基于灰云聚类模型的绿色港口竞争力评价

物流技术2019年第38卷第3期（总第390期）

基于灰云聚类模型的绿色港口竞争力评价

韩昀瑾，许亚男

（华北理工大学

建筑工程学院，河北

唐山

063009）

[摘要]依据绿色港口建设的基本要求，构建了包含生产规模、基础设施、绿色物流、环境治理、发展环境五个

指标的绿色港口评价指标体系。建立了基于灰云聚类的绿色港口评价模型，并以大连港、天津港、青岛港三个港口为例进行了实证研究。

[关键词]灰云聚类模型；绿色港口；港口竞争力；评价指标体系[中图分类号]F552[文献标识码]A[文章编号]1005-152X(2019)03-0074-04

EvaluationofGreenPortCompetitivenessBasedonGreyCloudClusteringModel

HanYunjin,XuYa'nan(SchoolofCivilEngineering&Architecture,NorthChinaUniversityofTechnology,Tangshan063009,China)Abstract:Accordingtothebasicrequirementsintheconstructionofagreenport,webuiltthegreenportevaluationindexsystemcomprisedofthefiveindexeswhichareproductionscale,infrastructure,greenlogistics,environmentalgovernanceanddevelopmentenvironment.Thenweestablishedagreenportevaluationmodelbasedongreycloudclustering,andappliedittotheempiricalcasesoftheportsofDalian,TianjinandQingdao.Keywords:greycloudclusteringmodel;greenport;portcompetitiveness;evaluationindexsystem

1引言

随着港口经济的快速发展，人们逐步重视港口

争力评价指标体系的建立和绿色港口竞争力评价方法的选择。

邵超峰、鞠美庭[2]等基于DPSIR模型和循环经济、生态学和系统理论构建生态港口的指标评价体系；卢勇[3]选取国际上成熟的绿色建筑评价体系和参考绿色港口标准、法规、指南，通过对比并结合港口的自身特点，提取它们共性的36个指标构建绿色港口评价体系；葛振鸣等［4］构建了包括生态环境、经济效率、污染控制、环境管理和社会评价等方面的评价指标体系；瞿群臻等［5］从5个维度构建了绿色低碳港口模糊综合评价模型。

对于绿色港口竞争力评价方法的选择，大多采用层次分析法、因子分析法、数据包络法、ANP法、云模型法和TOPSIS法等。周芬[6]利用数据包络法（DEA）对我国沿海5个大型港口进口绿色竞争力比

发展与生态坏境、能源耗费之间的平衡。《交通运输节能环保“十三五”发展规划》中明确提出了必须加强交通运输业行业节能减排建设的力度，不断推进资源节约和资源的循坏利用，打造“绿色港口”已成

[1]

为了全球港口物流业的普遍共识。“绿色港口”是港

口建设完成后投入运营过程中，秉持节约资源、保护环境，可持续发展的理念，拥有节能减排的设施设备和面对环境气候变化的管理措施，达到了绿色港口等级标准，从根本上采取了一系列保护生态环境的有效措施。

当前，对于绿色港口竞争力的评价，国内外学者做了大量的研究，主要集中在两个方面：绿色港口竞

[收稿日期]2018-12-29

[作者简介]韩昀瑾（1989-），女，河北唐山人，经济师，硕士，主要研究方向：港口运输；许亚男（1990-），女，河北唐山人，助教，硕士，主

要研究方向：道路运输。

-70-

韩昀瑾，等：基于灰云聚类模型的绿色港口竞争力评价

较。Asgari、Hassani和Jones[7]构建了一个包含经济、环境和社会三因素的绿色可持续发展评价指标体系，并以英国几个港口为例，使用层次分析法对其可持续发展情况进行了评价和排序。刘翠莲，杨柳，刘健美[8]

通过确定指标云权重，利用云图修正专家打分

结果，用云模型对天津港绿色发展水平进行评价。黄晗等[9]在考虑指标间复杂网络关系的基础上，构建了绿色港口竞争力评价指标体系，采用ANP模型对绿色港口的竞争力进行评价。目前，绿色港口的评估方法包括层次分析法、模糊评价法等，都存在过于依赖某个专家意见和简单平均指标等问题。为了有效评价绿色港口竞争力，本文提出了一种基于灰云聚类理论的竞争力评估模型，拟在建立包括生产规模、基础设施、绿色物流、环境治理、发展环境五个评估指标的基础上，利用灰云模型将竞争力评估指标的定性描述转化为定量，更加准确地表述了评估中指标的灰性和随机性，并以大连港、天津港、青岛港为研究对象，对其竞争力进行比较。

