距离的感知整合起来,并且揭示各维度之间的互补关系,这具有重要的理论与现实意义。如在环境风险管理中,当某个环境风险在概率维度上的风险无法再降低了,或者风险降低的边际成本非常大,那么通过增加时间距离或空间距离来降低人们的风险感知也许是更为经济有效的手段,因此,心理距离模型为整体性的环境风险管理提供了理论依据和现实指导。比如, 一个常见的例子是, 在现有技术条件下,核电站的安全防范已经达到非常高的水平,发生故障的概率已经相当微小。但由于核事故所带来的极端灾难仍然使得人们心存恐惧,那么为了获得民众的认可和支持,与其将大量资金投入到提升核电站的安全技术上,不如选择将核电站建设在偏远地区,这样同样能够增加人们对于核风险的心理距离,从而一定程度地增加风险接受度。2011年日本海啸导致核电站发生泄露事故,影响非常深远,人们发现发生核事故的概率似乎没有所宣传的那么低,因此关于核安全的担忧和争议再度升温,也增加了大众对核电站的抵触情绪。作为一项应对措施,我国暂时停止审批新的核电项目,包括开展前期工作蹬项目,并对核电中长期规划进行了调整。而德国表现得更为激进,政府立即关闭了八座1980年前开始运行的老核电站,并承诺在2022年前关闭所有核电站。这些事件再次证明无论是主观上还是客观上都难以彻底消除人们对于核风险的担忧,但是心理距离模型告诉我们,能够在时空距离上增加民众对于核危机的心理距离,降低民众的风险感受。
在本文提出的心理距离模型中有两类参数, 分别是关于风险的事实性信息的参数,如概率p、时间距离t和空间距离s,以及关于个体如何理解这些事实性信息的系数a、b. 系数a与b分别是决定时间-概率和空间-概率权衡的比率系数,这些系数反映个体对时空距离信息的吸收程度。这取决于主客观方面, 客观方面是时空距离的效度,这与时空范围中起到应急防范作用的设施、技术、制度、文化等有关; 主观方面是公众的认知理性,即对以上事实性信息的认知方式和能力。 这启示环境风险沟通有两方面的内容,首先应当确保公众能够得到关于环境风险及相应防范措施的真实、完整信息,这包括概率水平和时空距离。其次可以帮助人们采取正确的认知策略,对风险信息能够做出正确解读。总而言之,有效的风险沟通取决于是否能够帮助公众基于真实的心理距离做出正确的判断和采取适当蹬对策。很多事实表明,公众在风险感知过程中常常没有知晓或忽视了某些重要的信息,导致错误的决策和行为,这虽然也与个体的能力有关,但风险管理者糟糕的风险沟通难辞其咎。
4 心理距离模型的实证合理性
心理距离模型的核心观点是,时空距离将影响个体的心理距离,并且是以一种改变主观概率的方式施加作用。模型(2)意味着时空距离的存在将改变个体对环境风险事件的概率判断。 虽然心理距离的产生和形成是一种心理现象,但是可以通过控制时空距离,观察个体表现出来的主观概率来间接地检测心理距离,这个过程可以用图1来表示。
本节将报告一个基于水污染风险感知的实证研究, 它能够从实证角度验证心理距离模型(1)。该研究通过设计一个上游河流遭遇化工泄露的事件, 调查下游城市居民对自己受到该污染冲击的可能性判断(即心理距离)。 研究设计采取组间(between-subjects)方式,设置不同的时空距离(t=1天或9天;s=1或9个城市)作为控制变量。调查对象首先阅读一则简短的背景信息, 然后做出关于健康受到该污染不利影响的主观概率判断,具体问卷内容见附录。回答采用0~10量表形式。0表示绝无可能(0%),10表示一定(100%), 被调查者选择最符合其判断的数字。借助专业的问卷调查网站“问卷星”,两份调查问卷被设计成网页形式发布。在网络发布问卷之前,也面对面调查了部分哈工大深圳研究生院在读研究生以及深圳居民。统合两部分答卷,在排除一些无效答卷后,最终得到492份答卷,样本大小能够满足统计分析的要求。
对结果的统计分析表明, 随机分成两组的调查对象在面对两种不同的时空距离时, 他们对同一个污染风险的主观概率判断有着显著的差别, 并且随着时空距离的增加,主观概率判断降低(5.959<7.653,p=0.001,见表1)。这说明事件的时空距离越远,个体对事件的心理距离也越远,从而形成较低的主观概率判断。时空距离对主观概率的影响程度由模型(2)中的系数a和b决定,如果要更进一步的标定这些模型参数,就需要依托具体的背景设计更为精妙的实验方案。但该实证研究能够验证,在环境风险背景下时空距离确实影响个体的心理距离,这说明本文提出的心理距离模型具有实证上的合理性。
5 结论
由于公众对健康、安全、环境议题的关注度和信息需求不断提高,社会知识不断增长和媒介的报道与动员,涉及风险管理“知情权”的法律研究和理念传播不断深入人心,风险沟通的必要性和重要性越来越为人们所认同。有效的风险沟通应当建立在人性与科学的基础上,因此认知心理学与环境风险管理的结合非常必要。 环境风险总是以某种可能性,在某个时点发生在某个地方,因此它具有典型的跨时空特征。 心理距离是客体在心理空间中的主观距离, 它包括概率、时间和空间距离三个维度。心理距离模型给理解个体如何认知和评价环境风险供了一个分析框架,这对于开展有效的风险沟通乃至风险管理具有重要的指导意义。
本文研究表明,概率、时间和空间距离是风险沟通的三个战略切入点。 由于错误信息和信息扣压能够导致更严重的焦虑、心理冲击以及欠知情决策,政府和企业应当围绕这三个方面及时、公开、准确地向公众提供环境风险的事实性信息。 如果风险沟通的目标是提升区域民众安全感, 鉴于三种类型的距离之间的互补关系, 在某个维度的距离难以缩小的情况下, 转而强调其它维度可以取得同样的效果。比如, 监管部门要求企业为高风险项目安装特殊安全设施, 或将其迁移远离社群。环境风险源的空间选址至关重要, 在风险形成之前, 就应当确保风险项目尽可能地远离居民区。 这样的举措能够增加大众对于环境风险的心理距离, 弱化其风险知觉。另一方面, 心理距离受到距离效度的影响。 为了提高公众对于时空距离的敏感性,政府和企业应当展示出应有的应急能力,并通过互动机制建立公信力。为此,政府和企业必须充分利用时空距离带来的机会, 在应急防范设施和措施上取得成效, 在风险沟通上建立日常和长效机制。最后, 应当强调风险沟通与风险教育的紧密结合。 风险沟通是双向交互过程,信息的提供方需要掌握风险沟通的方法和技巧, 另一方面也要强调受众的风险教育, 提高公众的科学素养和理性能力, 帮助他们正确的认知和理解风险信息并采取合适行动, 成为环境风险沟通中具有建设性的参与者。
