長三角區(qū)域多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價研究

陳 欣，王海燕，李軍會，高 強

（1.南京財經(jīng)大學 管理科學與工程學院，南京210046；2.東南大學 交通學院，南京210096；3.南京航空航天大學 民航學院，南京210016）

長三角區(qū)域多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價研究

陳 欣1,2＊，王海燕1，李軍會3，高 強3

（1.南京財經(jīng)大學 管理科學與工程學院，南京210046；2.東南大學 交通學院，南京210096；3.南京航空航天大學 民航學院，南京210016）

大多數(shù)機場虧損嚴重，設(shè)施資源閑置浪費現(xiàn)象突出等問題引發(fā)了長三角機場建設(shè)密度是否過高的爭論.基于這種背景，本文通過解析系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展機理，在耦合度、協(xié)調(diào)度和綜合發(fā)展指數(shù)模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建了復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價模型，并對長三角多機場復合系統(tǒng)進行了實證分析.結(jié)果表明:長三角多機場復合系統(tǒng)中，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度較高的機場占75%，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度與機場等級存在較強關(guān)聯(lián)性；機場規(guī)模等級越高，其與經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度越好，大型綜合樞紐機場普遍高于中小型機場；地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的高低是影響機場區(qū)域耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度的重要因素，經(jīng)濟發(fā)展水平越好的地區(qū)，機場與經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度越高.

航空運輸；復合系統(tǒng)；耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度模型；多機場系統(tǒng)；聚類分析

1 引 言

作為世界第六大城市群的長三角地區(qū)，至2012年底，每萬平方公里的機場密度達到0.9個，已經(jīng)超過美國0.6個的發(fā)展水平，成為典型的多機場系統(tǒng)區(qū)域.與此同時，區(qū)域內(nèi)主要機場空中交通擁堵和航班延誤日益嚴重，區(qū)域內(nèi)中小機場運輸量小，機場資源閑置率較高，虧損突出.隨著區(qū)域經(jīng)濟一體化進程的加快，這些問題還有可能進一步惡化.因此，這引發(fā)了長三角機場建設(shè)密度是否過高的爭論，即長三角是否需要這么多機場？如果需要，應如何實現(xiàn)與區(qū)域經(jīng)濟的良性協(xié)調(diào)發(fā)展？“十二五”時期是國家區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重要時期，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，實現(xiàn)區(qū)域資源可持續(xù)發(fā)展已成為大勢所趨.研究區(qū)域多機場復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展程度，對于減少系統(tǒng)內(nèi)耗，實現(xiàn)長三角區(qū)域多機場與經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要指導意義.

系統(tǒng)協(xié)調(diào)性評價研究是管理科學領(lǐng)域的熱點前沿課題之一，相關(guān)研究成果非常豐富，主要集中在經(jīng)濟、生態(tài)、資源及人口等系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性問題的探討[1,2]，對于多機場復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究還比較少.張越定性分析了珠三角區(qū)域多機場系統(tǒng)發(fā)展模式框架[3].周慧艷等認為我國區(qū)域多機場復合系統(tǒng)發(fā)展存在總航空運輸需求不足,分配運量難等問題[4].雖然翁亮應用DEA定量分析了京津冀區(qū)域多機場系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展問題[5]，但其利用變換輸入輸出條件得出相對效率來計算協(xié)調(diào)度的思路，忽視了兩種條件下所計算出來的相對效率值不是同一生產(chǎn)前沿面下運行結(jié)果的前提，可比性較差.總的來說，這些成果對我國的區(qū)域多機場系統(tǒng)規(guī)劃及協(xié)調(diào)發(fā)展有一定的借鑒意義，但只是限于對系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的粗略評價，對于具體指導區(qū)域多機場系統(tǒng)績效發(fā)揮和滿足區(qū)域經(jīng)濟一體化協(xié)同發(fā)展要求尚存較大差距.

