CN103886394B - 港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法 - Google Patents

Abstract

港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法，为建立基于灰色粗糙集—熵权法的港口物流生产型用地调整交通影响综合测评模型，实现利用自然规律的客观测评，为保证测评结果的客观性提供基础，本发明采用的技术方案是，港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法，包括下列步骤：建立双层测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部包括堆场、闸口、卡子门的交通影响测评指标体系，把港区内部和港区外部的各个测评指标结合起来做出一个综合测评，对于第一层和第二层的最优方案和综合测评出的最优方案不一致情况，以综合测评出的最优方案是最终的决策方案本发明主要应用于港口物流生产的设计。

Description

港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法

技术领域

本发明属于交通运输规划设计与管理技术软件开发领域，具体涉及港口物流生产型用地功能调整后的交通影响测评方法与对应的测评指标体系的建立。

背景技术

随着社会经济的快速发展、全球经济的一体化和科学技术水平的不断提高，很多码头特别是老港区包括码头、堆场等物流生产型用地迫切需要进行调整。究其原因主要是这几个方面：城市的发展使得港区成为城市中心，严重影响到港口码头的集疏运系统，迫切需要对包括码头、堆场等港口物流生产型用地进行调整；科学技术的发展使得码头的靠泊能力、船边装卸能力和效率大大提高，迫切需要与之配套的前后方堆场、码头道路区域、闸口区域等进行调整；港口和码头企业从追求自身效益特别是经济利益最大化角度，调整部分码头作业区域以及与之配套的其它服务区域。无论何种原因，从可行的码头用地调整方案中选择最佳方案是充分发挥码头靠泊能力、实现码头经济效益最大化、避免港区道路交通拥堵、使港口集疏运系统正常运行、物流生产发展的基础工作。但码头、堆场作为大型物流的出发地和目的地(Orignation Destination，OD)，具有交通量大且集中、重型货车为主、时空分布不均衡等特点，对港口物流生产型用地功能进行调整意味着改变港区内部交通系统的交通量及其时空分布结构，改变港口集疏运系统的OD时空分布和道路网络实际分配的交通量，有可能没有对港口集疏运系统和码头内部交通流产生正面影响，反而起到副作用，加重了港口集疏运系统的负担，使交通拥堵现象更加严重。因此针对港口物流生产型用地调整方案进行具体的交通影响测评，是港口物流生产型用地调整的初衷之一-改善港口集疏运系统交通状况，也为具体调整方案的优化提供技术支持。因此确定一种科学、客观的港口物流生产型用地调整交通影响综合测评方法具有重要的理论意义和工程应用价值。

从国内外相关文献阅读可知，现关于建设项目交通影响测评主要分为两大类：一是一般建设项目的交通影响测评，主要面向客流，包括商业设施、住宅小区、体育场所、游乐场所等，在确定建设项目未来可能影响的范围基础上，通过四阶段法预测未来影响区域路段、交叉口的交通性能指标-饱和度，然后再提出具体解决措施。这种建设项目交通影响方法简单实用，但是以客运为主体的，没有面向以货物运输为主体的物流基地，更不涉及码头用地调整所造成的交通影响测评，且这类测评仅列举出部分单项测评指标(小区车位数、主要影响区域路段和交叉口饱和度)值，看这些指标值是否在合理的范围，没有采用系统的方法建立科学全面的测评指标体系，用具体测评模型计算确定出各个待选可行方案的具体综合值，并进行综合分级。二是面向物流基地的交通影响测评，如彭驰对城市物流园区对物流园区交通影响分析的研究对象及范围进行了界定，分析了物流园区交通影响分析的基本内容和方法；马玉红对物流园区项目的研究范围与影响范围的确定方法进行了讨论；乐小勇对GIS(地理信息系统)在交通影响测评中的应用进行了研究；王雅琼对物流中心的交通影响测评进行研究。由于这些研究对象不同，交通影响测评综合测评指标体系不涉及港口物流生产型用地调整部分，测评仅是列举出类似客流的部分单项测评指标值，没有针对研究对象建立综合测评指标体系，用具体测评模型计算确定出各个待选可行方案的具体综合值，并进行综合分级。

从以上相关文献的阅读可知，针对港口物流生产型用地功能调整交通影响测评有技术具有如下特点：

(1)现有一般建设项目交通影响测评对象主要是客流为主，不涉及港口物流生产型用地建设项目，且仅是部分指标具体值的列举，没有采用系统的方法建立科学全面的测评指标体系，用具体测评模型计算确定出各个待选可行方案的具体综合值，并进行综合分级。。

(2)已有的物流建设项目交通影响测评，沿用了以客流为主体的思路，主要研究在具体影响范围的确定等方面，不针对研究对象具体指标体系的建立及其综合测评方法，不涉及码头建设项目交通影响测评。

(3)没有以港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方面的研究，没有针对码头功能调整所带来交通量时空变化、交通流的不同特点，针对具体影响区域、范围进行的交通影响测评综合研究。

