基于耦合協(xié)調模型的經濟與機場兩系統(tǒng)評價

魏 然，吳向悅

（中國民航大學經濟與管理學院，天津 300300）

區(qū)域機場是機場與區(qū)域對外開放的窗口，也是區(qū)域經濟實現(xiàn)快速發(fā)展的引擎。因此，一個地區(qū)的經濟和機場互動融合發(fā)展逐步成為提升該地區(qū)競爭力的重要途徑和發(fā)展方向。通過耦合協(xié)調理論構建經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)協(xié)調度評價模型，對天津市經濟發(fā)展進行全方位分析，有助于促進兩系統(tǒng)良好互動發(fā)展，提升天津市整體競爭力。

在國內外學者的研究中，單獨對耦合理論和協(xié)調理論的研究比較多，而對于耦合協(xié)調理論的研究相對較少。耦合協(xié)調理論主要研究兩系統(tǒng)的緊密關系和均衡發(fā)展程度，應用領域較多，其中多集中在經濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)、城市化系統(tǒng)及產業(yè)集群與科技創(chuàng)新、人口結構之間的研究。

在經濟系統(tǒng)中：韓瑞玲等[1]證明了沈陽經濟區(qū)經濟系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調程度較好；朱堅真[2]證明深圳港口經濟與城市經濟兩大系統(tǒng)的耦合程度趨向轉好；蔣天穎等[3]對長江三角洲區(qū)域創(chuàng)新與經濟增長的耦合協(xié)調度進行研究，認為長江三角洲區(qū)域創(chuàng)新與經濟增長耦合協(xié)調度呈現(xiàn)集聚態(tài)勢；許麗萍等[4]對絲綢之路經濟帶物流業(yè)與區(qū)域經濟進行分析，發(fā)現(xiàn)兩系統(tǒng)耦合協(xié)調性水平低、區(qū)域差異大；楊武等[5]利用耦合協(xié)調度模型對中國科技創(chuàng)新與經濟發(fā)展進行研究，科技創(chuàng)新與經濟增長的協(xié)同發(fā)展對經濟產出具有重要的推動作用。

從現(xiàn)有研究成果來看，對于經濟系統(tǒng)與機場系統(tǒng)耦合協(xié)調發(fā)展的研究比較少，僅有陳欣等[6]對長三角區(qū)域多機場系統(tǒng)和經濟系統(tǒng)進行了耦合分析，發(fā)現(xiàn)耦合協(xié)調發(fā)展度與機場等級存在較強的正關聯(lián)。由于其研究對象為長三角區(qū)域所有機場，并對年度數(shù)據(jù)進行分析，比較了各機場與當?shù)亟洕g的耦合協(xié)調程度，但對于獨立機場與所在區(qū)域經濟耦合協(xié)調的研究，參考價值不大。研究以耦合理論為基礎，構造了系統(tǒng)間的耦合協(xié)調度評價模型，并分析評價天津市10年間機場系統(tǒng)和經濟系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的耦合協(xié)調度，得出結論并給出相應建議。

1 耦合協(xié)調度評價模型

耦合在物理學中是指兩個或兩個以上電路元件或電網絡的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互作用，并通過相互作用從一側向另一側傳輸能量的現(xiàn)象。耦合度是衡量耦合的兩個電路元件系統(tǒng)之間緊密程度的物理量。協(xié)調是指為了完成計劃并實現(xiàn)目標，對各系統(tǒng)進行調節(jié)，使之同步、協(xié)調發(fā)展。協(xié)調度是指衡量系統(tǒng)或系統(tǒng)內部要素之間在發(fā)展過程中彼此和諧一致的程度，體現(xiàn)了系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢。耦合協(xié)調是指相互作用的兩系統(tǒng)緊密、均衡發(fā)展。耦合協(xié)調度用于衡量相互作用的系統(tǒng)之間耦合與協(xié)調綜合的程度。借鑒耦合、協(xié)調定義研究區(qū)域內經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)耦合協(xié)調發(fā)展，并通過構建系統(tǒng)的耦合度、協(xié)調度、耦合協(xié)調度評價模型進行研究。

