基于突變理論的機場選址評價研究

李明捷，石 榮

（中國民航飛行學院a.空中交通管理學院；b.飛行技術(shù)學院，四川 廣漢 618307）

機場選址作為機場總體規(guī)劃的重要組成部分，既要滿足功能性要求，同時又要滿足經(jīng)濟和環(huán)境保護的要求。由于機場工程的復雜性，選址方案通常經(jīng)過可行性研究、場址初選和場址定點等幾個階段多次反復、多個方面比較評價才能確定。在機場選址各階段的方案比較評價中，通常采用專家決策法，即針對某項擬建工程項目，召集一批在該行業(yè)從事數(shù)十年研究的有關(guān)專家，跟據(jù)一些評價指標列出各方案的優(yōu)點和缺點，然后進行商討、比較和評價，在此基礎(chǔ)上確定出一個最佳方案[1]。近些年，一些專家學者采用定量化方法對機場選址選擇合理性評價進行了研究，蔡良才等利用層次分析法結(jié)合專家系統(tǒng)技術(shù)來對機場選址方案進行評價，但并未給出詳細的評價指標體系[1]。孫志強采用評分優(yōu)選法作為機場場址選擇的定量優(yōu)化方法[2]。戴福青等在使樞紐機場建設(shè)成本、航線網(wǎng)絡(luò)上的飛行成本與航線擴容總成本之和最小化的基礎(chǔ)上進行了單樞紐機場選址與航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的綜合優(yōu)化方法研究[3]。丁德亮等對機場選址考慮的影響因素進行了歸類和分析[4]。李婷婷和高金華運用模糊多屬性群決策方法機場選址評價問題進行分析[5]。楊青等以項目利益相關(guān)者價值最大化為目標，采用價值工程分析方法評價了首都第二國際機場項目四個潛在的新機場選址方案，從中得到了價值最優(yōu)的場址方案[6]。張韜等人運用模糊相似優(yōu)先比決策法對幾個野戰(zhàn)機場選址方案進行了決策排序[7]。

上述方法或模型主要是定性或者定性與定量相結(jié)合的評價方法。定性的方法對機場選址影響因素無法進行量化的、動態(tài)描述[4]，雖然定量的方法可以對影響因素進行量化及動態(tài)描述，但其前提是要對各個影響因素進行權(quán)重確定，而權(quán)重確定大都采用層次分析法，因而難免帶有主觀色彩，且計算過程復雜。突變評價方法是以突變理論為基礎(chǔ)的評價方法，其突出的優(yōu)點就在于通過指標之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系對指標的重要程度進行排序，無需人們確定指標因素的權(quán)重，可以減少主觀性對評價結(jié)果的影響，且計算較為簡捷。本文考慮將突變評價法應(yīng)用于機場選址優(yōu)劣評價，且對突變評價法中存在的突變評價值偏高的問題進行改進，使評價結(jié)果更具實用性。

1 突變評價法的基本原理

突變理論及突變評價方法的定義見文獻[8]，其主要步驟如下：

步驟1：通過對影響機場選址主要因素的歸類及分析，建立機場選址合理性評價指標體系。

步驟2：將突變理論與模糊數(shù)學相結(jié)合，對評價指標體系的最底層指標進行賦值，即根據(jù)各個底層指標因素的實際情況給出其模糊隸屬度值。指標一般分為兩類，一類是定性指標；一類是定量指標。對于第一類指標的可以采取專家打分法確定（一般是0～1之間的一個數(shù)值，數(shù)值越大表示該項指標對機場選址優(yōu)劣影響越大）；第二類指標可運用級差變換法，將其進行標準化，處理為[0，1]之間的無量綱數(shù)值，指標值越大表示該項指標對機場選址優(yōu)劣影響越大，具體做法如下：