(4)在测评方法上，仅是列举出来，没有采用如粗糙集理论、灰色理论方法建立综合测评的研究。

根据上述背景技术分析可知，国内外对于港口物流生产型用地功能调整后交通影响进行综合测评还是空白，且现有的技术无法做到全面、客观的测评并缺少相应的分级标准，迫切需要提出一种行之有效的针对港口物流生产型用地功能调整后交通影响综合测评方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在利用系统分析目标分析法能建立综合测评指标体系、灰色粗糙集能确定约简后的指标，建立基于灰色粗糙集—熵权法的港口物流生产型用地调整交通影响综合测评模型，实现利用自然规律的客观测评，为保证测评结果的客观性提供基础。采用系统分析法通过目标分解建立面向港口物流生产型用地调整交通影响的双层综合测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部堆场、闸口、卡子门、码头等的交通影响测评指标体系；综合灰色粗糙集和熵权法的优缺点-熵权法能克服指标间信息重叠和指标间重复的优点，避开熵权法确定生成的是机械性权重这一缺点，采用灰色粗糙集确定港口物流生产型用地调整综合测评新指标，采用熵权法建立港口物流生产型用地调整综合测评模型；并对具体测评结果进行分级。为港口集疏运系统规划设计调整、港区道路交通管理控制、码头规划设计调整和码头运输组织优化提供技术支持。为此，本发明采用的技术方案是，一种港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法，包括下列步骤：

建立双层测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部包括堆场、闸口、卡子门的交通影响测评指标体系，把港区内部和港区外部的各个测评指标结合起来做出一个综合测评，对于第一层和第二层的最优方案和综合测评出的最优方案不一致情况，以综合测评出的最优方案是最终的决策方案；具体为：

1)采用基于灰色粗糙集的指标筛选确定约简后的测评指标体系；

2)建立规范化矩阵：设约简后k个测评指标，n个测评方案，标准化后的矩阵X＝(x_ij)_k×n，x_ij是第j个方案对应第i个指标标准化后值；

3)确定指标熵值和权重：熵权可以给各指标赋予权重，熵可以来度量信息量的多少，并可以度量获取数据所提供的有用信息量，熵的计算公式：

其中，h_i代表第i个指标的熵，p_ij由下式计算所得：

当p_ij＝0时，令p_ijlnp_ij＝0，第i个指标的权重为：

显然0<w_i<1，且

4)计算综合测评值

Z_j代表第j个测评方案的综合测评值，该值越大代表该测评对象越合理，越适应现实情况的要求，以该值大小对包括样本，方案各个测评对象进行排序。

采用基于灰色粗糙集的指标筛选确定约简后的测评指标体系，即基于灰色粗糙集的指标筛选的具体步骤是：

①确定测评指标：根据测评指标建立的原则，确定宽泛的综合测评指标集合，统称为条件属性集合；

②数据收集：尽可能利用已有和预测数据，构思到可能的测评方案或样本集合；

③数据标准化：设有n个测评方案m个综合测评指标，y_ij是第j个方案对应第i个指标标准化前值；

I.对于成本型指标

II.对于效益型指标

III.对于区间型指标

其中max y_i、min y_i分别是y_ij中的最大值和最小值，[S₁,S₂]为指标的最优区间；

将各指标通过无量纲化处理后再乘以100，转化成百分制计数，

④建立特征变量关联矩阵A。对于得到的标准化矩阵，得到的序列如下：

X₁＝(x₁₁，x₁₂，x₁₃，……，x_1n)，

X₂＝(x₂₁，x₂₂，x₂₃，……，x_2n)，

X₃＝(x₃₁，x₃₂，x₃₃，……，x_3n)，

……

X_m＝(x_m1，x_m2，x_m3，……，x_mn)，

对所有的i≤j，i,j＝1，2，……，m，计算出X_i与X_j的灰色关联度E_ij，

式中ρ为分辩系数，0＜ρ＜1；为第i个指标的最优值，表示相连的模运算中j取最小值，表示相连的模运算中i取最大值，余同；

特征变量关联矩阵A如下：

其中，E_ii＝1，i＝1，2，3，……，m；

⑤确定指标最佳分类。根据临界值K得到不同的方案分类；

取定临界值0<K<1，当E_ij>K，i≠j时，则视为X_i与X_j为同类特征，特征变量X₁、X₂、X₃、……、X_m在临界值K下的分类称为特征变量的K的灰色关联聚类，K可以根据实际需要确定，K越接近于1，分类越细，每一组分类中的变量相对较少；

⑥属性约简：根据粗糙集理论属性约简原理进行属性约简实现指标的筛选；

其中，定义1信息系统可以表示为S＝(U，AF，V，f)，AF是有限属性集，分为条件属性集即测评指标集合C和决策属性集即综合测评指标值D，即AF＝C∪D，V是属性值组成的集合；f是一个信息函数，它指定论域U中每一个对象的属性值；在信息系统中，对于则P与S的关系IND(P)定义为IND(P)＝{(x,y)∈U²，任意a∈P，X≠Y，f(X，a)＝f(y，a)}，IND(P)把论域U划分为k个等价类，记为U/P＝{X₁，X₂，X₃，……，X_k}；