1.1 模型建立

1）子系統(tǒng)的有序度評價模型

系統(tǒng)s有n個獨立的子系統(tǒng)，描述子系統(tǒng)i發(fā)展情況的序參量共有ci個，eij表示子系統(tǒng)i的第j個序參量，i=1，2，…，n，j=1，2，…，ci。序參量為系統(tǒng)參數(shù)的變化量，分為正向指標和負向指標，分別對系統(tǒng)有促進和抑制兩種作用：促進作用即隨序參量增加其系統(tǒng)有序度增加；抑制作用即隨序參量增加其系統(tǒng)有序度減少。序參量eij對子系統(tǒng)i的貢獻值即有序度為

其中：αij和βij為系統(tǒng)穩(wěn)定時eij的下限值和上限值；ui（eij）∈[0，1]，其值越大，代表對子系統(tǒng)i的貢獻度越高。

子系統(tǒng)i的有序度為序參量有序度疊加而成，子系統(tǒng)i的有序度為

其中：ωij為序參量eij的權重；Ui為子系統(tǒng)i的總有序度，其大小反應了系統(tǒng)內部發(fā)展有序能力的高低。

為避免人為等主觀因素的影響，序參量eij的權重ωij采用熵值法來判定。由于各序參量的單位不統(tǒng)一，需要作無量綱處理。無量綱處理方法有極值化法、標準化法、均值化法、標準差化法等。由于均值法能反映出原始數(shù)據(jù)指標的變異程度及各指標之間互相影響的差異程度。因此，采用均值法進行無量綱處理，即

其中：y為年份總數(shù)；dij為差異常數(shù)，其幾何意義為信息熵mij到1的距離，mij越小則dij就越大，其對應序參量權重ωij越大；信息熵mij可表示為

2）子系統(tǒng)的耦合度評價模型

耦合度是衡量子系統(tǒng)相互作用的強度，子系統(tǒng)作用越密切，耦合度就越高；否則相反。耦合度可表示為

3）子系統(tǒng)的協(xié)調度評價模型

其中，μ，η，…，ε分別為子系統(tǒng)對復合系統(tǒng)協(xié)調度的貢獻程度。

4）復合系統(tǒng)的耦合協(xié)調度評價模型

其中，M為耦合協(xié)調度，表示子系統(tǒng)的協(xié)調耦合發(fā)展程度。M值越大，子系統(tǒng)耦合協(xié)調程度越高，M值越小，其耦合協(xié)調程度越低。

1.2 模型運用

模型研究對象為經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)，因此n=2，U1表示經濟系統(tǒng)，U2表示機場系統(tǒng)。根據(jù)1.1節(jié)進行建模，經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的耦合度模型為

經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的協(xié)調度模型為

其中，μ和η分別為天津市經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的協(xié)同互動貢獻度。由于兩系統(tǒng)相互促進強度不同[1-5]，結合天津市實際發(fā)展現(xiàn)狀，μ和η分別取0.55和0.45。

經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的耦合協(xié)調度參見式（9）。

2 模型應用

2.1 指標選取

衡量經濟系統(tǒng)的指標一般以經濟學理論為基礎，為能夠客觀反映天津市經濟系統(tǒng)的發(fā)展水平，分別用經濟規(guī)模、經濟結構、開放程度、城市建設、人民生活水平和發(fā)展?jié)摿?個一級指標進行綜合衡量。經濟規(guī)模能反映地區(qū)一年內生產投入、產出的經濟總量；經濟結構反映該地區(qū)的產業(yè)布局；開放程度是對外貿易的集中體現(xiàn)；城市建設是城市投入基礎設施的宏觀反映；人民生活水平代表城市的小康程度；發(fā)展?jié)摿κ浅鞘袣v史水平和未來發(fā)展的趨勢。具體指標及其權重如表1所示（各指標權重通過熵值法計算所得）。

天津濱海國際機場系統(tǒng)發(fā)展分別用機場規(guī)模、航空運輸和發(fā)展?jié)摿?個一級指標進行綜合衡量。機場規(guī)模反映機場的承載量和基礎設施情況；航空運輸反映運輸?shù)臉I(yè)務量；發(fā)展?jié)摿Ψ从硻C場發(fā)展程度和未來發(fā)展趨勢。具體指標及其權重如表2所示。

表1中可看出，在經濟系統(tǒng)中：經濟規(guī)模對經濟系統(tǒng)的貢獻度最大；人民生活水平、城市建設、開放程度次之，其中，社會固定資產投入城市建設所占比重最高。

