引言
在生态文明建设、建设美丽中国的背景下，推动绿色低碳发展已成为新时期落实可持续发展战略的主要载体。绿色低碳发展是一种完全不同于传统工业化道路的发展模式，其核心是谋求经济增长与资源环境消耗的脱钩，实现发展与环境的双赢。而实现绿色低碳发展，则需要理解自然-社会-经济这一复杂系统的内在联系，探索环境与发展的动态关系及其演变规律，并加以评价。
开展绿色低碳发展的评价研究，其实质是对一个国家或地区的环境与发展间关系所处的历史阶段进行清晰的界定，而这也是当前可持续发展研究领域的一个难点。这是因为一方面，对历史阶段的划分和界定，缺乏相关的理论依据，另一方面，从实证的角度，学术界在方法的选择、数据和指标的选取等方面也存在着不小的争议。其中最具典型的研究是环境库兹涅茨曲线 (EKC) 的实证研究。国内外众多学者分别采用了多种计量经济学模型，对不同的数据指标进行了农业 EKC、能源 EKC、碳排放 EKC、工业废水 EKC 等拟合分析，试图从不同的角度对环境与发展间关系、发展阶段进行评价，其结果各不相同，难以得出较为一致的结论。而基于 IPAT 方程提出的三个倒U型曲线理论，采用拟合回归的方法，开展环境影响强度、人均环境影响和环境影响总量的三个倒 U型曲线高峰的实证研究，将以往 EKC 研究进行了融合和提升，避免了以往研究的片面性和不足，为绿色低碳发展研究提供了很好的方法论，但是实际的结果对于数据和模型的敏感性也很大，因此，需要借助大量的数据和不同的模型进行验证。此外，对于发展阶段的未来趋势评价，则需要借助模拟模型和规划模型，如可计算一般均衡模型、系统动力学模型以及最优规划模型等，但是这些模型在应用方面，需要进行众多的变量假设、参数的设定和系数的估计，并通过算法编译进行求解。不难看出，这些方法在绿色低碳发展研究中的引入，不仅增加了研究的深度，也加大了研究的难度，包括海量数据业务化处理、计算量大、计算复杂等，从而对信息技术的应用提出了更高的需求，以往采用电子表格进行数据处理的方式已经不能适用这种复杂的分析模式。
当前，随着信息技术特别是Web技术的发展和成熟，使得 Web 环境下的信息系统开发成为可能，包括在 Web 环境下通过采用大型数据库软件对数据进行存储和管理的业务化处理，并通过借助预警模型、指标体系等手段，对数据进行分析，从而实现对环境中的重大问题进行动态监测和预警，以及决策支持。而采用 Java 技术结合 Matlab 平台开发 Web应用，具有开发工作量少、效率高，开发过程简化、结果精确，独立性、可扩充性、软件可重用性，友好可交互的界面窗口，容易构建其他应用平台等特点，为 Web 环境下的系统开发提供了良好的技术支持，尤其是在图形显示、工具箱的调用和分析，以及采用 Matlab 编程对模型的集成等方面，具有巨大的优势。因此，在绿色低碳发展研究中引入 Web 技术，并结合 Matlab 的编程技术，开发 Web 环境下的应用系统，可以达到快速实现系统的集成与开发、提高科研效率的效果。
在绿色低碳发展评价研究中引入 Web 技术进行系统开发和应用，是一项开创性的研究。究其原因，主要在于：其一，绿色低碳发展评价系统的开发具有数据源多、数据更新频率高、内置的分析方法比较复杂多样和数据分析技巧要求高等技术特点，分析方法也多种多样，诸如线性、非线性回归方法、空间统计方法、计量经济学方法等，对编程技术的要求较高；其二，系统的开发需要解决一系列技术问题，尤其是Java 与 Matlab 混合编程所带来的信息通讯的问题；其三，系统的开发还需要对数据库、知识库、方法库等进行总体集成，一方面解决数据的计算分析，另一方面，还要对计算结果进行解读和评判，形成界面友好、功能性强的评价系统，加大了系统开发的难度。