對于指標越大越好型，可用下式進行計算

對于指標越小越好型，可用下式進行計算

式中：yi表示級差變換后的數(shù)據(jù)；xi為原始數(shù)據(jù)；max xi為xi中數(shù)據(jù)最大值；min xi為x中數(shù)據(jù)中最小值，i=1，2，…，n（n 為評價對象數(shù)）。

步驟3：利用歸一化公式進行綜合量化遞歸運算，并且根據(jù)“互補”和“非互補”原則逐層計算出指標因素的量值。常用的突變模型的歸一公式有尖點突變模型、燕尾突變模型及蝴蝶突變模型的具體公式表達及模型示意圖見文獻[8]。

“互補”原則是指若同一個系統(tǒng)中各個控制變量間存在著明顯的相互作用時，即按照指標數(shù)量的多少，根據(jù)其對應(yīng)的突變模型歸一化公式，取其隸屬度值的平均數(shù)值作為狀態(tài)變量X的值。而“非互補”原則是指若同一個系統(tǒng)中的各個控制變量之間不存在明顯的相互作用時，則按照指標數(shù)量的多少，根據(jù)其對應(yīng)的突變模型歸一化公式，應(yīng)采用“大中取小”，即取變量中值最小的一個作為整個系統(tǒng)狀態(tài)變量X的值。

步驟4：對計算的結(jié)果進行改進，使之更具有實用價值。

2 突變評價法在機場選址評價中的應(yīng)用

2.1 確定評價系統(tǒng)的指標體系

合理的機場選址必須使得機場凈空、空域及氣象條件能夠滿足機場安全運行要求，與鄰近機場無矛盾或能夠協(xié)調(diào)解決，與城市距離適中，機場運行和發(fā)展與城市規(guī)劃發(fā)展相協(xié)調(diào)；場地能夠滿足機場近期建設(shè)和遠期發(fā)展的需要，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件良好，地形、地貌較簡單，滿足機場工程的建設(shè)要求和安全運行要求；具備建設(shè)機場導航、供油、供電、供水、供氣、通信、道路、排水等設(shè)施、系統(tǒng)的條件；滿足文物保護及環(huán)境保護等要求；占用良田耕地少，拆遷量和工程量相對較小，工程投資經(jīng)濟合理[9]。根據(jù)上述要求，建立機場選址合理性評價指標體系，如表1所示，并對各層次指標按重要程度進行排序，指標排序的原理是根據(jù)指標之間的作用關(guān)系及該指標對機場選址評價結(jié)果影響的重要性，例如對于指標（A，B）機場選址的內(nèi)部影響因素和外部影響因素，實際上，在機場選址中，機場選址的內(nèi)部因素狀況在機場選址評價中更重要些，因此根據(jù)突變理論的原理，指標A排在B的前面。由突變模型原理及指標之間的作用機理，可知：指標（A，B）、（A1，A2）和（B11，B12）屬于突變模型 I，其中，指標（A，B）為互補型，指標（A1，A2）和（B11，B12）為非互補型；（A11，A12，A13）和（B31，B32，B33）屬于突變模型 II，均為非互補型 ；（A21，A22，A23，A24）、（B21，B22，B23，B24）、（B41，B42，B43，B44）及（B1，B2，B3，B4）屬于突變模型III，（B21，B22，B23，B24）指標因素之間存在相互作用的關(guān)系，因此屬于互補型，（A21，A22，A23，A24）、（B41，B42，B43，B44）及（B1，B2，B3，B4）指標因素之間不存在明顯的相互作用關(guān)系，屬于非互補型。

表1 機場選址合理性評價指標體系Tab.1 Index system of rationality assessment for aviation airport

2.2 確定底層指標模糊隸屬度值

根據(jù)突變評價法第2步，將獲得的底層指標進行規(guī)格化。由于本文中涉及的指標均為定性指標，因此可以通過專家打分法來確定評價因素對方案選擇的影響程度。假設(shè)某市擬新建一機場，有3個備選方案，請專家按照方案的優(yōu)劣程度，給出5個等級，即“差”、“較差”、“一般”、“較好”、“好”，其模糊值可定義為（0.5，0.6，0.7，0.8，0.9），給出底層指標的模糊隸屬度值如表2所示。

