基于AHP-熵權法與多級可拓的交通運輸經濟適應性研究

王 林，劉冠宇

(武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063)

0 引 言

近年來我國交通運輸業經過高速和高質量發展,交通基礎設施規模和客貨運輸量均位居世界前列,已成為名副其實交通大國,但交通運輸與經濟發展適應情況還有待研究。由于交通運輸與社會經濟關系緊密,同為多層次復雜系統,因此在構建評價指標體系和模型時應考慮指標完整性并采用復雜系統評價方法。

國外學者對于交通運輸經濟適應性研究主要集中于兩者協調和可持續發展層面,Oswald[1]以美國賓夕法尼亞州為例研究了跨轄區交通運輸組織之間關于交通運輸與經濟發展之間的可持續問題。Galanis A.等[2]通過問卷調查和個人訪問方式研究了希臘城市Volos在經濟危機背景下交通運輸業的可持續發展問題。國內研究方面,周偉等[3]結合木桶理論采用改進的灰色關聯綜合評價法對公路交通與經濟發展適應性進行研究并取得較好效果。張國強[4]等人對交通運輸經濟適應性問題進行了回顧。余霞等[5]對我國綜合交通運輸與經濟社會協調和可持續發展進行了適應性分析。王雪婷[6]運用多級可拓模型對長江航運與長江經濟帶發展適應性進行了綜合評價。鄧雪等[7]從多維度對武漢市公路建設與經濟發展適應性進行了較為全面的宏觀判斷。

1 適應性評價指標體系構建

交通運輸經濟適應性評價指標體系應能夠充分反應出兩者適應內涵與特征,構建指標體系時應滿足科學性、完整性、層次性和可操作性等原則,同時需要將定性指標與定量指標結合起來。本文通過采用實地調研、專家咨詢和問卷調查等方式,運用AHP將目標分類向下展開,盡量做到系統全面,經過指標篩選后從“運輸協調”“規模匹配”“可持續發展”和“服務水平”四個維度構建適應性評價指標體系,并將指標體系分為目標層A、準則層B、狀態層C和指標層D,如圖1所示。

圖1 適應性評價指標體系結構

2 適應性評價模型構建

2.1 AHP-熵權法確定指標權重

AHP屬于主觀賦權法,權重主要由主觀經驗通過構造判斷矩陣得到[8],熵本身是熱力學系統概念,被學者引入到信息論中也被稱為“信息熵”,根據各指標信息變異程度確定指標權重,本文利用AHP構造判斷矩陣求出初始指標權重后利用熵權法進行修正,得到較為合理指標權重,主要計算步驟如下:(1) 構造判斷矩陣A=(aij)n*n,求出權向量ωj,對判斷矩陣A由公式(1)進行歸一化處理得到矩陣B。

(1)

(2) 計算指標j的熵ej(j=1,2…n)為:

(2)

(3)

(4)

2.2 多級可拓模型構建

多級可拓評價是基于物元分析和可拓數學的復雜系統決策方法,通過建立物元概念將事物、特征和量值看作一個整體,進而建立可拓集合和關聯函數來描述事物質與量之間的變換,最終反映出評價對象適應性等級。該方法能夠較好結合定性與定量分析,反映出評價對象適應性狀態。主要步驟為:

2.2.1 確定適應性等級U和評價因素集C

設R為物元,根據適應性程度大小劃分不同適應級別為U={Uj,j=1,2…m},m為適應性級別數,評價因素集C包含所有評價因素,即評價指標C={cl,l=1,2…n},l為評價因素個數。

2.2.2 確定經典域和節域

分別用Rj和RU表示經典域和節域:

(5)

(6)

公式(5)中:C代表第j級適應等級的評價指標;Vj代表第j級適應等級指標集C的取值范圍,即經典域。

公式(6)中:RU表示節域;U表示所有適應級別;VU表示指標集C關于U的取值范圍,即節域。顯然Vj?VU。

2.2.3 確定待評物元

待評物元是指根據待評價對象的實際信息所組成的物元,用Ri表示。

(7)