本研究從系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)性、均衡性和目標一致性三個層面入手，構(gòu)建了一種新的復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價模型，并分析了長三角多機場復合系統(tǒng).在此基礎(chǔ)上，采用聚類分析法對耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型聚類分析，得到系統(tǒng)協(xié)調(diào)性發(fā)展關(guān)鍵特征，可以為政策制定者提供重要參考.

2 系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度模型

2.1 子系統(tǒng)間有序度模型

設(shè)某復合系統(tǒng)S共有l(wèi)個子系統(tǒng)，描述子系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)或水平的序參量指標共有k個，xij表示子 系 統(tǒng) i的 第 j個 序 參 量 ， 即x∈X={ }

xij,(i=1,2,…,l;j=1,2,…,k).

2.1.1 序參量有序度.

根據(jù)協(xié)同學的序參量原理和役使原理，以有序度作為序參量的狀態(tài)函數(shù).序參量有序度的計算一般采用功效函數(shù)綜合評判法，常見的功效函數(shù)有線性功效函數(shù)法、指數(shù)型功效函數(shù)法、對數(shù)型功效函數(shù)法、冪函數(shù)型功效函數(shù)法等.考慮到多機場復合系統(tǒng)特點，當某類指標值增加(或減少）到一定階段后，并不再呈線性增加，如經(jīng)濟系統(tǒng)的出口比重、勞動生產(chǎn)率指標，多機場系統(tǒng)中單跑道飛行架次，以及設(shè)施相對效率等指標，在子系統(tǒng)相對穩(wěn)定之后其指標值的增長會比較緩慢[6].因此，本文選用改進的指數(shù)型功效函數(shù)[7]

（1）對于正向序參量指標Uij.

（2）對于負向序參量指標Uij.

式中 Uij為子系統(tǒng)序參量xij的有序度，也稱對子系統(tǒng)的功效度；xl為最小值；xh為最大值；xμ為指標平均值；A和B可以通過臨界點定分來確定：當xij=xμ時，即達到平均值，Uij=A，設(shè)此時Uij=40，則A=40，當xij達到最大值xh時，取Uij=100，則B= ln2.5，使得Uij∈[0,100].

2.1.2 子系統(tǒng)有序度.

子系統(tǒng)有序度是衡量序參量變量對子系統(tǒng)有序程度的“總貢獻”，考慮到經(jīng)濟子系統(tǒng)序參量指標間的相關(guān)性較強，機場子系統(tǒng)序參量指標間的獨立性較強的特點，分別選用加權(quán)幾何平均法和線性加權(quán)法來確定，則

式中 U(SE)為序參量對經(jīng)濟子系統(tǒng)的有序度；U(SA)為序參量對機場子系統(tǒng)的有序度；是所有指標的累計貢獻度，取值在0和100之間.可以看出，Uij越大，該序參量對子系統(tǒng)的有序度越大，反之則越低.wij是子系統(tǒng)i第j序參量的權(quán)重，本文采用熵值賦權(quán)法確定評價指標權(quán)重值[8].計算步驟如下：

（1）計算子系統(tǒng)i的序參量指標在總樣本R中的比重 prj.

式中 yrj為第r個樣本第j個序參量指標的取值.

（2）計算第j個序參量指標的熵值hij.

2.2 復合系統(tǒng)耦合度（Q）

（1）系統(tǒng)耦合度定義.

耦合度是指復合系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)，以及各個元素之間相互作用、相互依賴和影響的總強度，是子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)程度的度量[9].

（2）系統(tǒng)耦合度的計算公式[9]為

（3）計算第j個序參量指標的權(quán)重wij.

