蔣 軍

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶400074)

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和對(duì)外貿(mào)易的高速發(fā)展，港口岸線的區(qū)位優(yōu)勢(shì)得到了更加明顯的體現(xiàn)。為適應(yīng)這一趨勢(shì)，我國(guó)許多港口城市不斷新建或改擴(kuò)建碼頭泊位，取得了驕人的業(yè)績(jī)。但也暴露出了工程建設(shè)時(shí)缺乏對(duì)岸線利用的合理規(guī)劃，出現(xiàn)了深水岸線淺用、港口建成后“曬太陽(yáng)”或維護(hù)費(fèi)用太高等諸多問(wèn)題。因此，在港口工程建設(shè)前，對(duì)港口岸線等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并提出不同等級(jí)岸線的建設(shè)使用意見(jiàn)就顯得尤為重要。然而，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法大多存在評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠全面，評(píng)判過(guò)程過(guò)于主觀化等弊端。因此，筆者在全面分析影響港口岸線等級(jí)優(yōu)劣因素的基礎(chǔ)上，擬定出全面且有代表性的指標(biāo)。在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重時(shí)引入不確定性層次分析法(AHP)和群決策理論，以期使評(píng)價(jià)結(jié)果更具科學(xué)性和可信性。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

港口岸線等級(jí)評(píng)價(jià)是一個(gè)多因素的系統(tǒng)評(píng)價(jià)問(wèn)題，其涉及的評(píng)價(jià)指標(biāo)和因素很多，本著全面性、代表性、可行性等原則，筆者從政策法規(guī)、自然條件、經(jīng)濟(jì)、交通區(qū)位、配套服務(wù)等方面選取了影響港口岸線等級(jí)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)指標(biāo)［1－4］，詳見(jiàn)表 1。

表1 港口岸線等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of the waterline classes

(續(xù)表1)

2 基于不確定性AHP和群決策理論的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

因?yàn)槿藗儗?duì)事物認(rèn)識(shí)的多樣性以及評(píng)判過(guò)程中存在的不確定性和模糊性，所以，不確定性AHP法改變了傳統(tǒng)AHP法中評(píng)估專家在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，比較的結(jié)果只能是介于1/9與9之間的1個(gè)確定數(shù)字的模式，而改由采用1個(gè)區(qū)間數(shù)來(lái)加以量化，這樣就較好地解決了數(shù)值描述與實(shí)際狀態(tài)不相符的問(wèn)題。不確定性AHP法是對(duì)傳統(tǒng)AHP法的改進(jìn)，兩者具有相同的應(yīng)用步驟。不確定性AHP法評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算要分3步［5－6］:① 利用判斷矩陣的一致性逼近與誤差理論計(jì)算區(qū)間權(quán)重;②根據(jù)專家的打分結(jié)果，計(jì)算出各專家的相對(duì)可信度;③將各專家可信度和對(duì)指標(biāo)的評(píng)判值加權(quán)匯總，得出最后各指標(biāo)的權(quán)重。

2.1 區(qū)間權(quán)重計(jì)算［7－9］

2.1.1 區(qū)間數(shù)判斷矩陣一致性逼近的計(jì)算

定理1:設(shè)某一區(qū)間判斷矩陣A=(Aij)n×n，Aij=［aij，bij］，取則稱M=(mij)n×n為滿足互反性的一致性數(shù)字矩陣。

定理2:設(shè)A=(Aij)n×n為一致性數(shù)字判斷矩陣，則A的權(quán)重向量為ω=(ω1，ω2，…，ωn) ，其中:

由定理1可知，令M的權(quán)重向量為ω=(ω1，ω2，…，ωn) ，其中:

2.1.2 誤差傳遞理論在權(quán)重計(jì)算中的應(yīng)用

將區(qū)間數(shù)判斷矩陣A=(Aij)n×n，Aij=［aij，bij］，進(jìn)行一致性逼近得判斷矩陣M，其權(quán)重向量為ω=(ω1，ω2，…，ωn) 。記 ΔM1=(mij－aij)n×n，ΔM2=(bij－mij)n×n，ΔM1和 ΔM2稱為A與M的極差矩陣。考慮隨機(jī)誤差的傳遞計(jì)算，設(shè)函數(shù)y=f(x1，x2，…，xn) ，x1，x2，…，xn的隨機(jī)誤差記為相應(yīng)的均方差為 σx1，σx2，…，σxn，則函數(shù)y的隨機(jī)誤差均方差的計(jì)算公式為:

其中:ρij為相關(guān)系數(shù)。若xi的隨機(jī)誤差相互獨(dú)立，則上面的公式可以簡(jiǎn)化為:

由于在大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題中，采用極差進(jìn)行誤差評(píng)定比較容易，因此函數(shù)y的隨機(jī)誤差傳遞公式可改寫為:

應(yīng)用誤差傳遞公式可進(jìn)行區(qū)間數(shù)判斷矩陣的權(quán)重向量分析計(jì)算?？傻?