摘要：环境风险沟通是“风险社会”背景下的现实问题,特别需要引起环境风险管理者的重视。结合认知心理学的“建构层次理论”和行为决策科学中的“概率-时空权衡模型”建立了“心理距离”模型,并分析了模型结构和参数的经济涵义。心理距离模型以一种可加的方式将个体对概率、时间和空间距离的感知整合起来,揭示了这些维度之间的互补关系。模型表明,个体对于环境风险事件的心理距离决定了他的环境风险判断,而心理距离取决于个体对环境风险的发生概率和时空距离这些信息的认知,这给理解个体的环境风险认知并进行环境风险沟通提供了理论指导。
环境政策CGE模型研究综述 第7篇
关键词：环境政策,CGE,可持续发展
引 言
可计算一般均衡模型(computable general equilibrium model,CGE模型)起源于20世纪60年代,基于现代微观经济学瓦尔拉斯(Walras)的一般均衡理论建立,它的一般均衡框架具有清晰的微观经济结构以及微观与宏观变量之间的连接关系,能够用一组方程描述多个机构和市场的相互作用,可以模拟某一政策变化所带来的直接与间接影响。因此,CGE模型是政策模拟工具的合理选择。
环境CGE模型属于CGE模型的一个应用分支,是一般均衡理论在环境经济学领域的应用,它通过在CGE模型中加入自然资源或环境政策等变量,对环境与经济系统复杂关系进行定量化描述,能够实现对环境和经济系统的耦合分析。环境CGE模型有4个显著的特点:(1)CGE模型基于瓦尔拉斯一般均衡理论,通过不断调整使商品与市场供求达到平衡。(2)价格变量由市场内生决定,是非政策性变量。(3)模型中需求函数分别基于居民效用最大化行为和厂商的利润最大化推导得出。(4)CGE模型是包含资源约束条件的多部门非线性的模型。
1 国内外研究现状
20世纪80年代末,环境CGE模型开始得到广泛应用。经过20多年的发展,环境CGE模型已经成为一种相当规范的模型,取得了大量研究成果。
1.1 环境CGE模型的发展历程
20世纪90年代初,关于环境CGE模型的研究飞速发展起来,这一时期的学术论文也很有代表性。主要是以西方发达国家为背景,研究内容集中在京都议定书框架下的全球温室气体减排、各个国家和地区的不可再生资源的利用、环境经济与贸易等方面。主要代表文献有:Dufournaud等(1988)[1]最先将污染物排放和治理行为引入CGE模型中,进而构建了环境CGE模型。此后,Bergman等(1993)[2]在此基础上构建了环境CGE模型来评估空气污染治理政策的效果。随着技术的不断进步,世界上最大规模的GTAP模型也广泛地用于研究环境及其他政策的效果及影响。Babiker等(2001)[3]建立了全球GTAP模型,用于探究京都议定书框架下排污权国际交易对各国的社会福利影响。
中国的环境CGE模型研究大约开始于20世纪90年代中期,李善同等(1997)[4]在经济合作与发展组织的环境与贸易项目的CGE模型基础之上,构建了可应用于贸易政策分析、环境政策、能源政策和能源贸易、中国经济增长等方面分析的动态递推经济环境CGE模型。樊明太等(1998,1999)[5,6]构建了中国的环境CGE模型,从贸易自由化角度对环境经济政策进行了分析。此后,不少学者构建了综合描述经济环境之间相互作用关系的环境CGE模型,定量模拟分析不同的环境调控政策对社会经济系统的影响。
1.2 环境CGE模型的类型
实践证明,环境CGE模型能够比较准确地分析和模拟政策实施的结果。然而,对环境CGE模型而言,如何将环境问题嵌套入CGE模型中是核心问题。根据模型结构,可将环境CGE模型分为以下几种类型:(1)应用扩展型:在标准CGE模型的基础上另外增加一个外生的环境处理模块,对传统CGE进行扩展。其代表人物主要有Boyd(1991)[7]、Blitzer(1992)等[8]、Conrad(1993)等[9]。(2)环境反馈型:将污染影响反馈至经济系统中,如Jorgenson(1990)等[10]在生产函数中考虑污染控制成本的计量,Bergman.L.(1993)[2]在效用函数中考虑环境的影响,Gruver G.(1994)[11]在生产函数设定中考虑环境质量对生产率的影响。(3)函数扩张型:在模型中对生产和消费函数进行修正,并且在生产函数中设定污染治理行为或污染削减技术。其中比较有代表性的是Nestor(1995)等[12]在传统的投入产出分析中增加了环境污染税和污染控制处理流程,模拟了削减税率对德国经济的影响和动态大气污染削减过程。(4)结构衍生型:对传统CGE模型进行改造,在一般均衡模型中增设污染治理部门,并且假设增加的治理部门与生产部门具有相同的运作方式。典型的代表如Xie和Saltzman(1996)[13]推出的模型。在该模型中,除了生产和消费部门,还另外增设了一个污染削减部门。
1.3 环境CGE模型的研究领域
现阶段,CGE模型在环境保护领域的应用研究,一般都集中在不可再生能源的利用、温室气体排放、污染防治等方面的研究上,其中应用最为普遍的是评价全球二氧化碳减排协议经济效应的GLOBAL2100模型和GEEM模型(General Equilibrium Environmental Model)。另外,我国在环境保护方面也有一些研究:如中国社会科学院建立的PRCGEM模型,对我国二氧化碳减排成本与政策选择的关系展开了研究。总结现阶段的研究成果,环境CGE模型的研究主要涉及气候变化、污染调控和环境保护控制下的贸易自由化等政策分析领域。
1.3.1 碳减排政策分析研究
目前,关于碳减排的研究是环境政策分析领域的热点之一。Dessus和O'Connor(2003)[14]研究了常规污染物控制的共生效益和温室气体减排政策对公众健康的影响。在此之前很多外国学者对不同国家的碳税政策做了研究,Goulder、Farmer和Steininger、Gottinger分别对美国、澳大利亚、欧盟的碳减排政策的影响做了模拟及分析。中国在碳减排政策的研究兴于近几年,因碳税被认为是有效的碳减排政策工具,所以大部分研究集中于碳税方面。胡宗义和刘亦文(2010)[15]、李娜等(2010)[16]建立了分析中国碳税政策的动态CGE模型,前者着重模拟和分析低碳经济对中国整体经济发展的影响,后者则从低碳经济政策对区域发展格局演进的影响进行了分析。另外还有不少学者构建SAM表定量分析碳税征收与CO2减排问题,金凤(2010)[17]利用碳税征收CGE模型分析了碳税的征收对二氧化碳减排及对我国经济的影响。刘小敏和付加锋(2011)[18]针对我国2020年单位GDP的二氧化碳排放总量下降的目标,利用CGE模型的宏观平衡和政策分析能力,估计我国2020年碳排放量目标执行难易程度。二者结论相似,碳税的征收对减排效果明显。不同之处是前者采用遗传算法求解,后者采用常用的GAMS软件求解。赵涛和秘翠翠(2011)[19]从设置6种不同情形的差别税率分析了碳税政策变化对我国经济的影响。还有一些研究者利用CGE模型分析碳税循环政策对能源结构调整的作用。
1.3.2 污染调控政策分析研究