定义2设信息系统S＝(U，AF，V，f)，R∈AF，R是一组等价关系，r∈R，如果IND(R)＝IND(R-{a})，则称r是R中不必要的，否则称r是R中必要的；如果每一个r∈R都是R中必要的，则称R为独立的，否则称R为新来的，假设Q∈R，如果Q是独立的，而且IND(Q)＝IND(P)，则称Q为论域U在属性集P上的约简。

其中：

①港区外道路网络交通影响测评；通过基于灰色粗糙集的指标筛选来确定约简后的测评指标，再通过熵权法计算各方案的综合测评指标值，得到各方案分指标的百分制得分及综合测评结果；

②港区内交通影响测评；通过基于灰色粗糙集的指标筛选来确定约简后的测评指标，再通过熵权法计算各方案的综合测评指标值，得到各方案分指标的百分制得分及综合测评结果；

③综合港区内外交通影响测评指标值。码头用地功能调整不仅对港区外的交通有影响，而且港区内的交通也受它的影响，把港区外和港区内的各个指标综合在一起评判方案的优劣。

本发明的技术特点及效果：

1)本发明利用测评指标体系的建立及其综合测评实际上是更好的实现系统目标即使系统目标得到改进这一自然规律，通过港口物流生产型用地功能调整的本质之一是港口物流生产型用地各个功能子系统更加交通通畅、减缓港口集疏运系统拥堵这一总目标的分解，建立双层测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部堆场、闸口、卡子门等的交通影响测评指标体系，把港区内部和港区外部的各个测评指标结合起来做出一个综合测评。

2)本发明综合灰色粗糙集和熵权法各自的优缺点，利用灰色粗糙集来确定约简后的指标，建立基于灰色粗糙集—熵权法的港口物流生产型用地调整交通影响综合测评模型，实现了客观测评，为保证测评结果的客观性提供基础。

3)本发明通过单向指标和综合指标共同评级、双层测评指标体系建立的方法，界定了港口物流生产型用地调整交通影响各个测评指标具体的分级标准和港区外、港区内的不同影响测评；通过切实可行的港口物流生产型用地功能调整服务水平评级制度，从而为确定出最优用地调整方案，提供具体工程指导。

附图说明

图1港口物流生产型用地功能调整港区外原始测评指标体系。

图2约简后的港区外测评指标

图3港口物流生产型用地功能调整港区内原始测评指标体系。

图4约简后的港区内测评指标。

图5测评具体实施过程。

具体实施方式

港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法的研究，利用系统分析目标分析法能建立综合测评指标体系、利用灰色粗糙集来确定约简后的指标，建立基于灰色粗糙集—熵权法的客观综合测评模型的这一自然特性，采用系统分析法通过目标分解建立面向港口物流生产型用地功能调整交通影响的双层综合测评指标体系；综合灰色粗糙集和熵权法的优缺点，采用灰色粗糙集确定约简后的港口物流生产型用地功能区调整综合测评指标，采用熵权法建立港口物流生产型用地功能区调整综合测评模型；并对具体测评结果进行分级，使测评的结果更符合实际情况。在具体应用与实施方式方面为：

(1)已有港口规划调整特别是港口集疏运系统优化方面。特别是大面积范围的城市老港区功能规划调整方面，本研究能为其提供能反映实际的定量化的客观的技术支持，包括具体各个功能调整方案交通影响的综合得分值、服务水平评级值等以及涉及到的港区道路调整等内容。

(2)已有港口物流生产型用地规划调整和运输组织优化方面。在城市老港区部分码头、堆场等用地功能规划调整方面，本研究能为其提供能反映实际的定量化的客观的技术支持，包括具体各个功能调整方案交通影响测评的综合得分值、服务水平评级值等；在具体码头企业运输组织优化方面，为具体港口物流生产型用地各个功能区交通状态提供依据，为优化其运输组织提供技术支持。

(3)依据该交通影响测评方法预测现状和规划的港口以及港外道路网络可能的交通状态，包括一般情况下和高峰期，为包括控制信号优化、诱导发布与实施等管理控制优化提供技术支持。

因此港口物流生产型用地功能调整交通影响综合测评方法的研究具有重要的现实意义和理论意义。下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。

1.1综合测评指标体系

本发明综合测评体系的建立除遵循整体完备性、客观性、实用性原则、科学性原则外，主要遵循：(1)对很多物理指标在功能调整前、后不会改变的，不需要列出，仅列出是通过功能调整改变的指标，即突出功能调整的指标。(2)必须考虑到各个指标的客观性，除个别指标外，大部分能够通过建立解析和仿真模型能予以定量化预测确定的，或通过具体设计方案予以确定的，尽量避免主观指标。(3)指标简单且尽可能少，没有必要列举出过多的指标。

