基于D-S證據理論的生態型港口建設水平評價

殷　月，張慶年

（武漢理工大學　交通學院，湖北　武漢　430063）

基于D-S證據理論的生態型港口建設水平評價

殷月，張慶年

（武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063）

生態型港口是未來港口的發展方向，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。針對我國生態型港口建設水平參差不齊的問題，參考《綠色港口等級評價標準》，加入經濟與資源兩大類指標，建立生態型港口評價指標體系，采用D-S證據理論的評價方法研究生態型港口建設水平問題，通過對不確定性信息進行融合將問題轉化為確定性問題。結合Z港進行實證分析，結果表明，運用D-S證據理論進行生態型港口評價可行、合理、有效，為綜合評價生態型港口建設水平提供了一種新的思路和操作方法。

生態型港口；證據理論；建設水平

1　引言

生態型港口目前仍沒有標準定義，較為普遍的說法是生態型港口是指既能滿足環境要求又能實現良好經濟效益的港口。對于生態型港口評價，一方面符合國家宏觀政策背景要求，有利于建成“資源節約型、環境友好型”社會，為“中國夢”的實現奠定良好的基礎；另一方面為港口建設指明方向，促進港口從粗獷式的外放型擴張向集約式的內涵型管理轉變。無論是從國家的宏觀政策層面還是港口自身的發展前景來看，建設生態型港口是港口唯一的發展方向。因此，科學評價生態型港口的建設對于建設兩型社會，明確生態型港口建設重點都具有重要意義。

本文首次運用D-S證據理論對生態型港口建設進行評價。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，進而運用證據合成規則將各證據合成，最終得到各一級指標評價值和綜合評價結果。

2　研究方法概述

不少學者對生態型港口都有所研究，劉芳［1］將正態云模型引入生態型港口的評價；楊海星［2］運用Bossel模型對生態型港口進行評價；喬紅［3］結合DPSRC模型和價值模型確定生態型港口評價指標體系，并運用AHP結合三角白化權函數灰色評估法建立評價模型；邵超峰［4］基于DPSIR模型建立了生態型港口評價指標體系等。以上研究均為豐富和明確生態型港口的內涵做出了相應貢獻，為生態型港口的研究奠定了良好的基礎，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。

同傳統的評價方法相比，D-S證據理論［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過信息推理融合轉化為相應的證據，得到對各結論或方案的支持程度。其運用簡便靈活，操作性強。其原理即是構造識別框架及基本概率分配函數，結合證據合成規則及遞歸算法進行多次運算。其優勢即為在信息不完整的情況下，可以利用證據融合的結果做出合理的評估決策。

3　生態型港口內涵

交通運輸部發布的《綠色港口等級評價標準》［6］中對綠色港口的定義：在生產經營過程中，秉承資源節約、環境友好的生產理念，積極履行社會責任，綜合采取有利于節約資源和能源、保護環境和生態、應對氣候變化的技術和管理措施，達到了相應綠色等級標準的港口及碼頭。本文認為生態型港口的建設一般分為三個階段，即低碳港口—綠色港口—生態港口。所謂低碳港口，是指港口注重資源的節約利用，加強節能減排技術的投入使用，減少能源消耗，降低碳排放；綠色港口是在低碳港口的基礎上，加強對港區環境的治理，控制污染物的排放，減少粉塵、噪音等污染；生態港口即是在綠色港口的基礎上，注重港區的生態修復，注重港區與周圍環境的和諧發展，實現自然—港口—經濟和諧發展。生態港的概念應該是：在港口生產經營活動中貫徹清潔生產、節能減排、控制污染、安全運營等環保理念，注重資源節約，開發循環經濟，提高職工環保意識，健全企業環保制度，從而保證港口經濟高效，實現自然—港口—經濟和諧發展。

4　生態型港口評價指標體系構建

正所謂經濟基礎決定上層建筑，港口企業一切生產經營的前提條件是經濟保障。例如基礎設施設備的建設與采購、先進生產工藝的引進、節能產品的投入等都離不開經濟支撐。因此，在生態型港口評價研究中，對港口經濟效益的考核必不可少。眾所周知，為構建資源節約型、環境友好型社會，需要節能減排，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》基礎上，本文在評價指標方面加入了經濟和資源兩大類，具體的指標見表1。