国内学者在污染调控政策方面的研究主要集中在大气污染、水域污染及氮磷污染物排放等方面。杨宏伟等(2005)[20]、王德发(2006)[21]均在空气污染方面构建了可计算一般均衡模型进行研究,前者侧重于宏观角度评价空气污染引发的健康损害对国民经济的影响,后者主要通过研究大气污染分析能源税征收的劳动替代效应。夏军和黄浩(2006)[22]利用CGE模型分析了海河流域的水污染问题,通过扩展投入产出表分析水污染治理部门和其他经济部门间的投入产出关系,研究结果表明海河流域水污染比较严重,水污染控制显得较为迫切。吴锋等(2010)[23]、邓祥征等(2011)[24]分别针对鄱阳湖流域、乌梁素海流域的氮磷排放物做了研究。前者综合考虑了人口、技术进步、经济增长等因素与氮磷排放之间的关系,提出了氮磷分期调控策略。后者在2种水质目标下,设计了4种氮磷排放物调控策略,分别探讨其对江西省以及全国其他地区经济增长的影响。
1.3.3 节能政策分析研究
随着能源价格的上升、能源供给紧缺的凸显,对能源问题研究的迫切性越来越强。分析目前的文献,主要集中在这几方面:征收能源税的影响、能源的利用效率与节能政策的应用等几方面。魏巍贤(2009)[25]、杨岚等(2009)[26]建立模型研究了征收能源税对经济、环境各部门的影响。前者侧重于定性分析,研究了征收不可再生能源从价资源税,降低重工业出口退税及调整经济结构等不同政策工具对宏观经济的影响,认为节能减排的一个有效途径是征收化石能源从价资源税,但因其对宏观经济将造成较大的负面影响,因此征收必须要结合各种形式的补贴。后者侧重定量研究,分析我国实施能源税对能源、经济和环境及各生产部门的影响。此后,高颖,李善同(2009)、童锦治,沈奕星(2011)也对这个领域的研究做了进一步的推进。查冬兰(2010)[27]构建了分析能源效率影响的可计算一般均衡模型,研究了不同种类能源效率提高4%对能源消费的影响,结果表明能源效率回弹效应在我国显著存在。夏传文(2009)[28]构建了一套有效的地区能源评估体系来反映地区现有节能政策对能源节约的程度,用以评价和修正各项节能政策。此外,还有学者从环境税、绿色贸易方面研究相关节能政策对经济的影响。
1.3.4 水资源问题分析研究
在水资源问题研究方面,以中国为背景的研究比较多,研究主要集中在水资源配置、水价问题、水污染方面。Hatano et al(2006)[29]、Feng et al.(2007)[30]都从水资源配置方面进行研究,前者针对中国黄河流域的水资源分配问题建立了一个8个省的多区域CGE模型。后者把中国分为北京和国内其他地区两个区域,研究了南水北调对中国经济的影响,并把北京作为南水北调的主要受水地区进行研究。邓群等(2008)[31]也基于北京市投入产出表建立了水资源经济CGE模型,该模型从水价和水量的角度进行研究,利用GEMPACK软件包,对北京市水资源经济政策进行了模拟和分析,该定量分析结果为制定和实施水资源政策提供了决策参考及模拟平台。此后,王勇等(2010)也引入CGE模型研究张掖市水资源调控问题。严冬和周建中(2010)[32]、赵永(2010)[33]、秦长海等(2012)[34]分别从水价改革的影响方式、黄河流域微观宏观相结合的水模型、投入产出分析技术下的水资源影子价格多个视角分析了水价问题。陈雯等(2012)[35]从水污染角度系统地构建了湖南省水污染税征收的CGE模型,模拟了征收水污染税对污染物减排、产业结构、宏观经济等方面的影响,结果表明开征水污染税对大部分行业带来了不同程度的不良影响。此外,还有很多学者从水与政策决策、水市场和水权交易方面进行了研究分析。
1.3.5 贸易自由化政策分析研究
贸易自由化政策本身不属于环境政策,但是贸易行为和环境保护之间有着密切联系,因此很多学者利用CGE模型研究贸易自由化政策对环境的影响,研究集中在贸易壁垒对中国经济及环境的影响。蒋国瑞(2009)[36]构建CGE模型研究了技术性贸易壁垒对我国环境、经济的影响。李继峰(2012)[37]对贸易壁垒与经济环境的关系做了研究,该研究从碳关税的潜在影响的角度进行了定量测算。刘家悦(2010)[38]针对湖北省构建一个包含贸易、资源与环境的SAM矩阵,在贸易保护的前提下,模拟了关税税率提高对湖北省贸易、经济与环境的影响,结果显示贸易保护对进出口都产生负面影响,因此贸易保护并不是一种最优选择。另外,还有一部分学者从降低税负和缓解贸易摩擦、农产品技术贸易壁垒对我国经济的影响等方面进行了研究。
1.4 环境CGE模型的构建及求解算法
模型的构建及求解属于模型本身的基本理论,学者对此的研究历程较长。周建军和王韬(2002)[39]对方程形式及方程组做了具体说明,同时也为CGE模型在环境领域的构建提供了一个基本的方程组范式。高颖和李善同(2008)[40]在传统CGE模型中加入了一个含有资源与环境账户的模块,建立了环境CGE模型。此后,对此模型又进行了完善、扩展,建立了刻画环境问题的递推动态CGE模型。另外还有学者在CGE模型中融入DSS、数据转换、数据仓库等模块,构造了政策模拟的原型系统。李丽(2009)[41]、范金(2009)[42]对CGE模型进行综述,前者分析并探讨了现有求解算法的求解原理及不足之处,后者则从作用上、内容上、研究层次上对随机CGE模型研究进行了综述。严斌剑(2009)[43]还采用Lofgren et al.的标准CGE模型进行建模,对中国CGE模型宏观闭合做了实证检验。
2 结 论
目前国内外关于环境CGE的研究很多。根据以上文献综述,我们可以发现,现阶段环境CGE模型的研究具有以下几方面特点:
2.1 研究对象方面
大部分的环境政策CGE模型的构建是以发达国家为研究背景,以发展中国家为研究对象的较少,而且在研究中多采用定性研究方法,定量研究相对较少。
2.2 模型的表现形式方面
现有的环境CGE模型大部分都是静态的,缺乏相关的动态模拟机制,只能模拟出短期的政策效果,对于长期预测则缺乏一定的合理性。因此,得出的结论对政策的指导作用有限。
2.3 数据支持方面
环境CGE模型的数据基础是环境社会核算矩阵(ESAM),目前很多国家缺乏完整的环境方面的数据,尤其对发展中国家来说。例如,Xie和Saltzman(1996)建立的以中国环境经济系统为研究对象的环境CGE模型采用的是以1990年为基年的数据。这些社会核算矩阵采用的数据时效性不强,其中数据来源的统计口径也不一致,对政策的制定和实施指导作用有限。
结合环境CGE模型的特点及中国环境问题的实际,本文认为未来国内CGE模型的研究应主要围绕以下几个方向发展:(1)应借助国际先进的技术工具和成熟的建模理念,构建适合中国实际的环境CGE模型。(2)模型的开发可采用CGE模型与其他模型配合使用,尽量实现模型的跨时期动态性、可操作性。(3)由于环境污染具有全球流动性,因此在加强应用区域环境CGE模型的同时,更要建立多国甚至全球的环境CGE模型。
