基于熵權(quán)的TOPSIS法的京津滬城市綠色交通發(fā)展對比研究

劉維躍，曹溥晶，孔 震

（天津城建大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300384）

引言

城市交通是城市的骨架，是增強(qiáng)城市經(jīng)濟(jì)活力，改善市民生活質(zhì)量和完善城市功能的重要支撐。隨著我國城鎮(zhèn)化和機(jī)動化進(jìn)程的加快，市民出行方式逐漸多樣化，私人汽車保有量迅速增加，城市公共交通基礎(chǔ)設(shè)施也逐步完善。但在城市發(fā)展進(jìn)程中，也逐漸面臨交通擁堵日益嚴(yán)重，空氣和噪聲污染逐漸加劇，資源能源逐漸短缺，交通事故頻發(fā)等問題。由此，發(fā)展綠色交通是促進(jìn)社會可持續(xù)性發(fā)展的必然選擇[1]。習(xí)近平總書記指出，“十三五”是交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展、服務(wù)水平提高和轉(zhuǎn)型發(fā)展的黃金時期，要求加快形成安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的綜合交通體系。這為打造綠色交通體系指明了方向。

綠色交通最早是1994年由克里斯·布拉德肖（Chris Bradshaw）以“綠色交通體系”（Green Transportation Hierarchy）的概念提出，最初對于綠色交通的理解僅限于交通出行方式方面。隨著研究和實(shí)踐的不斷深入，綠色交通的理念也不斷豐富和發(fā)展[2]。黃玖菊（2012）認(rèn)為，綠色交通是在滿足居民的交通需求、注重節(jié)約資源、維持社會公平和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的條件下，建立促進(jìn)城市可持續(xù)性發(fā)展的交通體系[3]。吳昊靈（2014）認(rèn)為，綠色交通是以生態(tài)城市為目標(biāo)，以公共交通的發(fā)展為主，結(jié)合機(jī)動車運(yùn)行，同時非機(jī)動車為基礎(chǔ)，各交通方式形成良好有序銜接的城市綜合交通體系[4]。劉雪梅（2015）認(rèn)為，是在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，優(yōu)化城市居民多元化出行結(jié)構(gòu)，使交通與社會、環(huán)境和資源協(xié)調(diào)發(fā)展，從而緩解目前的交通問題[5]。概括而言，綠色交通并不是僅局限在保護(hù)環(huán)境的概念里，它的本質(zhì)是以綠色、安全、高效、便捷為目標(biāo)，以城市公共交通發(fā)展為主體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)緩解城市交通擁堵、減少城市環(huán)境污染、交通噪聲污染、便捷居民出行方式，進(jìn)而使城市交通可持續(xù)性發(fā)展。

目前，我國城市綠色交通發(fā)展還處于初級階段，對于城市綠色交通發(fā)展的綜合評價指標(biāo)還沒有形成可供參考的體系，構(gòu)建城市綠色交通發(fā)展評價體系不能只從生態(tài)環(huán)境的角度去考量，它是一個城市交通是否可持續(xù)性綜合發(fā)展的衡量。本文構(gòu)建基于熵權(quán)法的TOPSIS模型的城市綠色交通發(fā)展評價指標(biāo)體系，對國內(nèi)部分城市綠色交通發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行橫向比較研究，從而掌握自身城市綠色交通發(fā)展的優(yōu)勢以及存在的問題。評價結(jié)果可以幫助政府制定下一步有效的交通發(fā)展規(guī)劃、相關(guān)綠色交通政策措施的制定，為城市綠色交通發(fā)展提供研究思路。