上式中分子是各子系統(tǒng)有序度的乘積，分母是各個子系統(tǒng)總有序度和的乘積，之后再開商的l次方，從而將各個子系統(tǒng)融合在一起以了解復合系統(tǒng)的子系統(tǒng)間的耦合度.本研究中，復合系統(tǒng)包括多機場子系統(tǒng)和經(jīng)濟子系統(tǒng)，即l=2，則復合系統(tǒng)耦合度Q可以寫成

2.3 復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度（C）

既有測量模型中應用較多的是通過計算子系統(tǒng)間有序度離差最小或者與理想狀態(tài)離差最小為目標來得出復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度[1,10]，而缺乏對復合系統(tǒng)的整體正向和負向序參量指標距系統(tǒng)穩(wěn)定理想狀態(tài)接近程度的考量，這使得計算過程中功效函數(shù)、子系統(tǒng)有序度及參數(shù)設(shè)置等因素對復合系統(tǒng)總體協(xié)調(diào)度都會產(chǎn)生影響，且忽略了分析系統(tǒng)當前狀態(tài)與最劣狀態(tài)的距離.TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）法是C L Hwang和K Yoon于1981年首次提出[11]，其基本原理是檢測評價對象所有指標靠近理想最優(yōu)解，遠離理想最劣解的程度，若最靠近理想最優(yōu)解同時又最遠離理想最劣解，則其系統(tǒng)協(xié)調(diào)度最好，否則為最差.因此，TOPSIS又稱為優(yōu)劣解距離法，該方法是從系統(tǒng)距離最優(yōu)和最差狀態(tài)兩個方面來測算系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)度，比既有研究僅考察子系統(tǒng)與理想穩(wěn)定狀態(tài)距離的方法有較大改進. TOPSIS具體算法步驟參見文獻[12].

式中 S-為各指標距理想最劣解的接近程度；S+是各指標距理想最優(yōu)解的接近程度；C∈[0,1]，C越接近1，表明系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度越高.

2.4 復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度（Z）

耦合度Q和協(xié)調(diào)度C可以分別作為反映系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)和均衡程度的指數(shù).由于這兩個指標在計算過程中考察的重點是系統(tǒng)之間耦合性和相似性，而不能反映出復合系統(tǒng)整體功能或綜合發(fā)展水平或效益的大小.例如，若兩個區(qū)域協(xié)調(diào)度C相當，且子系統(tǒng)與理想狀態(tài)的接近程度一致，但可能兩個區(qū)域綜合水平不同，一個可能是都在高水平的協(xié)調(diào)，另一個可能是都在低水平的協(xié)調(diào)，并且有可能出現(xiàn)低水平系統(tǒng)比高水平系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度更高的情況.這顯然與事實不符，單純依靠這兩個指標有可能誤導對系統(tǒng)的總體評價.綜合考慮區(qū)域多機場復合系統(tǒng)的特點，本研究構(gòu)造了復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度模型：

式中 Z為系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度；D為綜合發(fā)展水平指數(shù)，計算公式為

式中 λ和 ρ為待定系數(shù)，本研究中簡化取值為0.5.

該模型綜合了系統(tǒng)間區(qū)耦合度、協(xié)調(diào)度和綜合發(fā)展指數(shù)，能夠有效避免子系統(tǒng)發(fā)展水平低而耦合協(xié)調(diào)度高的異常情況，具有簡單易用，綜合性強的特點，可用于不同區(qū)域之間同一時期復合系統(tǒng)的橫向比較，也可以用來分析同一區(qū)域不同時期復合系統(tǒng)的縱向發(fā)展趨勢.

3 長三角區(qū)域多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價

3.1 序參量指標的構(gòu)建

指標體系是對系統(tǒng)狀態(tài)進行量化分析的基礎(chǔ).綜合考慮機場和經(jīng)濟系統(tǒng)的復雜性特點，依據(jù)科學性、全面性、可比性、可操作性等原則，本次研究中選擇描述多機場子系統(tǒng)的序參量指標包括：單位吞吐量收入（元/噸）、單位吞吐量成本（元/噸）、單跑道飛行架次（架）及設(shè)施相對效率指標，分別代表系統(tǒng)的成本、收入、投入和效率四個方面的特征.描述經(jīng)濟子系統(tǒng)的序參量指標包括：城鎮(zhèn)居民人均GDP(元/人）、人均可支配收入（元/人）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重（%）、出口總額占GDP比重（%）、全社會勞動生產(chǎn)率(GDP/從業(yè)人員總數(shù)）指標[13]，分別代表系統(tǒng)的經(jīng)濟實力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及綜合效益三個方面特征.具體指標如表1所示.

