低碳視角下熵權-TOPSIS法的航空貨運樞紐選址研究

摘 要：文章以低碳為目標研究航空貨運網絡樞紐機場的選擇，構建航空貨運樞紐機場評價指標，涵蓋貨運規模、運營成效、經濟支撐和低碳發展4個一級評價指標，旅客吞吐量、貨郵吞吐量、飛機起降架次、機場投訴情況、航班出港準點率、所在城市GDP和貨運規模以及碳排放情況8個二級指標。文章從全國各大機場中選取具有一定規模和代表性的25家機場，運用熵權-TOPSIS方法對航空貨運機場數據進行處理分析，得出機場的綜合排名情況，為航空貨運樞紐機場的選址提供參考。

關鍵詞：低碳；熵權-TOPSIS法；航空貨運樞紐

中圖分類號：F124.50；V353 文獻標志碼：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.22.038

Abstract： Considering the low-carbon goal， the paper studies the selection of hub airports for air cargo network， and constructs the evaluation indicators of air cargo hub airports， which covers four first-level evaluation indicators， including freight scale， operational effectiveness， economic support and low-carbon development， and eight two-level indicators， including passenger throughput， cargo throughput， number of aircraft take-offs and landings， airport complaints， on-time departure rate， the city's GDP， cargo size and carbon emissions. This paper selects 25 airports with certain scale and representativeness from the major airports in China， analyzes the data of air cargo airports by using the entropy weight-TOPSIS method， and obtains the comprehensive ranking of airports. It provides references for the location of air cargo hub airports.

Key words： low-carbon; entropy weight-TOPSIS method; air cargo hub

收稿日期：2024-07-02

基金項目：2023年度橫向課題資助項目“綠色發展背景下物流管理優化研究”（2023321101000319）；2022年度江蘇航空職業技術學院院級重點課題資助項目“構建基于現代學徒制的航空物流管理專業人才培養路徑”（JATC22020103）；鎮江市第六期“169工程”學術技術新秀培養對象項目

作者簡介：劉曉麗（1988—），女，山東臨沂人，江蘇航空職業技術學院，講師，碩士，研究方向：航空物流管理、航空物流職業教育。

引文格式：劉曉麗．低碳視角下熵權-TOPSIS法的航空貨運樞紐選址研究[J]．物流科技，2024，47（22）：150-154.

0 引 言

近年來，隨著市場需求的持續擴大和民航的快速發展，航空貨物運輸量呈快速增長態勢。為提高運輸效率，降低運輸成本，需要對航空貨運網絡進行合理設計與規劃，而航空貨運樞紐選址的確定作為航空貨運網絡規劃中重要的一環，涉及航空貨運樞紐的數量、位置、類別，以及樞紐節點與非樞紐節點的構建關系等。對航空貨運樞紐選擇的研究，目前有學者通過構建目標函數，以網絡總成本最低為目標，設置模型參數，運用遺傳算法、神經網絡算法等確定樞紐的數量和位置[1]；也有學者通過熵權-TOPSIS法和聚類分析法對貨運航線的網絡設計進行研究，根據航線評價指標對各大機場進行排序，從而確定機場在航線網絡中是否需要被設為樞紐機場[2]。

航空貨運在為社會提供方便、高效的運輸服務的同時，也會產生大量碳排放。目前，全球民航運輸業碳排放量已超過ICAO預測值的70%，為控制碳排放，實現節能減排，國際上提出航空業要在2050年前后實現碳中和；中國也明確提出了“碳達峰”和“碳中和”目標，民航業也先后發布《“十四五”民用航空發展規劃》《“十四五”民航綠色發展專項規劃》《2022中國民航綠色發展政策與行動》等專項文件，強調中國民航要實現綠色、低碳發展；專家學者也相繼開展對航空貨運的綠色發展研究[3-4]，推動樞紐機場、航空公司優化設計，減少碳排放，實現綠色可持續發展。因此，考慮在低碳背景下，運用熵權-TOPSIS法對航空貨運網絡機場進行評價分析，以為樞紐節點的選擇提供參考。