2绿色港口竞争力评价指标体系

建立绿色港口评价指标体系需遵循科学性、规

范性、针对性、全民性和可行性的原则，利用收集到的影响港口竞争力的相关资料和数据，对目标港口竞争力进行有效、合理的评价。基于上述原则，通过参考学者的研究文献及咨询专家，本文建立了包括港口生产规模、基础设施条件、绿色物流水平、环境治理水平、港口外在发展环境等5大方面的指标体系，其中，海上通行能力、陆上集疏运能力、危险品仓储管理水平、绿色包装技术使用程度指标包含多个因素，由相关专家综合分析后给出自然语言评价，属于定性指标。其余指标如港口货物吞吐量可由港口年鉴等资料获得，属于定量指标。

构建评价体系的判断矩阵，采用专家打分方法确定各二级指标权重，指标间重要程度采用层次分析法进行判断，建立判断矩阵，确定权重值。运用MATLAB编程的方法求得各指标权重，并检查其一致性，判断权重的合理性，最终得到各二级指标的权

技术与方法重。绿色港口评价指标体系见表1。

表1

绿色港口评价指标体系

目标层

一级指标

二级指标指标权重数据类型

港口货物吞吐量X110.2781定量生产规模X集装箱吞吐量X1

120.1634定量

出口额X130.1634定量港口吞吐量增长率X140.3952定量海上通行能力X210.2270定性基础设施X码头泊位X2

220.1223定量陆上集疏运能力X230.2270定性绿色港

港口腹地范围X240.4236定性口综合港口货物周转流通速度X评价指

310.4554定性危险品仓储管理水平X320.2628定性标体系

绿色物流X3

绿色包装技术使用程度X330.1409定性装卸搬运先进设备引进率X340.1409定性单位吞吐量综合能耗X410.5385定性环境治理X港区内空气质量状况X4420.2196定性含油污水、固废综合治理率X430.1210定量绿化面积占港区内可绿化面积X440.1210定量

发展环境X所在城市GDPX5510.5定量所在城市人均GDPX520.5定量

3

基于灰云聚类的绿色港口评价模型

3.1

灰云模型的基本理论

设U(x)∈[0,1]表示灰数的白化权，白化权模型被

表示为有一定不均匀厚度的随机曲线。设U是一个论域U={x}，

T是与U相联系的语言值，U中的元素x对于T所表达的灰概念的白化权是一个具有稳定

倾向的随机数，白化权在论域上的分布称为白化权灰云。灰云的数字特征可以用以下几个数值来表征：峰值Cx、左右界值(Lx,Rx)、熵En、超熵He等，完整灰云的数字特征记为：GL(Cx,Lx,Rx,En,He)，灰云曲

线的峰值也就是白化权等于1的值最能代表此定性概念。峰值可以是一个数，称为点峰值，也可以是一个区间，称为区间峰值，如果峰值是一个区间，区间的左端点为左峰值LCx，右端点为右峰值RCx。左右边界值反映了论域中灰色概念的数值范围，在区间峰值模型中熵计算如下:

En=

(Rx-Lx)-(6RCx-LCx)（1）He=Enαα为给定常数

（2）

3.2正态灰云模型

正态灰云模型是一种曲线符合正态分布的灰云

模型，其数学期望NGL(x)为：

-71-

技术与方法物流技术2019年第38卷第3期（总第390期）

éù

ê2ú(x-C)xúNGL(x)=expê-2êéRx-Lxùúê2ê6úú

ûûëë

（3）

m=min{xijk},Si表示港口k的一级指标Xi的值，Ji

(k)

其中x*ijk代表转化后的数值，M=max{xijk}，

(k）

表示属于一级指标Xi的二级指标个数，Vij为表1中各指标权重值。

正态灰云的生成算法：

（1）在区间[Lx,Rx]内，生成以Cx为期望，以En=

Rx-Lx

为标准差的正态随机数xi。6R-L

（2）生成En=xx为期望值，He为标准差的

6（4）将专家打分的5种语言描述分别对应一个云W={Wδ,δ=1,2,...,5}，模型，每个灰云的数字特征值

为：

GL很不好（10,0,30,3.33,0.56）GL不好（30,10,50,6.67,1.112）GL一般（50,30,70,6.67,1.112）GL好（70,50,90,6.67,1.112）GL很好（90,70,100,3.33,0.56）