表2中可看出，在機場系統(tǒng)中，機場發(fā)展?jié)摿Φ呢暙I度最高。其中，貨郵吞吐量增速是影響發(fā)展?jié)摿Φ年P鍵因素，起降架次是影響航空運輸?shù)年P鍵因素。

表1 天津市經濟系統(tǒng)U1的評價指標Tab.1 Evaluating indicators of Tianjin economic system U1

表2 天津濱海國際機場系統(tǒng)U2的評價指標Tab.2 Evaluating indicators of TBIA system U2

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

由上述耦合協(xié)調度模型，計算2005—2014年天津市經濟系統(tǒng)有序度U1、機場系統(tǒng)有序度U2、兩系統(tǒng)耦合度I、協(xié)調度C及耦合協(xié)調度M的值，并確定相應的協(xié)調等級。其中，耦合協(xié)調度發(fā)展等級標準[7]，如表3所示。耦合協(xié)調度分析如表4所示。

2.2.1 經濟系統(tǒng)與機場系統(tǒng)有序度分析

1）從兩系統(tǒng)內部視角分析 經濟系統(tǒng)中，有序度逐年上升，表明天津市經濟發(fā)展穩(wěn)健，系統(tǒng)內部協(xié)調性良好；機場系統(tǒng)中，有序度呈波動式增長，2005—2008年系統(tǒng)發(fā)展穩(wěn)健，2009—2011年系統(tǒng)內部紊亂，隨后系統(tǒng)逐漸趨于健康發(fā)展，如表4和圖1所示。

2）從兩系統(tǒng)間視角分析 2005—2010年機場系統(tǒng)的有序度高于經濟系統(tǒng)有序度，表現(xiàn)為兩系統(tǒng)發(fā)展不匹配，經濟系統(tǒng)發(fā)展滯后，兩系統(tǒng)間機場系統(tǒng)起主導作用帶動經濟系統(tǒng)發(fā)展；2010—2011年期間兩系統(tǒng)曾出現(xiàn)同步型發(fā)展；2011—2014年期間經濟系統(tǒng)超前發(fā)展，機場系統(tǒng)的發(fā)展落后于經濟系統(tǒng)。

表3 耦合協(xié)調度發(fā)展等級Tab.3 Coupling coordination developing level

表4 2005—2014年天津市兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調度分析Tab.4 Coupling coordination degree analysis of two systems in Tianjin 2005—2014

圖1 2005—2014年天津市兩系統(tǒng)有序度統(tǒng)計圖Fig.1 Order degree statistics of economy and airport systems in Tianjin 2005—2014

3）從兩系統(tǒng)發(fā)展關聯(lián)互動態(tài)勢視角分析 2005—2008年機場系統(tǒng)有序度隨著經濟系統(tǒng)的增長而增長。2009—2011年關聯(lián)性互動性強弱并存，究其原因為該時期天津市經濟系統(tǒng)在美國次貸危機和歐債危機的負面影響和擴大內需的促進下，仍保持了增長態(tài)勢，但機場系統(tǒng)的有序度急劇下降，出現(xiàn)了經濟系統(tǒng)關聯(lián)互動性差的現(xiàn)象。經過3年的動蕩期，2012—2014年復合系統(tǒng)恢復穩(wěn)定，機場系統(tǒng)與經濟系統(tǒng)呈正相關態(tài)勢，如圖2所示。

圖2 2005—2014年兩系統(tǒng)有序度擬合曲線圖Fig.2 Order degree fitting curve of economy and airport systems 2005—2014

2.2.2 兩系統(tǒng)耦合度、協(xié)調度、耦合協(xié)調度分析

經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)耦合度、協(xié)調度、耦合協(xié)調度，如圖3所示。

圖3 2005—2014年耦合度、協(xié)調度、耦合協(xié)調度統(tǒng)計圖Fig.3 Coupling degree,coordinating degree and coupling coordination degree statistics 2005—2014

