殷　月，張慶年

（武漢理工大學　交通學院，湖北　武漢　430063）

基于D-S證據(jù)理論的生態(tài)型港口建設(shè)水平評價

殷月，張慶年

（武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063）

生態(tài)型港口是未來港口的發(fā)展方向，對其評價是一個典型的不確定性多目標決策問題，在評價過程中往往含有大量不確定性因素。針對我國生態(tài)型港口建設(shè)水平參差不齊的問題，參考《綠色港口等級評價標準》，加入經(jīng)濟與資源兩大類指標，建立生態(tài)型港口評價指標體系，采用D-S證據(jù)理論的評價方法研究生態(tài)型港口建設(shè)水平問題，通過對不確定性信息進行融合將問題轉(zhuǎn)化為確定性問題。結(jié)合Z港進行實證分析，結(jié)果表明，運用D-S證據(jù)理論進行生態(tài)型港口評價可行、合理、有效，為綜合評價生態(tài)型港口建設(shè)水平提供了一種新的思路和操作方法。

生態(tài)型港口；證據(jù)理論；建設(shè)水平

1　引言

生態(tài)型港口目前仍沒有標準定義，較為普遍的說法是生態(tài)型港口是指既能滿足環(huán)境要求又能實現(xiàn)良好經(jīng)濟效益的港口。對于生態(tài)型港口評價，一方面符合國家宏觀政策背景要求，有利于建成“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會，為“中國夢”的實現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)；另一方面為港口建設(shè)指明方向，促進港口從粗獷式的外放型擴張向集約式的內(nèi)涵型管理轉(zhuǎn)變。無論是從國家的宏觀政策層面還是港口自身的發(fā)展前景來看，建設(shè)生態(tài)型港口是港口唯一的發(fā)展方向。因此，科學評價生態(tài)型港口的建設(shè)對于建設(shè)兩型社會，明確生態(tài)型港口建設(shè)重點都具有重要意義。

本文首次運用D-S證據(jù)理論對生態(tài)型港口建設(shè)進行評價。通過各位專家對三級指標的基本概率分配進行賦值，得到各指標的初始置信度，進而運用證據(jù)合成規(guī)則將各證據(jù)合成，最終得到各一級指標評價值和綜合評價結(jié)果。

2　研究方法概述

不少學者對生態(tài)型港口都有所研究，劉芳［1］將正態(tài)云模型引入生態(tài)型港口的評價；楊海星［2］運用Bossel模型對生態(tài)型港口進行評價；喬紅［3］結(jié)合DPSRC模型和價值模型確定生態(tài)型港口評價指標體系，并運用AHP結(jié)合三角白化權(quán)函數(shù)灰色評估法建立評價模型；邵超峰［4］基于DPSIR模型建立了生態(tài)型港口評價指標體系等。以上研究均為豐富和明確生態(tài)型港口的內(nèi)涵做出了相應貢獻，為生態(tài)型港口的研究奠定了良好的基礎(chǔ)，但同時也存在著一些不足之處，比如很多都只提出了概念模型，未用具體的評價方法對其進行定量分析。

同傳統(tǒng)的評價方法相比，D-S證據(jù)理論［5］的獨特之處就是擺脫了對先驗信息的依賴，可以將不完整或者不確定的信息經(jīng)過信息推理融合轉(zhuǎn)化為相應的證據(jù)，得到對各結(jié)論或方案的支持程度。其運用簡便靈活，操作性強。其原理即是構(gòu)造識別框架及基本概率分配函數(shù)，結(jié)合證據(jù)合成規(guī)則及遞歸算法進行多次運算。其優(yōu)勢即為在信息不完整的情況下，可以利用證據(jù)融合的結(jié)果做出合理的評估決策。

3　生態(tài)型港口內(nèi)涵

交通運輸部發(fā)布的《綠色港口等級評價標準》［6］中對綠色港口的定義：在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，秉承資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)理念，積極履行社會責任，綜合采取有利于節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境和生態(tài)、應對氣候變化的技術(shù)和管理措施，達到了相應綠色等級標準的港口及碼頭。本文認為生態(tài)型港口的建設(shè)一般分為三個階段，即低碳港口—綠色港口—生態(tài)港口。所謂低碳港口，是指港口注重資源的節(jié)約利用，加強節(jié)能減排技術(shù)的投入使用，減少能源消耗，降低碳排放；綠色港口是在低碳港口的基礎(chǔ)上，加強對港區(qū)環(huán)境的治理，控制污染物的排放，減少粉塵、噪音等污染；生態(tài)港口即是在綠色港口的基礎(chǔ)上，注重港區(qū)的生態(tài)修復，注重港區(qū)與周圍環(huán)境的和諧發(fā)展，實現(xiàn)自然—港口—經(jīng)濟和諧發(fā)展。生態(tài)港的概念應該是：在港口生產(chǎn)經(jīng)營活動中貫徹清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、控制污染、安全運營等環(huán)保理念，注重資源節(jié)約，開發(fā)循環(huán)經(jīng)濟，提高職工環(huán)保意識，健全企業(yè)環(huán)保制度，從而保證港口經(jīng)濟高效，實現(xiàn)自然—港口—經(jīng)濟和諧發(fā)展。

