基于ENTROPY-TOPSIS法的多式聯(lián)運(yùn)方案研究

劉基良，劉名武，盧 旭

（1.西南民族大學(xué) 預(yù)科教育學(xué)院，四川 成都 610041；2.重慶交通大學(xué) 管理學(xué)院，重慶 400074）

1 引言

多式聯(lián)運(yùn)具有其他運(yùn)輸組織形式無(wú)可比擬的優(yōu)越性，已在我國(guó)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。由于多節(jié)點(diǎn)、多運(yùn)輸方式以及多路徑組合方案眾多，如何進(jìn)行運(yùn)輸方式與運(yùn)輸路線選擇，成為多式聯(lián)運(yùn)研究的主要問(wèn)題。

多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式、運(yùn)輸路線的選擇已有不少成果。蘇印等[1]把運(yùn)輸費(fèi)用、運(yùn)輸時(shí)間以及運(yùn)輸質(zhì)量作為多式聯(lián)運(yùn)最關(guān)鍵的三個(gè)因素，并運(yùn)用層次分析法來(lái)選擇多式聯(lián)運(yùn)的線路。賀竹罄等[2]結(jié)合多種運(yùn)輸方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，以運(yùn)輸費(fèi)用最小化為目的，建立了多式聯(lián)運(yùn)方式選擇的整數(shù)規(guī)劃模型。劉艦等[3]運(yùn)用圖論技術(shù)構(gòu)建基于多種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，并提出基于克隆增廣的人工免疫求解算法。康凱等[4]采用主從混合智能啟發(fā)式方法，構(gòu)建運(yùn)輸方式和運(yùn)輸路徑優(yōu)化集成模型，解決了運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點(diǎn)、多方式、多路徑的集成優(yōu)化問(wèn)題。本文則構(gòu)建了基于ENTROPY-TOPSIS法的多式聯(lián)運(yùn)方案選擇模型，解決權(quán)重分配和最優(yōu)方案選擇問(wèn)題，提供一種新的多式聯(lián)運(yùn)方案選擇方法。

2 多式聯(lián)運(yùn)方案選擇指標(biāo)體系構(gòu)建

多式聯(lián)運(yùn)方案選擇受到多種因素的影響，本文考慮以下因素：

（1）運(yùn)輸成本。運(yùn)輸成本是指貨物在途運(yùn)費(fèi)加上提供額外服務(wù)的所有附加費(fèi)用。它對(duì)運(yùn)輸方式與運(yùn)輸路徑的選擇起決定性作用。在考察運(yùn)輸成本時(shí)，要依據(jù)總成本的概念，綜合考慮運(yùn)費(fèi)、中轉(zhuǎn)費(fèi)、裝卸費(fèi)以及倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)等。

（2）運(yùn)輸時(shí)間。運(yùn)輸時(shí)間是指貨物從起點(diǎn)運(yùn)輸?shù)接欬c(diǎn)所耗費(fèi)的平均時(shí)間。它不僅包括各段的運(yùn)輸時(shí)間，還包括中轉(zhuǎn)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)時(shí)間以及必要的倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間。

（3）可靠性。運(yùn)輸?shù)目煽啃允侵覆捎猛N運(yùn)輸方式下多次運(yùn)輸出現(xiàn)的時(shí)間變化。因?yàn)樘鞖?、交通情況以及中途經(jīng)停次數(shù)等的不同，即使是起訖點(diǎn)相同、運(yùn)輸方式與路線相同的每一次運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間也不一定相同，一般用平均運(yùn)輸時(shí)間的方差或者標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)衡量運(yùn)輸服務(wù)的穩(wěn)定性。

（4）安全性。安全性主要是指貨物在運(yùn)輸途中有沒(méi)有損壞或者滅失。在運(yùn)輸途中，由于天氣、路況以及海浪等不可抗力會(huì)使得貨物或多或少的遭受損壞。不同運(yùn)輸方式和路徑對(duì)所載貨物的安全性影響也不同，可以用所承載貨物的損壞率來(lái)衡量運(yùn)輸方式的安全性。

（5）碳排放量。主要包括在運(yùn)輸過(guò)程、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程以及裝卸過(guò)程中的碳排放當(dāng)量。本文選取易量化的碳排放量來(lái)反映運(yùn)輸方式與路徑的選擇對(duì)大氣的污染程度。

3 基于ENTROPY-TOPSIS法的評(píng)價(jià)模型

3.1 應(yīng)用ENTROPY確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

基于信息論的ENTROPY 法，在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，通過(guò)各指標(biāo)傳輸給決策者的信息量大小來(lái)決定，從而確定分布規(guī)律以及變化范圍。假設(shè)m個(gè)備選運(yùn)輸方案的n個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)值為xij，i為備選方案，j為第j項(xiàng)指標(biāo)，建立初始矩陣：

對(duì)決策矩陣A進(jìn)行規(guī)范化處理：

利用信息熵計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)。熵是物理學(xué)上的概念，在信息理論中用概率來(lái)衡量信息的不確定性。信息熵越大說(shuō)明數(shù)據(jù)的分布越分散，不確定性越大。設(shè)第j個(gè)指標(biāo)的信息熵為：

第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)dj定義為：

若為深部地?zé)嵘嫌颗c臨近斷層活動(dòng)引起的，那么井水溫度應(yīng)該為漸變型上升，與本次異常情況不符，因此排除此種可能性。

對(duì)dj進(jìn)行歸一化處理，獲得評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重：

3.2 應(yīng)用TOPSIS模型對(duì)方案進(jìn)行排序

TOPSIS 法是Hwang 和Yoon 在1981 年提出來(lái)的有效多屬性決策方法。這種方法的基本原理是被選方案應(yīng)該距離理想解最近同時(shí)又遠(yuǎn)離負(fù)理想解。假設(shè)每一屬性是單調(diào)的，可以將偏好轉(zhuǎn)化成歐式距離加以計(jì)算與衡量，經(jīng)過(guò)綜合比較選擇最佳方案。

