 Geographical Science Research 地理科学研究, 2013, 2, 38-43 http://dx.doi.org/10.12677/gser.2013.22005 Published Online May 2013 (http://www.hanspub.org/journal/gser.html) Study on the Sustainable Development in Heritage Tourism of Jiuzhaigou Based on Genetic Algorithm Optimization* Ning Yuan, Na Huang, Keqin Sun School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing Email: yuann31@126.com Received: Apr. 3rd, 2013; revised: Apr. 26th, 2013; accepted: May 4th, 2013 Copyright © 2013 Ning Yuan et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: World Heritage properties represent the most valuable natural and cultural landscapes, they are the common wealth of all mankind. As a worldwide phenomenon, heritage tourism has become one of the most effective forms for people to be in great harmony with the outside world. The research on sustainable devel- opment of heritage tourism is also of great significance. Jiuzhaigou UNESCO World Heritage site is selected as the research area in this paper. Firstly, an indicator system including 4 sorts (tourism economy and market development capability, environment protection ability, basic resources of heritage tourism, “software” and “hardware” conditions of tourism) and 28 factors is established. Secondly, this paper uses the nonlinear model in combination with the MATLAB genetic toolbox to analyze this indicator system. Thirdly, the grades of sustainable development capability of Jiuzhaigou can be worked out. The results show that the nonlinear model established in this paper is widely universal and operational, and measures can be taken to improve the sustainable development level of Jiuzhaigou according to the analysis. Keywords: Jiuzhaigou; Heritage Tourism; Genetic Algorithm; Sustainable Development 基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究* 袁 宁，黄 纳，孙克勤 中国地质大学地球科学与资源学院，北京 Email: yuann31@126.com 收稿日期：2013 年4月3日；修回日期：2013 年4月26 日；录用日期：2013 年5月4日 摘 要：世界遗产代表着最有价值的自然景观和人文景观，是人类共同的宝贵财富。遗产旅游作为国 际性的广域旅游活动已成为人类求取与外部世界高度和谐的最有效形式之一，研究遗产旅游的可持续 发展变得尤为重要。本文以九寨沟为例，首先构建了九寨沟遗产旅游可持续发展评价的 4大类(旅游经 济与市场开拓能力，环境保护能力，遗产旅游基础资源，旅游软、硬件环境)与28个具体指标；然后 运用非线性模型，结合MATLAB 的遗传算法工具箱进行实例分析；最后得出九寨沟分类可持续发展 能力与综合可持续发展能力等级。结果表明，所构建的非线性模型具有广义的普适性与可操作性，能 够对九寨沟遗产旅游的可持续发展提供合理的改进。 关键词：九寨沟；遗产旅游；遗传算法；可持续发展 *基金项目：教育部人文社会科学研究规划项目基金：中国的世界自然遗产管理与可持续发展研究，项目批准号：09YJA630150。 Copyright © 2013 Hanspub 38  基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究 Copyright © 2013 Hanspub 39 1. 