基于C2R模型的內(nèi)河通航水域劃分方法

俞 璠, 戴林偉, 梁 帥, 鄭彭軍

(1. 寧波大學(xué) 海運(yùn)學(xué)院， 浙江 寧波 315211； 2. 寧波海事局 通航管理處， 浙江 寧波 315211)

近年來，隨著陸上交通建設(shè)的不斷完善，內(nèi)河水網(wǎng)的運(yùn)輸功能已逐步弱化。大部分地區(qū)除了一些主干航道及與其相連的較大支流尚有一定數(shù)量的船舶通行以外，其他內(nèi)河水道由于無完備的通航條件和相應(yīng)的通航保障措施，其水運(yùn)功能已基本消失，但仍有一些用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、渡運(yùn)和旅游觀光的小型船舶、艇筏在這些水域活動(dòng)，存在較大的安全隱患?！墩憬∷辖煌ò踩芾?xiàng)l例》規(guī)定，內(nèi)河通航水域由海事部門監(jiān)管，內(nèi)河非通航水域由地方政府監(jiān)管。目前，由于內(nèi)河通航水域與內(nèi)河非通航水域的劃分并不明確，導(dǎo)致相關(guān)部門難以按照相應(yīng)的法規(guī)對(duì)內(nèi)河航行船舶進(jìn)行監(jiān)督和管理，存在監(jiān)管盲區(qū)和重復(fù)監(jiān)管等現(xiàn)象。這給有效防范風(fēng)險(xiǎn)、消除安全隱患和保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來很大難度。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于內(nèi)河通航水域與內(nèi)河非通航水域劃分的研究正處于起步階段，尚未形成系統(tǒng)的劃分方法。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家僅對(duì)內(nèi)河航道等級(jí)的劃分進(jìn)行研究，例如：美國(guó)以水深為標(biāo)準(zhǔn)，將航道等級(jí)劃分為5級(jí)，并經(jīng)過多次修正，制定出完善的內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)[1]；英國(guó)一家學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)曾發(fā)表以“內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)”為主題的研究報(bào)告《Standards for Operations of Inland Waterway Vessels》(《內(nèi)河水域船舶操作標(biāo)準(zhǔn)》)，對(duì)航道等級(jí)、尺度和代表船型進(jìn)行詳細(xì)說明[2]；蘇聯(lián)將內(nèi)河航道劃分成7級(jí)，雖然級(jí)別數(shù)與我國(guó)內(nèi)河航道劃分相同，但劃分的標(biāo)準(zhǔn)有差異[2]。這些研究雖均未涉及內(nèi)河通航水域的劃分，但航道等級(jí)是影響內(nèi)河水域?qū)傩缘闹匾蛩刂弧?guó)內(nèi)僅有極少數(shù)學(xué)者開展相關(guān)研究。例如：趙慧穎[1]研究江蘇省內(nèi)河通航水域與非通航水域的劃分方法，建立基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的界定模型，并以揚(yáng)州市沙紀(jì)河為例，驗(yàn)證模型的有效性；郗林等[3]就南通沿海通航水域范圍劃分的現(xiàn)狀、存在的問題和劃分依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)論述，并提出沿海通航水域劃分的建議；李赫地[4]認(rèn)為，凡按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)配備內(nèi)河助航標(biāo)志的水域即為內(nèi)河通航水域，由此衍生出“亞通航水域”概念，提出針對(duì)亞通航水域安全管理的對(duì)策。此外，建設(shè)部[5]發(fā)布的《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》根據(jù)內(nèi)河船舶噸級(jí)，將我國(guó)內(nèi)河航道劃分為7級(jí)，但該標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)航道等級(jí)進(jìn)行劃分，并未對(duì)“通航水域”作出明確規(guī)定。

在上述研究中，大部分學(xué)者提出的通航水域和非通航水域的劃分依據(jù)或方法都依托個(gè)人的工作經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜乙庖?，具有較強(qiáng)的主觀性。為提高劃分結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性，本文將效率評(píng)價(jià)方法中的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(Data Envelopment Analysis，DEA)運(yùn)用到內(nèi)河水域的劃分中，提出一種基于DEA中經(jīng)典C2R模型的內(nèi)河通航水域劃分方法，并通過真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行案例研究，驗(yàn)證該方法的合理性和科學(xué)性。

1 研究方法與模型

1.1 研究方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家提出的以“相對(duì)效率”為基礎(chǔ)，根據(jù)多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出，對(duì)相同類型的決策單元(Decision Making Units，DMU)進(jìn)行相對(duì)有效性評(píng)價(jià)的一種系統(tǒng)分析方法。[6]該方法的原理主要是通過保持DMU的輸出或輸入不變，運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法確定相對(duì)有效的生產(chǎn)前沿面，并將各DMU投影到DEA的生產(chǎn)前沿面上，通過比較DMU偏離前沿面的程度評(píng)價(jià)其相對(duì)有效性。[7-8]