由歸一化矩陣R與各指標(biāo)的熵權(quán)wj相乘得到加權(quán)評(píng)價(jià)值矩陣：

確定理想解S+和負(fù)理想解S-：

其中，Z+為效益型的指標(biāo)，Z-為成本型的指標(biāo)。分別計(jì)算各方案到理想解和負(fù)理想解的歐式距離：

分別計(jì)算各方案與理想解的相對(duì)接近度：

依據(jù)ηi(0 ≤ηi≤1)的值對(duì)各運(yùn)輸方案進(jìn)行排序。

4 算例分析

算例1：以1t 貨物從四川達(dá)州經(jīng)由重慶萬(wàn)州運(yùn)往上海為例，可行的運(yùn)輸方案有四種：公水聯(lián)運(yùn)、鐵水聯(lián)運(yùn)、公路直達(dá)以及鐵路直達(dá)。原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。采用本文提出的評(píng)價(jià)模型與方法對(duì)它們進(jìn)行評(píng)價(jià)與選擇。

表1 1t貨物從達(dá)州到上海的相關(guān)數(shù)據(jù)（以萬(wàn)州為節(jié)點(diǎn)）

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，使用ENTROPY 法確定各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 指標(biāo)信息熵值、熵權(quán)以及標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重

然后對(duì)歸一化的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理，并將破損率歸為效益型指標(biāo)，運(yùn)輸費(fèi)用、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間變化率歸為成本型指標(biāo)，則S+={0 .008 7,0.010 4,0.000 8,0.011 6,0.023 4} ，S-={0.209 9,0.032 5,0.001 1,0.006 1,0.409 2}。再計(jì)算各方案與理想解的相對(duì)接近度，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 貨物從達(dá)州到上海（以萬(wàn)州為節(jié)點(diǎn)）運(yùn)輸方式評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可以看出1t貨物從四川達(dá)州運(yùn)往上海，其中鐵水聯(lián)運(yùn)的方案最優(yōu)，其次是公水聯(lián)運(yùn)以及鐵路直達(dá)，公路直達(dá)的方案最差。

算例2：以1t 貨物從四川成都運(yùn)往上海為例，其運(yùn)輸路線有多種，可供選擇的路線如圖1所示。

圖1 成都到上海可選擇的路線

為了后續(xù)討論的方便，表4列出了所有的可行運(yùn)輸方案。值得注意的是，由于算例1已經(jīng)對(duì)達(dá)州到上海段進(jìn)行了討論，得出公路直達(dá)方式與其它三種相差甚遠(yuǎn)，故本算例沒(méi)有考慮達(dá)州經(jīng)萬(wàn)州到上海的公路直達(dá)運(yùn)輸方案。

表4 1t貨物從成都到上海的運(yùn)輸方案

各運(yùn)輸方案的原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 1t貨物從成都到上海各方案原始數(shù)據(jù)

按照ENTROPY法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 相關(guān)指標(biāo)的信息熵值、熵權(quán)以及標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重

類似算例1，得到理想解S+和S-分別為：S+={0 .002 3,0.004 9,0.002 9,0.003 2,0.005 4} ，S-={0.016 7,0.0137,0.013 7,0.001 6,0.095 2}。計(jì)算各方案與理想解的貼近度，從而得各方案的排名，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 1t貨物從成都到上海各方案綜合排名

從表7可以發(fā)現(xiàn)：1t貨物從成都運(yùn)往上海排名前三的運(yùn)輸方式分別是：（1）鐵路直達(dá)經(jīng)由達(dá)州運(yùn)到上海；（2）鐵路直達(dá)經(jīng)由重慶運(yùn)到上海；（3）先由鐵路經(jīng)過(guò)達(dá)州運(yùn)到萬(wàn)州，再?gòu)娜f(wàn)州走水路運(yùn)到上海。

一般來(lái)說(shuō)，大宗貨物運(yùn)輸由于地質(zhì)以及裝載量的限制，使得長(zhǎng)距離的貨物運(yùn)輸選擇公路直達(dá)這種運(yùn)輸方式就不是太方便。從表7中不難發(fā)現(xiàn)公路直達(dá)的運(yùn)輸方式基本都排在了最后，而排在靠前的運(yùn)輸方案中只有短距離運(yùn)輸（如方案6從成都到重慶以及方案16從達(dá)州到萬(wàn)州）才選擇了公路運(yùn)輸。另外像成都到上海大宗貨物長(zhǎng)距離運(yùn)輸大多以鐵路為主，可以在不同的節(jié)點(diǎn)裝載該地的豐富資源運(yùn)往東部沿海城市。還有一個(gè)值得關(guān)注的是方案15，從萬(wàn)州通過(guò)水路運(yùn)往上海，正好契合依托黃金水道建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展要點(diǎn)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式和運(yùn)輸路徑的組合選擇問(wèn)題。首先，構(gòu)建指標(biāo)體系，融入了運(yùn)輸?shù)目煽啃砸约疤寂欧帕績(jī)身?xiàng)指標(biāo)，使得指標(biāo)體系更加符合低碳運(yùn)輸?shù)囊?。然后，采用ENTROPY-TOPSIS法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重以及對(duì)不同的運(yùn)輸方案進(jìn)行排序，一定程度上克服了以往方法中主觀性強(qiáng)的缺陷。最后，算例表明本文提出的方法有效且得出的結(jié)果比較滿意。

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