基于D-S證據(jù)理論的生態(tài)型港口建設(shè)水平評(píng)價(jià)

殷　月，張慶年

（武漢理工大學(xué)　交通學(xué)院，湖北　武漢　430063）

基于D-S證據(jù)理論的生態(tài)型港口建設(shè)水平評(píng)價(jià)

殷月，張慶年

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，湖北武漢430063）

生態(tài)型港口是未來(lái)港口的發(fā)展方向，對(duì)其評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的不確定性多目標(biāo)決策問(wèn)題，在評(píng)價(jià)過(guò)程中往往含有大量不確定性因素。針對(duì)我國(guó)生態(tài)型港口建設(shè)水平參差不齊的問(wèn)題，參考《綠色港口等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，加入經(jīng)濟(jì)與資源兩大類(lèi)指標(biāo)，建立生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用D-S證據(jù)理論的評(píng)價(jià)方法研究生態(tài)型港口建設(shè)水平問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不確定性信息進(jìn)行融合將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定性問(wèn)題。結(jié)合Z港進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)果表明，運(yùn)用D-S證據(jù)理論進(jìn)行生態(tài)型港口評(píng)價(jià)可行、合理、有效，為綜合評(píng)價(jià)生態(tài)型港口建設(shè)水平提供了一種新的思路和操作方法。

生態(tài)型港口；證據(jù)理論；建設(shè)水平

1　引言

生態(tài)型港口目前仍沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)定義，較為普遍的說(shuō)法是生態(tài)型港口是指既能滿(mǎn)足環(huán)境要求又能實(shí)現(xiàn)良好經(jīng)濟(jì)效益的港口。對(duì)于生態(tài)型港口評(píng)價(jià)，一方面符合國(guó)家宏觀政策背景要求，有利于建成“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)，為“中國(guó)夢(mèng)”的實(shí)現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)；另一方面為港口建設(shè)指明方向，促進(jìn)港口從粗獷式的外放型擴(kuò)張向集約式的內(nèi)涵型管理轉(zhuǎn)變。無(wú)論是從國(guó)家的宏觀政策層面還是港口自身的發(fā)展前景來(lái)看，建設(shè)生態(tài)型港口是港口唯一的發(fā)展方向。因此，科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)型港口的建設(shè)對(duì)于建設(shè)兩型社會(huì)，明確生態(tài)型港口建設(shè)重點(diǎn)都具有重要意義。

本文首次運(yùn)用D-S證據(jù)理論對(duì)生態(tài)型港口建設(shè)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)各位專(zhuān)家對(duì)三級(jí)指標(biāo)的基本概率分配進(jìn)行賦值，得到各指標(biāo)的初始置信度，進(jìn)而運(yùn)用證據(jù)合成規(guī)則將各證據(jù)合成，最終得到各一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

2　研究方法概述

不少學(xué)者對(duì)生態(tài)型港口都有所研究，劉芳［1］將正態(tài)云模型引入生態(tài)型港口的評(píng)價(jià)；楊海星［2］運(yùn)用Bossel模型對(duì)生態(tài)型港口進(jìn)行評(píng)價(jià)；喬紅［3］結(jié)合DPSRC模型和價(jià)值模型確定生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用AHP結(jié)合三角白化權(quán)函數(shù)灰色評(píng)估法建立評(píng)價(jià)模型；邵超峰［4］基于DPSIR模型建立了生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等。以上研究均為豐富和明確生態(tài)型港口的內(nèi)涵做出了相應(yīng)貢獻(xiàn)，為生態(tài)型港口的研究奠定了良好的基礎(chǔ)，但同時(shí)也存在著一些不足之處，比如很多都只提出了概念模型，未用具體的評(píng)價(jià)方法對(duì)其進(jìn)行定量分析。

同傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法相比，D-S證據(jù)理論［5］的獨(dú)特之處就是擺脫了對(duì)先驗(yàn)信息的依賴(lài)，可以將不完整或者不確定的信息經(jīng)過(guò)信息推理融合轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的證據(jù)，得到對(duì)各結(jié)論或方案的支持程度。其運(yùn)用簡(jiǎn)便靈活，操作性強(qiáng)。其原理即是構(gòu)造識(shí)別框架及基本概率分配函數(shù)，結(jié)合證據(jù)合成規(guī)則及遞歸算法進(jìn)行多次運(yùn)算。其優(yōu)勢(shì)即為在信息不完整的情況下，可以利用證據(jù)融合的結(jié)果做出合理的評(píng)估決策。

