基于層次分析法-云重心理論組合方法的游艇驛站選址問題研究

干偉東，李延偉*，黃超峰，馮延浩，王建文，顧曉燕

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456； 2.青海省水路運(yùn)輸管理局，西寧 810001；3.青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西寧 810001)

游艇驛站實(shí)質(zhì)是游艇旅游航路上的“服務(wù)區(qū)”，通常采用拆卸較為方便的浮動(dòng)式平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式，能夠提供游艇中途靠泊、補(bǔ)給、休息，休閑、觀光、娛樂等各項(xiàng)服務(wù)；游艇驛站的遠(yuǎn)程通訊聯(lián)絡(luò)功能、信息服務(wù)以及臨時(shí)救助功能，解除了長(zhǎng)距離沿岸航行游艇客人的后顧之憂；游艇驛站也可向陸地游客與團(tuán)體提供觀光、垂釣、餐飲、娛樂、聚會(huì)、休閑招待等海上特色服務(wù)，是游艇業(yè)發(fā)展的重要支撐。而游艇驛站前期選址的科學(xué)與否，直接影響到后期運(yùn)營安全與經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要研究如何科學(xué)合理地規(guī)劃游艇驛站的站址布局。

從目前僅有的關(guān)于游艇的靠泊終端選址問題研究來看，主要集中在游艇碼頭的選址上，其中秦麗涵[1]在建立游艇碼頭選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)等方法對(duì)山東沿海游艇碼頭各建設(shè)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)比選；趙彬彬[2]等在分析廣東省游艇休閑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)條件和自然條件的基礎(chǔ)上，提出了游艇碼頭發(fā)展定位及規(guī)劃思路，最后提出廣東省游艇碼頭岸線利用規(guī)劃及布局規(guī)劃。張騰飛[3]對(duì)海上游艇水上加油站備用選址點(diǎn)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上以游艇碼頭為需求點(diǎn)運(yùn)用遺傳算法進(jìn)一步計(jì)算得出最優(yōu)選址方案。田大方[4]等提出了以社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與服務(wù)對(duì)象及自然環(huán)境因素作為游艇碼頭的選址原則。古恒宇[5]等綜合運(yùn)用GIS空間分析方法及空間句法，探討了深圳市公共游艇碼頭的布局問題。

我國游艇驛站的建設(shè)才剛剛起步，游艇驛站的選址問題研究還處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)完善的規(guī)劃模型和決策方法。游艇驛站選址需要考慮的因素眾多，不僅需要考慮氣象水文底質(zhì)條件、水上交通條件、周邊船舶密度、通信導(dǎo)航等通航因素，還需要考慮后期運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益以及附近的陸域配套條件的完備性等非通航因素。針對(duì)以上問題，本文通過綜合考慮這些因素，在建立游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，提出基于層次分析法與云重心理論組合的游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估方法，并通過模型應(yīng)用驗(yàn)證了該方法的可行性。

圖1 游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system for the sitting of station

1 游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)體系

游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估的指標(biāo)體系應(yīng)具有統(tǒng)一性，并考慮差異性，使評(píng)估過程可操作，評(píng)估結(jié)果可比較。本文從游艇驛站的實(shí)際功能出發(fā)，綜合考慮多方面因素，在滿足海域功能區(qū)劃的前提下，從自然條件、交通條件、支持條件、游艇流量密集度等方面出發(fā)，構(gòu)建了如圖1所示三級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系。因評(píng)估指標(biāo)體系未考慮內(nèi)河水域條件的特性，沿海內(nèi)河游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)需在此評(píng)估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

(1) 自然條件：自然條件是建設(shè)游艇驛站的基礎(chǔ)條件，對(duì)游艇驛站投資及運(yùn)行有重要影響。選擇風(fēng)浪流、底質(zhì)、地質(zhì)地貌等3項(xiàng)指標(biāo)。風(fēng)浪流主要反映游艇驛站安全性、可運(yùn)營天數(shù)及舒適度；底質(zhì)主要反映浮動(dòng)平臺(tái)錨泊的穩(wěn)固性，躉船抓力錨是否滿足要求；地質(zhì)地貌主要反映周邊地質(zhì)地貌適宜建設(shè)游艇驛站的程度，是否適合打固定樁、風(fēng)浪的掩護(hù)條件如何。