在上述原则的基础上，本发明采用系统分析法利用测评指标体系的建立及其综合测评实际上是更好的实现系统目标即使系统目标得到改进这一自然规律，通过港口物流生产型用地调整的本质之一是包括码头、堆场、港区道路等各个功能子系统更加交通通畅、减缓港口集疏运系统拥堵这一总目标的分解，建立双层测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部堆场、闸口、卡子门等的交通影响测评指标体系，把港区内部和港区外部的各个测评指标结合起来做出一个综合测评。具体见图1、3。

1.2测评指标权重的确定

本发明利用灰色粗糙集对测评指标进行筛选这一自然特性，确定港口物流生产型用地功能调整交通影响新的测评指标，在用熵权法计算各个方案的综合测评值并排序，得出港口物流生产型用地功能调整的最优方案。

基于灰色粗糙集的指标筛选的具体步骤

①确定测评指标。根据测评指标建立的原则，确定宽泛的综合测评指标集合，统称为条件属性集合。

②数据收集。尽可能利用已有和预测数据，构思到可能的测评方案或样本集合。

③数据标准化。设有n个测评方案m个综合测评指标，y_ij是第j个方案对应第i个指标标准化前值，x_ij是第j个方案对应第i个指标标准化后值。

I.对于成本型指标

II.对于效益型指标

III.对于区间型指标

其中max y_i、min y_i分别是y_ij中的最大值和最小值，[S₁,S₂]为指标的最优区间；

将各指标通过无量纲化处理后再乘以100，转化成百分制计数，

④建立特征变量关联矩阵A。对于得到的标准化矩阵，得到的序列如下：

X₁＝(x₁₁，x₁₂，x₁₃，……，x_1n)，

X₂＝(x₂₁，x₂₂，x₂₃，……，x_2n)，

X₃＝(x₃₁，x₃₂，x₃₃，……，x_3n)，

……

X_m＝(x_m1，x_m2，x_m3，……，x_mn)，

对所有的i≤j，i,j＝1，2，……，m，计算出X_i与X_j的灰色关联度E_ij。

式中ρ为分辩系数，0＜ρ＜1；为第i个指标的最优值表示相连的模运算中j取最小值，表示相连的模运算中i取最大值，余同；

特征变量关联矩阵A如下：

其中，E_ii＝1，i＝1，2，3，……，m。

⑤确定指标最佳分类。根据临界值K得到不同的方案分类。

取定临界值0<K<1，一般要求K>0.5，当E_ij>K(i≠j)时，则视为X_i与X_j为同类特征。特征变量X₁、X₂、X₃、……、X_m在临界值K下的分类称为特征变量的K的灰色关联聚类。K可以根据实际需要确定，K越接近于1，分类越细，每一组分类中的变量相对较少。本专利K取0.91。

⑥属性约简。根据粗糙集理论属性约简原理进行属性约简实现指标的筛选。

定义1信息系统可以表示为S＝(U，AF，V，f)，AF是有限属性集，分为条件属性集(测评指标集合)C和决策属性集(综合测评指标值)D，即AF＝C∪D，V是属性值组成的集合；f是一个信息函数，它指定U中每一个对象的属性值。在信息系统中，对于则P与S的关系IND(P)定义为IND(P)＝{(x,y)∈U²，任意a∈P，X≠Y，f(X，a)＝f(y，a)}。IND(P)把对象U划分为k个等价类，记为U/P＝{X₁，X₂，X₃，……，X_k}。

定义2设信息系统S＝(U，AF，V，f)，R∈AF，R是一组等价关系，r∈R，如果IND(R)＝IND(R-{a})，则称r是R中不必要的，否则称r是R中必要的；如果每一个r∈R都是R中必要的，则称R为独立的，否则称R为新来的。假设Q∈R，如果Q是独立的，而且IND(Q)＝IND(P)，则称Q为论域U在属性集P上的约简。

测评模型的建立

利用灰色粗糙集指标筛选这一客观方法能克服指标间信息重叠的这一自然规律，建立基于基于灰色粗糙集的指标筛选—熵权法的港口物流生产型用地功能调整交通影响测评模型，具体步骤为：

1)采用基于灰色粗糙集的指标筛选确定约简后的测评指标体系。

2)建立规范化矩阵。设约简后k个测评指标，n个测评方案，标准化后的矩阵X＝(x_ij)_k×n。

3)确定指标熵值和权重。熵权可以给各指标赋予权重，熵可以来度量信息量的多少，并可以度量获取数据所提供的有用信息量。熵的计算公式：

其中，h_i代表第i个指标的熵。p_ij由下式计算所得：

当p_ij＝0时，令p_ijlnp_ij＝0。第i个指标的权重为：

显然0<w_i<1，且

4)计算综合测评值

Z_j代表第j个测评方案的综合测评值，该值越大代表该测评对象越合理，越适应现实情况的要求。以该值大小对包括样本，方案各个测评对象进行排序。

1.3阈值的选取与级别的划分

根据各个指标的值以及最后的综合测评值确定级别，即级别的划分既要考虑各个分指标值的大小达到一定标准，又要考虑最后的综合测评值达到指定标准，进而保证整体方案的有效性。具体的分级标准见表1。