3　生態(tài)型港口內(nèi)涵

交通運(yùn)輸部發(fā)布的《綠色港口等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》［6］中對(duì)綠色港口的定義：在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，秉承資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)理念，積極履行社會(huì)責(zé)任，綜合采取有利于節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境和生態(tài)、應(yīng)對(duì)氣候變化的技術(shù)和管理措施，達(dá)到了相應(yīng)綠色等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的港口及碼頭。本文認(rèn)為生態(tài)型港口的建設(shè)一般分為三個(gè)階段，即低碳港口—綠色港口—生態(tài)港口。所謂低碳港口，是指港口注重資源的節(jié)約利用，加強(qiáng)節(jié)能減排技術(shù)的投入使用，減少能源消耗，降低碳排放；綠色港口是在低碳港口的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)港區(qū)環(huán)境的治理，控制污染物的排放，減少粉塵、噪音等污染；生態(tài)港口即是在綠色港口的基礎(chǔ)上，注重港區(qū)的生態(tài)修復(fù)，注重港區(qū)與周?chē)h(huán)境的和諧發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自然—港口—經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展。生態(tài)港的概念應(yīng)該是：在港口生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中貫徹清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、控制污染、安全運(yùn)營(yíng)等環(huán)保理念，注重資源節(jié)約，開(kāi)發(fā)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高職工環(huán)保意識(shí)，健全企業(yè)環(huán)保制度，從而保證港口經(jīng)濟(jì)高效，實(shí)現(xiàn)自然—港口—經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展。

4　生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

正所謂經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定上層建筑，港口企業(yè)一切生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的前提條件是經(jīng)濟(jì)保障。例如基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)與采購(gòu)、先進(jìn)生產(chǎn)工藝的引進(jìn)、節(jié)能產(chǎn)品的投入等都離不開(kāi)經(jīng)濟(jì)支撐。因此，在生態(tài)型港口評(píng)價(jià)研究中，對(duì)港口經(jīng)濟(jì)效益的考核必不可少。眾所周知，為構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，需要節(jié)能減排，控制能源消耗，港口岸線、堆場(chǎng)等不可再生的寶貴土地資源的利用應(yīng)納入指標(biāo)體系之中。在交通部頒布的《綠色港口等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》基礎(chǔ)上，本文在評(píng)價(jià)指標(biāo)方面加入了經(jīng)濟(jì)和資源兩大類(lèi)，具體的指標(biāo)見(jiàn)表1。

5　D-S證據(jù)理論評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

5.1D-S證據(jù)理論［7］模型參數(shù)選取

某一事件出現(xiàn)的所有可能的集合為識(shí)別框架。

（1）基本概率分配?；靖怕史峙洌˙asic Probability Assignment），簡(jiǎn)稱(chēng)BPA，在識(shí)別框架上的BPA是一個(gè)2Θ→［0，1］的函數(shù)m，稱(chēng)為mass函數(shù)，滿(mǎn)足：

其中，使得m（A）＞0的A稱(chēng)為焦元（Focal Elements）。

（2）Dempster合成規(guī)則。本文采用最大信任函數(shù)法來(lái)進(jìn)行證據(jù)合成，即對(duì)于?A?Θ，Θ上的任意兩個(gè)mass函數(shù)m1，m2的Dempster合成規(guī)則如下：

其中K為歸一化常數(shù)。

5.2D-S證據(jù)理論評(píng)價(jià)模型建立

（1）確定評(píng)價(jià)因素集。因素集即為生態(tài)型港口評(píng)價(jià)體系，在進(jìn)行證據(jù)融合時(shí)，需要將各證據(jù)（指標(biāo)）轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的描述形式。