由極差矩陣定義知:

由此可得區(qū)間數(shù)判斷矩陣A的權(quán)重為:

2.2 專家可信度的計(jì)算［10］

由于不同專家的知識(shí)背景不同，個(gè)人偏好不同，所以各專家評(píng)判值肯定有差異。為準(zhǔn)確反應(yīng)各個(gè)專家的評(píng)判水平，應(yīng)求得各專家判斷矩陣的可信度，并據(jù)此作為各專家的可信度。專家可信度由專家評(píng)判值的相似度和差異度來(lái)組合度量。

2.2.1 群判斷中相似度的計(jì)算

利用向量間的空間位置關(guān)系來(lái)反映專家評(píng)判的相似性，即利用兩向量夾角余弦的大小來(lái)反映。設(shè)有兩個(gè)n維列向量α和β，其中α=(a1，a2，…，an)，β=(b1，b2，…，bn) ，兩向量間的夾角為θ，則由兩向量的夾角的余弦定義可知:

定義η=cosθ為兩向量的幾何相似系數(shù)，則0≤η≤1。

把特征向量轉(zhuǎn)換為m個(gè)行向量α1，α2，…，αm，對(duì)應(yīng)于m個(gè)專家所做的評(píng)判。令ηij表示αi與αj的夾角的余弦，即幾何相似系數(shù)。令:

該式表示向量αi與其他向量的相似性之和，ηi越大，表示第i個(gè)專家的判斷與其他專家的判斷越接近，從而αi的可信度越高。把ηi歸一化，即可得到用于描述第i個(gè)專家的判斷與其他專家的判斷相似程度大小的量μi:

2.2.2 群判斷中差異度的計(jì)算

把特征向量轉(zhuǎn)換為m個(gè)行向量α1，α2，…，αm，其中 αk=(ak1，ak2，…，akn) ，表示第k個(gè)專家對(duì)n個(gè)評(píng)判指標(biāo)所作的評(píng)判值，設(shè)ei為各專家對(duì)第i個(gè)評(píng)判指標(biāo)所作評(píng)判值的均值，則有:

表示第k個(gè)專家對(duì)每1個(gè)評(píng)判指標(biāo)的評(píng)判值與對(duì)應(yīng)指標(biāo)評(píng)判值均值的差值總和。

表示第k個(gè)專家的差值與所有專家的差值總和的比值，稱之為第k個(gè)專家的差異度，其值越大，可信度就越低，反之越高。

2.2.3 群判斷中可信度的計(jì)算

令ωk為第k個(gè)專家的可信度，當(dāng)

否則:ωk=μk

故可得到m個(gè)專家的可信度矩陣:

2.3 判斷因素(評(píng)價(jià)指標(biāo))相對(duì)權(quán)重的計(jì)算

αk=(ak1，ak2，…，akn) ，表示第k個(gè)專家對(duì)n個(gè)評(píng)判因素所作的評(píng)判值(即判斷矩陣的特征向量)，ω'k=(ω'1，ω'2，…，ω'k，…，ω'm) ，表示m個(gè)專家的可信度矩陣。則第i個(gè)判斷因素的相對(duì)權(quán)重為:

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)定量化

港口岸線等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)定量化是件很復(fù)雜的事情，部分指標(biāo)可以直接定量化，如氣候條件中年霧日或其他惡劣天氣導(dǎo)致碼頭不能作業(yè)的天數(shù)、改造水陸域條件所需投資額、使用岸線的直接收益等，只需要按水工工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范或按常理確定一個(gè)滿意值(上限)和不滿意值(下限)，根據(jù)實(shí)際值按上限(1)和下限(0)插值即可。具體插值方法為:

式中:Wki為第k段港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的定量化評(píng)分(0＜Wki＜1);Pk定i為第k段港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的直接定量化值;P上i為港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的滿意值上限;P下i為港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的滿意值下限。其余大部分指標(biāo)屬定性指標(biāo)，不能直接定量描述，可采用專家打分法來(lái)使其定量化，即設(shè)定滿意值(上限)為1，不滿意值(下限)為0。另外，定性指標(biāo)除很滿意(上限)為1，不滿意(下限)為0外，還約定中間取值的參考標(biāo)準(zhǔn):滿意為0.9，比較滿意為 0.7，一般為 0.5，較不滿意為 0.3。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算與歸類

式中:Sk為第k段港口岸線的綜合得分值，0＜Sk＜1;Zi為港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的總權(quán)重，0＜Zi＜1;Wki為第k段港口岸線第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的定量化得分，0＜Wki＜1。

結(jié)合以往研究成果和相關(guān)專家的意見(jiàn)，最終評(píng)價(jià)結(jié)果可以歸類為3個(gè)不同的等級(jí)。即:一類港口岸線(0.85≤Sk≤1);二類港口岸線(0.70＜Sk＜0.85);三類港口岸線(0.60≤Sk≤0.70)。此外，若Sk＜0.6，則說(shuō)明該岸線有明顯的先天不足，要建設(shè)成為港口岸線，需要經(jīng)過(guò)很復(fù)雜很困難的工程整治，技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都很不合理，因此不適合作為港口岸線，可在經(jīng)過(guò)有關(guān)主管部門的批準(zhǔn)后調(diào)劑到相關(guān)行業(yè)開(kāi)發(fā)利用或直接留作自然岸線保存。

