廖 濤，陳志雄，陳 丹，田俊杰，黃 成 LIAO Tao, CHEN Zhixiong, CHEN Dan, TIAN Junjie, HUANG Cheng

（1.上海工程技術(shù)大學(xué) 航空運(yùn)輸學(xué)院，上海 201620；2.南京工程學(xué)院 汽車(chē)與軌道交通學(xué)院，江蘇 南京 211167；3.上海市環(huán)境科學(xué)研究院 國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市大氣復(fù)合污染成因與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200233）

0 引 言

伴隨我國(guó)新能源汽車(chē)廣泛使用和鐵路電氣化全覆蓋，預(yù)計(jì)到2060 年，公路和鐵路有望實(shí)現(xiàn)零排放[1]。航空運(yùn)輸2019 年二氧化碳排放占全國(guó)比重1%，但航空發(fā)展快，飛機(jī)電動(dòng)化、綠色航空燃油等新技術(shù)受限于安全性和經(jīng)濟(jì)性，難有突破，到2060年，航空運(yùn)輸能耗預(yù)計(jì)為2019 年的3 倍，在交通運(yùn)輸碳排放占比將上升至87.4%[2]。這使我國(guó)航空運(yùn)輸面臨前所未有的挑戰(zhàn)，迫切尋求解決策略。

2015 年12 月第21 屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)共同通過(guò)《巴黎協(xié)定》，設(shè)定全球控溫目標(biāo)。隨后，歐盟、中國(guó)和美國(guó)等相繼制定碳達(dá)峰和碳中和實(shí)現(xiàn)時(shí)間表和技術(shù)路線途經(jīng)。各國(guó)積極探索飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，新清潔能源（包括氫能、電動(dòng)和可持續(xù)航空燃料等），改進(jìn)運(yùn)行環(huán)境（涉及空中交通管理（ATM）、機(jī)場(chǎng)設(shè)施和政策等） 等各種先進(jìn)技術(shù)[2-6]。ATM 作為民航運(yùn)行中樞，歐美相繼實(shí)施相關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，歐洲單一天空空中交通管理研究（SESAR）[7]，旨在提高網(wǎng)絡(luò)容量與韌性、改進(jìn)機(jī)場(chǎng)性能和可用性、優(yōu)化空中自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)ATM 的現(xiàn)代化；美國(guó)的下一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)（NextGen）[8]，目的是增大空域交通容量，節(jié)省內(nèi)部成本、減少碳排放和縮短旅行時(shí)間。中國(guó)民航局特別制定《“十四五”民航綠色發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》，明確全行業(yè)綠色發(fā)展要求。

目前空管研究主要涉及安全運(yùn)行[9-11]、交通流預(yù)測(cè)與優(yōu)化調(diào)配[12-14]、空域碳排放[15-17]等。我國(guó)綠色空管處于起步階段，需要梳理空管綠色低碳方面發(fā)揮的效能和作用，明確空管綠色發(fā)展相關(guān)部門(mén)職能定位，目前鮮有關(guān)于綠色空管的指標(biāo)體系建立，本文將建立空管綠色低碳發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以掌握管理、技術(shù)、設(shè)備等影響空管低碳發(fā)展的關(guān)鍵因素。指標(biāo)體系建立方法有灰色關(guān)聯(lián)度分析法[18]、層次分析法（AHP）[19]和模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE）[20-21]等?；疑P(guān)聯(lián)度分析法是通過(guò)一系列關(guān)聯(lián)度分析將其關(guān)系進(jìn)行白化，該方法難以清晰地表征其評(píng)價(jià)結(jié)果。層次分析法（AHP） 可以根據(jù)系統(tǒng)獨(dú)有特性勾勒出其內(nèi)在的功能聯(lián)系，使各因素間既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，通過(guò)建立權(quán)重判斷矩陣對(duì)其內(nèi)在因素進(jìn)行重要性排序，層層遞進(jìn)，該方法實(shí)用、高效且層次感分明，各因素可得到相對(duì)完善的處理。模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE） 主要以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)令邊界不清、難以定量的因素定量化的功能并對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，很好地解決了判斷的不確定性問(wèn)題。張小虎[22]基于層次分析法（AHP） 建立了一套對(duì)飛機(jī)維修供應(yīng)商評(píng)價(jià)的模型，以增加對(duì)維修供應(yīng)商選擇的科學(xué)性。楊陽(yáng)等[23]引入AHP 為現(xiàn)有的交付方式向“一裝一試”的模式轉(zhuǎn)變提供了理論依據(jù)，促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)一次裝配與試車(chē)，降低了交付經(jīng)濟(jì)成本，進(jìn)而縮短了外場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)交付周期。李敬強(qiáng)等[24]采用層次分析法（AHP） 確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，最后結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE），對(duì)模型進(jìn)行實(shí)證分析和評(píng)價(jià)。研究結(jié)果顯示：其構(gòu)建的能力評(píng)價(jià)模型的考核結(jié)果與民航監(jiān)察員的實(shí)際安全監(jiān)管能力基本契合，更能客觀、準(zhǔn)確地量化其監(jiān)察員的安全監(jiān)管能力水平。鑒于空管系統(tǒng)的復(fù)雜性[25]，本文采用層次分析法（AHP） 構(gòu)建綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確立各指標(biāo)權(quán)重；在此基礎(chǔ)上，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE） 對(duì)綠色空管進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后對(duì)某空管局進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，證明該評(píng)價(jià)體系在綠色空管中的科學(xué)性和可行性。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建及指標(biāo)權(quán)重