生态学习环境的系统模型及其构建 第8篇
一、生态学习环境的含义及其特征
1. 生态学习环境的含义
荷兰开放大学教授Kiershner,P.认为学习环境是学习者能找到充分的信息资料和教学辅助手段的地方[2]。北京师范大学陈琦教授认为学习环境是指学习者在学习过程中可能与之发生相互作用的周围因素及其组合,包括内容工具、人物关系和情境三方面[3]。综上所述,学习环境是指以学习者为中心,并以学习目的、过程和结果为导向,包含物质资源、信息资源、组织资源以及学习者自身主体性资源为一体的条件总和。
生态环境是指生态因子综合在一起,构成影响生物的个体、种群或某个群落的环境,上至整个生物圈和智能圈,下至栖息或局部环境[4]。另外,基于系统论的方法论要求,要把研究对象当作一个系统,从系统总体出发,在系统与要素、要素与要素、系统与环境的相互作用中解释与处理研究对象的特质和规律[5]。因此,以学生为中心的生态学习环境,内含于各级各类学校教育生态环境,进而上溯到教育生态环境层面,形成一种上层以下层为中心,随下层的变化而变化,并时刻影响和控制着下层变化和发展的良性循环系统。
2. 生态学习环境的特征
(1)系统性
生态环境是相对于某个中心而言,基于不同的中心,整个生态环境被划分成无数个层级,从而形成无数个子系统,各子系统与整个生态环境系统之间是部分与整体的关系。首先,以学生为中心的学习环境从属于学校教育生态环境进而属于整个教育生态环境,由此层层递进直至生态环境系统的顶层,生态环境系统由所有的子系统构成。其次,各层级生态环境系统之间并不孤立存在,而是呈现出同层之间相互影响、上下层之间控制与改变的关系。
(2)主客统一性
一方面生态学习环境的物质层面,如地理位置条件、学校硬件设施等方面是客观存在。另一方面生态学习环境的中心是具有主观能动性的学生,学生拥有自身主体性资源。从微观层面上来说,以学生个体为中心的学习环境会由于学习者自身主体性的不同而产生差异。因此,不能仅以外部客观物质存在来衡量学生的学习环境,即使同样的物质环境对于不同的学生来说,其产生的作用也是不一样的。
(3)差异与不平衡性
生态教育系统下包含了无数个具体的学习环境子系统,各子系统由于历史发展等原因彼此之间存在差异与不平衡性。比如以社会群体为中心,我国是一个统一的多民族国家,不同的民族受到不同历史文化的影响,因此各民族群落之间的学习环境存在一定的差异;以地区为中心,我国东西部地区之间、城市和农村之间由于经济发展水平不同从而造成学习环境在物质层面存在着一定的差距,表现为地区之间的不平衡;另外,以学生个体为中心,其身心发展本身具有不平衡性,因此就其自身发展而言,学习环境也具有不平衡性。
二、构建生态学习环境的原则
1. 教育性原则
教育学家赫尔巴特曾提出教学活动永远具有教育性,因此教育性是学习环境区别于其他环境的重要特点。同教育一样,学习环境的主体是人,其目的是为了促进人的发展。因此,在构建生态学习环境时必须遵循教育性原则,尤其是面对基础教育学生,其心智发展正处于形成和上升时期,较为缺乏明辨是非的能力,容易受到外部环境的影响,在此阶段必须对学习环境里面不利于学生身心发展的条件和事物加以规避。
2. 有效性原则
学生尤其是低学段的学生对学习环境较为缺乏明确的认识,相对于成年人来说,学习环境的选择和利用多为被动地接受。因此,为了提供给学生更加优越的学习环境,构建生态学习环境时必须要坚持有效性原则,要意识到“生态”并不是意识层面上的空谈,而是要追求学习环境优化的实际效果,不是为了学习环境的改变而构建,而是为了学生的发展而优化。
3. 平衡性原则
上文谈到学习环境具有不平衡性,这种不平衡性在一定历史条件下将会继续存在,并且不会消失。构建基础教育生态学习环境不是为了消除不平衡,使每一个学生所处的学习环境都一样,而是旨在能够尽量满足每一个学生对学习环境的需求。从现实情况来看,生态学习环境的平衡性主要任务是尽量缩小地区之间在教育资源配置上的差距,使得落后地区的学生也能享受到良好的学习环境。
三、生态学习环境的系统模型
在生态学习环境系统中,自上而下形成三中心三层次的系统模型,如下图所示。
模型中,左侧的圆框代表着三个不同层次的中心,右侧的方框代表着不同层次的环境系统,从而形成自下而上改变与反馈、自上而下控制与影响、同层之间相互联系与影响的良性循环系统。以学生为中心的环境系统为学习环境生态系统的内部系统,也即是学习环境的微观生态,它从教育和学校教育的生态环境系统中演化而来,而学校教育和教育的生态环境系统则称之为外部系统,也即是学习环境的宏观生态。在一般系统论中,系统概念的外延首先必须满足一般性的要求,即它的外延包含自然界和社会中的一切系统,整体性原则是系统论的核心原则[4]。这意味着,我们在构建生态学习环境时不能把同层或是上下层环境系统之间的联系打破,孤立地对待。
四、构建生态学习环境的策略
1. 基于系统外部的生态学习环境构建策略
生态学习环境系统的外部是以学校教育和教育为中心的环境系统,具体包括自然环境、社会环境和规范环境三个子系统。教育的自然环境通常是指生物环境和非生物环境两类,其中生物环境包括植物、动物、微生物等,非生物环境包括地势地貌、江河湖海等,这些自然因素围绕着教育并影响着教育的方方面面。目前,我国自然生态环境情况不容乐观,已经阻碍着我国经济社会的可持续发展。教育也深受其害,如果学生长期置身于空气污染、水污染的自然学习环境之中,其身心的发展必将受到极大的损害和阻碍。因此,改善学习环境的自然生态系统刻不容缓,应当深入研究环境变化原因,遵循自然发展规律,促进人与自然环境的和谐友好相处。
教育的社会环境包括政治环境、经济环境和社会氛围。从政治环境来说,应当利用教育和政治的相互作用,提升教育的社会地位。良好的政治环境应当为教育生态系统的人力、财力以及物力上提供应有的保障和监督,促进地区之间教育的均衡发展,提升教育主体的民主法制意识,推动教育生态的协调发展。从经济环境来说,经济发展要为改善学生学习环境提供财力支撑。经济决定了教育发展的规模与速度,决定了所培养人才的规格,决定着教育的内容与方式。总体来说,教育的投入还远远不够,偏远地区的农村教育依然处于落后状态。从社会氛围上来说,社会氛围以内隐和默会的方式影响着学生的学习环境,社会所提倡的价值观念影响着教育的内容以及学生的学习方式。如终身学习思潮、全民读书活动、全民健身活动等影响着学生德智体美劳的发展。因此,应当营造良好的社会氛围,使得教育更好地践行社会主义核心价值观,体现教育与社会的协调发展,以改善学生的学习环境。