Si的正态白化权函数模型为：

(k)

正态随机数E'n。

3.3

é(x-Cx)2ù

（3）计算ui=expê令（xi,ui）为云滴。ê-2E2úú，

ë[n]û

灰云聚类模型建立

（1）建立指标集及评语集。建立指标集X={X11,X12,...,Xnt}与评语集U={U1,U2,...,Un}。邀请

专家对定性指标进行打分，确定指标的重要程度，打分分为5个等级：很不好、不好、一般、好、很好；每个等级对应的范围是[0,20),[20,40)，[40,60)，[60,80)，[80,100)，对应的云模型数字特征见表2。

表2

数字特征

很不好01.67

ì1,s∈[0,10]ï(k)2ïé(Si-10)ù(k)(k)

FiW(Si)=íexpê'2úê-ú，s∈(10,30]

ïë2(EnG)ûï0,s∉[0,30]î

1

（8）

云模型数字特征值

不好303.33

一般503.33

好703.33

很好1001.67

ExEn

（2）多个子云通过各层级运算后综合而成更高一级的父云，综合云参数计算公式如下。

Exijk=

Exijk1Enijk1+Exijk2Enijk2⋯+ExijknEnijkN

Enijk1+Enijk2+⋯+EnijkN

（4）（5）

Enijk=Enijk1+Enijk2+⋯+EnijkN

（3）对定量指标进行数据标准化处理，为消除定性和定量指标之间量纲不同，本文通过功效系数法将定量指标进行归一化处理，将定量指标数值转换成0到100之间的数字[10]，进而确定各港口一级指标的评估值，计算方法如下：

x*ijk=60+

(k)

其中En'G是以EnG为期望，以He为方差的一个随机数，FiWδ(S)(δ=1,2,...,5；i=1,2,...,5)代表第δth类

(k)

ì1,s∉[70,100]ï(k)2ïé(Si-90)ù(k)(k)

FiW(Si)=íexpêê-2(En')2úú，s∈[70,90)（12）

Gïëû

ï0,s∈[90,100]î

5

ì0,s∉[50,90]ï(k)(k)(k)

FiW(Si)=íé(Si-70)2ù，s∈[50,90]（11）

ïexpêê-2(En')2úúGûîë

4

ì0,s∉[30,70]ï(k)(k)(k)

FiW(Si)=íé(Si-50)2ù，s∈[30,70]（10）

ïexpêê-2(En')2úúGûîë

3

ì0,s∉[10,50]ï(k)(k)(k)

FiW(Si)=íé(Si-30)2ù，s∈[10,50]ïexpêê-2(En')2úúGëûî

2

（9）

xijk-m

×40M-mJi

(k）

j=1

（6）（7）

灰云等级的白化权模型。

Si=∑x*ijkVij

（5）灰云白化权聚类。为了消除灰云白化权值的随机性，通过h次计算获得每个灰云等级的平均值，并将同一指标的各等级聚类系数归一化，得到最

-72-

韩昀瑾，等：基于灰云聚类模型的绿色港口竞争力评价

终的指标灰云聚类系数ηiW(k)

∂

：

(kFiW(k)

(Si(k)

)+...+FiW(k)

(Si(k)

FiW)(S(ik)

)=

∂1h∂h∂

)（13）(k)ηiW(k)

∂

=

∑FiW(k)

∂F((k)Si)（14）

iW(Si(k)∂

)计算对象i关于评价等级k的综合聚类系数：σiW(k)

=∑4

ηiW(k)

FiW(k)

(Si(k)

∂

i=1

∂∂

)

∂=1,2,...,5

（15）

（6）确定评价等级。若σ(k)

W*

∂

=1max≤∂≤5

{σ(k)

W∂

}，则港口k属于W∂*评价等级。

4绿色港口竞争力评价

本文选取大连港、天津港、青岛港作为评价对

象，运用评价指标体系对其港口近几年绿色发展情况进行评价。相关数据来源于《中国港口年鉴2013-2016）》、《交通运输节能减排“十二五”规划》、、《天津统计年鉴》、大连统计局官网等。