相對(duì)于層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等傳統(tǒng)的多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)主要在于無需預(yù)先估計(jì)任何參數(shù)或權(quán)重，不必確定輸入指標(biāo)與輸出指標(biāo)之間的生產(chǎn)函數(shù)關(guān)系，且無需進(jìn)行無量綱化處理，消除了人為因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，具有很強(qiáng)的客觀性。[9-11]因此，可采用該方法計(jì)算某區(qū)域內(nèi)具有相同輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)的內(nèi)河水域通航相對(duì)有效值，根據(jù)有效值的大小對(duì)內(nèi)河通航水域和非通航水域進(jìn)行劃分。

1.2 C2R模型

C2R模型是DEA方法中的第一個(gè)基本模型，也是最重要的模型，目前其應(yīng)用已較為成熟，且易于操作。該模型根據(jù)投入與產(chǎn)出的比例來評(píng)估DMU的綜合效率，因此可全面反映某一內(nèi)河水域的通航相對(duì)有效性。假設(shè)某一區(qū)域內(nèi)有n條內(nèi)河水域，建立的指標(biāo)體系中有m個(gè)輸入指標(biāo)和s個(gè)輸出指標(biāo)，則在對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)可能集滿足平凡性、凸性、錐形、無效性和最小性假設(shè)的情況下，C2R模型[12-14]為

(1)

2 建立指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)選取

建立內(nèi)河水域劃分指標(biāo)體系是應(yīng)用DEA方法的基礎(chǔ)性工作，指標(biāo)的選取對(duì)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果有很大影響，因此也是極為關(guān)鍵的一步。在遵循主成分性原則、不相容性原則和定性與定量相結(jié)合原則的基礎(chǔ)上，對(duì)影響通航水域和非通航水域劃分的各項(xiàng)因素進(jìn)行比較和分析，選取評(píng)價(jià)指標(biāo)并構(gòu)建指標(biāo)體系(見圖1)。

該指標(biāo)體系中一級(jí)指標(biāo)包括水域、船舶和安全等3個(gè)。

1) 水域指標(biāo)根據(jù)通航條件來衡量，設(shè)定航道等級(jí)和通航設(shè)施2項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)。航道等級(jí)是影響內(nèi)河水域劃分的重要因素之一，隨著內(nèi)河航運(yùn)和船舶的發(fā)展變化，部分定級(jí)航道的通航能力下降，已無法滿足適航性要求。保障船舶航行安全的導(dǎo)助航設(shè)施、可供船舶安全靠離泊和進(jìn)行水上作業(yè)的交通運(yùn)輸設(shè)施等通航設(shè)施同樣對(duì)內(nèi)河水域的劃分有較大影響。

2) 船舶指標(biāo)是從內(nèi)河水域的通航需求出發(fā)，考慮在內(nèi)河水域航行船舶的主要類型和數(shù)量。因此，二級(jí)指標(biāo)包括主力船型和船舶交通量。

3) 安全指標(biāo)是從通航安全的角度考察影響內(nèi)河水域劃分的因素，選取船舶事故率和網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性2項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)。船舶事故率直接反映某一水域的安全性；網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性則體現(xiàn)內(nèi)河水域的交通便捷程度，從側(cè)面反映水域的安全性能。

上述指標(biāo)體系是在廣泛征求各部門意見的基礎(chǔ)上，與主管部門和專家經(jīng)過多次討論之后確定的，涵蓋影響內(nèi)河水域劃分的主要因素，具有較強(qiáng)的合理性和科學(xué)性，其中：航道等級(jí)、通航設(shè)施、船舶事故率和網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性等4項(xiàng)指標(biāo)反映內(nèi)河水域的航道建設(shè)和維護(hù)成本，設(shè)為輸入指標(biāo)；主力船型和船舶交通量2項(xiàng)指標(biāo)反映內(nèi)河水域的通航情況，設(shè)為輸出指標(biāo)。

2.2 指標(biāo)量化

航道等級(jí)、通航設(shè)施、船舶事故率和網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性等4項(xiàng)輸入指標(biāo)在本文中均為定性指標(biāo)，需進(jìn)一步量化。由于DEA對(duì)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)幾乎沒有要求，且不受數(shù)據(jù)量綱的影響[16]，因此在量化過程中只需考慮數(shù)據(jù)的合理性和對(duì)結(jié)果影響的顯著性。

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，我國(guó)內(nèi)河航道根據(jù)船舶噸位被劃分為7個(gè)等級(jí)。在實(shí)際情況中，除了定級(jí)航道以外，部分等級(jí)外航道仍有船舶通行，因此本文將所有航道劃分為8個(gè)等級(jí)。由于航道等級(jí)越高，其建設(shè)和維護(hù)成本就越高，故取10為基數(shù)；當(dāng)兩級(jí)之間為2倍左右的關(guān)系時(shí)，該指標(biāo)對(duì)結(jié)果的影響較為顯著，超出該范圍，顯著性下降。具體劃分和指標(biāo)量化值見表1。