引言 截止到 2012 年7月第36 届世界遗产大会闭幕， 全世界已有世界遗产962 项。我国以 43 项的遗产数 目位列世界第三，仅次于意大利和西班牙。“世界遗 产”作为具有广域旅游市场的国际级旅游地正日益受 到学者、媒体和公众的关注。但由于我国具体国情的 限制，世界遗产地的保护与开发工作仍需完善，管理 体系与模式有待与世界先进水平接轨。因此，对我国 世界遗产地的可持续发展水平有一个客观的认识至 关重要。 国内外众多学者对于区域可持续发展问题作了 许多具有创新性的探索工作。国外，Hendee 等尝试用 旅游者经历和资源保护程序(VERP)方法开展旅游可 持续发展评价研究[1]；Mónica 等运用ANP-DELPHI 方法相结合对其进行评价[2]；Hunter 等初步探讨了生 态足迹理论在旅游可持续发展评价研究中的应用[3]； Doody 等运用 Q-method 研究社区居民对于可持续发 展的认知，并将其作为实现当地可持续发展的首要考 虑问题[4]；Adnan等从管理决策的角度考虑构建区域 可持续发展评价指标体系[5]。国内，范秋梅等从生态 环境的角度探讨了旅游景区的可持续发展问题[6]；崔 凤军等对于区域旅游可持续发展评价指标体系作了 初步研究[7]；李艳双等将运筹学中的重要方法 DEA (Data Envelopment Analysis)引入旅游可持续发展能力 研究中[8]。本文在前人研究的基础上，结合九寨沟自 然遗产地的特征，构建了九寨沟遗产旅游可持续发展 评价指标体系，并运用遗传算法(Genetic Algorithm) 对其可持续发展能力进行评价，以期达到对九寨沟可 持续发展水平的客观认识。 2. 遗产旅游可持续发展评价体系 自1987年我国首批世界遗产认定以来，我国的世 界遗产在国内外的知名度迅速提高，接待人数急剧增 长。如武夷山自1999年被列入《世界遗产名录》以来， 年均接待人数以20%高速递增[9]。旅游开发给遗产地 带来巨大经济效益的同时也产生了诸多负面效应，如 生态破坏、环境容量超载等。因此，有关遗产地旅游 可持续发展的问题逐渐得到了学术界和旅游管理部 门的高度重视。本文以九寨沟为例从旅游可持续发展 评价体系的角度进行了初步探究。 可持续发展强调“自然–社会–经济”这一复合 体系的协同进化[10]。因此对旅游可持续发展水平的评 价应同时包含社会经济因素与自然环境因素。本文在 可持续发展目标的指导下，遵循科学性、动态性、可 比性、可操作性等原则，以九寨沟为例构建了如表1 所示的指标体系。 1) 旅游经济与市场开拓能力：从经济学的角度出 发，以实现“经济人”利益最大化的目标追求为评价 标准，主要从经济效益的优劣和市场环境的建设等方 面对旅游经济环境进行评价[7]； 2) 环境保护能力：良好的生态环境是遗产地得以 持续的根本，生态环境恶化一方面会降低社区居民的 生活质量，另一方面还会妨碍旅游资源的合理开发， 进而影响旅游业的发展，可以说环境质量的好坏是鉴 别遗产地旅游可持续发展的主要因子[11]； 3) 遗产旅游基础资源：旅游资源的优劣直接影响 遗产地旅游业发展的最终水平，优质的旅游资源是吸 引游客、发展旅游业的前提； 4) 旅游软、硬件环境：遗产地的旅游开发需要有 配套设施作支撑。良好的软硬件设施是影响游客重返 率和停留时间的重要因素。 3. 基于 GA 优化的九寨沟旅游 可持续发展评价 3.1. 研究区域概况 九寨沟位于四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟 县境内(32˚54'~33˚19'N，103˚46'~104˚04'E)，是青藏高 原向四川盆地陡跌的两大地貌单元的过渡地带[12]，因 为有九个藏族村寨而得名。1992 年12月，九寨沟被联 合国教科文组织列为《世界遗产名录》，因其符合遴 选标准“包括最显著的自然现象或特殊的自然美景和 具美学价值的地区”而成为中国首批自然遗产。九寨 沟的旅游人数从1992年的不足20万增长到了2012年 的364.29万，景区环境容量已达饱和(根据2001年出台 的《九寨沟风景名胜区总体规划修编》，其年游客容 量为300万)。因此，研究九寨沟遗产旅游的可持续发 展具有重要意义。 3.2. 主要研究方法——遗传算法 遗传算法是一类借鉴生物界的进化规律——“适  基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究 Table 1. Evaluation indicator system of sustainable development of heritage tourism of Jiuzhaigou 表1. 九寨沟遗产旅游可持续发展评价指标体系 目标层 Q 准则层 U 指标因子层 C 数据来源 景区年接待总人数 C1 统计资料 景区年门票总收入 C2 统计资料 县区年旅游外汇收入 C3 统计资料 景区接待人数的年增长率 C4 统计资料 景区门票收入的年增长率 C5 统计资料 县区旅游外汇收入的年增长率 C6 统计资料 旅游景区级别 C7 统计资料 旅游经济与市场开拓能力 U1 旅游产品开发 C8 专家评估 景区森林覆盖率 C9 统计资料 景区空气质量优良率 C10 统计资料 县区工业烟尘排放量达标率 C11 统计资料 县区饮用水源水质达标率 C12 统计资料 县区污水处理率 C13 统计资料 县区工业废水排放量达标率 C14 统计资料 环境保护能力 U2 自然灾害威胁性(逆指标) C15 专家评估 旅游资源等级 C16 专家评估 遗产资源原真性 C17 专家评估 遗产资源稀缺性 C18 专家评估 遗产资源集聚性 C19 专家评估 遗产旅游基础资源 U3 遗产资源规模丰度 C20 专家评估 景区旅游从业人员基本素质 C21 走访调查 本科及以上学历占景区管理人员比例 C22 统计资料 交通通达性 C23 走访调查 政府投入 C24 走访调查 科研支持 C25 走访调查 社区居民满意度 C26 走访调查 县区星级宾馆数量 C27 统计资料 九寨沟遗产旅游可持续发展评价 Q 旅游软、硬件环境 U4 县区餐饮设施水平 C28 走访调查 者生存，优胜劣汰”遗传机制演化而来的随机搜索算 法，是用于处理一般非线性数学模型的一种新的优化 方法[13]。