5　D-S證據理論評價模型構建

5.1D-S證據理論［7］模型參數選取

某一事件出現的所有可能的集合為識別框架。

（1）基本概率分配。基本概率分配（Basic Probability Assignment），簡稱BPA，在識別框架上的BPA是一個2Θ→［0，1］的函數m，稱為mass函數，滿足：

其中，使得m（A）＞0的A稱為焦元（Focal Elements）。

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

其中K為歸一化常數。

5.2D-S證據理論評價模型建立

（1）確定評價因素集。因素集即為生態型港口評價體系，在進行證據融合時，需要將各證據（指標）轉換為統一的描述形式。

（2）確定各級指標權重［8］。

（3）確定評估初始值。針對生態型港口建設評價問題，設辨識框架為，且每個指標都能用相同的辨識框架來表示，本文取N=4，即設辨識框架對應的評價值V=｛優，良，中，差｝。設每個評價等級θn的似真函數為0.6，0.4，0.2｝。假設有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重。設專家EL的權重為λL（L=1，2，...，r），滿足

表1　生態港口評價指標體系

（4）構建mass函數。根據置信度βji（θn）和各三級指標的相對權重Wji的數據，計算各三級指標關于各專家的mass函數mL（θn/Bji），L=1，2，...，r；i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，...，m。設指標中權重最大的為關鍵指標，其他的為非關鍵指標。設關鍵指標為Bki，構造mass函數：

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

設非關鍵指標為Bfi，其mass函數為：

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

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。二級指標證據合成的結果即為該生態型港口評價指標在Θ=｛θ1，θ2，θ3，θ4｝上的綜合概率分配函數，綜合評價結果可以表示為：

U（A）表示綜合評價結果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重，本文直接借鑒、采用，新加指標權重，本文采取層次分析法進行確定。最終得到各指標的權重見表2-表4。

表2　一級指標權重表

表3　二級指標權重表

表4　三級指標權重表

（2）證據合成。由三位專家根據自己的經驗、專業知識及前期收集Z港的相關資料對三級指標置信度進行賦值。根據各位專家學術水平、經驗水平、行業影響度等狀況，對各專家賦予權重，E1=0.4，E2=0.3，E3=0.3。

根據三級指標各指標權重不同，根據式（6）-（11）對各位專家評價情況進行第一次證據合成，得到各位專家對各二級指標的置信度，結果見表5-表7。

表5　第一次證據合成（專家一）

表6　第一次證據合成（專家二）

根據各二級指標權重不同，繼續對二級指標進行證據合成，得到第二次證據合成結果，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重不同，進行第三次證據合成，得到基于專家權重的各一級指標置信度，結果見表9。

通過對各一級指標的證據合成，得到最終綜合評價結果見表10。

表7　第一次證據合成（專家三）

表8　第二次證據合成結果

表9　第三次證據合成結果

表10　第四次證據合成結果

根據式（12）-（16），計算各一級指標評價情況，見表11。

表11　一級指標評價結果

由上述結果可以看出，Z港生態型港口建設S（A）= 0.771，即Z港生態型港口建設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，目前仍有很大的發展空間，需重點加強資源利用方面的建設，提高資源利用率。

7　結語

D-S證據理論為綜合評價生態型港口建設水平提供了一種新的思路和操作方法。D-S證據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。

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

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

［2］楊海星.生態型港口建設評價研究［D］.大連∶大連海事大學，2011.

［3］喬紅.生態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模型的生態港口指標體系研究［J］.海洋環境科學，2009，（3）∶333-337.

［5］周美春，錢新.證據推理法在戰略環境評價中的應用［J］.中國環境科學，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證據理論的多水庫聯合調度方案評價［J］.水科學進展，2007，（4）.

［8］鄧雪，李家銘，曾浩健.層次分析法權重計算分析及其應用研究［J］.數學的實踐與認識，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、交通運輸規劃、交通運輸系統優化與決策、交通運輸安全管理等。