基于灰云聚類模型的綠色港口競爭力評價

韓昀瑾，許亞男

（華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063009）

1 引言

隨著港口經濟的快速發展，人們逐步重視港口發展與生態壞境、能源耗費之間的平衡。《交通運輸節能環保“十三五”發展規劃》中明確提出了必須加強交通運輸業行業節能減排建設的力度，不斷推進資源節約和資源的循壞利用，打造“綠色港口”已成為了全球港口物流業的普遍共識。“綠色港口”[1]是港口建設完成后投入運營過程中，秉持節約資源、保護環境，可持續發展的理念，擁有節能減排的設施設備和面對環境氣候變化的管理措施，達到了綠色港口等級標準，從根本上采取了一系列保護生態環境的有效措施。

當前，對于綠色港口競爭力的評價，國內外學者做了大量的研究，主要集中在兩個方面：綠色港口競爭力評價指標體系的建立和綠色港口競爭力評價方法的選擇。

邵超峰、鞠美庭[2]等基于DPSIR模型和循環經濟、生態學和系統理論構建生態港口的指標評價體系；盧勇[3]選取國際上成熟的綠色建筑評價體系和參考綠色港口標準、法規、指南，通過對比并結合港口的自身特點，提取它們共性的36個指標構建綠色港口評價體系；葛振鳴等［4］構建了包括生態環境、經濟效率、污染控制、環境管理和社會評價等方面的評價指標體系；瞿群臻等［5］從5個維度構建了綠色低碳港口模糊綜合評價模型。

對于綠色港口競爭力評價方法的選擇，大多采用層次分析法、因子分析法、數據包絡法、ANP法、云模型法和TOPSIS法等。周芬[6]利用數據包絡法（DEA）對我國沿海5個大型港口進口綠色競爭力比較。Asgari、Hassani和Jones[7]構建了一個包含經濟、環境和社會三因素的綠色可持續發展評價指標體系，并以英國幾個港口為例，使用層次分析法對其可持續發展情況進行了評價和排序。劉翠蓮，楊柳，劉健美[8]通過確定指標云權重，利用云圖修正專家打分結果，用云模型對天津港綠色發展水平進行評價。黃晗等[9]在考慮指標間復雜網絡關系的基礎上，構建了綠色港口競爭力評價指標體系，采用ANP模型對綠色港口的競爭力進行評價。目前，綠色港口的評估方法包括層次分析法、模糊評價法等，都存在過于依賴某個專家意見和簡單平均指標等問題。為了有效評價綠色港口競爭力，本文提出了一種基于灰云聚類理論的競爭力評估模型，擬在建立包括生產規模、基礎設施、綠色物流、環境治理、發展環境五個評估指標的基礎上，利用灰云模型將競爭力評估指標的定性描述轉化為定量，更加準確地表述了評估中指標的灰性和隨機性，并以大連港、天津港、青島港為研究對象，對其競爭力進行比較。

2 綠色港口競爭力評價指標體系

建立綠色港口評價指標體系需遵循科學性、規范性、針對性、全民性和可行性的原則，利用收集到的影響港口競爭力的相關資料和數據，對目標港口競爭力進行有效、合理的評價。基于上述原則，通過參考學者的研究文獻及咨詢專家，本文建立了包括港口生產規模、基礎設施條件、綠色物流水平、環境治理水平、港口外在發展環境等5大方面的指標體系，其中，海上通行能力、陸上集疏運能力、危險品倉儲管理水平、綠色包裝技術使用程度指標包含多個因素，由相關專家綜合分析后給出自然語言評價，屬于定性指標。其余指標如港口貨物吞吐量可由港口年鑒等資料獲得，屬于定量指標。

構建評價體系的判斷矩陣，采用專家打分方法確定各二級指標權重，指標間重要程度采用層次分析法進行判斷，建立判斷矩陣，確定權重值。運用MATLAB編程的方法求得各指標權重，并檢查其一致性，判斷權重的合理性，最終得到各二級指標的權重。綠色港口評價指標體系見表1。

