物聯網產業可持續發展能力評價指標體系構建及優化方法研究

錢吳永，李曉鐘，王育紅

1 引言

物聯網產業作為一種戰略新興產業，其發展將引發新一輪信息技術革命和產業革命，近幾年隨著物聯網技術與產業的發展，物聯網已成為國內外學者關注和研究的一個熱點。目前，國內外對物聯網的相關研究主要集中在以下幾個方面。

(1)物聯網概念、體系架構及應用前景。KevinAshton提出了物聯網的概念，主張采用射頻技術實現對產品的非接觸式自動識別，并通過互聯網實現產品信息在全球范圍內的識別與管理。國際電信聯盟提出物聯網是通過移動收發器實現人與人、人與物、物與物的新型交互方式。歐洲智能系統集成技術平臺從應用的角度對物聯網進行定義，認為物聯網是由具有標示和虛擬個性等信息的物體和對象所組成的網絡。李航分析了物聯網的架構體系與關鍵技術，通過案例分析了物聯網廣泛的應用前景［1］。薛潔在梳理國內外對物聯網的界定的基礎上，提出我國物聯網產業的統計界定和劃分我國物聯網產業統計分類應遵循的原則及分類框架［2］。錢志鴻通過對物聯網標準、技術、安全以及應用方面存在問題的分析，提出了未來物聯網發展的六個重要理念［3］。

(2)物聯網技術及應用。Michael Chui認為可以將物聯網的傳感器驅動的決策分析，應用于石油和天然氣行業，以降低開發成本，提高石油開采交易的流動性［4］。Folorian Michahelles分析了物聯網的應用對人們生活的影響，并認為物聯網將通過手機、網絡家電和設備改善人們的生活［5］。紀志成認為應以技術研發為主，利用協同創新引領物聯網產業的重大創新，從協同創新的視角提升我國物聯網產業的技術創新能力，探索物聯網產業技術協同創新體制，構建以人為本的協同創新機制［6］。董愛軍在分析物聯網國內外發展現狀趨勢的基礎上，分析了物聯網的技術體系和應用現狀，提出了物聯網產業化發展的體系構架和相關建議［7］。

(3)物聯網產業發展現狀、影響因素及對策研究。黃衛東在梳理美歐等發達國家產業政策實踐經驗的基礎上，結合我國物聯網產業發展的實際情況，提出了產業自主化發展的政策選擇［8］。范鵬飛在總結國內外物聯網業務形態的基礎上，提出了由政府主導、以系統集成商和電信運營商為核心的新型業務形態［9］。熊三爐在分析物聯網國內外發展情況的基礎上，指出我國發展物聯網的瓶頸和制約因素，并提出相應的對策和建議［10］。張軍杰分析了我國物聯網產業發展的影響因素，進而提出了我國物聯網產業發展的戰略舉措［11］。劉勇燕根據物聯網產業發展的形勢，剖析了物聯網產業發展過程中在標準規范、核心技術、稀缺資源、信息安全、知識產權保護等方面亟待研究和解決的瓶頸問題［12］。陳坤揭示了物聯網產業發展演化規律，通過定量分析論證了研究開發強度是物聯網產業演化的序參量，得出了要將研發投入與勞動生產率的協同作為物聯網產業發展關鍵的結論［13］。何佳泓從物聯網產業網絡發展水平、裝備水平、研發能力、市場應用水平和總量水平等方面構建我國物聯網產業發展水平的指標體系［14］。田為興對物聯網產業發展和示范重點項目推廣應用的投融資模式進行研究，認為開發性金融是促進物聯網產業發展的理想金融形態，是落實我國物聯網產業政策的金融工具［15］。

(4)基于特定區域的實證研究。王旭超針對吉林省物聯網產業發展面臨的國內外形勢，提出了加快培育和發展吉林省物聯網產業的策略［16］。張宏勝利用SWOT分析法分析上海物聯網產業的發展情況，提出了上海物聯網產業發展的重點，明晰了上海物聯網產業發展的障礙，并對其發展戰略進行研究［17］。周曉唯利用主成分分析法對物聯網產業發展具有代表性的全國八個省份的物聯網產業發展潛力進行了評價分析，通過聚類分析將選取的目標省份按照產業發展潛力分為三大類［18］。

現有的研究對厘清物流網的概念和體系架構，剖析物聯網產業發展的現狀，分析物聯網產業的發展趨勢，探索物聯網產業發展模式和路徑大有裨益，為開展物聯網產業理論的研究奠定了基礎。但目前國內外對物聯網產業可持續發展能力的研究卻鮮有涉及。本文將在現有研究的基礎上，對物聯網產業的可持續發展能力的內涵進行分析，建立物聯網產業可持續發展能力評價指標體系，以期為物聯網產業可持續發展評價提供指標支撐，為定量分析物聯網產業可持續發展能力奠定基礎。