一、城市綠色交通發(fā)展指標(biāo)體系的構(gòu)建

（一）指標(biāo)體系的構(gòu)建思路

城市綠色交通是未來城市交通的發(fā)展趨勢，它具有可持續(xù)的特點(diǎn)，將城市各功能區(qū)，環(huán)境、居民和交通安全等良好融合[6]。目前國內(nèi)已經(jīng)有部分城市加入綠色交通發(fā)展試點(diǎn)，通過分析相關(guān)城市綠色交通的發(fā)展進(jìn)程，可以清晰地了解各城市綠色交通發(fā)展的長短板，更有助于明確城市綠色交通發(fā)展的目標(biāo)和重點(diǎn)，也有助于政府相關(guān)部門政策的制定。所以，建立一套客觀、科學(xué)、實(shí)用性高的城市綠色交通發(fā)展評價指標(biāo)體系去直觀地對比城市間發(fā)展的差異是十分重要的。李理（2014）采用物元可拓評價法建立了城市交通綠色低碳發(fā)展評價指標(biāo)體系，并進(jìn)行了實(shí)證分析[7]；伍慧（2015）采用DPSIR模型分析了城市綠色低碳交通發(fā)展的影響因素，將指標(biāo)分為驅(qū)動力層面、壓力層面、狀態(tài)層面、影響層面和響應(yīng)層面五個部分，并建立城市綠色低碳交通發(fā)展的評價模型[8]；豆歡娣（2016）在分析城市發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市低碳交通評價模型，并分析西安市綠色交通的發(fā)展水平[9]。

借鑒相關(guān)學(xué)者的研究成果，本文認(rèn)為城市綠色交通是一個綜合而抽象理念，是未來城市交通發(fā)展的新趨勢，如果單一去理解綠色交通的含義，有可能會顧此失彼。隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，“綠色”應(yīng)包含城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的完善、交通環(huán)境的優(yōu)良、資源環(huán)境利用的適度、居民出行便捷、交通安全水平提高等多種內(nèi)涵[10]。因此，城市綠色交通的評價不能僅僅局限在生態(tài)環(huán)境的評價上，應(yīng)以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為重點(diǎn)，綜合考察城市綠色交通相關(guān)指標(biāo)。

（二）指標(biāo)體系的研究方法

在綜合考量其他各類指標(biāo)評價方法的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合熵權(quán)法與TOPSIS法進(jìn)行城市綠色交通發(fā)展水平綜合評價。

1.熵權(quán)法。熵權(quán)法是一種對指標(biāo)客觀賦值的方法，在社會經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行城市綠色交通發(fā)展水平綜合評價時，第一步就是要確定評價體系各指標(biāo)的權(quán)重[11]。為避免對指標(biāo)權(quán)重的賦值的主觀性，本文采用熵權(quán)法計算各指標(biāo)權(quán)重?！办亍笔窍到y(tǒng)無序程度的一種度量，熵值越大，說明指標(biāo)值得變異程度越小，信息量就越小，所以在綜合評價的效用就越小，其權(quán)重也越小；反之亦然。

2.TOPSIS法。TOPSIS法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution），即“逼近理想解的排序方法”，這種方法能對多指標(biāo)情況下的各方案進(jìn)行客觀的決策分析，是公認(rèn)的綜合評價方法[12]。TOPSIS的基本原理是計算評價方案與最優(yōu)解、最劣解的歐氏距離，從而來進(jìn)行排序，若評價方案最靠近最優(yōu)解但又同時離最劣解最遠(yuǎn)，即為最好；反之亦然。

本文在采用TOPSIS法進(jìn)行比較分析之前，先用熵權(quán)法去確定各指標(biāo)值的客觀權(quán)重。假設(shè)選取n個指標(biāo)，被評價的對象有m個，那么將第i個被評價對象在第j個評價指標(biāo)的原始值記為vij（其中i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），初始矩陣為Vij=（vij）m×n?；陟貦?quán)法的TOPSIS模型的具體步驟如下：

（1）初始矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化處理。為了消除各指標(biāo)不同的極性和量綱對評價結(jié)果的影響，第一步就是要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。另外，各評價指標(biāo)一般分為兩類，即效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)。效益型指標(biāo)即指標(biāo)值越大越好，成本型指標(biāo)則為越小越好。所以在標(biāo)準(zhǔn)化處理時，應(yīng)加以區(qū)分處理，效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)分別采用式（1）、式（2）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即可得到規(guī)范化矩陣X=（xij）m×n。