表1 綠色港口評價指標體系

3 基于灰云聚類的綠色港口評價模型

3.1 灰云模型的基本理論

設U(x)∈[0 , 1]表示灰數的白化權，白化權模型被表示為有一定不均勻厚度的隨機曲線。設U是一個論域U={x}，T是與U相聯系的語言值，U中的元素x對于T所表達的灰概念的白化權是一個具有穩定傾向的隨機數，白化權在論域上的分布稱為白化權灰云。灰云的數字特征可以用以下幾個數值來表征：峰值 Cx、左右界值 (Lx,Rx)、熵 En、超熵 He等，完整灰云的數字特征記為：GL(Cx,Lx,Rx,En,He)，灰云曲線的峰值也就是白化權等于1的值最能代表此定性概念。峰值可以是一個數，稱為點峰值，也可以是一個區間，稱為區間峰值，如果峰值是一個區間，區間的左端點為左峰值LCx，右端點為右峰值RCx。左右邊界值反映了論域中灰色概念的數值范圍，在區間峰值模型中熵計算如下:

3.2 正態灰云模型

正態灰云模型是一種曲線符合正態分布的灰云模型，其數學期望NGL(x)為：

3.3 灰云聚類模型建立

（1）建立指標集及評語集。建立指標集X={X11,X12,...,Xnt}與評語集U={U1,U2,...,Un}。邀請專家對定性指標進行打分，確定指標的重要程度，打分分為5個等級：很不好、不好、一般、好、很好；每個等級對應的范圍是[0,20),[20,40)，[40,60)，[60,80)，[80,100)，對應的云模型數字特征見表2。

表2 云模型數字特征值

（2）多個子云通過各層級運算后綜合而成更高一級的父云，綜合云參數計算公式如下。

（3）對定量指標進行數據標準化處理，為消除定性和定量指標之間量綱不同，本文通過功效系數法將定量指標進行歸一化處理，將定量指標數值轉換成0到100之間的數字[10]，進而確定各港口一級指標的評估值，計算方法如下：

（4）將專家打分的5種語言描述分別對應一個云模型，W={Wδ,δ=1,2,...,5}，每個灰云的數字特征值為：其

（5）灰云白化權聚類。為了消除灰云白化權值的隨機性，通過h次計算獲得每個灰云等級的平均值，并將同一指標的各等級聚類系數歸一化，得到最終的指標灰云聚類系數：

計算對象i關于評價等級k的綜合聚類系數：

4 綠色港口競爭力評價

本文選取大連港、天津港、青島港作為評價對象，運用評價指標體系對其港口近幾年綠色發展情況進行評價。相關數據來源于《中國港口年鑒（2013-2016）》、《交通運輸節能減排“十二五”規劃》、《中國交通運輸節能減排與低碳發展年度報告》、《天津統計年鑒》、大連統計局官網等。

4.1 數據標準化

共邀請5位航運及綠色港口專家對評價指標體系中各定性指標及各準則層的權重進行打分，以天津港為例，5位專家的打分情況見表3。根據專家打分情況，通過式（3）和式（4）計算出天津港定性指標的期望值和熵值，見表4。通過查閱資料，獲得天津港、大連港青島港的定量指標數據并對其歸一化處理，結果見表5。

表3 天津港定性指標打分表

表5 定量指標原始數據和標準化后數據

依據評價指標數據和通過層次分法得到的指標權重，利用式（5）-式（8）得到每個一級評價指標的評價值，見表6。

4.2 白化權值計算

將一級指標評估值帶入白化權函數（8）-（12）中計算白化權值，利用matlab軟件對其進行2 000次的計算，通過式（13）計算出最終的白化權值，計算結果見表7。利用表7中得到的一級指標白化權值，通過式（14）和式（15）計算出每個港口的綜合聚類系數，見表8。

表6 三個港口一級指標評價值

表7 三個港口一級指標的白化權值

表8 每個港口的聚類系數

通過表8可以看出，天津港和青島港的綠色港口競爭力等級為好，而大連港的綠色港口競爭力等級為一般。

表4 天津港定性指標的期望值和熵值

5 結語

港口之間的競爭日趨激烈，綠色港口已成為世界各大港口的發展趨勢。本文結合港口與綠色物流，通過定性與定量指標相結合的方式，建立包括生產規模、基礎設施、綠色物流、環境治理與發展環境的5個一級指標，20個二級指標的評估體系，構建了一個基于灰云聚類的綠色港口評價模型，然后以天津港、大連港和青島港為例，結合實際數據以及專家打分結果，集合灰云模型理論，得到了綠色港口競爭力的評價結果。