可持續(xù)發(fā)展的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成模型研究

劉曉佳 蘭培真 鄭高哲

(集美大學(xué)航海學(xué)院 廈門 361021)

綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)是一個由鐵路、公路、水運(yùn)、管道和民航5種運(yùn)輸方式組成的系統(tǒng),系統(tǒng)中各種運(yùn)輸方式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能是不同的,對資源利用和環(huán)境影響等方面也各不相同,且差異很大,因此綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)中各種運(yùn)輸方式所占的比例不同會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力有所差別.本文基于此在對各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行定量評價的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出可持續(xù)發(fā)展的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成模型,達(dá)到以最少的資源環(huán)境成本滿足運(yùn)輸需求,形成經(jīng)濟(jì)、社會和資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.

1 評價指標(biāo)體系的確立

評價各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展能力是研究交通運(yùn)輸可持續(xù)發(fā)展問題的關(guān)鍵所在.評價的首要工作就是建立評價指標(biāo)體系.交通運(yùn)輸可持續(xù)發(fā)展的評價指標(biāo)體系,應(yīng)包括交通項目對經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和資源的影響.根據(jù)1996年加拿大溫哥華召開的“走向可持續(xù)性交通”O(jiān)ECD會議上制定的9個可持續(xù)交通的《溫哥華原則》[1-3](即通達(dá)、便捷;公平、公正;個人和社會的責(zé)任;健康和安全;教育和公眾的參與;整體規(guī)劃;土地和資源的利用;污染物的控制;經(jīng)濟(jì)的效益),結(jié)合我國國情和5種運(yùn)輸方式的不同特點,以選擇可持續(xù)發(fā)展性能比較優(yōu)越的運(yùn)輸方式為目標(biāo),制定出運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展的評價指標(biāo)體系,即：便捷性、安全性、速度、經(jīng)濟(jì)、占地面積、能源消耗、廢氣污染、噪聲污染、社會公平性9項指標(biāo),對5種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展情況進(jìn)行評價.

2 組合評價模型設(shè)計

多目標(biāo)決策灰色關(guān)聯(lián)度評價法即 GRA法[4-6]是一種多因素統(tǒng)計分析方法,它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小和次序.GRA分析的核心是計算關(guān)聯(lián)度,關(guān)聯(lián)度越大,說明比較序列與參考序列變化的態(tài)勢越一致,反之變化態(tài)勢則相悖.

由文獻(xiàn)[7-8]得知,在信息認(rèn)識論中,信息熵是系統(tǒng)無序程度的度量,信息是系統(tǒng)有序程度的度量,二者絕對值相等,符號相反.某項指標(biāo)的指標(biāo)值變異程度越大,信息熵越小,該指標(biāo)提供的信息量越大,該指標(biāo)的權(quán)重也應(yīng)越大;反之某項指標(biāo)的變異程度越小,信息熵越大,該指標(biāo)提供的信息量越小,該指標(biāo)的權(quán)重也越小.

在對多指標(biāo)問題進(jìn)行評價時,傳統(tǒng)評價方法有諸多不足,如回歸分析、方差分析、主成分分析等方法要求數(shù)據(jù)量大、樣本服從某個典型的概率分布、計算量大、量化結(jié)果與定性分析結(jié)果可能不符等,應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析(GRA)法能彌補(bǔ)用上述方法作系統(tǒng)分析所導(dǎo)致的缺憾,它對樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用,而且計算量小、十分方便,更不會出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的情況.但是,灰色關(guān)聯(lián)度分析評價的結(jié)果往往與關(guān)聯(lián)系數(shù)的權(quán)重的選取有很大的關(guān)系,權(quán)重不同,評價結(jié)果也會不盡相同.傳統(tǒng)灰色模型通常采用專家評判法或簡單的算術(shù)平均法來確定權(quán)重,這具有主觀性,會在一定程度上影響計算的結(jié)果;本文根據(jù)各項指標(biāo)的變異程度,利用信息熵這個工具,計算出各指標(biāo)的權(quán)重,并將專家評判法與信息熵法確定的權(quán)重相結(jié)合,為多指標(biāo)綜合評價提供合理、客觀的權(quán)重,使其結(jié)果更加全面、客觀、符合實際.

對各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行綜合評價時,待評價的各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展能力是一個灰色系統(tǒng).本文所給定的可持續(xù)發(fā)展評價的9項指標(biāo)之間不是相互獨立的,盡管它們之間的關(guān)系不明確,但的確是客觀存在的,從本質(zhì)上講,這是一種灰色關(guān)系.所以,對這樣的系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價,實際上是一個灰色多目標(biāo)決策問題.灰色關(guān)聯(lián)法綜合了整個因素指標(biāo)空間的影響,可以避免各方案的單個因素指標(biāo)進(jìn)行比較而引起的偏離,能夠全面地分析指標(biāo)間的相互關(guān)系,反映了整個因素指標(biāo)空間的影響.在運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)投影法進(jìn)行綜合評價時,權(quán)重的不同,對整個評價結(jié)果影響很大,而本文提出的由專家評判法和信息熵法相結(jié)合的組合權(quán)重的確定,既可以避免專家評判確定權(quán)重的主觀性,又可以反映專家的意見,使評價結(jié)果充分的反映了主客觀因素,便于實際應(yīng)用.