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

空管的綠色評(píng)價(jià)是多方面的，其評(píng)價(jià)需要綜合考慮各種因素條件。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)非線性、動(dòng)態(tài)、模糊的非常復(fù)雜的系統(tǒng)，確定能夠反映其綜合狀況的因素是建立科學(xué)可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的前提，在確定綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，體現(xiàn)出科學(xué)性、關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性、可行性等原則，建立綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的具體流程如圖1 所示。

圖1 指標(biāo)體系的建立流程圖

空管的綠色評(píng)價(jià)需要考慮管理水平、能效提升、技術(shù)應(yīng)用等方面的影響。在充分考慮以上影響條件的基礎(chǔ)上，遵循指標(biāo)體系建立原則，根據(jù)空管的綠色發(fā)展的各項(xiàng)需求，按照民用航空節(jié)能減排相關(guān)法規(guī)、批準(zhǔn)文件要求，通過(guò)走訪調(diào)研相關(guān)機(jī)構(gòu)、專家意見(jiàn)，結(jié)合空管系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過(guò)趨勢(shì)分析和定性定量相結(jié)合的方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)定。以綠色空管評(píng)價(jià)為目標(biāo)層，以組織機(jī)構(gòu)的建設(shè)C1、低碳型機(jī)關(guān)的建設(shè)C2、綠色低碳新技術(shù)新設(shè)備的必要性C3、節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行C4、綠色低碳政策的執(zhí)行C5、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化C6和節(jié)能減排機(jī)制的必要性C7等7 個(gè)維度為子準(zhǔn)則層，從綠色低碳機(jī)構(gòu)設(shè)置的合理度D1、綠色低碳人員職責(zé)的明確度D2、綠色低碳人員職能的履行度D3、低碳型機(jī)關(guān)建設(shè)政策制定D4、低碳型機(jī)關(guān)能源消耗下降比率D5、綠色低碳資金投入比例與增長(zhǎng)率比值D6、綠色低碳新設(shè)備的推廣度D7、在空管系統(tǒng)中的重要程度D8、綠色低碳新技術(shù)的應(yīng)用項(xiàng)數(shù)D9、節(jié)能減排設(shè)備的配套率D10、節(jié)能減排的執(zhí)行率D11、節(jié)能減排應(yīng)急措施的響應(yīng)率D12、綠色低碳政策的制定D13、綠色低碳政策宣傳D14、綠色低碳政策的執(zhí)行D15、空中折返線路的比例D16、減少航空器等待時(shí)間的結(jié)構(gòu)調(diào)整度D17、激勵(lì)機(jī)制措施的制定D18、激勵(lì)機(jī)制措施的執(zhí)行D19、激勵(lì)機(jī)制措施的滿意度D20等20 個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[2,12-13,15,26-28]，如圖2 所示。

圖2 綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 確立指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)開(kāi)展對(duì)現(xiàn)有節(jié)能減排情況的調(diào)研，數(shù)據(jù)的收集等工作，本文主要采用的是利用專家調(diào)查法對(duì)其進(jìn)行打分，從而構(gòu)造判斷矩陣，再采用層次分析法（AHP） 去求解各指標(biāo)的權(quán)重，確立各指標(biāo)權(quán)重的具體過(guò)程如下：

（1） 構(gòu)造判斷矩陣

對(duì)于在同一層次中的指標(biāo)，需要進(jìn)行兩兩比較各指標(biāo)對(duì)于上一層某因素的重要程度，再對(duì)其依次構(gòu)造出評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的判斷矩陣，記為A：