教育的规范环境包括文化环境、科学艺术和民族宗教等方面。规范环境又称精神环境或价值环境,它是人类在社会群体生活中所形成和特有的态度、风气、气质与观念[6]。规范环境通过对学生的心理影响来改变学生的学习习惯和行为,因此,它是更贴近于学生学习环境的内部层次。学校教育传递文化的过程,从内容到形式,都要在一定程度上适应当地的文化生态环境[7]。另外,由于我国多民族的特点,生态教育的规范环境必然呈现出文化多元性,在教育过程中必须尊重各民族的生活习俗和文化内容。
2. 基于系统内部的生态学习环境构建策略
在生态学习环境的内部系统中,自然环境具体演化到学校所处的区县位置、学校建筑、教室装修等为学生学习所提供的硬件资源。如依山傍水的学校相对于城市钢筋水泥丛林里的学校更能让学生感受到大自然的气息,校园中栽种合适的绿色植物有助于散发氧气、吸收毒气。有研究发现,绿色植物所散发的芬芳,有助于学生减轻压力,缓解疲劳,使其处于一种轻松稳定的氛围之中[8]。另外,城市的学习能为学生提供更加优越的学习条件和丰富的学习资源。因此,学校建设在规划是应当综合考虑各项因素。
社会环境演化成具体的教育政策、学校收费情况、学校人数以及校外辅导机构等贴近于学生学习生活的因素。如我国2006年修订《义务教育法》,规定由农村向城市逐步免除义务教育学杂费,减轻了经济负担给学生学习带来的压力,从而优化了学生的学习环境。因此,在经济发展的前提下应当继续加大对教育的投入,尤其是对偏远农村地区,逐步普及我国学前教育和高中教育。另一方面,我国基础教育学生参加校外辅导的现象蔚然成风[9]。我们提倡减轻学生的课业负担,然而在现实情况中却出现另外一种情景,即学校减负,家长增负。学校所预留给学生的业余时间很大一部分被补习班和兴趣班所占有,在一定程度上不利于学生身心健康发展。
规范环境具体演化到学校所在地的民俗民风、学校所提倡的学习风气以及学校具体拥有的课程资源等方面。当前,在教育信息化的推动下,网络课程资源丰富、获取便利,是现代学生学习方式的流行趋势。其中如泛在学习已经成为下一代数字化学习的重要发展方向。在这样的情况下,网络中不利于学生身心发展的内容也将会充斥其中,因此也必须重视网络学习环境的生态建设。要以学习者为中心,从整体上优化网络学习环境,强调学习资源的可持续发展,并突出学习者和学习资源之间的相互作用关系[10]。另外,应当加强校本课程的生态建设,为学生提供更加丰富和贴近生活实际的学习资源,开发时注重校本课程与其他课程的比例,使得学生学习环境的信息资源结构平衡。
参考文献
[1]陆根书,杨兆芳.学习环境研究及其发展趋势述评[J].高等工程教育研究,2008(2).
[2]Kirschner,P.旨在获得学习能力和专业能力的学习环境设计[J].盛群力,沈敏,编译.远程教育杂志,2004(22).
[3]陈琦,张建伟.信息时代的整合性学习模型[J].北京大学教育评论,2003(3).
[4]吴林富.教育生态管理[M].天津:天津教育出版社,2006.
[5]安文铸.教育科学与系统科学[M].长春:吉林教育出版社,1990.
[6]吴鼎福,诸文蔚.教育生态学[M].南京:江苏教育出版社,2000.
[7]范国睿.教育生态学[M].北京:人民教育出版社,2000.
[8]虞纪忠.建设教育生态环境——学校可持续发展的保证[J].教育发展研究,2001(11).
[9]岳丹丹.中小学生校外“辅导热”存在的问题及原因探析[J].内蒙古师范大学学报:教育科学版,2013(10).
环境数学模型 第9篇
长期以来,环境被认为是能够提供各种资源的“仓库”和可以无限接纳污染的“垃圾桶”。随着我国GDP的不断增长,各种污染物的排放已经远远超过了生态的自我净化能力。目前,酸雨地区已经超过了我国国土面积的20%,各种资源损耗严重,污染物的排放量也呈加速上升趋势,有关机构测算,我国目前环境污染和生态破坏造成的损失占当年GDP的8% ~ 13%。环境污染严重原因众多, 环境的外部性是重要因素之一。只有将企业环境成本内部化,将环境的损耗和降级纳入企业并由企业承担,才能有效控制环境污染。此外,政府、公众和国外绿色贸易壁垒的共同施压下使得企业不得不从可持续发展的战略高度尽量实现经济效益和环境效益的共赢。基于环境成本内部化寻找环境成本的最优化决策极具现实意义。
本文将从环境成本内部化视角对企业环境成本进行分类,并构建环境成本最优化决策模型,丰富环境成本问题研究,并为企业优化环境成本决策提供理论支持。
二、文献综述
现有文献对环境成本的确认、分类、计量、控制进行了比较深入的研究。环境成本控制的主流思想是将“末端治理”转为“事前规划”,可见对环境成本进行事前分析、 决策和控制已经成为一种趋势。肖序、万美霞(2003)认为企业从清洁生产中能得到很大的经济效益和环境效益。 Stefan Schaltegger和Roger Burrit(2004)认为建立有关经济效益和生态效益信息系统的公司具有更好的环境绩效和财务绩效。如何实现环境效益和经济效益的双赢已经成为研究学者的热点,但如何找出最优化决策呢?谢东明、王平(2013)认为,以“战略成本控制”为主的环境成本控制模式是最好的控制模式,它可以实现零排放,使总成本等于控制成本,此时环境成本最低。然而余海宗、王博 (2014)基于“以人为本”的思想将环境成本分为选择性成本、过渡性成本和惩罚性成本三类进行环境成本控制的分析,结果表明:当选择性成本增长速度和过渡性成本增加的速度相同时,环境成本最低。
随着“环境”与“经济”之间的矛盾日益激化,国内外学者对环境成本控制的研究越来越多,但存在以下不足: 1内容方面,大多偏重理论分析,缺乏对现实问题的解决方案;2表达形式方面,大多偏重文字描述,缺乏模型建立和数据分析;3分析范围方面,大多偏重某一生产过程或者某一类环境成本,缺乏对企业环境成本全面而系统的分析。
三、环境成本的分类和计量方法
(一)环境成本的分类
国外有关环境成本的研究起步早,但是不同国家的分类也不尽相同,如表1所示。
我国相关研究起步较晚,国家缺乏统一的环境成本分类标准,学者们也都持有不同观点,例如,王跃堂、赵子夜(2002)通过引入事前规划法,将环境成本分为环境控制成本和环境故障成本两大类。余海宗、王博(2014)利用 “以人为本”的思想把环境成本分为三类:选择性成本、过渡性成本和惩罚性成本等。
我们认为现有文献对环境成本的分类大多忽视了环境的外部成本即由社会承担的成本。本文基于环境成本内部化视角将环境成本分为以下三类:
1. 选择性成本,是指企业为使自然资源维持在降级或耗减前的水平实际支付的相关费用,如植被绿化、污水和废气处理、环境监测和环境监管等,可以分为资源数量维持和资源质量维护两类成本。
2. 损耗成本,是指企业在生产经营活动中直接导致的资源耗减和环境污染恶化,如工业废水、天然气损耗、 废水污染和废气污染等,可以分为资源数量耗损和资源质量下降两类成本。