1 航空貨運樞紐選址評價指標

1.1 指標選取原則

航空貨運樞紐選址評價指標體系的構建要能客觀、全面、科學地反映機場的綜合情況，構建指標時應遵循以下原則[5]。

指標應能客觀代表航空貨運機場樞紐的特征。所選擇的評價指標和指標數據來源要具有一定的客觀性，能夠通過客觀數據或等級得出機場航空貨運的差異，呈現航空貨運樞紐機場的特點和需求。

指標應能全面綜合地反映航空貨運機場的實力。在低碳綠色發展的視角下，構建指標體系應當既考慮機場的運營能力、服務質量和地方經濟發展，又融入碳排放因素，具有全面綜合性。

指標應具有一定的科學性。評價指標數量的確定和內涵的解釋要符合科學規律，航空貨運樞紐選址評價指標體系數量既不能過多，要具有一定的代表性和歸納性，也不能過少，以免對機場的評價不夠完整；同時，指標數據的統計分析和最終的評價結果也要具有科學性。

1.2 指標構建

航空貨運樞紐機場的選擇要全面考慮機場的綜合實力、地理位置、機場所在地區的政策與經濟支撐以及低碳綠色發展背景，遵循評價指標選取原則，借鑒對樞紐機場選址評價的研究。本文從貨運規模、運營成效、經濟支撐和低碳發展4個一級指標，構建旅客吞吐量、貨郵吞吐量、飛機起降架次、機場投訴情況、航班出港準點率、所在城市GDP、所在城市貨運規模、碳排放情況8個二級指標，并給每個指標的含義進行解釋，不同指標值對于評價機場的價值方向性不同，有的指標數值越高，說明其越符合樞紐機場的要求，即屬于正向指標，反之則為逆向指標。具體內容如表1所示。

指標數據主要來源于中國民用航空局官網、機場官網、《2022從統計看民航》和地方城市統計年鑒等。

2 熵權-TOPSIS模型

2.1 熵權法

熵權法最初由Shannon開始將熵引入，以度量系統的不確定性，用信息熵來說明一條信息中所包含的信息量，進而采用熵權法測評指標的權重。熵權法是一種基于評價指標的實際數據來判斷權重的客觀方法。通常來講，評價指標的信息熵越大，說明指標值的變異程度越小，為我們提供的信息量越小，在評價指標中的重要性越低，即權重越小；反之，如果評價指標的信息熵越小，表明指標值的變異程度越大，所提供的信息量就越多，在評價指標中的重要性越高，即權重越大。

熵權法的具體步驟如下。

2.1.1 建立初始指標矩陣

梳理各項評價指標原始數據，建立指標初始矩陣如下：

從矩陣可得出共有m個評價對象，選擇了n個評價指標。其中，X為初始指標矩陣，xij為第i個評價對象的第j個評價指標的基礎數據。數據為某一段時間的統計結果。

2.1.2 指標矩陣標準化

初始指標矩陣中，各項評價指標的評價方向性不同，如有的指標數值越大越好，為正向指標；有的則指標數值越小，說明評價指標越好，為逆向指標。這就需要對初始指標進行標準化處理，消除評價指標的正逆性。

針對正向指標進行正向化處理：

針對逆向指標進行逆向化處理：

得到新的標準化的矩陣：

2.1.3 標準化矩陣歸一化

由于評價指標中不同指標的數據單位有所不同，為去除數據單位的影響，還需要對指標矩陣進行歸一化處理。歸一化處理方法為：

得到歸一化矩陣：

2.1.4 確定指標權重值

計算評價指標信息熵ej：

確定評價指標權重wj：

因此，得到如下評價指標權重矩陣：

2.2 熵權- TOPSIS模型

熵權- TOPSIS評價法是一種綜合應用熵權法和TOPSIS評價的多屬性決策方法。模型的基本構建過程為：首先，依據熵權法確定評價指標的權重；其次，對經過標準化處理的評價指標數據進行賦權處理；然后分別計算評價指標中的“正理想解”和“負理想解”；再次，確定各評價對象指標與“正理想解”和“負理想解”的距離；最后，計算各對象評價指標的“正負理想解”中垂線，并對此進行排序，確定評價對象的優劣[7]。具體過程如下。