（2）確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重［8］。

（3）確定評(píng)估初始值。針對(duì)生態(tài)型港口建設(shè)評(píng)價(jià)問(wèn)題，設(shè)辨識(shí)框架為，且每個(gè)指標(biāo)都能用相同的辨識(shí)框架來(lái)表示，本文取N=4，即設(shè)辨識(shí)框架對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值V=｛優(yōu)，良，中，差｝。設(shè)每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)θn的似真函數(shù)為0.6，0.4，0.2｝。假設(shè)有r位專(zhuān)家是信息來(lái)源，專(zhuān)家可用集合EL=｛E1，E2，...，Er｝表示，每位專(zhuān)家分別給出某生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的三級(jí)指標(biāo)在評(píng)價(jià)等級(jí)上的置信度，記為滿(mǎn)足建立關(guān)于置信度的矩陣。βji（θn）表示三級(jí)指標(biāo)Bji在評(píng)價(jià)中屬于評(píng)價(jià)等級(jí)θn的置信度。由于r位專(zhuān)家水平存在差異性，所以對(duì)各位專(zhuān)家賦予不同的權(quán)重。設(shè)專(zhuān)家EL的權(quán)重為λL（L=1，2，...，r），滿(mǎn)足

表1　生態(tài)港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（4）構(gòu)建mass函數(shù)。根據(jù)置信度βji（θn）和各三級(jí)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重Wji的數(shù)據(jù)，計(jì)算各三級(jí)指標(biāo)關(guān)于各專(zhuān)家的mass函數(shù)mL（θn/Bji），L=1，2，...，r；i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，...，m。設(shè)指標(biāo)中權(quán)重最大的為關(guān)鍵指標(biāo)，其他的為非關(guān)鍵指標(biāo)。設(shè)關(guān)鍵指標(biāo)為Bki，構(gòu)造mass函數(shù)：

式（6）中α為折扣率，表示關(guān)鍵指標(biāo)Bki的重要程度，α→（0，1］，本文取α=0.8。mL（θn/Bki）表示該關(guān)鍵指標(biāo)支持上一級(jí)指標(biāo)的程度，表示該關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)上一級(jí)指標(biāo)支持度的不確定程度。

設(shè)非關(guān)鍵指標(biāo)為Bfi，其mass函數(shù)為：

（5）證據(jù)合成運(yùn)算。首先，根據(jù)Dempster規(guī)則將三級(jí)指標(biāo)的概率分派通過(guò)證據(jù)推理的遞推算法合成為二級(jí)指標(biāo)的概率分配，各位專(zhuān)家關(guān)于指標(biāo)Ai的mass函數(shù)定義初始值：

采用上述方法逐級(jí)合成，最后得到頂級(jí)指標(biāo)A的基本可信度分配。二級(jí)指標(biāo)證據(jù)合成的結(jié)果即為該生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)在Θ=｛θ1，θ2，θ3，θ4｝上的綜合概率分配函數(shù)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以表示為：

U（A）表示綜合評(píng)價(jià)結(jié)果S（A）在辨識(shí)框架Θ下的綜合評(píng)價(jià)值，滿(mǎn)足如下運(yùn)算：

6　模型實(shí)例驗(yàn)證

為驗(yàn)證以上模型的合理性及實(shí)用性，本文以Z港為例進(jìn)行實(shí)證分析。

（1）指標(biāo)權(quán)重的確定。對(duì)于《綠色港口等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中給出的指標(biāo)及其權(quán)重，本文直接借鑒、采用，新加指標(biāo)權(quán)重，本文采取層次分析法進(jìn)行確定。最終得到各指標(biāo)的權(quán)重見(jiàn)表2-表4。

表2　一級(jí)指標(biāo)權(quán)重表

表3　二級(jí)指標(biāo)權(quán)重表

表4　三級(jí)指標(biāo)權(quán)重表

（2）證據(jù)合成。由三位專(zhuān)家根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)及前期收集Z港的相關(guān)資料對(duì)三級(jí)指標(biāo)置信度進(jìn)行賦值。根據(jù)各位專(zhuān)家學(xué)術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)水平、行業(yè)影響度等狀況，對(duì)各專(zhuān)家賦予權(quán)重，E1=0.4，E2=0.3，E3=0.3。

根據(jù)三級(jí)指標(biāo)各指標(biāo)權(quán)重不同，根據(jù)式（6）-（11）對(duì)各位專(zhuān)家評(píng)價(jià)情況進(jìn)行第一次證據(jù)合成，得到各位專(zhuān)家對(duì)各二級(jí)指標(biāo)的置信度，結(jié)果見(jiàn)表5-表7。

表5　第一次證據(jù)合成（專(zhuān)家一）

表6　第一次證據(jù)合成（專(zhuān)家二）

根據(jù)各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重不同，繼續(xù)對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行證據(jù)合成，得到第二次證據(jù)合成結(jié)果，即各專(zhuān)家對(duì)一級(jí)指標(biāo)在各評(píng)價(jià)等級(jí)上的置信度，見(jiàn)表8。

