基于云物元模型的港口資源整合方案評價

蔣惠園，謝云云，鄧國清，裴大菊，張龍俊

（1.武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063；2.湖北省交通廳，湖北 武漢 430030）

1 引言

近年來我國港口發展迅速，港口間競爭日益激烈，港口功能定位重復、港口效益下降等問題日益嚴重，根據國家“推進資源節約集約利用”及交通運輸部提出的深化區域港口一體化發展改革等指示，各地紛紛開展港口資源整合。

目前對港口資源整合方面的研究主要集中在港口資源整合的現狀[1-3]、存在問題、整合經驗[4]、整合思路、整合后港口資源配置效率[5]等方面，對港口資源整合方案進行評價的較少；已有的方案評價方法多采用案例分析法、模糊綜合評價法、主成分分析法、因子分析法等，過于依賴人為主觀因素且權重難以確定，或統計量大，對模型的適用性、可行性造成一定的質疑，同時降低了評價結果的準確性。為此，本文創新性地將云物元模型應用到港口資源整合方案評價中，能較好地實現定性描述與定量描述間相互轉化，避免人為主觀性帶來的誤差，使評價結果更具合理性，并采用GA-AHP法確定各指標權重，避免了傳統AHP法一致性檢驗的被動性問題。

2 港口資源整合內涵及評價指標體系構建

2.1 港口資源整合內涵

港口資源整合是把港口內部彼此相關但彼此分離的港口職能和港口外部彼此經濟利益相獨立但是又擁有共同使命的可合作伙伴，利用組織和協調的手段進行整合，通過合理的功能布局實現港口之間的功能互補與協調發展，形成一個全方位、多功能、多類型的港口綜合體，提升港口核心競爭力[6-7]。整合后形成的港口綜合體中，根據港口規模、發展水平等的不同，港口間的定位也有所不同，一般包括干線港、支線港和喂給港。港口資源整合情況如圖1所示。

圖1 港口資源整合前后對比

港口資源整合目標：重構港口管理體制和經營機制，實現港口功能布局合理，港口資源利用水平顯著提高，港口綜合競爭力顯著增強，建成港口一體化發展的功能布局[8]、資源配置和管理體制；推進港口共建共享、基礎設施互聯互通，提高運輸效率，降低運輸成本，提高服務水平。

2.2 評價指標體系的構建

港口資源整合涉及諸多利益方，影響因素復雜。根據港口資源整合內涵，參考相關港口資源整合評價的研究成果，建立由三個層次指標構成的港口資源整合方案評價指標體系，詳見表1。評價指標體系設立1個總目標，即港口資源整合方案評價；3個一級指標，分別為整合力度、整合風險、整合預期效果；9個二級指標。

表1 港口資源整合方案比選評價指標

3 基于云物元的港口資源整合方案評價模型構建

3.1 遺傳層次分析法理論

GA-AHP 法是利用遺傳算法對層次分析法進行優化，以建立的判斷矩陣為種群，通過選擇、雜交、變異等遺傳操作算子，搜索出一致性最高的判斷矩陣，再計算指標權重，有效地解決了傳統AHP 法一致性檢驗的被動性問題。

首先構建判斷矩陣。按照9 分位比率進行兩兩對比，構建判斷矩陣B。其次確定指標權重。在AHP法中各評價指標權值為wk且大于零，并滿足由層次分析法中判斷矩陣原理可得：

當左側取值為零時，判斷矩陣為完全一致性矩陣，該檢驗轉化為如下約束條件下的問題：

其中：CIF（n）為一致性函數，wi為權重（即優化變量），采用Matlab遺傳算法進行優化，當滿足CIF（n）＜0.1時，一致性檢驗通過。

3.2 云物元模型基本理論

（1）云模型。云模型是一種用于定性定量之間相互轉換的不確定性分析方法，采用數學的語言描述雙重不確定性現象。云模型的基本單元被稱為“云”或者“云滴”（cloud），可用聯合概率的形式來表示。

（2）物元理論。物元是物元理論分析中的基本細胞，其由事物名稱N、事物特征c、事物特征對應的值v組成，表達式為R=(N,c,v)。其中，特征名稱c的取值范圍稱為經典域，即各指標量值對應的評價等級的取值范圍[11]。

（3）云物元模型建立。云物元模型是將物元模型與云模型相結合，對待評價事物進行分析[10]。本文利用云模型具有處理事物不確定性的獨特優勢，將物元理論中的等級界限確定數值v用正態云替代，將其轉換為具有模糊性的變量，即為云物元模型，表示為：

s為常量，由相應指標的雙重不確定性決定，可根據情況對其進行調整。

（4）云物元關聯函數。云物元模型關聯函數是將評價對象的指標轉換成云評估中的有效數據，步驟如下：

③視數值x為一個云滴，得出數值x與該正態云物元之間的關聯度：

3.3 港口資源整合方案評價模型的構建

（1）確定指標權重

①構建判斷矩陣。依據表1港口整合方案評價指標體系，結合港口資源整合實際情況及業內專家調查，構建一級指標和二級指標的判斷矩陣。

②計算指標權重。用GA-AHP計算評估指標權重值。首先構造適應度函數M文件，設置遺傳參數，使用Matlab遺傳算法工具箱求解，結果見表2。其中一致性指標值都遠小于0.1，全部通過檢驗。