式中：A 為判斷矩陣，aij表示因素i 對(duì)因素j 的重要性比較結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用如表1 所示的1~9 的量化比例標(biāo)度來(lái)反映其重要程度。

表1 AHP 常用的量化比例標(biāo)度及其含義

（2） 權(quán)重向量的計(jì)算

①將各行判斷矩陣分值的乘積開(kāi)n 次方：

③進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

式（4）、式（5） 中：λm是判斷矩陣A 的最大特征值；CI 是一致性檢驗(yàn)指標(biāo)，n 是判斷矩陣的階數(shù)；CR 是檢驗(yàn)系數(shù)，RI是平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

RI 的值如表2 所示，若RI<0.1，則說(shuō)明矩陣具有一致性，若RI≥0.1，則說(shuō)明等式不成立，需要修正以通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

表2 RI 的值

使用Matlab 軟件計(jì)算出準(zhǔn)則層判斷矩陣A 和權(quán)重向量，以及判斷矩陣最大特征值λmax，并進(jìn)行一致性檢檢驗(yàn)。具體步驟為：首先計(jì)算準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣及權(quán)重，計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過(guò)后進(jìn)行指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層B1的判斷矩陣及權(quán)重結(jié)果計(jì)算，計(jì)算結(jié)果同樣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一樣的步驟，完成指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層B2、B3的判斷矩陣及權(quán)重結(jié)果的計(jì)算。之后再依次完成指標(biāo)層對(duì)子準(zhǔn)則層C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7的判斷矩陣及權(quán)重結(jié)果計(jì)算，每一步都需要完成一致性檢驗(yàn)通過(guò)。權(quán)重結(jié)果計(jì)算如圖3 所示。

圖3 子準(zhǔn)則層權(quán)重結(jié)果

基于上述內(nèi)容，各層完整指標(biāo)權(quán)重如表3 所示。綠色低碳機(jī)構(gòu)設(shè)置的合理度、綠色低碳人員職責(zé)的明確度、綠色低碳人員職能的履行度。

表3 綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

2 評(píng)價(jià)步驟

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)基本原理

模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE） 就是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)和模糊統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)影響某事物的各個(gè)因素綜合考慮，對(duì)該事物做出科學(xué)評(píng)價(jià)，模糊綜合評(píng)價(jià)就是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則考慮相關(guān)的各個(gè)因素，從而對(duì)其進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)。

2.2 模糊評(píng)價(jià)步驟

（1） 利用AHP 確定權(quán)重集W= （w1,w2,…,wn）。

（2） 建立評(píng)語(yǔ)集：Vi= ｛v1,v2,…,vw｝。

確定評(píng)價(jià)集，取評(píng)價(jià)集為X= （X1,X2,X3,X4,X5）分別代表綠色空管關(guān)于指標(biāo)層的等級(jí)：好，較好，一般，較低，低五個(gè)等級(jí)。為進(jìn)一步去模糊化，構(gòu)造加權(quán)分?jǐn)?shù)向量= （1,0.75,0.5,0.25,0 ）。各定量指標(biāo)模糊映射分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表4 所示。

表4 定量指標(biāo)模糊映射評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

（3） 確定隸屬度

為減少評(píng)價(jià)誤差，使隸屬度更加客觀真實(shí)，根據(jù)空管綠色低碳評(píng)價(jià)規(guī)范，結(jié)合空管系統(tǒng)實(shí)際情況，建立評(píng)價(jià)因素集到評(píng)語(yǔ)集的模糊映射，采用隸屬函數(shù)計(jì)算定量指標(biāo)隸屬度，可得到其指標(biāo)隸屬函數(shù)，具體如表5 所示。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)

（4） 構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)矩陣

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中既有定量指標(biāo)，又有定性指標(biāo)，而它們的隸屬度確定需要分別進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于定量指標(biāo)，采用三角隸屬度函數(shù)建立各評(píng)價(jià)因子對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬函數(shù)rij，從而建立模糊關(guān)系矩陣R= （rij）；定性指標(biāo)的隸屬度確定則采用中間型為三角形分布，偏大、偏小選擇半梯形分布建立各評(píng)價(jià)因子對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬函數(shù)rij，從而建立模糊關(guān)系矩陣R= （rij）：

本文提出了基于NJ運(yùn)動(dòng)控制的Delta機(jī)器人動(dòng)態(tài)抓取系統(tǒng),以NJ控制器為核心,通過(guò)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)動(dòng)、邏輯、視覺(jué)控制等功能合而為一,提高圖像處理系統(tǒng)、控制器及伺服驅(qū)動(dòng)器輸入輸出總處理能力的速度,實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制。在對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試中,Delta機(jī)器人的漏抓率小于2%,誤抓率為0,表明在以幾何分析為基礎(chǔ)的機(jī)器人動(dòng)態(tài)抓取算法迭代次數(shù)少、運(yùn)算時(shí)間短,能夠達(dá)到抓取系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,在實(shí)際工程中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