效益型指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式：

成本型指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理公式：

（2）計算各指標(biāo)的熵值ej：

其中，定義當(dāng)fij=0時，fijlnfij=0。

（3）根據(jù)步驟（2）的計算結(jié)果，計算各指標(biāo)的熵權(quán)值wj：

（4）計算得到加權(quán)規(guī)范化決策矩陣：

（5）確定正理想解、負(fù)理想解：

（6）計算歐氏距離。分別計算各評價指標(biāo)標(biāo)注化向量到最優(yōu)解和最劣解的歐式距離和：

（7）計算各評價對象與理想解的相對貼近度Ci：

若按照公式計算后，Ci值越大，說明該評價對象與理想解的貼合度越高；反之亦然。

（三）指標(biāo)體系的建立

按照上述邏輯思路，依據(jù)評價指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性、可操作性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和可比性等原則，構(gòu)建城市綠色交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系。城市綠色交通是一個綜合而直觀的概念，城市綠色交通評價指標(biāo)體系應(yīng)包括一般性指標(biāo)體系所具有的共同點(diǎn)，也要有其自身發(fā)展所具有的特征。張子佳（2015）在對中小城市綠色交通進(jìn)行評價時，將評價子系統(tǒng)分為六大要素層：交通基礎(chǔ)設(shè)施、交通管理水平、交通出行者、環(huán)境與資源、交通運(yùn)輸方式、經(jīng)濟(jì)與社會[13]。豆歡娣（2016）在分析城市發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將指標(biāo)體系分為五個準(zhǔn)則層，即低碳交通體系建設(shè)、低碳交通基礎(chǔ)設(shè)施層、城市交通碳排放強(qiáng)度層、低碳交通運(yùn)輸工具層、智能交通與信息化層五個層次[9]?；诖耍疚膶⒊鞘芯G色交通發(fā)展的評價指標(biāo)體系分為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施、城市交通生態(tài)環(huán)境、城市交通居民出行、城市交通安全這四個子系統(tǒng)。通過設(shè)置城市公共交通基礎(chǔ)設(shè)施子系統(tǒng)是城市綠色交通發(fā)展評價的的基礎(chǔ)，能反映城市交通公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)完善程度；良好生態(tài)環(huán)境是城市綠色交通發(fā)展的重點(diǎn)，城市交通生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)能良好地反映城市交通對城市生態(tài)環(huán)境影響程度和可持續(xù)性的特征；與其他指標(biāo)相比，城市交通居民出行和城市交通安全兩個子系統(tǒng)分別從居民日常出行是否高效、便捷和出行安全程度來進(jìn)行評價，反映了城市綠色交通的發(fā)展以人為本的特征。下頁表1為城市綠色交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系的構(gòu)成。

表1 城市綠色交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系

二、對京津滬的城市綠色交通發(fā)展評價研究

（一）數(shù)據(jù)來源

本文的所有數(shù)據(jù)均來源于《中國統(tǒng)計年鑒2016》《中國交通年鑒2016》《中國城市統(tǒng)計年鑒2016》《中國環(huán)境年鑒（2016）》，以及高德地圖官方發(fā)布的《2015年度中國主要城市交通分析報告》等，最終匯總的京津滬城市各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)（如下頁表2所示）。

表2 京津滬三個城市的指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

（二）數(shù)據(jù)處理與計算

1.熵值和熵權(quán)值。利用式（1）和式（2）對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而消除指標(biāo)正負(fù)極性的影響和無量綱化，然后再采用式（3）、式（4）、式（5）來計算各指標(biāo)的熵值 ej和熵權(quán)值 wj，其結(jié)果（如下頁表3所示）。

2.正理想解和負(fù)理想解的確定。利用式（6）構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化矩陣，再在加權(quán)規(guī)范化矩陣中選取各指標(biāo)的最大值和最小 值，即分別為正理想解和負(fù)理想解，其結(jié)果（如表4所示）。