有鉴于此，本文依据三个倒 U 型理论，拟采取线性和非线性的的回归方法，就能源消费强度、人均能源消费和能源消费总量与人均 GDP 之间开展三个倒 U 型曲线拟合分析；同时，借助 Java 编程技术结合 Matlab 工具进行混合编程的方法，以 JSP 作为客户端显示界面，以 Matlab 作为后台计算平台，对数据库、方法、知识库进行系统集成，开展 Web 环境下的绿色低碳发展评价系统原型的开发。最后，本文以澳大利亚的数据为例开展了应用研究。
1 系统设计
1.1 系统框架
系统基于 B/S 的三层架构进行设计，分别是：客户端层、中间控制服务层和后台应用管理层。系统的工作流程是：首先用户通过客户端浏览器发出数据查询、模型和方法调用等请求，中间控制层的 Servlet获取请求，一方面将数据查询请求发送至服务器端进行数据库查询，并获取查询结果；另一方面将查询结果连同模型、方法调用请求发送到 Matlab 打包好的计算模块中进行拟合和模拟等计算，最后将计算结果匹配知识库，并一同返回给客户端应用层显示计算结果和匹配信息。系统的框架图如图 1 所示。【图1】
1.2 数据库
数据库包括结构化数据和非结构化数据。结构化数据主要是统计数据，包括国际社会经济数据、国际能源、碳排放数据、区域社会经济数据、区域能源、碳排放数据等。非结构化数据主要是期刊文献、研究报告、政策法规等文本资料。
数据库在设计方面：第一，就数据粒度而言，定位为县级；第二，就数据分割而言，采用数据指标作为分割单位，确保分割的数据包含有时间序列和地名信息，便于分析研究；第三，就表结构而言，分别建立指标名、数据、年份、地名四个表，这四个表通过主键进行关联。如图 2 所示，其中 STATDATA 是数据表、YEARTABLE 是年份表、LANDAREA 是地名表、STATINDEX 是指标名表。【图2】
1.3 方法库
本文从绿色低碳发展评价需求出发，在方法上收集整理了进行非线性拟合方面的模型或方法，这些方法包括指数模型、傅里叶变换模型、高斯模型、三次多项式方程、二次多项式方程、九次多项式方程以及幂函数方程等，通过这些方法可以从不同的侧面来拟合环境与发展之间的动态演变关系，避免某一种方法的片面性而导致分析结果的失真。
1.4 知识库
知识库主要由事实和规则组成。其中事实主要包括绿色低碳发展方面的背景资料、专家判断以及分析结果，如三个倒 U 型曲线高峰的解释、发展阶段的划分、绿色低碳发展水平以及人类发展指数等。这些事实通过一些规则进行组合与匹配，以便系统按照逻辑推理的方式将知识信息呈现出来。
2 技术实现
技术上，主要采用 Java 编程技术结合 Matlab 工具箱，构建系统开发的技术框架。具体而言，首先，基于 Java JSP 和 Servlet 技术对系统数据库系统和知识库进行 Web 环境下的集成，实现用户对数据库和知识库信息查询、读取；其次，基于 Java 技术和Matlab 工具实现方法库的集成；最后，根据调用方法进行计算的结果，与知识库中信息进行匹配，形成综合评价信息。
本文所选取的方法是一组非线性模型，这些模型的调用主要通过 Java 与 Matlab 的混合编程来实现。
其中，所采用的非线性模型先通过 Matlab 软件编写成 m 文件，并借助 Matlab 的工具 Matlab Jbuilder JA将其编译成 Java 能够调用的 class 类文件并打包成JAR 包，然后导入到 Java 工程中，实现非线性模型的拟合分析功能。