当判定服务水平是否为优—不合格级时，需考虑每个分指标值和综合指标值是否同时到达标准，如优秀级服务水平的判断，每个指标值必须都大于或等于80，并且综合指标值要大于90；当判定服务水平是否为不及格(不可行方案)时，只要分指标值或综合指标值某一项到达各自标准即为当前等级，即只要有一个分指标值或综合指标值小于60，即为不及格级。

表1服务水平测评标准

1.4计算框图，如图5所示。

1.5具体方案验证分析

1)北疆堆场基本情况

天津港北疆港区是天津港最早建设的现以集装箱、散杂货为主的老港区，临界滨海新区中心商务区，其中有集装箱、散杂货堆场(主要集中在四号路以南，二号路以北)共有十一个区域25块左右，约280万平米，现用于集装箱约104.8万平米，用于矿石约116.2万平米，用于钢材及杂货约36.4万平米，用于汽车约14.4万平米，此外规划中北疆汽车物流基地以及新建成的国际物流汽车堆场占地约34.5万平方米。具体现状部分数据见表2中B1和A1方案。

2)北疆港区现状布局存在的问题

I.码头能力与配套堆场能力不匹配，很大程度上限制了码头能力的发挥，并且，后方堆场条块分割，规模小，经营成分复杂，缺乏统一规划和专业化经营。

II.集港作业时，港区内四号路、六号路、二号路等路段和港区外交通压力突出，并且四号路与临海路交叉口、二号路与东环路交叉口拥堵情况严重。

3)码头用地功能拟调整方案及其预测指标值

①码头拟调整方案

为了验证本方法的有效性，选取上述码头用地功能调整的4个方案进行测评分析，根据港口、码头公司和具体集疏运系统的实际调查及模型预测仿真得出的具体方案各指标值。

具体方案中码头：A1＝现状、A2＝(矿石码头调整至南疆、港埠一公司部分集装箱功能码头调整为件杂码头)。具体见表2。

堆场调整方案：B1＝现状、B2＝近期方案、B3＝中期方案、B4＝远期方案。具体见表2。

整个码头用地功能调整方案有6个

方案一：A1+B1。天津港北疆港的各个码头公司维持现状不做调整，后方堆场维持现状不做调整。

方案二：A1+B2。天津港北疆港的各个码头公司维持现状不做调整，后方堆场的功能布局调整如下：部分集装箱堆场B调整为钢杂堆场B、部分集装箱堆场C和部分钢杂堆场C调整为杂货堆场C、矿石堆场D调整为集装箱堆场、矿石堆场E调整为散杂货堆场E、部分矿石堆场J调整为汽车堆场。

表2码头堆场现状及远期调整方案

方案三：A1+B3。天津港北疆港的各个码头公司维持现状不做调整，后方堆场的功能布局调整如下：集装箱堆场B调整为钢杂堆场B、部分集装箱堆场C和部分钢杂堆场C调整为钢杂堆场和杂货堆场、矿石堆场D调整为集装箱堆场D、矿石堆场E调整为杂货堆场、集装箱堆场H调整为机动区堆场H、部分矿石堆场J调整为汽车堆场。

方案四：A2+B2。天津港北疆港码头公司调整：港埠四公司的矿石码头调整至南疆港区、港埠五公司的部分矿石码头调整至南疆港区；后方堆场功能布局调整：部分集装箱堆场B调整为钢杂堆场B、部分集装箱堆场C和部分钢杂堆场C调整为杂货堆场C、矿石堆场D调整为集装箱堆场D、矿石堆场E调整为散杂货堆场E、部分矿石堆场J调整为汽车堆场。

方案五：A2+B3。天津港北疆港码头公司调整：港埠四公司的矿石码头调整至南疆港区、港埠五公司的部分矿石码头调整至南疆港区；后方堆场功能布局调整：集装箱堆场B调整为钢杂堆场B、部分集装箱堆场C和部分钢杂堆场C调整为钢杂堆场和杂货堆场、矿石堆场D调整为集装箱堆场D、矿石堆场E调整为杂货堆场、集装箱堆场H调整为机动区堆场H、部分矿石堆场J调整为汽车堆场。

方案六：A2+B4。天津港北疆港码头公司调整：港埠四公司的矿石码头调整至南疆港区、港埠五公司的部分矿石码头调整至南疆港区；后方堆场功能布局调整：集装箱堆场B变为钢杂堆场B、集装箱堆场C和钢杂堆场C都变为杂货堆场C、集装箱堆场G和H变为机动区堆场G和H、矿石堆场D和I变为集装箱堆场D和I、矿石堆场E变为散杂货堆场E、矿石堆场J变为汽车堆场J。