由于各位專(zhuān)家所占權(quán)重不同，進(jìn)行第三次證據(jù)合成，得到基于專(zhuān)家權(quán)重的各一級(jí)指標(biāo)置信度，結(jié)果見(jiàn)表9。

通過(guò)對(duì)各一級(jí)指標(biāo)的證據(jù)合成，得到最終綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表10。

表7　第一次證據(jù)合成（專(zhuān)家三）

表8　第二次證據(jù)合成結(jié)果

表9　第三次證據(jù)合成結(jié)果

表10　第四次證據(jù)合成結(jié)果

根據(jù)式（12）-（16），計(jì)算各一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)情況，見(jiàn)表11。

表11　一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

由上述結(jié)果可以看出，Z港生態(tài)型港口建設(shè)S（A）= 0.771，即Z港生態(tài)型港口建設(shè)水平目前處于良好階段。從各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，U（A1）=0.727、U（A3）= 0.753、U（A4）=0.724、U（A5）=0.696，均超過(guò)了0.6，表明Z港在經(jīng)濟(jì)、理念、行動(dòng)和管理方面均已達(dá)到良好水平，而U（A2）=0.556、U（A6）=0.579都介于0.4和0.6之間，表明Z港在資源利用和效果方面均接近于良好，目前仍有很大的發(fā)展空間，需重點(diǎn)加強(qiáng)資源利用方面的建設(shè)，提高資源利用率。

7　結(jié)語(yǔ)

D-S證據(jù)理論為綜合評(píng)價(jià)生態(tài)型港口建設(shè)水平提供了一種新的思路和操作方法。D-S證據(jù)理論較其他評(píng)價(jià)方法具有操作性強(qiáng)、便于理解等特點(diǎn)，符合“證據(jù)匯集”涵義，不需知道已知命題的先驗(yàn)信息。

本文通過(guò)建立生態(tài)型港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出運(yùn)用D-S證據(jù)理論對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，并借助matlab編程對(duì)具體港口進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)果表明基于D-S證據(jù)理論進(jìn)行生態(tài)型港口評(píng)價(jià)的方法在實(shí)際應(yīng)用中合理可行。

［1］劉芳.基于云模型的生態(tài)港口評(píng)價(jià)研究［D］.大連∶大連海事大學(xué)，2014.

［2］楊海星.生態(tài)型港口建設(shè)評(píng)價(jià)研究［D］.大連∶大連海事大學(xué)，2011.

［3］喬紅.生態(tài)型港口評(píng)價(jià)體系研究［D］.大連∶大連海事大學(xué)，2012.

［4］邵超峰，鞠美庭，何迎，等.基于DPSIR模型的生態(tài)港口指標(biāo)體系研究［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，2009，（3）∶333-337.

［5］周美春，錢(qián)新.證據(jù)推理法在戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2008，28（11）∶1 042-1 046.

［6］交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院.綠色港口等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京∶人民交通出版社，2013.

［7］丁勇，梁昌勇.基于D-S證據(jù)理論的多水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度方案評(píng)價(jià)［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2007，（4）.

［8］鄧雪，李家銘，曾浩健.層次分析法權(quán)重計(jì)算分析及其應(yīng)用研究［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，（7）.

Study on Construction Level Evaluation of Ecological Ports Based on D-S Evidence Theory

Yin Yue，Zhang Qingnian
（School of Transportation， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China）

The ecological port is a trend for the port industry in the future， whose evaluation is a typical uncertain multi- objectivedecision- making process， wherein are a multitude of uncertain factors. In this paper， in view of the gap in the construction level of theecological ports in China， we introduced in the economic and resources index by reference to the Green Port Grading and EvaluationStandard， built the ecological port evaluation index system， used the D- S evidence methodology to evaluate the construction level of theecological ports， and converted the problem into a deterministic one by integrating the uncertain information. Next， in the empirical case ofthe port Z， we proved the feasibility and validity of the D-S evidence theory in this respect.

ecological port； evidence theory； construction level

F552；F205；F224

A

1005-152X（2016）03-0050-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.03.013

2016-02-05

殷月（1993-），女，湖北孝感人，研究生在讀，主要研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理；張慶年（1957-），男，浙江寧波人，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：城市公共交通組織與管理、交通運(yùn)輸規(guī)劃、交通運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化與決策、交通運(yùn)輸安全管理等。