4.1数据标准化

共邀请5位航运及绿色港口专家对评价指标体

系中各定性指标及各准则层的权重进行打分，以天津港为例，5位专家的打分情况见表3。根据专家打分情况，通过式（3）和式（4）计算出天津港定性指标的期望值和熵值，见表4。通过查阅资料，获得天津港、大连港青岛港的定量指标数据并对其归一化处理，结果见表5。

表3

天津港定性指标打分表

因素

专家打分专家1专家2专家3专家4专家5海上通行能力X好很好好好好陆上集疏运能力X21

好好好好很好港口腹地范围X24很好很好好好好港口货物周转流通速度25

X好好好好好危险品仓储管理水平X31一般一般不好一般不好绿色包装技术使用程度X32好好好一般好装卸搬运先进设备引进率X33一般好好一般一般单位吞吐量综合能耗X34

好好一般好好港区内空气质量状况X4142

一般

一般

一般

好

一般

表4

天津港定性指标的期望值和熵值

X21

X24

X25

X31

X32

X33

X34

X41

X42

期望值73.34

73.3477.52704266586654熵值14.99

14.9913.33

16.65

16.65

16.65

16.65

16.65

16.65

技术与方法表5

定量指标原始数据和标准化后数据

X11XXXX大连原始数据4.4958.312X1.413X5.3%14XX822295%4390%445923.74518.4852标准化数据4040401004040404040天津原始数据5.514502.91.9%176100%90%17885.3911.56标准化数据10075.1279.474010010040100100青岛原始数据5.003618003.683.3%11295%99%10011.2911.01标准化数据72.7510010064.7159.154010060.5089.29依据评价指标数据和通过层次分法得到的指标权重，利用式（5）-式（8）得到每个一级评价指标的评价值，见表6。

4.2白化权值计算

将一级指标评估值带入白化权函数（8）-（12）中

计算白化权值，利用matlab软件对其进行2000次的计算，通过式（13）计算出最终的白化权值，计算结果见表7。利用表7中得到的一级指标白化权值，通过式（14）和式（15）计算出每个港口的综合聚类系数，见表8。

表6

三个港口一级指标评价值

港口

XXX大连63.716160.2112

23

XX55.669657.0184

5405天津68.878078.363860.387264.3394100青岛

78.4852

59.1644

71.2945

70.0488

74.895

表7

三个港口一级指标的白化权值

港口

WWWWWX01020.128380.6254

705X100.00040.30590.33560大连

X200.00230.68240.10760X300.00130.55640.15710X400.31740.32100.00040X5000.02650.98460X1000.00090.44320.0059天津

X200.00030.29570.34100X3000.10750.67700X40000.00040.1829X5000.00070.43140.0060X100.00050.38280.26650青岛

X2000.11460.97930X3000.01870.99990X45

0

0

0.0030

0.7494

0.0004

表8每个港口的聚类系数

港口聚类系数

WWWW结果大连010.0580872

5170.4053W6610.2494

92605一般天津00.0000620.0978160.6339140.011801好青岛

0

0.000082

0.0952720.467260.000673

好

通过表8可以看出，天津港和青岛港的绿色港口竞争力等级为好，而大连港的绿色港口竞争力等级为一般。

5结语

港口之间的竞争日趋激烈，绿（下转第111页）

-73-

（《中国交通运输节能减排与低碳发展年度报告》杨楠楠，等：起重机装配线平衡问题优化研究

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图7起重机装配线仿真建模运行图

行研究。采用线性规划法建立带约束条件的数学模型。然后运用Lingo软件求解，且使各工位负荷保持十分均衡。再依据线性规划法优化装配线后的结果，研究离散性仿真的特点及其程序结构，运用物流仿真软件得到的优化结果，提高企业生产效率，并为起重机装配生产建立起一套合理的物流规划方法和流程，以备在后期进行设备调整时进行合理规划，并为厂房扩充的物流规划提供参考。

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（上接第77页）色港口已成为世界各大港口的发展趋势。本文结合港口与绿色物流，通过定性与定量指标相结合的方式，建立包括生产规模、基础设施、绿色物流、环境治理与发展环境的5个一级指标，20个二级指标的评估体系，构建了一个基于灰云聚类的绿色港口评价模型，然后以天津港、大连港和青岛港为例，结合实际数据以及专家打分结果，集合灰云模型理论，得到了绿色港口竞争力的评价结果。

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