②港区外道路网络交通影响测评指标值

依据实际情况主要选取的交叉口为：京津高速与海滨大道的交叉口、新港四号路与海滨大道的交叉临港立交、津沽二线与海滨高速的立交；选取的主要路段有京津高速、津晋高速、京津塘高速、第九大街、海滨大道等。对港区外的方案进行优劣测评。根据交叉口及路段的实际调查及交通模型预测得出的具体方案各指标值见表3。

表3港区外道路交通影响测评各方案指标值

③港区内交通影响测评指标值

选取的交叉口：新港五号路与临海路的交叉口、新港四号路与东堤路的交叉口、新港二号路与东堤路的交叉口；选取的主要路段有新港六号路、新港五号路、新港四号路、新港三号路、新港二号路等港区内的道路。根据交叉口及路段的实际调查及交通模型预测得出的具体方案各指标值见表4。

表4港区内交通影响的各方案指标值

4)综合测评结果

①港区外道路网络交通影响测评

1)通过灰色聚类法得到的港区外交通影响测评各方案分指标的特征变量关联矩阵A如下：

2)根据上述灰色聚类法，计算得到6个方案的最佳分类。

当临界值K＝0.91时，分类情况为：{X₂、X₃、X₄、X₅}，{X₆}，{X₁}

即X＝U/C＝{{X₂、X₃、X₄、X₅}，{X₆}，{X₁}}。

3)根据最佳分类进行指标约简

找出删除指标的分类，用灰色粗糙集方法对指标进行约简。计算得指标约简后的方案最佳分类情况见表5。

表5港区外指标约简及方案分类情况

由上所知，指标A4约简后不影响分类结果，所以可得最小属性集为{A1、A2、A3、A5、A6、A7}，即原来的7个指标约简为6个指标。

约简后的港区外的指标体系见图2。根据图2可知有6个测评指标和6个测评方案即公式中的k＝6，n＝6，1/ln6＝0.5581。按照上述公式可得出以下数据，见表6、表7。

表6港区外指标的熵值和权重

表7港区外各方案分指标百分制得分及综合测评结果

通过最终得到的百分制转化值以及各个方案分指标的百分制得分可以划定方案的服务水平，可以看出方案3为最优方案，服务水平达到了优秀级，方案各个分指标达到了指定标准，并且综合指标值也达到了指定标准。方案2虽然综合指标值较高，但由于个别分指标较小，达不到相应标准，服务水平为中等级。通过提出的测评方法和分级标准可以有效、全面的测评各个方案，比选择优，具有很强的实用价值。

②港区内交通影响测评

1)通过灰色聚类法得到的港区内交通影响测评各方案分指标的灰色关联度矩阵A如下：

2)根据上述灰色聚类法，计算得到6个方案的最佳分类。

当临界值K＝0.91时，分类情况为：{X₂、X₃、X₄}，{X₅、X₆}，{X₁}

即X＝U/C＝{{X₂、X₃、X₄}，{X₅、X₆}，{X₁}}。

3)根据最佳分类进行指标约简

找出删除指标的分类，用灰色粗糙集方法对指标进行约简。计算得指标约简后的方案最佳分类情况见表8.

表8港区内指标约简及方案分类情况

由上所知，指标B2、B3、B4、B7、B11、B12、B15约简后不影响分类结果，所以可得最小属性集为{B1、B5、B6、B8、B9、B10、B13、B14}，即原来的15个指标约简为8个指标。

约简后的港区内的指标体系见图4。根据图4可知有8个测评指标和6个测评方案即公式中的k＝8，n＝6，1/ln6＝0.5581。按照上述公式可得出以下数据，见表9、表10。

表9港区内各指标的熵值和权重

表10港区内各方案分指标百分制得分及综合测评结果

通过最终得到的百分制转化值以及各个方案分指标的百分制得分可以划定方案的服务水平，可以看出方案5为最优方案，服务水平达到了优秀级，方案各个分指标达到了指定标准，并且综合指标值也达到了指定标准。方案3虽然综合指标值较高，但由于个别分指标较小，达不到相应标准，服务水平为良好级。方案1由于分指标低于65，服务水平为及格级。通过提出的测评方法和分级标准可以有效、全面的测评各方案，比选择优，具有很强的应用价值。

③综合港区内外交通影响测评指标值

码头用地功能调整不仅对港区外的交通有影响，而且港区内的交通也受它的影响。下面把港区外和港区内的各个指标综合在一起，更能说明方案的优劣。

1)通过灰色聚类法得到的港区内、外交通影响测评各方案分指标的灰色关联度矩阵A如下：

2)根据上述灰色聚类法，计算得到6个方案的最佳分类。

当临界值K＝0.91时，分类情况为：{X₃、X₄、X₅}，{X₁}，{X₂}，{X₆}

即X＝U/C＝{{X₃、X₄、X₅}，{X₁}，{X₂}，{X₆}}。

3)根据最佳分类进行指标约简

找出删除指标的分类，用灰色粗糙集方法对指标进行约简。计算得指标约简后的方案最佳分类情况见表11：

表11港区内、外指标约简及方案分类情况

由上所知，指标A3、A4、A5、A7、B2、B3、B4、B9、B10、B11、B13、B15约简后不影响分类结果，所以可得最小属性集为{A1、A2、A6、B1、B5、B6、B7、B8、B12、B14}，即原来的22个指标约简为10个指标。