港口岸線等級(jí)評(píng)價(jià)模型的計(jì)算公式為:

5 算例分析

現(xiàn)有5位權(quán)威專家進(jìn)行評(píng)判打分，以第1級(jí)指標(biāo)為例，5位專家的評(píng)判數(shù)據(jù)為:

5.1 計(jì)算區(qū)間權(quán)重

根據(jù)區(qū)間權(quán)重計(jì)算公式，可得表2所示的各專家對(duì)1級(jí)評(píng)判指標(biāo)的評(píng)判值區(qū)間。

表2 各專家對(duì)1級(jí)評(píng)判指標(biāo)的評(píng)判值區(qū)間匯總Tab.2 Summary of the first level indicator value by experts

5.2 計(jì)算專家可信度

將表2中各專家對(duì)1級(jí)指標(biāo)的評(píng)判值區(qū)間取中值，作為各專家對(duì)1級(jí)指標(biāo)的評(píng)判值，并組成5個(gè)行向量，即:

則有:各專家與其他專家評(píng)判相似度為:

μ1=0.200 0;μ2=0.200 0;μ3=0.200 0; μ4=0.199 9; μ5=0.200 1

則有:各專家的評(píng)判差異度為:λ1=0.236 3;λ2=0.130 7; λ3=0.199 7; λ4=0.322 6; λ5=0.110 7

表3 1級(jí)指標(biāo)最終評(píng)判結(jié)果Tab.3 The final evaluation results of the first level indicators

同理，各2級(jí)指標(biāo)權(quán)重的評(píng)判結(jié)果也可依此算出。

5.3 計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的總權(quán)重

將指標(biāo)層中每個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重乘以與之對(duì)應(yīng)的某類因素的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 各指標(biāo)總權(quán)重匯總Tab.4 Summary of the total weight of each index

5.4 實(shí)證分析

以長(zhǎng)江武漢段已建的17個(gè)港區(qū)為例，將專家的評(píng)判數(shù)據(jù)輸入并計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以將13個(gè)評(píng)價(jià)港區(qū)單元?jiǎng)澐譃?類。即:

一類港口岸線(0.85≤Sk≤1):白滸山港區(qū)岸線(Sk=0.897 6)、陽(yáng)邏港區(qū)岸線(Sk=0.887 5)、武石化港區(qū)岸線(Sk=0.862 3)、武鋼工業(yè)港港區(qū)岸線(Sk=0.857 3)。一類港口岸線是建設(shè)港口碼頭，特別是公用碼頭的優(yōu)良岸線，沒(méi)有自然岸線資源方面的明顯缺陷，具有強(qiáng)烈的排他性。應(yīng)確保用于港口建設(shè)，并在碼頭建設(shè)集約化和運(yùn)營(yíng)高效率的原則下合理使用、持續(xù)開(kāi)發(fā)。

二類港口岸線(0.70＜Sk＜0.85):楊泗港區(qū)岸線(Sk=0.810 8)、沌口港區(qū)岸線(Sk=0.803 4)、漢口客運(yùn)港區(qū)岸線(Sk=0.785 7)、金口港區(qū)岸線(Sk=0.777 6)、紅鋼城港區(qū)岸線(Sk=0.777 3)、涂家巷港區(qū)岸線(Sk=0.749 9)、余家頭港區(qū)岸線(Sk=0.730 3)。二類港口岸線，是建設(shè)港口比較優(yōu)良的岸線，有一定的自然條件方面的不足，但也具有較強(qiáng)的排他性。應(yīng)優(yōu)先用于港口建設(shè)，遵循深水深用、淺水淺用、遠(yuǎn)近結(jié)合、各得其所的原則加以開(kāi)發(fā)利用。

三類港口岸線(0.60≤Sk≤0.70):紗帽港區(qū)岸線(Sk=0.643 9)、諶家磯港區(qū)岸線(Sk=0.618 9)。三類港口岸線，是經(jīng)過(guò)一定的工程措施整治后可以建設(shè)港口的岸線，雖有明顯的先天不足，但也具有一定的排他性。在港口岸線資源充裕的前提下，經(jīng)過(guò)所在地交通主管部門同意，可以允許調(diào)劑到相關(guān)行業(yè)開(kāi)發(fā)利用。

表5 各評(píng)價(jià)單元得分匯總Tab.5 Summary of the score of each evaluation unit

(續(xù)表5)

6 結(jié)語(yǔ)

筆者在全面梳理影響港口岸線等級(jí)優(yōu)劣因素的基礎(chǔ)上，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在計(jì)算指標(biāo)權(quán)重時(shí)，引入了不確定性AHP法和群決策理論，使評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果更具可信性。實(shí)證表明，該方法克服了原有評(píng)價(jià)方法的弊端，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，具有較好的實(shí)踐運(yùn)用價(jià)值。

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