2.3 利用歸一化公式計算機場選址合理性評價突變值

根據(jù)突變評價法步驟3的方法，計算機場選址合理性評價突變值。以方案1的數(shù)據(jù)為例，其具體計算過程如下：

同理，可計算出的方案2和方案3的突變評價值，X2=0.954 9，X3=0.963 6。

2.4 突變評價值的改進

突變評價法也存在一定的缺陷，這主要由突變評價法的歸一化公式的特點造成。一般對于評價結(jié)果應(yīng)該具有絕對的“優(yōu)”、“劣”含義，但是突變評價法的最終評價結(jié)果并非如此，普遍存在突變評價值偏高的特點。例如，當?shù)讓又笜私?jīng)量化后都取0.1時，根據(jù)上面給出的指標體系，可以計算出該方案的突變評價值為0.787 6，若從數(shù)值上來看，則該方案的選址處于較好和好之間，但實際上，這個方案應(yīng)該是被否決的，這就說明由突變評價法評價所得的最終值的大小僅是對底層指標賦值結(jié)果的一種數(shù)值反映并沒有絕對的“優(yōu)”或“劣”的含義，因而在實際運用中，還需要對該評價結(jié)果進行轉(zhuǎn)化。

為解決該問題，借鑒文獻[8]的思想，以表1所示的評價指標體系算出來的突變評價值y=（0.986 5，0.954 9，0.963 6），根據(jù) y與 x對應(yīng)關(guān)系為

表2 機場選址合理性評價指標模糊初始值Tab.2 Fuzzy values of bottom indicators of rationality assessment for Civil Aerodrome

通過Matlab可以計算出y的變換值y變換=（x1，x2，x3）=（0.911 0，0.728 6，0.775 4），可見變換后的數(shù)值更接近絕對意義的“優(yōu)”、“劣”概念，這使得突變評價法在評價工作用更加實用。根據(jù)上述評價結(jié)果可知，機場選址方案1評價值最高，因此，方案1建議為最佳方案。

3 結(jié)語

本文將突變理論引用到機場選址評價中來，通過定性分析建立分層次的機場選址評價指標體系，在給底層指標進行賦值時，僅考慮評估指標的相對重要性，避免了直接使用帶有較大主觀性的“權(quán)重”賦值。針對突變評價方法本身固有的評價值偏高問題，采用改進方法對其進行變換，增強了該評價方法的科學性與合理性。

[1]蔡良才，張曉義，鄧學鈞.機場選址方案綜合評價智能輔助決策系統(tǒng)[J].航空計算技術(shù)，1996（3）:42-46.

[2]孫志強.民用航空機場場址選擇概論[J].機場建設(shè)，2000（3）：19-20.

[3]戴福青，王 瑞.單樞紐機場選址與航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃綜合優(yōu)化[J].中國民航大學學報，2000，25（1）:17-19.

[4]丁德亮，鄭汝海，邵 斌.關(guān)于機場選址的思考[J].山西建筑，2007，33（22）:27-28.

[5]李婷婷，高金華.基于模糊多屬性群決策方法的機場選址問題[J].交通與計算機，2008，26（5）:26-29.

[6]楊 青，邱菀華.價值工程分析方法及其在機場項目中的應(yīng)用[J].北京航空航天大學報（社會科學版），2006，19（3）:1-4.

[7]張 韜，李贊成，陳 磊.環(huán)境因素對戰(zhàn)時野戰(zhàn)機場開設(shè)影響的模糊分析[J].國防交通工程與技術(shù)，2007（1）:46-48.

[8]施玉群，劉亞蓮.關(guān)于突變評價法幾個問題的進一步研究[J].武漢工業(yè)大學學報，2003，36（4）:132-136.

[9]中國民用航空總局.民用機場建設(shè)管理規(guī)定[S].2004.