2 物聯網產業可持續發展能力影響因素分析

物聯網產業的可持續發展是指有效合理地利用物聯網產業發展資源，將物聯網產業發展的內在客觀規律和長遠發展規劃結合起來，注重物聯網產業經濟價值與社會價值統一，注重區域、行業、部門之間統籌協調，注重技術研發、標準制定、應用推廣和安全保障的統籌協調，注重戰略規劃、政策、資金投入的統籌協調，及時研究解決物聯網產業發展中的重大問題，破解制約物聯網產業發展的掣肘，減少物聯網產業發展過程中產生的負面效應，為物聯網產業的發展提供持久動力，使物聯網產業沿著健康的軌道由低級向高級不斷演進的長期持續發展，在發展過程中注重產業發展的可持續、協調性和均衡性。物聯網產業的可持續發展能力是指在既定的資源約束條件下，在保持產業健康有序發展和持續發展的基礎上，為物聯網產業持續發展提供各種保障資源和發展環境的能力。物聯網產業可持續發展能力強調的是物聯網產業的后續發展能力和這種能力的持久性，是物聯網產業健康有序發展保障能力和保障水平的體現。

物聯網產業的可持續發展會受到諸多因素的影響，客觀地分析影響物聯網產業可持續發展能力影響因素，是開展物聯網產業可持續發展能力評價的前提和基礎。物聯網產業的可持續發展主要受到內部、外部因素的綜合交互影響，外部因素主要包括基礎環境、政策與資金、市場因素，內部因素主要包括技術與創新、技術標準、人才因素。

基礎環境。基礎環境是指物聯網產業發展所面臨的宏觀經濟環境和所需的基礎設施環境。物聯網產業作為高新技術產業，其發展與區域經濟發展水平和基礎設施密切相關，一般經濟發達和信息化水平高的地區，其物聯網產業發展的外部空間環境較好，經濟發達地區不但容易獲得發展物聯網產業的資金、人才等資源，也擁有較好的基礎配套設施，有利于物聯網產業的發展。因此，基礎環境是影響物聯網產業可持續發展的因素之一。

政策與資金。物聯網產業發展的初期具有投入大、風險高、周期長的特征，特別是面對高成本的瓶頸，實現市場化和規?；枰^長的時間，具有較強的不確定性，單純依靠市場和企業推動物聯網產業的培育和發展往往難以實現，物聯網產業的發展需要政府發揮調節作用。政策的主要作用在于引導和保證公共資源在產業領域的有效配置與合理流動，完善的政策體系可以為物聯網產業的發展提供技術、資金、人才和配套設施的有力支撐，物聯網產業的發展同樣離不開龐大資金支撐。因此，政策與資金是影響物聯網產業可持續發展的因素之一。

市場因素。物聯網產業早期的發展離不開政策的支持，而發展到一定程度，要實現其產業化，必然要走向市場，依靠市場的力量來實現產業化與可持續發展，要充分發揮市場配置資源的基礎性作用，利用利益誘導、市場約束和資源約束的“倒逼”機制引導物聯網技術和產業的發展。市場是驅動物聯網產業發展的核心動力，也是推動物聯網產業逐步走向成熟，獲得自發展能力的主要動因。市場對物聯網發展的驅動主要表現在兩大方面，一是以市場需求引導物聯網技術與產業的發展，二是通過市場供給推動物聯網產業的不斷發展。因此，市場是影響物聯網產業可持續發展的因素之一。

技術與創新。如果說政策和市場是驅動物聯網產業發展的最重要的外部動力，那么技術與創新是推動物聯網產業發展的核心內在動力。推動物聯網產業發展的技術與創新因素主要包括核心技術創新、技術市場的有效占有、技術研發能力、產業的綜合創新能力等。技術與創新是實現物聯網可持續發展的重要因素之一。

標準制定。物聯網產業實現產業化和規?；氖滓獥l件是標準體系的建立，標準規范的缺失將大大制約技術的發展和產品的規模化應用，標準制定和產業化相輔相成，缺乏標準各自為戰不利于產業發展，同時標準化制定也關乎國際話語權。目前，物聯網尚未形成全球化標準，各國都高度重視物聯網產業標準的制定，在標準制定方面投入大量的資源。因此，物聯網產業標準化制定是影響物聯網產業可持續發展的因素之一。

人才因素。人才是實現創新的基礎與根本，是保證產業發展的核心要素，物聯網技術、產業的發展都離不開人才這一重要資源，物聯網人才是驅動物聯網產業發展的最根本力量，是影響物聯網產業可持續發展的因素之一。