式中：N表示事物即待評價對象,vik表示N關于各評價指標cik所對應的量值,其中k=1,2…p,p為二級指標個數。

2.2.4 計算關聯度

待評價對象指標cik關于適應性等級j關聯度kj(cik)的計算公式為:

(8)

式中：kj(cik)表示第i個一級指標中第k個二級指標關于適應性等級j的關聯度,公式(8)中:

(9)

(10)

式中：d(vik,Vj)和d(vik,VU)分別表示實際值vik與區間Vj和VU的距,距的大小表示值vik在Vj和VU內的不同位置。

2.2.5 一級評價

一級指標對適應性等級的關聯度矩陣K(ci)等于各二級指標權向量θi=(θik)乘以二級指標對應各適應性等級的關聯度矩陣K(cik)=(kj(cik))。

k(ci)=(kj(ci))=

(11)

2.2.6 二級評價

待評價對象的適應性等級關聯度矩陣K(N)等于各一級指標權向量θ=(θi)乘以一級指標對各適應性等級的關聯函數K(C)=(K(ci))。

(12)

(13)

(14)

式中：j*表示目標層即交通運輸經濟適應性屬于某適應等級的程度,由j*的大小可以精確判斷兩者適應性在某等級內的偏向性即偏向程度。

3 案例分析

運用上述評價方法對湖北省交通運輸經濟適應性進行綜合評價,本文定性指標得分由相關專家分析后參照評分標準給出,定量數據主要來源于《湖北統計年鑒2019》《中國統計年鑒2019》、湖北省交通運輸廳、湖北省生態環境廳等單位,根據本文適應性各指標特征將適應性等級劃分為U={滯后,欠適應,基本適應,適應,超前},由AHP-熵權法和多級可拓評價模型計算各指標綜合權重和關聯度,相關參數見匯總表1。

表1 湖北省交通運輸經濟適應性相關參數匯總表

利用表1數據進行多級評價得到評價目標A適應性關聯度矩陣為:

K(A)=(-0.5770,-0.3596,

-0.0537,-0.0914,-0.2397)

故maxkj(A)=k3(A),m=3,因此湖北省交通運輸與經濟發展的適應性為第3級,屬于“基本適應”級別,根據公式(14)求出目標層適應性等級程度:

j*=3.657

目標層A與準則層B具體評價結果見表2。

表2 適應性評價結果

4 評價結果與研究結論

通過湖北省交通運輸經濟適應性進行評價結果可以得出:

(1)目前湖北省交通運輸經濟適應性等級處于第3級,即目前兩者整體處于“基本適應”階段,由j*=3.603可知兩者整體適應性呈現向第4級“適應”發展的趨勢。

(2)湖北省交通運輸內外部運輸協調性與經濟發展處于“基本適應”等級,j*=3.541,說明適應等級處于“基本適應”與“適應”之間且略偏向“適應”。

(3)規模匹配方面,湖北省運輸規模、投資規模和綜合運輸能力整體上與經濟發展處于“基本適應”狀態,有向“適應”狀態轉變趨勢。

(4)可持續發展方面湖北省交通運輸整體處于“適應”等級,交通運輸環境保護與資源節約均適應經濟發展需要,但j*=3.894說明可持續發展適應性等級有降低的可能,同時對資源利用效率還需進一步提升。

(5)服務水平方面,湖北省整體處于第4級,總體上適應經濟發展需要。由j*=3.611可知服務水平處于“基本適應”與“適應”之間,其中出行服務目前處于“欠適應”階段,公交與出租車人均擁有量均未能滿足經濟發展需要,而安全服務和信息服務目前均適應經濟發展,同時在應急服務方面還有待提升。

本文通過運用AHP-熵權法和多級可拓評價模型對湖北省交通運輸經濟適應性進行評價,結果較好反映了交通運輸與經濟發展的適應狀況,能夠為交通運輸管理和決策部門提供重要參考依據。