表1 長三角多機場復合系統(tǒng)序參量評價指標體系Table1 Index of the Yangtze River Delta multi-airportcomposite system order parameter

3.2 數(shù)據(jù)來源和標準化處理

本研究所用經(jīng)濟子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《江蘇省統(tǒng)計年鑒》（2011）、《浙江省統(tǒng)計年鑒》（2011）、《上海市統(tǒng)計年鑒》（2011），多機場子系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源于《從統(tǒng)計看民航》（2011），以及各機場年報統(tǒng)計資料.為消除量綱因素影響，對收集數(shù)據(jù)進行標準化處理，處理后的原始數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 長三角多機場復合系統(tǒng)序參量評價指標標準化值Table2 The Yangtze River Delta multi-airport composite system standardized values of order parameter index

3.3 指標權(quán)重確定及子系統(tǒng)有序度的計算

根據(jù)式（5）-式（7）的熵值賦權(quán)法計算得出各個序參量指標的權(quán)重，見表1.在此基礎(chǔ)上，由式（1）-式（4），計算得出長三角多機場子系統(tǒng)和經(jīng)濟子系統(tǒng)的有序度，計算結(jié)果如表3所示.

3.4 系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價結(jié)果與分析

利用公式計算得出子系統(tǒng)間耦合度（Q）、協(xié)調(diào)度（C）、綜合發(fā)展水平指數(shù)（D）和復合系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度（Z），計算結(jié)果如表3所示.

表3 長三角多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度Table3 The Yangtze River Delta multi-airport composite system coupling coordinated development degree

圖1 耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度與協(xié)調(diào)度、耦合度和綜合發(fā)展指數(shù)統(tǒng)計圖Fig.1 Statistical graph of coupled coordination-development degree,coordinated degree and integrated development index

圖2 耦合協(xié)調(diào)度關(guān)系類型聚類分析結(jié)果譜系圖Fig.2 Dendrogram of cluster analysis of coupled coordination-development degree

由表3可知，上海機場的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度最高，其次為杭州機場和南京機場，機場子系統(tǒng)與經(jīng)濟子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度相對較優(yōu)，鹽城機場、衢州機場和連云港機場處于排名的最后三位，復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度相對最差.同時，區(qū)域多機場復合系統(tǒng)的耦合度、協(xié)調(diào)度及綜合發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)出相似的波動趨勢，說明系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度與子系統(tǒng)間的耦合度、協(xié)調(diào)度及綜合發(fā)展指數(shù)存在極強的關(guān)聯(lián)性（見圖1）.

為更好地對評價結(jié)果進行分析，本研究利用SPSS軟件對表3數(shù)據(jù)進行了聚類分析.聚類分析可以在沒有先驗知識的情況下按照系統(tǒng)性質(zhì)間的親疏程度進行自動分類，而避免既有研究中對于不同等級的設(shè)定閾值多數(shù)依靠經(jīng)驗判斷值的弊端.分析結(jié)果如圖2所示.

由圖2可以看出：

（1）長三角區(qū)域多機場復合系統(tǒng)關(guān)系類型可以分為4類：第一類為耦合協(xié)調(diào)發(fā)展相對最優(yōu)類（Z=1.0），僅有上海機場，屬于國家級門戶樞紐機場；第二類為耦合協(xié)調(diào)發(fā)展相對較優(yōu)類（0.7≤Z< 1.0），包括南京機場和杭州機場，屬于區(qū)域大型樞紐機場；第三類為耦合協(xié)調(diào)發(fā)展較高類（0.4≤Z< 0.7），包括：南通機場等9個機場，屬于區(qū)域中型機場，第四類為耦合協(xié)調(diào)發(fā)展較低類（0

（2）耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展較高類以上的機場共有12個，占長三角區(qū)域機場總量（16個）的75%.大部分機場與經(jīng)濟的發(fā)展處于耦合協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)，機場和經(jīng)濟發(fā)展處于合理規(guī)模，但仍然存在1/4的機場與經(jīng)濟發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度較低，這些機場主要是區(qū)域小型機場，其單跑道飛行架次、單位吞吐量收入等機場系統(tǒng)指標及反映經(jīng)濟實力的城鎮(zhèn)居民可支配收入等指標都較低.