3 模型的建立

3.1 確定分析序列

設(shè)有m個被評價對象,每個被評價對象有n個指標(biāo),原始數(shù)列矩陣如式(1)所示.設(shè)[x01,x02,…,x0n]為理想化樣本(評價標(biāo)準(zhǔn)).

3.2 原始數(shù)據(jù)量綱一的量化處理

為了消除不同指標(biāo)量綱所帶來的不可公度性,評價之前須將評價指標(biāo)進(jìn)行量綱一的量化處理,在本模型中,可將原始數(shù)據(jù)按式(2)進(jìn)行處理.

式中：i=1,2,…,m;j=1,2,…,n.通過量綱一的量化處理可得到相應(yīng)的量綱一的量矩陣

3.3 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

對絕對差值陣中資料按式(5)進(jìn)行變換.

式中：λ為分辨系數(shù),0＜λ＜1,它的作用在于調(diào)整比較環(huán)境的大小,當(dāng)λ=0時,環(huán)境消失;當(dāng)λ=1時,環(huán)境原封不動保存著,通常取λ=0.5.

由ζij就可以得到灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣F.

3.4 運(yùn)用改進(jìn)的信息熵法計算權(quán)重

1)傳統(tǒng)的熵值法,通常用式(6)來計算第n項指標(biāo)下第m個行業(yè)指標(biāo)值的比重.

在進(jìn)行評價時,為了避免一些極端值,也常對該項指標(biāo)數(shù)據(jù)用標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行變換

2)計算第j項指標(biāo)的熵值ej

3)計算第n項指標(biāo)的差異系數(shù)gj

gj越大,指標(biāo)越重要.

4)確定權(quán)重w＊j

3.5 專家評判法與信息熵法相結(jié)合的組合權(quán)重

專家評判法考慮了專家的知識和經(jīng)驗,以及決策者的意向和偏好,雖然指標(biāo)權(quán)重的排序往往具有較高的合理性,但仍然無法克服主觀隨意性較大的缺陷;信息熵權(quán)法充分挖掘了原始數(shù)據(jù)本身蘊(yùn)涵的信息,結(jié)果比較客觀,但卻不能反映專家的知識和經(jīng)驗以及決策者的意見.綜合分析兩種方法的優(yōu)缺點,得到綜合考慮主客觀因素的組合權(quán)重.

3.6 計算關(guān)聯(lián)度(即綜合評價系數(shù))

式中：Ei為為第i個對象的關(guān)聯(lián)度;wj為第j個指標(biāo)的組合權(quán)重;ζij為為關(guān)聯(lián)系數(shù).

顯然Ei越大,說明該種運(yùn)輸方式的可持續(xù)性越好.

4 評價分析

根據(jù)抽樣調(diào)查結(jié)果,得到各種運(yùn)輸方式可持續(xù)發(fā)展性能評價指標(biāo)見表1[9]所列.

表1 各種運(yùn)輸方式可持續(xù)發(fā)展性能評價指標(biāo)表

根據(jù)已知方案集和指標(biāo)集,確定最佳方案X0,對指標(biāo)集V的屬性矩陣X如下.

根據(jù)式(2)～(4),對X進(jìn)行初值化處理,得到X′為

在得到初始序列矩陣X′之后,根據(jù)式(5),計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij,從而得到灰色判斷矩陣F為

據(jù)式(7)～(11),信息熵法確定的權(quán)重w＊為

由專家法打分通過層次分析獲得的權(quán)重為

根據(jù)式(13),各個決策方案的投影值Ei為

據(jù)此綜合評價模型,各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展性能的排序由大至小依次為：水運(yùn)＞鐵路＞民航＞公路.

5 綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成模型

可持續(xù)發(fā)展從環(huán)境和自然資源的角度出發(fā),強(qiáng)調(diào)社會、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境的全面協(xié)調(diào)發(fā)展.為了實現(xiàn)交通與社會的和諧,由以上分析結(jié)果構(gòu)建出可持續(xù)發(fā)展的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成模型,其目標(biāo)函數(shù)和約束條件如式(14)和(15)所示.

式中：Z為各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展能力總量,該值越大,表明該地運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展能力越好;λi為第i種運(yùn)輸方式單位運(yùn)量的可持續(xù)發(fā)展能力系數(shù);通過上面的計算可知,鐵路為0.710,民航為0.582,公路為0.486,水運(yùn)為0.783;Vi為分配給運(yùn)輸方式i的運(yùn)量;D為總的運(yùn)輸需求;Mi為第i種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸能力限制.

6 結(jié)束語

本文是在當(dāng)今社會環(huán)境、能源面臨著嚴(yán)峻危機(jī)的大形勢下,以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),通過對各種運(yùn)輸方式的可持續(xù)發(fā)展能力的評價,構(gòu)建出可持續(xù)發(fā)展的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)模型,為創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展的綜合交通運(yùn)輸提供定量化的指導(dǎo)方案,實現(xiàn)交通與環(huán)境、能源、社會、經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展.

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