2.2.1 構建加權標準判斷矩陣

其中：W為評價指標權重矩陣；wj為各指標的權重；Z為標準化處理后的評價指標矩陣，T為加權后的標準化指標矩陣。

2.2.2 確定“正理想解T +”“負理想解T -”

2.2.3 確定評價對象到“正理想解T +”和“負理想解T -”的距離，在此采用歐式空間距離

2.2.4 計算相對接近度

3 低碳視角下熵權-TOPSIS法的航空貨運網絡設計研究

3.1 數據選取

從中國民用航空局官網信息的公開統計數據中查看機場各項指標的數據情況，在綜合考慮機場運營情況和地方經濟發展等因素下選取25個機場作為評價對象，結合2023—2024年各項指標數據進行熵權-TOPSIS 分析，機場各項指標數據具體見表2和表3。

表2數據主要為各機場2023年吞吐量情況以及機場所在城市的GDP和貨物運輸總量。

表3數據主要選取了2023年第一季度機場投訴受理數量和2024年2月份機場出港準時率，碳排放情況使用了中國民用運輸機場2022年度和2023年度“雙碳機場”評價結果，評價結果從一星到五星分為5個等級。

3.2 計算結果

采用SPSSAU軟件進行熵權-TOPSIS分析運算，得各到機場綜合排名結果，如表4和表5所示。

可以看出，在8個評價指標中，碳排放情況權重最高，表明目前各機場在碳排放方面差異較大，有的機場已經被評為三星級“雙碳機場”，有的還沒有入選；其次，貨郵吞吐量也存在明顯的差距，廣州白云機場的貨郵吞吐量為三亞/鳳凰機場的20多倍。各指標權重能夠較好地反映低碳發展背景下的航空貨運機場情況，得出排名前五的機場為上海浦東機場、深圳寶安機場、北京首都機場、上海虹橋機場和杭州蕭山機場，可考慮為碳排放背景下航空貨運樞紐機場的選址提供參考和指導。

4 結 論

本文通過構建低碳背景下航空貨運樞紐機場選址評價指標體系，運用熵權-TOPSIS方法得出25家機場的綜合排名情況。由于各機場在低碳發展情況方面差距較大，因而得出的排名情況同傳統以客、貨郵運量得出的排名存在一定的區別，為考慮碳排放情況的航空貨運機場樞紐選址提供了參考。這也反映了機場要加強碳排放控制的重要性，如廣州白云機場作為客運和貨運排名前列的機場，要進一步減少碳排放，達到“雙碳機場”評價要求，助力民航綠色可持續發展。本文也存在一定的局限性，指標體系建設，可以隨著機場的發展進一步優化，在數據的獲取和選擇方面還可以進行再挖掘，以全面、及時反映機場的綜合情況。

參考文獻：

[1] 王超峰，王宵琪．考慮碳排放的航空貨運網絡優化[J]．科技和產業，2023，23（21）：79-83.

[2] 朱學松，陳肯．基于熵權-TOPSIS法的貨運航線網絡設計研究[J]．中國民航飛行學院學報，2024，35（1）：5-8，24.

[3] 林晨，徐寧，金驍．樞紐機場企業綠色低碳發展路徑研究[J]．綠色建筑，2024，16（3）：74-79，141.

[4] 尤倩，李洪枚，伯鑫，等．中國民用航空機場大氣污染物及碳排放清單[J]．中國環境科學，2022，42（10）：4517-4524.

[5] 郭書娟，許亞東，黃進勇．基于熵權TOPSIS模型的農業綠色發展水平評價——以河南省為例[J]．浙江大學學報（農業與 生命科學版），2024，50（2）：221-230.

[6] 胡杰，鮑帆．基于組合賦權-TOPSIS模型的機場運行效率評價[J]．系統仿真學報，2023，35（12）：2570-2581.

[7] 郝麗，裴雪瑩．基于熵權-TOPSIS法的生鮮農產品供應鏈韌性能力測度[J]．物流技術，2023，42（11）：129-136.