3. 社会成本,是指企业超标排放的政府罚款和由生态环境恶化而引起的人类生理损失,如人类饮用了被污染的水质会引发疾病甚至死亡等。但是生态环境具有一定的自我修复能力,只有当环境的破坏程度超过了环境所能承受的能力时才会对人类产生负面影响。
(二)环境成本的计量方法
由于我国有关环境成本的研究起步晚,相关政策也不完善,不同学者对环境成本的计量也进行了很多的研究,比较公认的计算方法有:历史成本法、重置成本法、防护费用法和人力资本法等,每种计量方法都有不同的适用范围。
历史成本法:又称为实际成本法,该方法要求有关环境事项的实际成本能够可靠计量,并且能够真实地反映企业环境成本状况。主要适用于有实际支出额的环境成本,而选择性成本就是指企业愿意并实际支付的货币投入,惩罚成本则是实际支付给政府的罚款。所以选择性成本和惩罚成本的计算采用历史成本法。
重置成本法:是指环境损害会导致一些生产性物质的损耗浪费,为了消除这一影响而需要重新购置相关资源的成本。主要适用于计算工业废水和天然气损耗等资源损耗性的环境成本。
防护费用法:是指企业为了减少或消除环境污染造成的有害影响所愿意承担的费用。主要适用于环境污染所要付出的环境价值。损耗成本中的环境质量降级成本采用防护费用法。
人力资本法:是用来专门评估环境污染引起人体健康问题的经济损失。主要适用于评估环境成本对人类生理损失的评估。社会成本中的生理损失成本采用人力资本法。
基于上述分析,我们将环境成本分类和计量方法总结如表2所示。
四、环境成本的最优化决策
环境成本最优化决策是环境成本管理的核心环节, 是指企业为了实现一定的生产经营水平,在满足环境保护标准的前提下,通过对各种环境成本的有效配置来实现环境总成本最低,从而实现经济效益和环境效益的双赢。本文主要是通过分析选择性成本、损耗成本和社会成本间的关系构建环境总成本最优化模型。
(一)三种环境成本间的关系模型
1. 损耗成本和社会成本间的关系模型。根据损耗成本和社会成本的定义,社会成本主要体现为当环境污染达到一定程度时,就会导致一部分人生病,从而产生生理成本。而环境污染的程度主要由损耗成本来度量的,当损耗成本越大时,环境污染越严重,从而生病人数增加,即社会成本增加,也就是两者呈正相关关系。
但是生态环境是有一定的自我修复能力的,一定范围内的环境污染是不会产生社会成本的,因此本文根据下图1建立了数学模型:E=a U-b(U>0,a、b都是常数)。
2. 选择性成本和损耗成本间的关系模型。根据选择性成本和损耗成本的定义,选择性成本主要体现为对环境的事前控制和事后处理,当事前控制的成本增加时,即采取了一些环境监测、绿色生产等措施,则生产过程中废水、废气等的排放量会减少,资源消耗量减少,从而减少了损耗成本,即两者成一定的负相关关系。开始时,环境污染比较严重,一定的选择性成本就会导致损耗成本的大量减少,即损耗成本的下降速度较快。但是随着损耗成本的减少,其治理难度越来越大,损耗成本的减少速度在逐渐降低。所以关系曲线的坡度是先陡后缓,具体关系模型如图2所示:
3. 选择性成本、损耗成本和社会成本间的关系模型。 基于上述两种关系模型的分析可知,在经营水平一定的前提下,随着选择性成本的减少,损耗成本不断增加;随着损耗成本的增加,社会成本也会随之增加。但社会成本的增加会导致人类产生大量的生理损失,迫于公众和舆论压力,政府必然会迫使企业加大环境治理的力度,即选择性成本的增加。因此,三种成本之间彼此作用,类似齿轮转动原理,一个成本的变动会带动另一个成本的变动。
选择性成本、损耗成本和社会成本之间彼此作用,可以通过调整三者之间的支出比例来实现环境成本的最优化,例如:根据两个关系模型可知,当增加选择性成本时, 损耗成本和社会成本会相应减少,如果增加的选择性成本小于减少的损耗成本和社会成本之和,总的环境成本就会减少。这类似于一个分液漏斗,漏斗里是三种不同液体,三者之间可以相互作用,决策者可以通过调节三种液体的不同比例来控制最终流下来产物的种类和数量。我们将环境成本的组成关系特点称为环境成本最优化的 “漏斗模型”。
(二)环境成本最优化“漏斗模型”的分析
环境成本最优化的“漏斗模型”为我们构建环境成本最优化决策提供了思路,但是三种环境成本的最优比例该如何确定,我们还需要通过数学模型进行分析。为了具有可比性,本文最优化决策分析的前提假设是在相同生产经营水平下。
环境成本分为选择性成本(S)、损耗成本(U)和社会成本(E)三类,所以环境总成本(C)为三者之和,具体计算模型如下:
C=S+U+E
由前文已知E=a U-b(U>0,a、b都是常数),由于生态环境具有一定的修复能力,只有当损耗成本达到一定程度时才会产生社会成本,因此具体分析如下:
1. 当0<U<b/a时,即环境损耗污染程度在生态自我修复能力内没产生社会成本时,环境总成本的计算模型如下:C=S+U
要想实现环境总成本最小,就要找到选择性成本和损害成本两者之和最小的点。如图4,两者的关系曲线是指向原点的,我们在曲线上取A、B、C、D四点,从A点到B点,选择性成本的增加幅度明显小于损耗成本的降低幅度,即两者之和是递减的,这说明增加选择性成本是价值的。随着治理难度增加,损耗性成本的下降速度逐渐减慢,从而会产生一个点,使得选择性成本的增加幅度等于损耗成本的减少幅度,如B点到C点,增加的选择性成本和降低的损耗成本相等,说明此时再增加选择性成本已经没有经济意义了。超过这一点则治理难度和控制难度进一步加大,从而会出现降低的损耗成本小于付出的选择性成本 ,如C点到D点,增加的选择性成本超过了减少的损耗成本,即两者之和是递增的,出于成本效益的考虑,企业在C点以后增加选择性成本是没有经济意义的, 反而会增加环境成本。
综上分析,C点的环境成本组合是最优的,即付出的选择性成本和减少的损耗成本相等时,环境总成本最小, 三者之间的比例是最优的。
2. 当U>b/a时,即环境损耗污染程度超过了环境自我修复能力,已经产生社会成本,环境总成本的计算模型如下:
C=S+U+E
此外通过前文损耗成本和社会成本的关系模型,我们已知:E=a U-b(U>0,a、b都是常数),所以三者成本之和的计算模型可转化为:
C=S+(a+1)U-b(U>0,a、b都是常数)
经过上述转换,为了实现环境总成本最低,我们又要研究选择性成本和损耗成本之间的最优组合,但是此时选择性成本的变化会引起损耗成本和社会成本的同时变化,即增加选择性成本会引起损耗成本和社会成本的同时降低。由于社会成本的降低幅度是由损耗成本决定的, 所以此模型的分析过程和前文一样,不同之处在于C点的选择性成本的增加幅度等于损耗成本减少幅度,但是小于损耗成本与社会成本的减少幅度之和,这说明增加选择性成本是有价值的,企业应该继续增加选择性成本, 已知到某一点P,每增加1幅度的选择性成本会降低(a+ 1)幅度的损耗成本,此时环境总成本之和最小。