约简后的港区内、外的指标体系见表13。根据表13可知有10个测评指标和6个测评方案即公式中的k＝10，n＝6，1/ln6＝0.5581。按照上述公式可得出以下数据，见表12、表13。

表12港区内、外各指标的熵值及权重

表13港区内、外各方案分指标百分制得分及综合测评结果

通过最终得到的百分制转化值以及各个方案分指标的百分制得分可以划定方案的服务水平，可以看出方案6为最优方案，服务水平达到了优秀级，方案各个分指标达到了指定标准，并且综合指标值也达到了指定标准；方案3虽然综合指标值较高，但由于个别分指标较小，达不到相应标准，服务水平为中等级；方案1、4由于综合指标低于70，服务水平为及格级。通过提出的测评方法和分级标准可以有效、全面的测评各个方案，比选择优，具有很强的应用价值。

结合具体天津港码头用地功能调整六个方案的具体指标值可以看出：第一层测评可以得出方案3是最优的，方案3码头用地的调整对港区外的交通影响是最小的，可以保持港区外方便快捷的交通水平；第二层测评可以得出方案5是最优的，通过方案5的调整港区内部的整体协调水平都会有所提高；综合测评可以得出方案6是最优的，在考虑码头用地调整时方案6不仅对港区外部道路交通的影响较小，而且使港区内部的装卸效率及各项服务能力都有一定的提高。所以我们最终的决策方案是方案6。具体的方案调整为：港埠四公司的矿石码头调整至南疆港区、港埠五公司的部分矿石码头调整至南疆港区；后方堆场功能布局调整：集装箱堆场B变为钢杂堆场B、集装箱堆场C和钢杂堆场C都变为杂货堆场C、集装箱堆场G和H变为机动区堆场G和H、矿石堆场D和I变为集装箱堆场D和I、矿石堆场E变为散杂货堆场E、矿石堆场J变为汽车堆场J。天津港码头用地经过第6个方案的调整，港区外道路的饱和度下降了0.1、交叉口的饱和度下降了0.3、平均行程速度提高了7km/h；港区内的集卡在港滞留时间大大缩短，路段饱和度及交叉口饱和度都有所下降，堆场作业效率及码头的通过能力有大幅度的提升。

本发明利用灰色粗糙集对测评指标进行约简、熵权法建立客观的综合测评模型及系统分析目标分析法建立综合测评指标体系的这一自然特性，采用系统分析法利用测评指标体系的建立及其综合测评实际上是更好的实现系统目标即使系统目标得到改进这一自然规律，通过港口物流生产型用地功能调整的本质之一是港区各个功能子系统更加交通通畅、减缓港口集疏运系统拥堵这一总目标的分解，建立双层测评指标体系，采用灰色粗糙集对测评指标进行约简确定港口物流生产型用地功能区调整综合测评的新指标，采用熵权法建立港口物流生产型用地功能区调整综合测评模型，并对具体测评结果进行分级，使测评的结果更符合实际情况。为已有港口码头用地规划调整、港口集疏运交通系统规划调整交通控制优化、码头企业运输组织优化提供技术支持。

Claims (1)

1.一种港口物流生产型用地功能调整交通影响测评方法，其特征是，包括下列步骤：建立双层测评指标体系，其中上层为对港区外部道路的交通影响测评指标体系，下层是对港区内部包括堆场、闸口、卡子门的交通影响测评指标体系，把港区内部和港区外部的各个测评指标结合起来做出一个综合测评，对于第一层和第二层的最优方案和综合测评出的最优方案不一致情况，以综合测评出的最优方案是最终的决策方案；具体为：

①港区外道路网络交通影响测评；通过基于灰色粗糙集的指标筛选来确定约简后的测评指标，再通过熵权法计算各方案的综合测评指标值，得到各方案分指标的百分制得分及综合测评结果；

②港区内交通影响测评；通过基于灰色粗糙集的指标筛选来确定约简后的测评指标，再通过熵权法计算各方案的综合测评指标值，得到各方案分指标的百分制得分及综合测评结果；

③综合港区内外交通影响测评指标值：码头用地功能调整不仅对港区外的交通有影响，而且港区内的交通也受它的影响，把港区外和港区内的各个指标综合在一起评判方案的优劣；

进一步地：

1)采用基于灰色粗糙集的指标筛选确定约简后的测评指标体系；

2)建立规范化矩阵：设约简后k个测评指标，n个测评方案，标准化后的矩阵

X＝(x_ij)_k×n，x_ij是第j个方案对应第i个指标标准化后值；

3)确定指标熵值和权重：熵权可以给各指标赋予权重，熵可以来度量信息量的多少，并可以度量获取数据所提供的有用信息量，熵的计算公式：

$h_i=-\frac{1}{\ln n}\&times;\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{p}_{ij}{\mathrm{lnp}}_{ij},i=1,2,\mathrm{...},k$