表4 各指標(biāo)的正理想解、負(fù)理想解

3.計算各城市與最優(yōu)解的相對貼近度Cj。在上一步的基礎(chǔ)上，根據(jù)式（7）和式（8）計算得到各城市的最優(yōu)解和最劣解，再根據(jù)式（9）和式（10）計算得到各指標(biāo)到正理想解和負(fù)理想解的歐式距離，即最優(yōu)解和最劣解。最后采用式（11）計算出京津滬與最優(yōu)解的相對貼近度Ci={0.5574，0.4715，0.4355}，Ci值越大，表明評價城市綠色交通越優(yōu)，反之亦然。由此可以得出，根據(jù)本文構(gòu)建的城市綠色交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系，京津滬三個城市中北京在城市綠色交通發(fā)展方面具有較好的優(yōu)勢。同理，繼續(xù)利用式（7）至式（11），計算各指標(biāo)子系統(tǒng)與最優(yōu)解的相對貼近度（如下頁表5所示）。

表5 指標(biāo)體系各子系統(tǒng)與最優(yōu)解的相對貼近度及綜合評價結(jié)果

三、結(jié)果分析

（一）基于各評價指標(biāo)熵權(quán)重結(jié)果的分析

熵權(quán)值并不是指各指標(biāo)實(shí)際的重要性系數(shù)，它是一個相對的系數(shù)。從表中的結(jié)果可以看出，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重排名，在前五的指標(biāo)分別依次為：機(jī)動車煙（粉）塵排放總量p23、城市綠化覆蓋率p21、城市道路交通噪聲等效聲級p26、人均城市道路面積p36、每萬人擁有公共交通車輛p35，這五個評價指標(biāo)的熵權(quán)重總和為0.292，在整體指標(biāo)體系的比例接近30%，京津滬3個城市在這5個指標(biāo)上的熵權(quán)值有較大差異。指標(biāo)權(quán)重排名后5名的指標(biāo)依次分別為道路面積p11、私人汽車擁有量p32、城市軌道交通客運(yùn)量p34、軌道交通運(yùn)營線路總長度p17、道路長度p13，這5個指標(biāo)的熵權(quán)重和為0.187，在整體指標(biāo)體系的占比接近20%，3個城市在這后5個指標(biāo)上的熵權(quán)重值較為平均。從而可以看出，p23、p21、p26、p36、p35這 5 個指標(biāo)在評價系統(tǒng)里的重要性是可靠的。

綠色交通的本質(zhì)是可持續(xù)性發(fā)展，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境是其重要的表現(xiàn)形式，也是發(fā)展的結(jié)果。機(jī)動車煙（粉）塵排放總量和城市道路交通噪聲等效聲級這兩個指標(biāo)，是從交通工具即城市交通主要污染的源頭來衡量，能直觀反映城市機(jī)動車污染程度和城市道路交通的聲污染情況，這也體現(xiàn)了城市綠色交通在環(huán)境保護(hù)方面的重要特征；城市交通道路是城市的脈絡(luò)，自然與城市的綠化無法分割，不能脫離區(qū)分，所以城市綠化覆蓋率也在一定程度上反映了城市交通的綠化覆蓋率；人均城市道路面積p36和每萬人擁有公共交通車輛p35是從城市居民出行便捷的角度去考慮，城市綠色交通應(yīng)大力推行公共交通發(fā)展，保障人均城市道路面積，不僅有助于緩解交通擁堵，也有利于節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境。所以，機(jī)動車煙（粉）塵排放總量p23、城市綠化覆蓋率p21、城市道路交通噪聲等效聲級p26、人均城市道路面積p36、每萬人擁有公共交通車輛p35是城市綠色交通核心價值的體現(xiàn)，也是城市交通可持續(xù)性發(fā)展的內(nèi)驅(qū)力。

（二）基于TOPSIS綜合評價法的結(jié)果分析

從各城市的綜合相對貼近度來看，城市綠色交通發(fā)展水平評價最高的是北京，評價值是0.5574，其次是上海、天津。三個城市的發(fā)展水平均值為0.4881，從圖1可以看出這三個城市的綠色交通發(fā)展水平整體上并不是很高，說明整體而言，城市綠色交通的發(fā)展需要從各個層面著手發(fā)展，找出自己的薄弱之處，提高城市綠色交通的綜合實(shí)力。