表2 評價指標權重值

（2）建立港口資源整合方案的標準云。將港口資源整合方案評估結果分為好、較好、一般、差4個等級，等級界限參考值見表3。

根據公式（6）、（7）、（8）結合表3，計算得出資源整合方案比選指標的等級界限云模型，其中每項三個數字分別表示云模型的數字特征見表4。

表3 港口資源整合方案二級指標分級規則

表4 港口資源整合方案比選指標等級界限云模型

（3）港口資源整合方案評價

①二級指標的關聯度。將各二級指標評價值視作一個云滴，運用式（8）計算其各指標的關聯度。

②一級指標的關聯度。一級指標的關聯度由二級指標的關聯度加權得到，計算公式如下：

式中：kj(pi)為第i個待評價指標層對第j個港口資源方案等級的關聯度；kj(vi)為第i 個二級指標對港口資源方案等級j 的關聯度；wij為二級指標對于第i 個一級指標層的相對權重。

③港口資源整合方案的綜合關聯度計算公式見式（11）：

式中：kj(p)為第j個港口資源方案等級的關聯度；kj(pi)為第i 個一級指標對港口資源方案等級j 的關聯度；wi為一級指標對于總目標的相對權重。

評價等級判定是依據關聯度最大原則，即由式（8）計算出的關聯度最大的kj(p)對應的j 即為港口資源整合方案評價所在的等級。

4 實證分析

自“十三五”以來，湖北省港口隨經濟高速發展取得巨大成就，基礎設施得到進一步完善，港口吞吐能力大幅增加。然而，湖北省港口快速發展的同時仍然存在岸線資源利用不合理，港口同質化發展、整體競爭力不足，綜合交通運輸體系不盡完善等問題，亟需通過港口資源整合實現港口增長方式由粗放型向集約型轉變，提升湖北省港口服務能力和競爭力，提高水運市場份額。

湖北省港口以長江干線港口為主，漢江港口為輔。從區域港口群的視角來看，區域港口群存在明顯的地位差別，即武漢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陽城市圈港口群，且武漢城市圈港口群有明顯的優勢。因此湖北省可采用“一省一港”模式即“單頭方案”進行整合，也可“雙頭并重”采用“雙頭方案”進行整合即“武漢城市圈+宜昌-襄陽城市圈”。

（1）單頭方案。湖北省港口資源整合單頭方案實施進程，如圖2所示。

圖2 單頭方案示意圖

（2）雙頭方案。“雙頭方案”即整合宜昌城市圈港口群和襄陽城市圈港口群實施進程，如圖3所示。

運用所建模型對所提出的湖北省港口資源整合方案的單頭方案和雙頭方案進行評價。兩個方案的二級評價指標值見表5。

圖3 雙頭方案示意圖

表5 各方案評價指標值

以單頭方案為例，將各二級指標視為一個云滴，根據表5和式（9），利用Matlab 軟件編程，試驗1 500次，得到各二級指標的關聯度，見表6。

表6 單頭方案二級評價指標關聯度

由表2中的二級指標權重、表6及式（10），計算得到單頭方案一級指標關聯度，見表7。

表7 單頭方案一級評價指標關聯度

由表2中的一級指標權重、表7及式（11）計算得出湖北省港口整合方案綜合關聯度。用同樣的方法計算雙頭方案的各級指標關聯度及綜合關聯度，由于篇幅原因，僅列出雙頭方案的綜合關聯度，見表8，兩個方案的得分云模型如圖4、圖5所示。

表8 港口資源整合各方案綜合關聯度

圖4 單頭方案得分云模型分布圖

圖5 雙頭方案得分云模型分布圖

根據隸屬度最大原則及表8的數據可知，單頭方案評價最大得分為0.371 63，等級為較好，雙頭方案評價最大得分為0.139 01，等級為一般。此外，從兩個方案得分云模型分布圖可以看出，單頭方案圖形較為集中，表明評估結果的分散程度較小，而雙頭方案的評估結果分散程度較高。綜上可知，湖北省港口資源整合宜采用單頭方案。

5 研究結論

通過對港口資源整合的內涵進行分析，結合湖北省港口自身的特點提出港口資源整合的單頭方案和雙頭方案。將云模型引入到物元模型中，實現定性與定量數據間的轉換，為資源整合方案比選提供一種新的方法；并采用遺傳層次分析法進行指標權重的確定，保障了整合方案比選的準確性。評價結果顯示：單頭方案綜合效果處于“較好”等級，在整合力度、整合預期效果方面具有較大優勢，但整合風險較大，因此在實施的過程中要注意多部門間溝通協調、利益分配、加強市場監管工作，杜絕不合理定價，防范壟斷競爭等。