遗传算法对评价指标的个数及选取在一定条 件下具有较强适应度，对可行解表示出广泛性、群体 搜索特性和不需要辅助信息等优点，并且，它不依赖 于问题的具体领域，对问题的种类有很强的鲁棒性， 因此广泛用于许多学科。 3.3. 分类单项指标的发展指数普适公式 本文将九寨沟旅游可持续发展评价指标归纳为 旅游经济与市场开拓能力、环境保护能力、遗产旅游 基础资源和旅游软、硬件环境四大类，它们的非线性 发展程度可用S型生长曲线表示为： 1 1e j j jbC j PI a (1) 式中 Cj为指标j的值；aj、bj为与指标 j特性有关的待 估参数。若对各单项指标的数值Cj分别进行规划化处 理，使不同指标的同级标准规范化后的数值差异不大 (一般不超过1个数量级为宜)，则同一类中不同指标的 Copyright © 2013 Hanspub 40  基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究 公式中的参数 aj，bj可视为相同，从而可用遗传算法 对参数优化。因而式(1)可用以下普适公式代替： 1 1e j jbx PI a (2) 式中，xj为经过规范化处理后的数值。 3.4. 可持续发展综合分指数 可用如下公式表示： 1 n j j j PIUW PI (3) 式中，PIj为由式(2)计算的 j指标的发展指数，Wj为j 指标的广义对比归一化权值，n为相对于 U层而言的 C层指标个数。考虑到将单项发展指数综合成综合分 指数时，应适当增强指数PIj较小的指标的作用，而 适当削弱 PIj较大的指标的作用，宜采用按指数所属 等级对比加权公式计算权值： 12 12 20 0.5. 11 20.51 jj j jj uu Wuu (4) 对划分为 5级标准，当 PIj分别属于 I，II，III， IV，V级时，uj分别取 0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，计算 出 j W分别为0.224，0.387，0.5，0.613，0.776。求出 j W后，还需归一化为Wj。 3.5. 可持续发展综合指数 首先要确定每类指标的可持续发展综合分指数 权重。本文选用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)确定各分指数权重。其特点是把复杂问题中的各 种因素通过划分为互为联系的有序层次，使其条理 化，根据专家意见与分析者的客观判断[14]，通过两两 比较的方式确定层次中诸要素的相对重要性，然后运 用数学方法得出层次中诸要素的权重值。运用层次分 析法得出的各类指标权重WU分别为： 0.2558， 0.3888， 0.2312，0.1242。 最后得到九寨沟旅游可持续发展的综合指数公 式(5)： 4 1 U U PIW PIU (5) 3.6. 九寨沟遗产旅游可持续发展的实证分析 数据及评价标准如表 2所示，各级标准及数据均 经过规范化处理。 4个准则层的目标函数均构造为： 5 11 min min n kj k kj f xPI PI (6) 式中，PIkj 为由式(2)计算得到的 j指标的 k级标准的 指数值；PIk为由式 9 090 i k PIII I计算的 k级目标 值(I0 = 0.01，I9 = 0.99)，当i = 1，3，5，7，9时，得 到5级标准相应的目标值分别为PI1 = 0.0106，PI2 = 0.0463，PI3 = 0.1284，PI4 = 0.3562，PI5 = 0.99；n为 每个准则层中的指标个数。用公式(2)中的参数a、b 时，4类指标的a、b初始值设定范围均为 0, 250a； 0,50b。将表2中的 4类指标的分级标准值代入公 式(2)和(6)，运用 MATLAB 软件的遗传算法工具箱得 到划分为 5级标准的4类单项指标的近似最优解发展 指数普适方程(7)。 10.5065 20.4814 30.2298 40.6035 1 1 108.7768e 1 1 150.3929e 1 1 118.6936e 1 1 171.2888e j j j j x x x x PI U PI U PI U PI U (7) 根据式(2)~(5)和(7)计算出可持续发展综合分指数和 综合指数以及其分级标准，见表 3。 4. 结论 1) 本文使用的非线性模型更贴近现实，使用 MATLAB 软件中的遗传算法工具箱对九寨沟遗产旅 游可持续发展的评价结果表明，九寨沟的旅游经济与 市场开拓能力处于 V级标准，即可持续发展能力强； 环境保护能力、遗产旅游基础资源处于 IV级标准， 即基本可持续；旅游软、硬件环境处于 III 级标准， 即初步可持续。整体来看，九寨沟处于从基本可持续 到可持续发展的过渡阶段，可持续发展能力较强。