矩陣中的第m 行第n 列的元素表示指標(biāo)Ri對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)V 的模糊隸屬度。

（5） 計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

最后將得到的模糊矩陣R 和權(quán)重集W 進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算：

由最大隸屬度原則得出模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。

（6） 計(jì)算模糊綜合值

每個(gè)層次指標(biāo)的模糊綜合值H 可由模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量Z 與評(píng)分等級(jí)向量C 的轉(zhuǎn)置矩陣相乘求得：

3 實(shí)例分析

以某空管局為例進(jìn)行驗(yàn)證。首先建立權(quán)重集，利用軟件Matlab 對(duì)構(gòu)造的判斷矩陣進(jìn)行運(yùn)算，各指標(biāo)權(quán)重由表3 可得：W= （0.195 8 0.310 8 0.4934 ），WB1= （0.666 7 0.3333 ），WB2= （0.333 3 0.6667 ），WB3= （0.493 4 0.310 8 0.1958 ），WC1= （0.297 0.163 4 0.5396 ），WC2= （0.25 0.75 ），WC3= （0.189 9 0.121 3 0.268 5 0.4203 ），WC4= （0.539 6 0.297 0.1634 ），WC5= （0.310 8 0.195 8 0.4934 ），WC6= （0.8 0.2 ），WC7= （0.249 3 0.593 6 0.1571 ）。

表6 定量指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

表7 定性指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

將定量指標(biāo)和定性指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)集綜合后得到模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，如表8 所示。

表8 指標(biāo)層隸屬度矩陣

將各評(píng)價(jià)因子的實(shí)際值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)代入隸屬函數(shù)（表5） 中即可建立出單因素評(píng)價(jià)矩陣，進(jìn)而能夠得到第三層的指標(biāo)相對(duì)于每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度結(jié)果，據(jù)此構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)而計(jì)算其模糊值，此處以C1的模糊評(píng)價(jià)矩陣為例：

計(jì)算其模糊值：

即其對(duì)應(yīng)第一級(jí)指標(biāo)的模糊值，其他子準(zhǔn)則層指標(biāo)、準(zhǔn)則層指標(biāo)均按此方法進(jìn)行計(jì)算，可得到其模糊評(píng)價(jià)向量，從而得到各子準(zhǔn)則層指標(biāo)、各準(zhǔn)則層指標(biāo)對(duì)各等級(jí)的隸屬度和模糊值，即二級(jí)指標(biāo)模糊值。最后由準(zhǔn)則層指標(biāo)隸屬度及權(quán)重，得到總指標(biāo)的模糊綜合值，再計(jì)算、歸一化處理可得總的模糊值Z=0.75，各指標(biāo)層結(jié)果如表9 所示。

表9 各指標(biāo)層結(jié)果

按照最大隸屬度原則可知該空管局綠色低碳效果較好，與實(shí)際相符。說(shuō)明在空管的綠色評(píng)價(jià)中，“能效提升”是相對(duì)重要的指標(biāo)，也是提高空管的綠色發(fā)展的重要著力點(diǎn)。

4 結(jié) 論

（1） 基于空管系統(tǒng)現(xiàn)狀，建立了“能效提升、管理水平、技術(shù)應(yīng)用”3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)層次，通過(guò)文獻(xiàn)分析和走訪調(diào)查，構(gòu)建20 個(gè)底層指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法（AHP） 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和各層的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)造完整的綠色空管評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE） 建立評(píng)價(jià)模型，計(jì)算各層因素的評(píng)價(jià)向量，根據(jù)結(jié)果的隸屬度對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，最終對(duì)該空管局狀況等級(jí)做出評(píng)價(jià)。結(jié)果與實(shí)際相符，一定程度上證明該評(píng)價(jià)體系在綠色空管中有科學(xué)性和可行性。

（2） 我國(guó)民航仍處于快速發(fā)展階段，航空運(yùn)輸量的持續(xù)增加勢(shì)必對(duì)空管系統(tǒng)的保障工作提出了更高要求。在未來(lái)空管綠色發(fā)展中，應(yīng)以提高空管運(yùn)行效率、減少污染排放、推進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用、建設(shè)低碳型機(jī)關(guān)為重要任務(wù)，全面推進(jìn)空管系統(tǒng)的綠色發(fā)展工作。