4　生態(tài)型港口評價指標體系構(gòu)建

正所謂經(jīng)濟基礎(chǔ)決定上層建筑，港口企業(yè)一切生產(chǎn)經(jīng)營的前提條件是經(jīng)濟保障。例如基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)與采購、先進生產(chǎn)工藝的引進、節(jié)能產(chǎn)品的投入等都離不開經(jīng)濟支撐。因此，在生態(tài)型港口評價研究中，對港口經(jīng)濟效益的考核必不可少。眾所周知，為構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，需要節(jié)能減排，控制能源消耗，港口岸線、堆場等不可再生的寶貴土地資源的利用應納入指標體系之中。在交通部頒布的《綠色港口等級評價標準》基礎(chǔ)上，本文在評價指標方面加入了經(jīng)濟和資源兩大類，具體的指標見表1。

5　D-S證據(jù)理論評價模型構(gòu)建

5.1D-S證據(jù)理論［7］模型參數(shù)選取

某一事件出現(xiàn)的所有可能的集合為識別框架。

（1）基本概率分配?；靖怕史峙洌˙asic Probability Assignment），簡稱BPA，在識別框架上的BPA是一個2Θ→［0，1］的函數(shù)m，稱為mass函數(shù)，滿足：

其中，使得m（A）＞0的A稱為焦元（Focal Elements）。

（2）Dempster合成規(guī)則。本文采用最大信任函數(shù)法來進行證據(jù)合成，即對于?A?Θ，Θ上的任意兩個mass函數(shù)m1，m2的Dempster合成規(guī)則如下：

其中K為歸一化常數(shù)。

5.2D-S證據(jù)理論評價模型建立

（1）確定評價因素集。因素集即為生態(tài)型港口評價體系，在進行證據(jù)融合時，需要將各證據(jù)（指標）轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的描述形式。

（2）確定各級指標權(quán)重［8］。

（3）確定評估初始值。針對生態(tài)型港口建設(shè)評價問題，設(shè)辨識框架為，且每個指標都能用相同的辨識框架來表示，本文取N=4，即設(shè)辨識框架對應的評價值V=｛優(yōu)，良，中，差｝。設(shè)每個評價等級θn的似真函數(shù)為0.6，0.4，0.2｝。假設(shè)有r位專家是信息來源，專家可用集合EL=｛E1，E2，...，Er｝表示，每位專家分別給出某生態(tài)型港口評價指標體系的三級指標在評價等級上的置信度，記為滿足建立關(guān)于置信度的矩陣。βji（θn）表示三級指標Bji在評價中屬于評價等級θn的置信度。由于r位專家水平存在差異性，所以對各位專家賦予不同的權(quán)重。設(shè)專家EL的權(quán)重為λL（L=1，2，...，r），滿足

表1　生態(tài)港口評價指標體系

（4）構(gòu)建mass函數(shù)。根據(jù)置信度βji（θn）和各三級指標的相對權(quán)重Wji的數(shù)據(jù)，計算各三級指標關(guān)于各專家的mass函數(shù)mL（θn/Bji），L=1，2，...，r；i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，...，m。設(shè)指標中權(quán)重最大的為關(guān)鍵指標，其他的為非關(guān)鍵指標。設(shè)關(guān)鍵指標為Bki，構(gòu)造mass函數(shù)：

式（6）中α為折扣率，表示關(guān)鍵指標Bki的重要程度，α→（0，1］，本文取α=0.8。mL（θn/Bki）表示該關(guān)鍵指標支持上一級指標的程度，表示該關(guān)鍵指標對上一級指標支持度的不確定程度。

設(shè)非關(guān)鍵指標為Bfi，其mass函數(shù)為：

（5）證據(jù)合成運算。首先，根據(jù)Dempster規(guī)則將三級指標的概率分派通過證據(jù)推理的遞推算法合成為二級指標的概率分配，各位專家關(guān)于指標Ai的mass函數(shù)定義初始值：

采用上述方法逐級合成，最后得到頂級指標A的基本可信度分配。二級指標證據(jù)合成的結(jié)果即為該生態(tài)型港口評價指標在Θ=｛θ1，θ2，θ3，θ4｝上的綜合概率分配函數(shù)，綜合評價結(jié)果可以表示為：

U（A）表示綜合評價結(jié)果S（A）在辨識框架Θ下的綜合評價值，滿足如下運算：

6　模型實例驗證

為驗證以上模型的合理性及實用性，本文以Z港為例進行實證分析。

（1）指標權(quán)重的確定。對于《綠色港口等級評價標準》中給出的指標及其權(quán)重，本文直接借鑒、采用，新加指標權(quán)重，本文采取層次分析法進行確定。最終得到各指標的權(quán)重見表2-表4。