通 过分析具体指标得出，九寨沟在旅游产品开发、污水 处理水平、自然灾害防御能力、交通通达性、餐饮住 宿条件、旅游从业人员素质等方面仍存在不足，有待 Copyright © 2013 Hanspub 41  基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究 Copyright © 2013 Hanspub 42 Table 2. Evaluation criteria of sustainable development of heritage tourism of Jiuzhaigou 表2. 九寨沟遗产旅游可持续发展评价标准 规范化指标 xj的评价标准 指标分类 原指标及单位 规范化指标 xj I级(很弱) II级(弱) III级(初步可持续)IV级(基本可持续) V级(强) 九寨沟指标值 C1 (万人) x1 0.3 0.6 1.2 2.4 5 2.82 C2 (万元) x2 0.5 1 2.1 4.3 9 5.39 C3 (万美元) x3 0.5 0.9 1.7 3.2 6 2.34 C4 (%) x4 0 3 6 9 12 22.75 C5 (%) x5 0 3 6 9 12 29.21 C6 (%) x6 0 3 6 9 12 20 C7 (数值) x7 1 2 3 4 5 5 U1 C8 (数值) x8 1 2 3 4 5 2.8 C9 (%) x9 1 3 5 7 9 6.35 C10 (%) x10 6 7 8 9 10 10 C11 (%) x11 2 4 6 8 10 10 C12 (%) x12 3 5 9.3 9.6 10 10 C13 (%) x13 2 4 6 8 10 6.5 C14 (%) x14 3 5 7 9 10 10 U2 C15 (数值) x15 2 2.5 3.3 5 10 2.7 C16 (数值) x16 1 2 3 4 5 4.6 C17 (数值) x17 1 2 3 4 5 4.3 C18 (数值) x18 1 2 3 4 5 4.3 C19 (数值) x19 1 2 3 4 5 3.7 U3 C20 (数值) x20 1 2 3 4 5 4.1 C21 (数值) x21 1 2 3 4 5 2.5 C22 (%) x22 2 4 6 8 10 6.1 C23 (数值) x23 1 2 3 4 5 2.4 C24 (数值) x24 1 2 3 4 5 3.6 C25 (数值) x25 1 2 3 4 5 4 C26 (数值) x26 1 2 3 4 5 3.1 C27 (数值) x27 0 8 16 24 32 14 U4 C28 (数值) x28 1 2 3 4 5 2.8 注：指标的变换规则： x1 = C1/102， x2 = C2/104， x3 = C3/103， x4、5、6、7、8 = C4，5、6、7、8， x9、10、11、12、13、14 = C9、10、11、12、13、14/10， x15 = C 15 −1×10， x16、17、18、19、20、21 = C16、 17、18、19、20、21，x22 = C22/10，x23、24、25、26、27、28 = C23、24、25、26、27、28。 Table 3. Classification criteria of partial index and integrated index of sustainable development and the value of Jiuzhaigou’s partial index and integrated index 表3. 可持续发展综合分指数和综合指数的分级标准及九寨沟综合分指数和综合指数值 可持续发展分级标准 指标分类 I级(很弱) II级(弱) III级(初步可持续)IV级(基本可持续)V级(强) 九寨沟综合分指数 和综合指数值 PI(U1) 0.011238 0.028005 0.086892 0.235986 0.455197 0.475706 PI(U2) 0.034825 0.068036 0.17105 0.274667 0.435142 0.336444 PI(U3) 0.01049 0.013165 0.01651 0.020687 0.025893 0.021786 PI(U4) 0.01104 0.074743 0.171879 0.223663 0.293611 0.174192 PI 0.020211 0.045943 0.113896 0.199718 0.328075 0.279167  基于 GA 优化的九寨沟遗产旅游可持续发展研究 提高。 2) 基于 GA优化得出的可持续发展综合分指数 公式不仅适用于表 2中的分类单项指标的指数计算， 对于某类中的新指标，只要选择合适的因子，对该指 标进行规范化处理后的各级标准值，与表 2中该类的 其余指标相应的标准值差异不大，由于 GA具有鲁棒 性，就可认为该指标是否加入该类用GA 优化公式中 的参数，对最终优化得出的参数值 a、b无显著影响， 即公式(7)对该新指标同样适用。因此，公式(7)具有广 义普适性[15]。 参考文献 (References) [1] J. Hendee, G. Stankey and R. C. Lucas. Wilderness management. Golden: Fulcrum Press, 1990. [2] G. M. Mónica, G. N. Tomás and A. D. Silvia. 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