3 系统应用
通过以上的技术手段，完成系统原型的开发。本文拟采用澳大利亚的数据进行三个倒 U 型曲线的拟合分析。选择澳大利亚数据进行分析的原因在于，澳大利亚与中国等发展中国家有相似之处，只是所处的发展阶段不同而已。其一，从产业结构来看，澳大利亚已经完成工业化过程，服务业占据主导地位，但是制造业和采矿业依然是重要的支柱产业，中国等发展中国家将经历这样一个工业化过程；其二，澳大利亚能源结构与中国极为相似，都是以煤炭为主，同样面临着碳减排和绿色转型的巨大压力。因此，通过对澳大利亚的数据进行拟合分析，可以为中国等发展中国家的发展阶段判断提供借鉴。
系统的操作过程是从客户端提交查询请求，读取数据库中的信息，包括国家或地区、数据指标、方法等。本文选取了澳大利亚的能源消费、人口、GDP等数据，同时还选择了三次多项式方程作为拟合方法，对澳大利亚的三个倒 U 型曲线进行了拟合分析，运行界面如图 3 所示。【图3】
服务器端根据客户端发出的请求，一方面读取数据库系统中人口、GDP、能源消费数据，并将所选择的方法如三次多项式方程一起发送到 Matlab 打包好的计算模块中进行拟合分析，然后根据计算结果匹配知识库，最后，将拟合的曲线图和知识库信息一道返回给客户端页面进行显示。如图 4 所示。根据计算结果，以及对知识库信息进行匹配，可以得出以下几点基本判断：【图4】
(1) 澳大利亚能源消耗与经济发展的关系符合三个倒U型曲线规律，即出现能源强度、人均能源消费和能源消费总量三个倒 U 型曲线。
(2) 澳大利亚已经跨越能源强度和人均能源消费的峰值，但能源消费总量高峰没有出现，表明澳大利亚尽管仍处于相对减物质化发展阶段，但已经在后期，正逐渐向绝对减物质化阶段过渡，如图 5 所示的S3 阶段。【图5】
(3) 澳大利亚的人类发展指数高达 0.93，位居世界第二位，属于高收入、高福利国家。
(4) 2009 年澳大利亚的碳排放强度是 0.73，而英国、美国分别是 0.28、0.47，几乎是英国的三倍、美国的两倍，在发达国家中属于高排放国家。
由此，可以对澳大利亚进行综合评价：
(1) 高收入、高福利的发展水平下的高碳排放，表明澳大利亚的绿色低碳发展还有很大的挖掘空间，还需要实施更为积极的政策措施促进碳排放的降低。
(2) 澳大利亚还需要进一步改进技术，提高资源利用效率，促使经济发展进入绝对减物质化阶段，实现经济发展与资源消耗的脱钩，尽早跨越三个倒U型曲线高峰。
4 结语
本文从绿色低碳发展研究的现实需求出发，基于Java 编程技术和 Matlab 工具，对数据库、方法库和知识库进行了集成，实现了 Web 环境下从数据查询和读取、方法调用与拟合，到知识库信息匹配等一系列流程，开发出 Web 环境下的绿色低碳发展评价系统原型，解决了绿色低碳发展研究过程的高效化问题。
值得指出的是，本系统的开发仅仅是整体框架上的架构和部分技术的实现，而提高系统的计算分析能力、优化系统的功能和增强系统的智能化是下一步的研究重点，另外该系统的功效及其检验也有待于模型算法的优化和测试指标体系的选择与完善。因此后续研究还将包括：第一，将更多的绿色低碳发展分析模型进行集成，使系统具备对绿色低碳发展的趋势进行预测的能力；第二，通过强化系统评价过程的交互能力以获取更多的信息，作为系统进行逻辑判断和相关性分析的依据，系统借助逻辑判断和相关性分析，来确定是否调用数据、方法和模型进行评价分析，从而促使系统的分析过程更加智能化。
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