基于上述關聯(lián)互動性分析，分別從兩系統(tǒng)耦合度、協(xié)調度、耦合協(xié)調度視角進行分析。

1）耦合度分析 天津市經濟系統(tǒng)與機場系統(tǒng)的耦合度大體呈上升趨勢，即兩系統(tǒng)之間聯(lián)動性隨著時序演變愈加密切。其中：2010年兩系統(tǒng)耦合度曾一度出現(xiàn)最高值；但在2011年出現(xiàn)極小值點，表明這一年兩系統(tǒng)的聯(lián)動性差，發(fā)展較為孤立。究其原因為在歐債危機背景下，對外貿易不景氣，全國民航貨郵運輸量出現(xiàn)負增長，天津機場與全國航空貨運發(fā)展同步，天津機場系統(tǒng)的有序度降低，導致兩系統(tǒng)出現(xiàn)不耦合現(xiàn)象。

2）協(xié)調度分析 兩系統(tǒng)協(xié)調度呈現(xiàn)波動式增長態(tài)勢，2005—2008年間兩系統(tǒng)協(xié)調性逐漸增強，系統(tǒng)愈加均衡。2009和2011年較2010年協(xié)調程度低，協(xié)調變化率大，趨于不平衡態(tài)勢。2011—2014年間兩系統(tǒng)逐漸向協(xié)同方向發(fā)展，2014年協(xié)調度高達0.74。

3）耦合協(xié)調度分析 10年間耦合協(xié)調度為0.18～0.67，從嚴重失衡到初級協(xié)調，雖局部有小波動，但基本呈現(xiàn)了向好的發(fā)展態(tài)勢。說明兩系統(tǒng)關聯(lián)性強、互耦程度大，但是兩系統(tǒng)欲達到極度協(xié)調仍任重而道遠。

3 結語

通過計算經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的有序度構建了耦合協(xié)調度評價模型，并對天津市2005—2014年經濟系統(tǒng)與機場系統(tǒng)實證研究。研究發(fā)現(xiàn)：

1）兩系統(tǒng)的耦合度大體呈上升趨勢，即兩系統(tǒng)關系緊密程度越來越高，兩系統(tǒng)的協(xié)調度呈波動式增長，即兩系統(tǒng)協(xié)調程度逐步向均衡方向發(fā)展，耦合協(xié)調度大體呈增長態(tài)勢，從失衡階段逐步向協(xié)調階段過渡；

2）2005—2010年天津機場系統(tǒng)超前于經濟系統(tǒng)發(fā)展，2011年兩系統(tǒng)曾出現(xiàn)同步發(fā)展，2011—2014年機場系統(tǒng)發(fā)展滯后于經濟發(fā)展。

隨著時序演變，兩系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)充分協(xié)同發(fā)展，機場系統(tǒng)滯后于經濟發(fā)展，因此，提高天津濱海國際機場系統(tǒng)與天津市經濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調度迫在眉睫。根據(jù)以上結論，提出如下建議。

1）機場調整發(fā)展戰(zhàn)略 天津機場應與時俱進，緊緊圍繞天津市經濟發(fā)展產業(yè)結構變化，不斷調整機場自身的發(fā)展戰(zhàn)略與運營管理模式。加密航線網絡、引進更多基地航空公司、充分開拓航空運輸市場，推進航空物流發(fā)展，提高機場運營水平。找準與經濟系統(tǒng)的結合點、增強兩系統(tǒng)耦合協(xié)調度，逐漸實現(xiàn)經濟與機場協(xié)調同步發(fā)展。

2）政府加強宏觀調控 加快天津市區(qū)域經濟發(fā)展，找準經濟系統(tǒng)與機場系統(tǒng)的對接點，充分發(fā)揮經濟系統(tǒng)促進機場發(fā)展的作用。政府應加強宏觀調控，重視兩系統(tǒng)互動發(fā)展。充分利用京津冀一體化協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，制定出相關“惠空”政策，對機場系統(tǒng)給予更多的財政補助，加大機場固定資產投入，使經濟與機場聯(lián)動發(fā)展。

3）組建跨區(qū)域協(xié)調機構 在京津冀一體化發(fā)展中考慮天津機場和經濟的耦合協(xié)調發(fā)展。面對環(huán)渤海經濟圈、首都經濟圈等經濟一體化的浪潮，天津市所面對的不僅是天津機場與本地經濟的發(fā)展，未來還會受到如京津冀三地跨行政區(qū)域之間經濟系統(tǒng)和機場系統(tǒng)的耦合及協(xié)同。因此，建立具有跨區(qū)域協(xié)調能力的組織機構，將有利于天津市抓住歷史機遇，提升天津市在國內乃至全球的競爭力。