（3）機場規(guī)模等級越高，其與經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度越好；同時，經(jīng)濟發(fā)展水平較好的地區(qū)，機場與經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度（Z）越高，反之Z值越低，經(jīng)濟發(fā)展水平也越低，Z的發(fā)展變化同經(jīng)濟發(fā)展水平關(guān)系較大.

4 研究結(jié)論

本文在對協(xié)調(diào)度發(fā)展機理的解析基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)耦合度、協(xié)調(diào)度和綜合發(fā)展指數(shù)三個方面入手，構(gòu)建了多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度評價模型，并運用長三角16個機場與經(jīng)濟的數(shù)據(jù)進行了協(xié)調(diào)性評價和分析.實例研究表明：

（1）長三角多機場復合系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度與子系統(tǒng)間的耦合度、協(xié)調(diào)度及綜合發(fā)展指數(shù)存在極強的關(guān)聯(lián)性；

（2）聚類分析結(jié)果表明，區(qū)域大部分機場與經(jīng)濟的發(fā)展處于耦合協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)，機場和經(jīng)濟發(fā)展處于合理規(guī)模；

（3）長三角多機場復合系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度存在著明顯的等級差別，大型綜合樞紐機場普遍高于中小型機場系統(tǒng)；

（4）經(jīng)濟發(fā)展水平的高低是影響區(qū)域多機場復合系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度的重要因素，要改變目前中小型機場與經(jīng)濟子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度較低的現(xiàn)狀，重點任務(wù)是采取有效措施大力提高地方的經(jīng)濟發(fā)展水平，擴大地方航空運輸市場需求，而不是單純地增加機場的設(shè)施供給能力，以有助于實現(xiàn)機場與區(qū)域經(jīng)濟良性、可持續(xù)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展.

綜合分析，本研究構(gòu)建的評價模型可以從多角度分析機場與經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的特征，更全面地反映復合系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)，具有較好的可靠性和適應性，能夠為此類復合系統(tǒng)的分析和評價研究提供有益借鑒.

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Evaluation of Coupling Coordinated Development Degree of Multiple Airport Composite System in the Yangtze River Delta

CHEN Xin1,2,WANG Hai-yan1,LI Jun-hui3,GAO Qiang3
(1.School of Management Science&Engineering,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210046,China; 2.Transportation College,Southeast University,Nanjing 210096,China; 3．College of CivilAviation,Nanjing University ofAeronautics andAstronautics,Nanjing 210016,China)

Most airports serious loss and stressed waste of facility resources and other issues lead to the controversy of whether the Yangtze River Delta airport construction density is too high.Based on this background,this paper analyzes the mechanism of system coordinated development,after constructing the degree of coupling,coordination degree and integrated development index model,composite system coupling coordinated development degree evaluation model is investigated with the Yangtze River Delta multi-airport and economic system as case study.The results show that a high degree of coordinated development of airports accounted for 75%,coupled with airports there is a strong correlation between coordinated development degree and airport scale.The airport with higher size has better coordination with economic development. Large-scale integrated hub airports is generally higher than the small airports.The level of economic development is an important factor affecting the degree of coupling coordinated development,the better the level of regional economic development,the airport and the economy more coordinated development degree coupling high.The region of better economic development level has higher coupling coordinated development degree between airport and economy.

air transportation;composite systems;coupling coordinated development degree model;multiairport system;cluster analysis

10,09-6744（2014）03-0214-07

U-9

A

2013-11-08

2014-01-15錄用日期：2014-02-14

國家自然科學基金項目（71103034）；江蘇省自然科學基金項目（BK2011084）；江蘇省交通科研計劃項目（KY2011005）.

陳欣（1979-），男，山東青島人，副教授，博士.*通訊作者：njuechx@163.com