其中，h_i代表第i个指标的熵，p_ij由下式计算所得：

$p_{ij}=\frac{x_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{x}_{ij}}$

当p_ij＝0时，令p_ijlnp_ij＝0，第i个指标的权重为：

$w_i=\frac{1-h_i}{k-\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{k}_i}$

显然0<w_i<1，且

4)计算综合测评值

$Z_j=\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{w}_i\&times;x_{ij}$

Z_j代表第j个测评方案的综合测评值，该值越大代表该测评对象越合理，越适应现实情况的要求，以该值大小对包括样本，方案各个测评对象进行排序；

其中，采用基于灰色粗糙集的指标筛选确定约简后的测评指标体系，即基于灰色粗糙集的指标筛选的具体步骤是：

①确定测评指标：根据测评指标建立的原则，确定宽泛的综合测评指标集合，统称为条件属性集合；

②数据收集：尽可能利用已有和预测数据，构思到可能的测评方案或样本集合；

③数据标准化：设有n个测评方案m个综合测评指标，y_ij是第j个方案对应第i个指标标准化前值；

I.对于成本型指标

$x_{ij}=\frac{{\mathrm{maxy}}_i-y_{ij}}{{\mathrm{maxy}}_i-{\mathrm{miny}}_{ij}}$

II.对于效益型指标

$x_{ij}=\frac{y_{ij}-{\mathrm{miny}}_i}{{\mathrm{maxy}}_i-{\mathrm{miny}}_i}$

III.对于区间型指标

其中max y_i、min y_i分别是y_ij中的最大值和最小值，[S₁,S₂]为指标的最优区间；

将各指标通过无量纲化处理后再乘以100，转化成百分制计数，

④建立特征变量关联矩阵A，对于得到的标准化矩阵，得到的序列如下：

X₁＝(x₁₁，x₁₂，x₁₃，……，x_1n)，

X₂＝(x₂₁，x₂₂，x₂₃，……，x_2n)，

X₃＝(x₃₁，x₃₂，x₃₃，……，x_3n)，

……

X_m＝(x_m1，x_m2，x_m3，……，x_mn)，

对所有的i≤j，i,j＝1，2，……，m，计算出X_i与X_j的灰色关联度E_ij，

$E_{ij}=\frac{\underset{j}{\min }\underset{i}{\min }|x_{ij}-x_i^{*}|+\mathrm{\&rho;}\&times;\underset{j}{\min }\underset{i}{\min }|x_{ij}-x_i^{*}|}{|x_{ij}-x_i^{*}|+\mathrm{\&rho;}\&times;\underset{j}{max}\underset{i}{\min }|x_{ij}-x_i^{*}|}$

式中ρ为分辩系数，0＜ρ＜1；为第i个指标的最优值，表示相连的模运算中j取最小值，表示相连的模运算中i取最大值，余同；

特征变量关联矩阵A如下：

$A=\left\{\begin{array}{cccc}{E}_{11}& E_{12}& \mathrm{...}& E_{1m}\\ & E_{22}& \mathrm{...}& E_{2m}\\ & & \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ & & \mathrm{...}& E_{mm}\end{array}\right\}$ .

其中，E_ii＝1，i＝1，2，3，……，m；

④定指标最佳分类：根据临界值K得到不同的方案分类；

取定临界值0<K<1，当E_ij>K，i≠j时，则视为X_i与X_j为同类特征，特征变量X₁、X₂、X₃、……、X_m在临界值K下的分类称为特征变量的K的灰色关联聚类，K可以根据实际需要确定，K越接近于1，分类越细，每一组分类中的变量相对较少；

⑥属性约简：根据粗糙集理论属性约简原理进行属性约简实现指标的筛选；

其中，定义1信息系统可以表示为S＝(U，AF，V，f)，AF是有限属性集，分为条件属性集即测评指标集合C和决策属性集即综合测评指标值D，即AF＝C∪D，V是属性值组成的集合；f是一个信息函数，它指定论域U中每一个对象的属性值；在信息系统中，对于则P与S的关系IND(P)定义为IND(P)＝{(x,y)∈U²，任意a∈P，X≠Y，f(X，a)＝f(y，a)}，IND(P)把论域U划分为k个等价类，记为U/P＝{X₁，X₂，X₃，……，X_k}；

定义2设信息系统S＝(U，AF，V，f)，R∈AF，R是一组等价关系，r∈R，如果IND(R)＝IND(R-{a})，则称r是R中不必要的，否则称r是R中必要的；如果每一个r∈R都是R中必要的，则称R为独立的，否则称R为新来的，假设Q∈R，如果Q是独立的，而且IND(Q)＝IND(P)，则称Q为论域U在属性集P上的约简。