表2　一級指標權(quán)重表

表3　二級指標權(quán)重表

表4　三級指標權(quán)重表

（2）證據(jù)合成。由三位專家根據(jù)自己的經(jīng)驗、專業(yè)知識及前期收集Z港的相關(guān)資料對三級指標置信度進行賦值。根據(jù)各位專家學術(shù)水平、經(jīng)驗水平、行業(yè)影響度等狀況，對各專家賦予權(quán)重，E1=0.4，E2=0.3，E3=0.3。

根據(jù)三級指標各指標權(quán)重不同，根據(jù)式（6）-（11）對各位專家評價情況進行第一次證據(jù)合成，得到各位專家對各二級指標的置信度，結(jié)果見表5-表7。

表5　第一次證據(jù)合成（專家一）

表6　第一次證據(jù)合成（專家二）

根據(jù)各二級指標權(quán)重不同，繼續(xù)對二級指標進行證據(jù)合成，得到第二次證據(jù)合成結(jié)果，即各專家對一級指標在各評價等級上的置信度，見表8。

由于各位專家所占權(quán)重不同，進行第三次證據(jù)合成，得到基于專家權(quán)重的各一級指標置信度，結(jié)果見表9。

通過對各一級指標的證據(jù)合成，得到最終綜合評價結(jié)果見表10。

表7　第一次證據(jù)合成（專家三）

表8　第二次證據(jù)合成結(jié)果

表9　第三次證據(jù)合成結(jié)果

表10　第四次證據(jù)合成結(jié)果

根據(jù)式（12）-（16），計算各一級指標評價情況，見表11。

表11　一級指標評價結(jié)果

由上述結(jié)果可以看出，Z港生態(tài)型港口建設(shè)S（A）= 0.771，即Z港生態(tài)型港口建設(shè)水平目前處于良好階段。從各單項評價指標來看，U（A1）=0.727、U（A3）= 0.753、U（A4）=0.724、U（A5）=0.696，均超過了0.6，表明Z港在經(jīng)濟、理念、行動和管理方面均已達到良好水平，而U（A2）=0.556、U（A6）=0.579都介于0.4和0.6之間，表明Z港在資源利用和效果方面均接近于良好，目前仍有很大的發(fā)展空間，需重點加強資源利用方面的建設(shè)，提高資源利用率。

7　結(jié)語

D-S證據(jù)理論為綜合評價生態(tài)型港口建設(shè)水平提供了一種新的思路和操作方法。D-S證據(jù)理論較其他評價方法具有操作性強、便于理解等特點，符合“證據(jù)匯集”涵義，不需知道已知命題的先驗信息。

本文通過建立生態(tài)型港口評價指標體系，提出運用D-S證據(jù)理論對其進行評價，并借助matlab編程對具體港口進行實證分析，結(jié)果表明基于D-S證據(jù)理論進行生態(tài)型港口評價的方法在實際應用中合理可行。

［1］劉芳.基于云模型的生態(tài)港口評價研究［D］.大連∶大連海事大學，2014.

［2］楊海星.生態(tài)型港口建設(shè)評價研究［D］.大連∶大連海事大學，2011.

［3］喬紅.生態(tài)型港口評價體系研究［D］.大連∶大連海事大學，2012.

［4］邵超峰，鞠美庭，何迎，等.基于DPSIR模型的生態(tài)港口指標體系研究［J］.海洋環(huán)境科學，2009，（3）∶333-337.

［5］周美春，錢新.證據(jù)推理法在戰(zhàn)略環(huán)境評價中的應用［J］.中國環(huán)境科學，2008，28（11）∶1 042-1 046.

［6］交通運輸部水運科學研究院.綠色港口等級評價標準［M］.北京∶人民交通出版社，2013.

［7］丁勇，梁昌勇.基于D-S證據(jù)理論的多水庫聯(lián)合調(diào)度方案評價［J］.水科學進展，2007，（4）.

［8］鄧雪，李家銘，曾浩健.層次分析法權(quán)重計算分析及其應用研究［J］.數(shù)學的實踐與認識，2012，（7）.

Study on Construction Level Evaluation of Ecological Ports Based on D-S Evidence Theory

Yin Yue，Zhang Qingnian
（School of Transportation， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China）

The ecological port is a trend for the port industry in the future， whose evaluation is a typical uncertain multi- objectivedecision- making process， wherein are a multitude of uncertain factors. In this paper， in view of the gap in the construction level of theecological ports in China， we introduced in the economic and resources index by reference to the Green Port Grading and EvaluationStandard， built the ecological port evaluation index system， used the D- S evidence methodology to evaluate the construction level of theecological ports， and converted the problem into a deterministic one by integrating the uncertain information. Next， in the empirical case ofthe port Z， we proved the feasibility and validity of the D-S evidence theory in this respect.

ecological port； evidence theory； construction level

F552；F205；F224

A

1005-152X（2016）03-0050-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.03.013

2016-02-05

殷月（1993-），女，湖北孝感人，研究生在讀，主要研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理；張慶年（1957-），男，浙江寧波人，博士生導師，主要研究方向：城市公共交通組織與管理、交通運輸規(guī)劃、交通運輸系統(tǒng)優(yōu)化與決策、交通運輸安全管理等。