可持续发展的综合交通运输系统构成模型研究

刘晓佳 兰培真 郑高哲

(集美大学航海学院 厦门 361021)

综合交通运输系统是一个由铁路、公路、水运、管道和民航5种运输方式组成的系统,系统中各种运输方式的经济技术性能是不同的,对资源利用和环境影响等方面也各不相同,且差异很大,因此综合交通运输系统中各种运输方式所占的比例不同会导致整个系统的可持续发展能力有所差别.本文基于此在对各种运输方式的可持续发展能力进行定量评价的基础上,构建出可持续发展的综合交通运输系统构成模型,达到以最少的资源环境成本满足运输需求,形成经济、社会和资源、环境的协调发展.

1 评价指标体系的确立

评价各种运输方式的可持续发展能力是研究交通运输可持续发展问题的关键所在.评价的首要工作就是建立评价指标体系.交通运输可持续发展的评价指标体系,应包括交通项目对经济、社会、环境和资源的影响.根据1996年加拿大温哥华召开的“走向可持续性交通”OECD会议上制定的9个可持续交通的《温哥华原则》[1-3](即通达、便捷;公平、公正;个人和社会的责任;健康和安全;教育和公众的参与;整体规划;土地和资源的利用;污染物的控制;经济的效益),结合我国国情和5种运输方式的不同特点,以选择可持续发展性能比较优越的运输方式为目标,制定出运输方式的可持续发展的评价指标体系,即：便捷性、安全性、速度、经济、占地面积、能源消耗、废气污染、噪声污染、社会公平性9项指标,对5种运输方式的可持续发展情况进行评价.

2 组合评价模型设计

多目标决策灰色关联度评价法即 GRA法[4-6]是一种多因素统计分析方法,它是以各因素的样本数据为依据用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序.GRA分析的核心是计算关联度,关联度越大,说明比较序列与参考序列变化的态势越一致,反之变化态势则相悖.

由文献[7-8]得知,在信息认识论中,信息熵是系统无序程度的度量,信息是系统有序程度的度量,二者绝对值相等,符号相反.某项指标的指标值变异程度越大,信息熵越小,该指标提供的信息量越大,该指标的权重也应越大;反之某项指标的变异程度越小,信息熵越大,该指标提供的信息量越小,该指标的权重也越小.

在对多指标问题进行评价时,传统评价方法有诸多不足,如回归分析、方差分析、主成分分析等方法要求数据量大、样本服从某个典型的概率分布、计算量大、量化结果与定性分析结果可能不符等,应用灰色关联分析(GRA)法能弥补用上述方法作系统分析所导致的缺憾,它对样本量的多少和样本有无规律都同样适用,而且计算量小、十分方便,更不会出现量化结果与定性分析结果不符的情况.但是,灰色关联度分析评价的结果往往与关联系数的权重的选取有很大的关系,权重不同,评价结果也会不尽相同.传统灰色模型通常采用专家评判法或简单的算术平均法来确定权重,这具有主观性,会在一定程度上影响计算的结果;本文根据各项指标的变异程度,利用信息熵这个工具,计算出各指标的权重,并将专家评判法与信息熵法确定的权重相结合,为多指标综合评价提供合理、客观的权重,使其结果更加全面、客观、符合实际.

对各种运输方式的可持续发展进行综合评价时,待评价的各种运输方式的可持续发展能力是一个灰色系统.本文所给定的可持续发展评价的9项指标之间不是相互独立的,尽管它们之间的关系不明确,但的确是客观存在的,从本质上讲,这是一种灰色关系.所以,对这样的系统进行综合评价,实际上是一个灰色多目标决策问题.灰色关联法综合了整个因素指标空间的影响,可以避免各方案的单个因素指标进行比较而引起的偏离,能够全面地分析指标间的相互关系,反映了整个因素指标空间的影响.在运用灰色关联投影法进行综合评价时,权重的不同,对整个评价结果影响很大,而本文提出的由专家评判法和信息熵法相结合的组合权重的确定,既可以避免专家评判确定权重的主观性,又可以反映专家的意见,使评价结果充分的反映了主客观因素,便于实际应用.