综上分析,当选择性成本的增加幅度是损耗成本下降幅度的(a+1)倍时(a为损耗成本和社会成本的关系系数,可以根据前两年的相关数据求出),即增加的选择性成本等于减小的损耗成本和社会成本之和,此时环境总成本最小,三者之间的比例是最优的。
五、研究结论
本文将环境成本分为选择性成本、损耗成本和社会成本三类,通过三者之间的关系建立环境成本最优决策的“漏斗模型”,并通过数理分析寻找三种环境成本的最优化比例。研究结论如下:
当环境污染在生态环境自我修复能力内,即社会成本为零时,企业付出的选择性成本和减少的损耗成本相等时,两者之和最小,即环境总成本最小,三者之间的比例是最优的。
当环境污染超过了生态环境的自我修复能力,即社会成本大于零时,企业选择性成本的增加幅度是损耗成本下降幅度的(a+1)倍时(a为损耗成本和社会成本的关系系数,可以根据前两年的相关数据求出),三者成本之和最小,即环境总成本最小,三者之间的比例是最优的。
参考文献
余海宗,王博,杨洋“.以人为本”的环境成本控制模型[J].财经科学,2014(8).
谢东明,王平.生态经济发展模式下我国企业环境成本的战略控制研究[J].会计研究,2013(3).
环境数学模型 第10篇
关键词：可信计算,信息安全,访问控制,组织结构,TORBAC
1 可信计算
1.1 可信计算的定义和基本思想
1.1.1 可信计算的定义
对于可信计算并没有统一的定义。ISO/IEC15408标准定义为:一个可信的组件、操作或过程的行为在任意操作条件下是可预测的, 并能很好地抵抗应用程序软件、病毒以及一定物理干扰所造成的破坏。它强调行为的可预测性, 能抵抗各种破坏, 达到预期的目标。
1.1.2 可信计算的基本思想
可信计算的基本思想是在计算机系统中建立一个信任根, 再建立一条信任链, 一级测量认证一级, 一级信任一级, 把信任关系扩大到整个计算机系统, 从而确保计算机系统的可信。其中一个可信计算机系统由可信硬件平台、可信操作系统和可信应用组成。如图1所示:
1.2 可信计算技术
1.2.1 可信平台的信任根
TCG (trusted computing group) 是一个国际性的可信计算平台联盟。在其规范中, 可信计算平台的信任根由3个根组成, 它们是可信度量根、可信存储根和可信报告根。可信度量根是平台开机后要首先执行的一段程序, 不可绕过、不可篡改。在可信度量过程中要对度量的结果数据进行记录存储, 以便以后应用。这个存储实体就是可信存储根。可信计算平台应当对授权访问的实体提供平台的可信状态报告。提供平台的可信状态报告的实体就是可信报告根。可信存储根和可信报告根由可信平台模块TPM充当。
1.2.2 TCG密钥管理
每个TPM对外都通过一对公私钥AIK (attestation identity key) 标识自己的身份, TPM通过AIK私钥对信息签名, 证明其来源。除了证明身份的密钥之外, TPM还可以生成和保存数据加密密钥。在TPM的硬件支持基础上, TCG软件栈 (TCG software stack, TSS) 维护一个层次化的密钥结构, 对系统和用户密钥进行有效安全管理, 并为上层应用和TPM芯片之间提供一个有用接口。在该层次化的密钥结构中, 有一个被称之为SRK (storage root key) 的根密钥, 该密钥是在系统确定或更换拥有者时由TPM产生。TCG对密钥的管理和保护方式是采用一种层次化的树形结构, 其中SRK以外的每个密钥都由其父密钥加密保护, 如图2所示:
TCG强调并从技术上支持系统拥有者和使用者角色的分离。TPM中的一些组织资源、对象和功能只能被系统拥有者访问和操作;一般使用者只能访问属于自己的对象资源。
2 传统的ORBAC模型
2.1 ORBAC模型
ORBAC模型中组织结构与角色配合使用, 大大简化系统管理员的工作复杂程度。ORBAC包含了RBAC的全部内容:核心、层次关系、责任分离。除此之外, 还加入了组织结构的层次关系, 以及组织结构与RBAC模型中各部分内容的关系。
与角色层次的关系的相同之处在于, 组织机构层次也是一个数学意义上的偏序关系, 它定义了组织结构间的等级关系, 级别高的组织可获得下级组织的权限。角色层次的关系的区别在于它是从组织的角度控制用户的访问权限。ORBAC模型如图3所示:
模型中各部分的含义在下面各定义中分别说明。引入组织结构后, 原来的RBAC模型的形式化定义中, 要增加组织结构层次的定义, 并且除受限的层次关系定义2b保持不变外, 其它定义都要进行相应改变。
2.2 ORBAC模型存在的问题
ORBAC是目前在组织结构方面得到广泛关注和大量应用的访问控制模型, 许多应用系统的权限设计都受到了它的影响。但在某些场合下, 应用起来不方便。下面将结合本文研究主题来谈一个应用ORBAC时遇到的问题。
在传统的非可信计算环境下的访问控制中, ORBAC模型只能利用设置用户的权限来实现访问控制的安全性和保密性, 然而对于来自于内部的安全威胁, 这种访问控制技术很难发挥其功效。因为这种技术只是从用户的非法操作和越权操作来进行控制, 但是内部人员可能有合法的、不受限制的访问权限, 甚至系统审计无法对这类活动进行追踪。
上述这个问题是基于可信计算技术的, 由此我们可以产生这样的设想如何将可信计算技术与传统的ORBAC访问控制结合起来, 来减少ORBAC访问控制的安全性、可靠性和保密性。针对此问题, 提出的改进的模型TORBAC模型。其中提到的可信计算平台的信任根和信任链技术, 是基于这样的考虑:若部门希望企业中的每个员工都有权访问某个权限, 则可将这个权限授给每个员工。这时企业中的所有子部门都会继承这个权限。但是在进入的时候必须通过身份验证。可信平台开机后要首先执行的一段程序, 不可绕过、篡改。在可信度量过程中要对度量的结果数据进行记录存储。利用可信计算会进一步简化降低系统安全性和可靠性, 与目前的组织机构情况是一致的。
3 可信ORBAC模型
3.1 TORBAC (Trusted Organized RBAC) 模型
基于以上的原理分析, 我们给出改进后的访问控制模型, 如图4所示:
其中上述模型 (可信计算机终端平台可以使不同的, 不是唯一的) 各个组成部分的表示方法如下所示:用户就是在访问控制各组织的各个成员;可信计算机终端平台是用户对组织模型进行访问控制的可信平台;KMC是系统内部的可信实体, 它负责产生并向各可信计算终端平台分发密钥加密密钥 (wrapping key, WK) ;ROLES、ORGS、OPS、OBS、SSD、DSD分别代表角色集、组织结构集、操作集、资源对象集、静态责任分离、静态责任分离。UAR USERSROLES:用户集到角色集的分配关系的多对多映射。UAO USERSRGS:用户集到组织结构集的分配关系的多对多映射。UA UAR∧UA:UAR与UAO的交集。RH ROLES ROLES:角色层次关系;OH ORGS ORGS:组织结构层次关;SESSIONS:会话集;User_sessions:用户会话集;Session_roles会话角色集。