圖1 京津滬綜合評價對比

從圖2城市綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施P1的評價結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，北京最優(yōu)，上海僅次，評價值均高于0.55，而天津略有差距且評價值小于0.4，但三個城市整體水平并不高。一方面說明京津滬城市交通基礎(chǔ)設(shè)施仍有待建設(shè)發(fā)展，另一方面也要注意已投入的基礎(chǔ)設(shè)施的利用程度，避免過度投入導(dǎo)致資源浪費(fèi)。同時，對于天津而言更應(yīng)利用好自己的地理位置優(yōu)勢，抓住京津冀協(xié)同發(fā)展的契機(jī)和天津?yàn)I海新區(qū)發(fā)展的優(yōu)勢，通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展來增加城市綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)水平，為城市綠色交通發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

圖2 京津滬基于P1層的評價結(jié)果

圖3 京津滬基于P2層的評價結(jié)果

從圖3城市綠色交通生態(tài)環(huán)境P2的評價結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，北京最高，而上海、天津基本持平，表明上海、天津在這方面處于一般水平，仍有發(fā)展空間。生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的重要資源，大氣污染、噪聲污染嚴(yán)重影響著城市的可持續(xù)性發(fā)展。綠色交通生態(tài)環(huán)境的管理應(yīng)從污染的源頭開始抓起，同時注重道路周邊綠化工作，結(jié)合自身城市特點(diǎn)，學(xué)習(xí)其他城市在城市交通環(huán)境治理方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)城市綠色交通生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

圖4 京津滬基于P3層的評價結(jié)果

圖5 京津滬基于P4層的評價結(jié)果

從圖4城市綠色交通居民出行P3的評價結(jié)果中可以看出，北京、天津的評價值都高于均值，而上海則位于均值以下，因此可以看出北京、天津在居民出行方面占有優(yōu)勢。結(jié)合表4分析，人均城市道路面積和每萬人擁有公共交通車輛的權(quán)重較高。由此可知，京津在道路建設(shè)和公共交通發(fā)展上占有優(yōu)勢。

從圖5城市綠色交通安全P4的評價結(jié)果中可以看出，三個城市的差距較大，上海要高于天津、北京。由上可知上海對城市交通安全整治是有較好效果的，該維度包括交通事故發(fā)生數(shù)總計和交通事故死亡人數(shù)，上海2015年交通事故發(fā)生次數(shù)遠(yuǎn)低于北京、上海的次數(shù)，天津交通事故發(fā)生數(shù)總計最高，但在交通事故死亡人數(shù)上北京率高于上海、天津。

結(jié)語

本文結(jié)合熵權(quán)法和TOPSIS綜合評價法構(gòu)建城市綠色交通發(fā)展評價指標(biāo)體系，并由此計算出各指標(biāo)子系統(tǒng)、各城市與理想解的差距大小和相對貼進(jìn)度。最后，本文以京津滬三大城市為例進(jìn)行實(shí)證研究，已驗(yàn)證評價模型有一定的合理性。實(shí)證結(jié)果表明，京津滬的城市綠色交通發(fā)展水平與機(jī)動車煙（粉）塵排放總量、城市綠化覆蓋率、交通噪聲等效聲級、人均城市道路面積、每萬人擁有公共車輛等指標(biāo)有較強(qiáng)的相關(guān)性，在采用該模型對各城市綠色交通發(fā)展水平評價時要綜合考慮這些因素，來提高不同城市之間的可比性，從而有助于各城市有針對性地認(rèn)識自身交通發(fā)展現(xiàn)狀，借鑒參考其他城市發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高城市綠色交通發(fā)展水平的有效途徑，找準(zhǔn)未來發(fā)展方向。

因此，在資源日益短缺、環(huán)境逐漸惡化的情況下，發(fā)展城市綠色交通是城市交通可持續(xù)性發(fā)展的必然要求。一是要積極推行城市交通工具節(jié)能環(huán)保和城市環(huán)境綠化的政策措施，推廣新能源汽車的普及；二是要積極推行公共交通優(yōu)先發(fā)展，提高公共交通的可達(dá)性，改善公共服務(wù)質(zhì)量和環(huán)境；三是要推行綠色交通統(tǒng)計監(jiān)測體系的建設(shè)，逐漸完善綠色交通的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而更好地為城市綠色交通建設(shè)發(fā)展提供參考。