3 物聯網產業可持續發展能力評價指標設計與優化方法

根據物聯網產業的發展內涵與影響物聯網產業可持續發展的因素分析，從影響物聯網產業可持續發展的六大影響因素出發，凝練能夠表征六大因素的指標，初步形成能夠反映六大因素本質的指標體系，構建出具有六個一級指標，31個二級指標的物聯網產業可持續發展能力評價指標體系 (見表1)。

表1 物聯網產業可持續發展能力評價指標體系

由于初選的指標體系中的指標較多，指標間可能存在一定的相關性，因而使得指標數據在一定程度上反映的信息會存在重復，因此，可在上述指標體系中剔除一些非重要指標，以形成最優指標體系。本文提出以灰色關聯－特征向量法優選出最佳指標體系，這種方法的思路具體步驟如下:

設有m個待評價的區域，記為A1，A2，…，Am，對每個待評價區域有n個評價指標，分別記為P1，P2，…，Pn，有 T個不同時刻，記為 t1，t2，…，tT，記第i個評價對象在k時刻的第j個指標觀測值為aij(k)，則被評價對象Ai的第j個評價指標在各個時刻的觀測值序列為

Aij={aij(1)，aij(0)，·，aij(T)}，i=1，2，…m，j=1，2，…，n。

步驟1:指標的無量綱化處理。由于不同評價對象只有在同一時點和同一指標上相比才有意義，而且指標的不同量綱會對建模質量與系統分析結果產生影響，因此需要對評價指標進行無量綱處理，以消除量綱的影響。

若aij(k)為效益型指標，即指標值越大越好，則采用如下變換

若aij(k)為成本型指標，即指標值越小越好，則采用如下變換

若aij(k)為區間型指標，即指標值落在某個區間內最好，則采用如下變換

步驟2:選被評價對象Ai的某個指標在各個時刻的觀測值序列為特征行為序列，不妨選取Ai的第一個指標在不同時刻的觀測值序列作為特征行為序列，將Ai的各個指標在不同時刻的觀測值序列作為相關因素序列，則特征行為序列和相關因素序列為

計算對于對象Ai而言，各個指標與第1個指標的灰色關聯度

其中

上式中ρ為分辨系數，一般取0.5

對所有評價對象，分別計算其各個指標與第1個指標的灰色關聯度可得

按照上述方法可計算出各個指標與第2，3，…，n指標的灰色關聯度，于是可得以下關聯度矩陣

步驟3:計算R的特征值λi，i=1，2，…，n，從中選取最小的特征值λmin，若λmin不近似為零，則此時的指標集為最優指標集，否則該值對應的特征向量 Rλmin= {r1，r2，…，rn}，由于 λmin近似為零，表示主分量對總體的貢獻最小 (幾乎沒有貢獻)，故選擇該特征向量中所占權最大的分量(不妨設為j)對應指標作為剔除對象，將指標Pj刪除掉，構成新的指標集。

由上述方法得到的最優指標集不妨記為P1，P2，…，Pk。

4 物聯網產業可持續發展能力評價指標權重確定方法

物聯網產業可持續發展能力評價指標的權重會對評價結果產生影響，因此，對物聯網產業可持續發展能力評價指標進行科學的賦權，是進行科學評價的基礎。目前，對指標賦權方法主要有定性分析法、定量分析法、定性定量相結合的分析法，常見的方法有專家打分法、層次分析法、熵值法、灰色關聯分析法等。本文將根據指標的差異信息和差異驅動原理給出指標賦權的方法，這一方法的基本思路是:若某個指標的取值波動較大，則對評價結果的影響較大，反之，若某個指標的取值波動較小，則其對評價結果的影響就較小，這是指標取值的差異所致，指標權重應是各指標在指標集中變異程度與對其他指標影響程度的測度，各指標所提供的信息量決定相應指標權重?；诓町愹寗釉泶_定指標權重的方法如下:

對評價對象Ai(i=1，2，…，m)的各個指標在不同時刻的觀測值矩陣為:

進行標準化處理得到的矩陣記為:

令

記

則有

變量Y(i)=ω(i)X(i)的取值構成的樣本方差為

其中:yi為yi(k)的均值

因為X(i)中的數據為經過標準化處理得到的數據，于是有:

式中的H(i)=X(i)(X(i))T。求得上式中的最大值就使得各指標之間的信息差異最大，從而實現差異驅動，于是有:

當H(i)的元素大于0時，有唯一的最大特征值及其對應的特征向量。計算H(i)的最大特征值對應的特征向量并歸一化得到:

ω(i)=(ω(i)1，ω(i)2，…，ω(i)n)，即指標權重系數構成的向量。ω(i)只是根據評價對象Ai的決策矩陣求出的指標的權重系數，可以利用同樣的方法求出由其他評價對象對應的觀測矩陣求出的指標權重系數ω(k)k=1，2，…，m，k≠i，則可令由各個評價對象對應的觀測矩陣求出的指標權重的均值為各指標的權重，即各指標的權重為:

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