基于云物元模型的港口资源整合方案评价

蒋惠园，谢云云，邓国清，裴大菊，张龙俊

（1.武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063；2.湖北省交通厅，湖北 武汉 430030）

1 引言

近年来我国港口发展迅速，港口间竞争日益激烈，港口功能定位重复、港口效益下降等问题日益严重，根据国家“推进资源节约集约利用”及交通运输部提出的深化区域港口一体化发展改革等指示，各地纷纷开展港口资源整合。

目前对港口资源整合方面的研究主要集中在港口资源整合的现状[1-3]、存在问题、整合经验[4]、整合思路、整合后港口资源配置效率[5]等方面，对港口资源整合方案进行评价的较少；已有的方案评价方法多采用案例分析法、模糊综合评价法、主成分分析法、因子分析法等，过于依赖人为主观因素且权重难以确定，或统计量大，对模型的适用性、可行性造成一定的质疑，同时降低了评价结果的准确性。为此，本文创新性地将云物元模型应用到港口资源整合方案评价中，能较好地实现定性描述与定量描述间相互转化，避免人为主观性带来的误差，使评价结果更具合理性，并采用GA-AHP法确定各指标权重，避免了传统AHP法一致性检验的被动性问题。

2 港口资源整合内涵及评价指标体系构建

2.1 港口资源整合内涵

港口资源整合是把港口内部彼此相关但彼此分离的港口职能和港口外部彼此经济利益相独立但是又拥有共同使命的可合作伙伴，利用组织和协调的手段进行整合，通过合理的功能布局实现港口之间的功能互补与协调发展，形成一个全方位、多功能、多类型的港口综合体，提升港口核心竞争力[6-7]。整合后形成的港口综合体中，根据港口规模、发展水平等的不同，港口间的定位也有所不同，一般包括干线港、支线港和喂给港。港口资源整合情况如图1所示。

图1 港口资源整合前后对比

港口资源整合目标：重构港口管理体制和经营机制，实现港口功能布局合理，港口资源利用水平显著提高，港口综合竞争力显著增强，建成港口一体化发展的功能布局[8]、资源配置和管理体制；推进港口共建共享、基础设施互联互通，提高运输效率，降低运输成本，提高服务水平。

2.2 评价指标体系的构建

港口资源整合涉及诸多利益方，影响因素复杂。根据港口资源整合内涵，参考相关港口资源整合评价的研究成果，建立由三个层次指标构成的港口资源整合方案评价指标体系，详见表1。评价指标体系设立1个总目标，即港口资源整合方案评价；3个一级指标，分别为整合力度、整合风险、整合预期效果；9个二级指标。

表1 港口资源整合方案比选评价指标

3 基于云物元的港口资源整合方案评价模型构建

3.1 遗传层次分析法理论

GA-AHP 法是利用遗传算法对层次分析法进行优化，以建立的判断矩阵为种群，通过选择、杂交、变异等遗传操作算子，搜索出一致性最高的判断矩阵，再计算指标权重，有效地解决了传统AHP 法一致性检验的被动性问题。

首先构建判断矩阵。按照9 分位比率进行两两对比，构建判断矩阵B。其次确定指标权重。在AHP法中各评价指标权值为wk且大于零，并满足由层次分析法中判断矩阵原理可得：

当左侧取值为零时，判断矩阵为完全一致性矩阵，该检验转化为如下约束条件下的问题：

其中：CIF（n）为一致性函数，wi为权重（即优化变量），采用Matlab遗传算法进行优化，当满足CIF（n）＜0.1时，一致性检验通过。

3.2 云物元模型基本理论

（1）云模型。云模型是一种用于定性定量之间相互转换的不确定性分析方法，采用数学的语言描述双重不确定性现象。云模型的基本单元被称为“云”或者“云滴”（cloud），可用联合概率的形式来表示。

（2）物元理论。物元是物元理论分析中的基本细胞，其由事物名称N、事物特征c、事物特征对应的值v组成，表达式为R=(N,c,v)。其中，特征名称c的取值范围称为经典域，即各指标量值对应的评价等级的取值范围[11]。

（3）云物元模型建立。云物元模型是将物元模型与云模型相结合，对待评价事物进行分析[10]。本文利用云模型具有处理事物不确定性的独特优势，将物元理论中的等级界限确定数值v用正态云替代，将其转换为具有模糊性的变量，即为云物元模型，表示为：

s为常量，由相应指标的双重不确定性决定，可根据情况对其进行调整。

（4）云物元关联函数。云物元模型关联函数是将评价对象的指标转换成云评估中的有效数据，步骤如下：

③视数值x为一个云滴，得出数值x与该正态云物元之间的关联度：

3.3 港口资源整合方案评价模型的构建

（1）确定指标权重

①构建判断矩阵。依据表1港口整合方案评价指标体系，结合港口资源整合实际情况及业内专家调查，构建一级指标和二级指标的判断矩阵。

②计算指标权重。用GA-AHP计算评估指标权重值。首先构造适应度函数M文件，设置遗传参数，使用Matlab遗传算法工具箱求解，结果见表2。其中一致性指标值都远小于0.1，全部通过检验。