表1 航道等級(jí)指標(biāo)

此外，根據(jù)通航設(shè)施的完備性、船舶事故率的高低和航運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)性，分別將這3個(gè)指標(biāo)劃分為3個(gè)等級(jí)。由于設(shè)施越完備、事故率越高、交通網(wǎng)絡(luò)越通達(dá)，該水域航道的建設(shè)和維護(hù)成本也越高，故同樣取10為基數(shù)，當(dāng)兩級(jí)之間為4倍左右的關(guān)系時(shí)，指標(biāo)對(duì)結(jié)果的影響較為顯著，超出該范圍，顯著性下降。具體劃分和量化值見表2。

表2 通航設(shè)施、船舶事故率和網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性指標(biāo)

3 實(shí)例研究

3.1 數(shù)據(jù)源

選取寧波市內(nèi)河水域中的11條航道、5個(gè)湖泊和2座水庫作為試驗(yàn)樣本。通過向當(dāng)?shù)氐暮Ｊ虏块T、港航部門搜集相關(guān)資料，并實(shí)地調(diào)研觀測(cè)各內(nèi)河水域的通航設(shè)施、船舶交通量和網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性等指標(biāo)，得到相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

3.2 模型計(jì)算

在已知各指標(biāo)值的基礎(chǔ)上，以DEAP2.1軟件為工具，運(yùn)用DEA中的C2R模型對(duì)上述內(nèi)河水域的相對(duì)有效值進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果見表4。

表3 寧波市內(nèi)河水域數(shù)據(jù)

表4 寧波市內(nèi)河水域DEA有效值

根據(jù)《浙江省水上交通安全管理?xiàng)l例》，內(nèi)河通航水域的具體范圍應(yīng)由海事管理機(jī)構(gòu)根據(jù)航道等級(jí)和保障通航安全等要求劃定，報(bào)當(dāng)?shù)卣鷾?zhǔn)并公布。但是，目前全國(guó)范圍內(nèi)各海事機(jī)構(gòu)尚未形成系統(tǒng)的劃定方法，在相關(guān)研究中，趙慧穎[1]提出模糊綜合評(píng)價(jià)法這一具體的數(shù)學(xué)方法對(duì)江蘇省內(nèi)河水域進(jìn)行劃分。為驗(yàn)證本文所提方法的有效性和優(yōu)越性，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)寧波市內(nèi)河水域進(jìn)行劃分。首先，在專家打分的基礎(chǔ)上，采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重值；然后，根據(jù)隸屬度函數(shù)和隸屬度模糊子集表進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，得到各指標(biāo)的隸屬度；隨后，進(jìn)行多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)得到評(píng)價(jià)結(jié)果向量；最后，根據(jù)最大隸屬度原則得到評(píng)價(jià)結(jié)果。基于2種不同方法的寧波市內(nèi)河水域劃分結(jié)果見表5。

通過對(duì)比上述劃分結(jié)果可知，五余線余姚市區(qū)段劃定的通航屬性不同，本文提出的方法將其劃分為非通航水域，而模糊綜合評(píng)價(jià)法將其劃分為通航水域。在本文提出的方法中，除四明湖以外，該水域的通航相對(duì)有效值最小，僅為0.066，結(jié)果不存在爭(zhēng)議。而根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法，該水域隸屬于適航和不適航的程度值極為接近，分別為0.387和0.355。由于該方法本身存在一定的主觀性，因此該結(jié)果也具有一定的偶然性。此外，經(jīng)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該航道部分航段淤積嚴(yán)重，部分橋梁凈空高度不足，通航條件受限。因此，相比之下基于C2R模型的劃分結(jié)果更加客觀，與實(shí)際情況更為相符。

表5 寧波市內(nèi)河水域劃分結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)束語

本文運(yùn)用DEA中的C2R模型提出一種劃分內(nèi)河通航水域和非通航水域的新方法。該方法無需預(yù)先計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，可消除人為因素的影響，且無需建立輸入指標(biāo)與輸出指標(biāo)之間的生產(chǎn)函數(shù)關(guān)系，步驟簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，與傳統(tǒng)的模糊綜合評(píng)價(jià)法相比，具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。但是，該方法對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求較高，在進(jìn)行指標(biāo)值搜集和量化的過程中要確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和合理性。

內(nèi)河水域的相關(guān)指標(biāo)是變量，會(huì)隨著航道建設(shè)情況、實(shí)際通航情況及客觀條件的變化而改變。當(dāng)某些指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，該水域的通航屬性也可能隨之改變。因此，相關(guān)部門應(yīng)適時(shí)對(duì)內(nèi)河通航水域范圍進(jìn)行劃定調(diào)整，建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，以滿足實(shí)際通航需求。

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