3 模型的建立

3.1 确定分析序列

设有m个被评价对象,每个被评价对象有n个指标,原始数列矩阵如式(1)所示.设[x01,x02,…,x0n]为理想化样本(评价标准).

3.2 原始数据量纲一的量化处理

为了消除不同指标量纲所带来的不可公度性,评价之前须将评价指标进行量纲一的量化处理,在本模型中,可将原始数据按式(2)进行处理.

式中：i=1,2,…,m;j=1,2,…,n.通过量纲一的量化处理可得到相应的量纲一的量矩阵

3.3 计算关联系数

对绝对差值阵中资料按式(5)进行变换.

式中：λ为分辨系数,0＜λ＜1,它的作用在于调整比较环境的大小,当λ=0时,环境消失;当λ=1时,环境原封不动保存着,通常取λ=0.5.

由ζij就可以得到灰色关联判断矩阵F.

3.4 运用改进的信息熵法计算权重

1)传统的熵值法,通常用式(6)来计算第n项指标下第m个行业指标值的比重.

在进行评价时,为了避免一些极端值,也常对该项指标数据用标准化法进行变换

2)计算第j项指标的熵值ej

3)计算第n项指标的差异系数gj

gj越大,指标越重要.

4)确定权重w＊j

3.5 专家评判法与信息熵法相结合的组合权重

专家评判法考虑了专家的知识和经验,以及决策者的意向和偏好,虽然指标权重的排序往往具有较高的合理性,但仍然无法克服主观随意性较大的缺陷;信息熵权法充分挖掘了原始数据本身蕴涵的信息,结果比较客观,但却不能反映专家的知识和经验以及决策者的意见.综合分析两种方法的优缺点,得到综合考虑主客观因素的组合权重.

3.6 计算关联度(即综合评价系数)

式中：Ei为为第i个对象的关联度;wj为第j个指标的组合权重;ζij为为关联系数.

显然Ei越大,说明该种运输方式的可持续性越好.

4 评价分析

根据抽样调查结果,得到各种运输方式可持续发展性能评价指标见表1[9]所列.

表1 各种运输方式可持续发展性能评价指标表

根据已知方案集和指标集,确定最佳方案X0,对指标集V的属性矩阵X如下.

根据式(2)～(4),对X进行初值化处理,得到X′为

在得到初始序列矩阵X′之后,根据式(5),计算灰色关联系数ξij,从而得到灰色判断矩阵F为

据式(7)～(11),信息熵法确定的权重w＊为

由专家法打分通过层次分析获得的权重为

根据式(13),各个决策方案的投影值Ei为

据此综合评价模型,各种运输方式的可持续发展性能的排序由大至小依次为：水运＞铁路＞民航＞公路.

5 综合交通运输系统构成模型

可持续发展从环境和自然资源的角度出发,强调社会、经济、资源和环境的全面协调发展.为了实现交通与社会的和谐,由以上分析结果构建出可持续发展的综合交通运输系统构成模型,其目标函数和约束条件如式(14)和(15)所示.

式中：Z为各种运输方式的可持续发展能力总量,该值越大,表明该地运输结构的可持续发展能力越好;λi为第i种运输方式单位运量的可持续发展能力系数;通过上面的计算可知,铁路为0.710,民航为0.582,公路为0.486,水运为0.783;Vi为分配给运输方式i的运量;D为总的运输需求;Mi为第i种运输方式的运输能力限制.

6 结束语

本文是在当今社会环境、能源面临着严峻危机的大形势下,以可持续发展为目标,通过对各种运输方式的可持续发展能力的评价,构建出可持续发展的综合交通运输系统模型,为创建可持续发展的综合交通运输提供定量化的指导方案,实现交通与环境、能源、社会、经济的和谐发展.

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