表2 评价指标权重值

（2）建立港口资源整合方案的标准云。将港口资源整合方案评估结果分为好、较好、一般、差4个等级，等级界限参考值见表3。

根据公式（6）、（7）、（8）结合表3，计算得出资源整合方案比选指标的等级界限云模型，其中每项三个数字分别表示云模型的数字特征见表4。

表3 港口资源整合方案二级指标分级规则

表4 港口资源整合方案比选指标等级界限云模型

（3）港口资源整合方案评价

①二级指标的关联度。将各二级指标评价值视作一个云滴，运用式（8）计算其各指标的关联度。

②一级指标的关联度。一级指标的关联度由二级指标的关联度加权得到，计算公式如下：

式中：kj(pi)为第i个待评价指标层对第j个港口资源方案等级的关联度；kj(vi)为第i 个二级指标对港口资源方案等级j 的关联度；wij为二级指标对于第i 个一级指标层的相对权重。

③港口资源整合方案的综合关联度计算公式见式（11）：

式中：kj(p)为第j个港口资源方案等级的关联度；kj(pi)为第i 个一级指标对港口资源方案等级j 的关联度；wi为一级指标对于总目标的相对权重。

评价等级判定是依据关联度最大原则，即由式（8）计算出的关联度最大的kj(p)对应的j 即为港口资源整合方案评价所在的等级。

4 实证分析

自“十三五”以来，湖北省港口随经济高速发展取得巨大成就，基础设施得到进一步完善，港口吞吐能力大幅增加。然而，湖北省港口快速发展的同时仍然存在岸线资源利用不合理，港口同质化发展、整体竞争力不足，综合交通运输体系不尽完善等问题，亟需通过港口资源整合实现港口增长方式由粗放型向集约型转变，提升湖北省港口服务能力和竞争力，提高水运市场份额。

湖北省港口以长江干线港口为主，汉江港口为辅。从区域港口群的视角来看，区域港口群存在明显的地位差别，即武汉城市圈港口群高于宜昌城市圈港口群，宜昌城市圈港口群高于襄阳城市圈港口群，且武汉城市圈港口群有明显的优势。因此湖北省可采用“一省一港”模式即“单头方案”进行整合，也可“双头并重”采用“双头方案”进行整合即“武汉城市圈+宜昌-襄阳城市圈”。

（1）单头方案。湖北省港口资源整合单头方案实施进程，如图2所示。

图2 单头方案示意图

（2）双头方案。“双头方案”即整合宜昌城市圈港口群和襄阳城市圈港口群实施进程，如图3所示。

运用所建模型对所提出的湖北省港口资源整合方案的单头方案和双头方案进行评价。两个方案的二级评价指标值见表5。

图3 双头方案示意图

表5 各方案评价指标值

以单头方案为例，将各二级指标视为一个云滴，根据表5和式（9），利用Matlab 软件编程，试验1 500次，得到各二级指标的关联度，见表6。

表6 单头方案二级评价指标关联度

由表2中的二级指标权重、表6及式（10），计算得到单头方案一级指标关联度，见表7。

表7 单头方案一级评价指标关联度

由表2中的一级指标权重、表7及式（11）计算得出湖北省港口整合方案综合关联度。用同样的方法计算双头方案的各级指标关联度及综合关联度，由于篇幅原因，仅列出双头方案的综合关联度，见表8，两个方案的得分云模型如图4、图5所示。

表8 港口资源整合各方案综合关联度

图4 单头方案得分云模型分布图

图5 双头方案得分云模型分布图

根据隶属度最大原则及表8的数据可知，单头方案评价最大得分为0.371 63，等级为较好，双头方案评价最大得分为0.139 01，等级为一般。此外，从两个方案得分云模型分布图可以看出，单头方案图形较为集中，表明评估结果的分散程度较小，而双头方案的评估结果分散程度较高。综上可知，湖北省港口资源整合宜采用单头方案。

5 研究结论

通过对港口资源整合的内涵进行分析，结合湖北省港口自身的特点提出港口资源整合的单头方案和双头方案。将云模型引入到物元模型中，实现定性与定量数据间的转换，为资源整合方案比选提供一种新的方法；并采用遗传层次分析法进行指标权重的确定，保障了整合方案比选的准确性。评价结果显示：单头方案综合效果处于“较好”等级，在整合力度、整合预期效果方面具有较大优势，但整合风险较大，因此在实施的过程中要注意多部门间沟通协调、利益分配、加强市场监管工作，杜绝不合理定价，防范垄断竞争等。