3.2 TORBAC模型的工作流程
3.2.1 模型工作原理
当用户访问组织模型时, 首先从可信计算终端访问组织资源, 通过可信计算平台信任链机制验证后, 再通过系统的访问权限验证来访问组织资源, 这样达到了双重验证的效果。当从终端平台通过移动介质等读入信息时, 终端平台自动根据文件附加加密信息和解密信息。TORBAC的关键是在TPM的硬件保护和可信计算信任跟的支持下, 访问控制组织资源对用户是开放的, 并且在系统范围之外不可能获得这些组织资源。
3.2.2 基于模型的访问控制算法
基于模型访问控制算法: (1) 根据当前所请求的资源, 找出对应的角色集和部门集; (2) 检查当前用户是否在上一步中找出的角色集和部门集中; (3) 若当前用户在这个集合中, 进行下一步的检查;否则拒绝当前用户对当前所请求资源的访问; (4) 对于设置为动态冲突的系统, 检查角色冲突和部门冲突情况; (5) 若有角色冲突, 确定当前用户的当前角色。否则进行下一步; (6) 若有部门冲突, 确定当前用户的当前部门。否则进行下一步; (7) 若当前角色与当前部门仍然有冲突, 按系统规定的优先级确定当前用户是否有当前所请求资源的使用权限;否则进行下一步; (8) 若当前用户具有当前所请求资源的使用权限, 进行下一步的检查;否则拒绝访问; (9) 检查当前用户是否有使用当前所请求的使用该资源的方式; (10) 若有权按所请求方式使用该资源, 则执行 (11) 访问操作, 否则拒绝访问; (11) KMC自动从本平台中选择密钥对可信终端组织资源加密, 访问结束。
4 TORBAC模型的可行性和优越性分析
4.1 可行性分析
根据对改进模型的研究, 可知在TORBAC模型中凡是组织资源都受到收到双重保护, 首先通过可信计算机系统的可信根 (TPM) 机制。完成可信度量的存储、可信度量的报告、密钥产生、加密、数据安全存储等功能。由于TPM的保护能力, 任何人都不可能从用户终端平台获得相关的密钥加密密钥, 因此, 只要KMC保护好其密钥加密密钥, 其次, 基于组织和角色两个角度的访问控制技术对系统访问进行权限验证和身份验证。这样就使是模型的安全性、可行性得以实现。
4.2 优越性分析
(1) 防止内部人员对组织内部资料泄露。确保组织资源的保密性和安全性。
(2) 安全事件追踪。从任何一个可信终端平台访问的组织资源都会以该平台的AIK签名, 一个作用是保证信息的完整性, 其次通过该签名就可以很容易追踪出信息具体是从哪个平台泄露组织资源的, 更好的防止内部人员泄露系统内部宝贵资源, 进而体现了TORBAC模型的安全性。
(3) 应用模式不变。在可信计算环境下修改得到的TOR-BAC模型仅在传统的访问控制模型中加入了可信计算机技术;从应用和使用人员角度看, 对组织资源的访问控制仅在可信终端进行, 还有组织资源的加解密只在访问者对其在系统范围的过程中自动完成, 它在系统范围内部的存储、处理以及表现形式都保持已有模式不变。
5 TORBAC模型的应用
本节通过一个实例来说明模型应用。例:一个全国性的商业组织的组织结构, 该组织在每个主要城市都有其分支结构, 每个分支结构的组成和管理的信息资源类型都是相同的。如图5所示:
怎样有效的防止公司内部人员向外泄露内部资源, 这样就弥补了传统的访问控制的缺憾?如图6所示:
解决方案:各分公司的成员从相应的计算终端平台访问组织系统资源;公司成员用相应的身份访问组织资源;执行上文中3.2.2中的算法, 访问流程见下图 (图中其他用户和上海用户的访问方案一致, 图6中只给出来一个用户访问的情况) 。
6 结束语
TORBAC是对ORBAC的扩展, 它通过将可信计算技术融入传统的ORBAC模型中, 这样就有效地防止组织内部人员泄露内部资源, 从而提高了组织内部资源的安全性, 减少了系统管理员的设置和维护权限的工作量。而简化TORBAC模型的复杂性将作为下一步研究的重点。
参考文献
[1]李晓勇, 左晓栋, 沈昌祥.可信计算环境下敏感信息流的安全控制[J].计算机工程与设计, 2007 (15) .
[2]李帆, 郑纬民.基于角色与组织的访问控制模型[J].计算机工程与设计, 2005 (8) .
[3]徐震, 冯登国.一种使用组织结构的访问控制方法[J].计算机工程, 2006 (13) .
[4]马新强, 黄羿, 李丹宁.可信计算发展研究[J].计算机应用, 2009 (4) .
[5]TCG.TCGsoftware stack (TSS) specification, version1.10Golden[S].2003-08-20.https://www.trustedcomputinggroup.org.
[6]F.CUPPENS, P.BALBIANI, S.BENFERHAT, Y.DESWARTE, A.ABOU EL KALAM, R.ELBAIDA, A.MIGE, C.SAUREL, AND G.TROUESSIN.Organization Based Access Control.In Proceedings of IEEE4th Inter-national Workshop on Policies for Distributed Systems and Networks (POLICY2003) , Lake Come, Italy, June2003.
[7]F.CUPPENS AND A.MIGE.Modelling Contexts in the Or-BAC Model.In Proceedings of19th Applied Computer Security Associ-ates Conference (ACSAC2003) , as Vegas, Nevada, December2003.
[8]R.SANDHU AND Q.MUNAWER.How to do discretionary access control using roles[C].In:Proc.the Third ACM Workshop on Role Based Access Control.Barkley:ACM Press, 1998.
环境数学模型范文
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