(2)交通條件：區(qū)位交通條件是影響游艇驛站選址的重要因素，選擇游艇驛站與市區(qū)的聯(lián)系、周邊通航條件、陸上交通條件等3項(xiàng)指標(biāo)。游艇驛站與城鎮(zhèn)中心的聯(lián)系主要反映游艇驛站與市區(qū)的距離、交通聯(lián)系的便捷性，是否便于游客的集散；周邊通航交通條件主要反映游艇驛站游艇進(jìn)出航道及靠離泊港池條件，游艇進(jìn)出及靠離泊是否安全、便捷；陸上交通條件主要反映游艇驛站后方陸上集疏運(yùn)條件，是否便于物資的輸送。

(3)支持條件：支持條件是充分發(fā)揮游艇驛站綜合服務(wù)功能、提高服務(wù)效率的基礎(chǔ)，選擇與通航設(shè)施的適應(yīng)性、配套設(shè)施完善程度、依托對(duì)象規(guī)模大小等3項(xiàng)指標(biāo)。與通航設(shè)施的適應(yīng)性主要反映游艇驛站與通航設(shè)施(貨船港口、航道、錨地以及其他水上設(shè)施等) 之間的安全距離與彼此船舶航線的交叉情況；配套設(shè)施完善程度主要反映周邊輔助功能設(shè)施的支持程度；依托對(duì)象規(guī)模大小主要是指游艇驛站所依托游艇俱樂部的服務(wù)規(guī)模量，一定程度上反映游艇驛站經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。

圖2 隸屬云及其數(shù)字特征Fig.2 Membership cloud and its digital characters

(4)游艇流量密集度：服務(wù)游艇流量是確定游艇驛站規(guī)模的基礎(chǔ)，而服務(wù)游艇流量密集度則是確定游艇驛站具體位置一個(gè)重要條件，選取周邊景區(qū)與娛樂設(shè)施數(shù)量、周邊景區(qū)及娛樂設(shè)施距離、與相鄰游艇驛站之間的距離等3項(xiàng)指標(biāo)。周邊景區(qū)與娛樂設(shè)施數(shù)量直接反映可能進(jìn)入游艇驛站的服務(wù)流量大?。恢苓吘皡^(qū)及娛樂設(shè)施距離間接反映可能進(jìn)入游艇驛站服務(wù)流量大小及服務(wù)效率；與相鄰游艇驛站之間的距離長(zhǎng)短反映游艇驛站利用率高低。

2 游艇驛站選址規(guī)劃決策模型

2.1 云重心理論

“云”是描述某個(gè)定性概念和其數(shù)值表示之間的不確定性轉(zhuǎn)換模型，也就是定性和定量之間轉(zhuǎn)換的不確定性模型。云的數(shù)字特征用期望值Ex、熵En和超熵H三個(gè)數(shù)值表征，它完美地反映了人類知識(shí)或事物中概念的兩種不確定性：模糊性和隨機(jī)性，構(gòu)成定性和定量相互間的映射關(guān)系[6-7]，如圖2所示，將定性指標(biāo)和定量指標(biāo)結(jié)合起來共同作為系統(tǒng)評(píng)估的基礎(chǔ)。Ex是所有云滴的重心位置，反映了相應(yīng)的定性知識(shí)的信息中心值。En是定性概念模糊度的度量，反映了定性概念的不確定性，其大小反映了在論域中可被模糊概念接受的元素?cái)?shù)。H是熵的不確定性的度量，即熵的熵，它是云厚度的度量，反映了云的離散程度。

圖3 定性評(píng)測(cè)云發(fā)生器Fig.3 Cloud generator model of qualitative analysis

一個(gè)定性因素可以由一個(gè)云模型表示，多個(gè)因素確定的一個(gè)指標(biāo)可以由一維綜合云表示，多個(gè)因素確定的m個(gè)指標(biāo)的系統(tǒng)可以由m維綜合云表示，其評(píng)估結(jié)果可以顯示在如圖3所示的定性評(píng)測(cè)云發(fā)生器上。云重心可以表示為T=a×b。其中，a表示云重心橫向位置，b表示云重心縱向位置。通過云重心位置的變化情況，可以反映出游艇驛站備選站址與理想站址間關(guān)系的變化情況。

為了利用云重心理論評(píng)估決策，引入優(yōu)良度S，S∈[0，1]，把優(yōu)良度分為十一個(gè)等級(jí)(極差，非常差，很差，差，較差，一般，較好，好，很好，非常好，極好)，并把各優(yōu)良度等級(jí)量化為(0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0)，即0對(duì)應(yīng)優(yōu)良度極差，0.1對(duì)應(yīng)優(yōu)良度非常差，0.2對(duì)應(yīng)優(yōu)良度很差，0.3對(duì)應(yīng)優(yōu)良度差，0.4對(duì)應(yīng)優(yōu)良度較差，0.5對(duì)應(yīng)優(yōu)良度一般，0.6對(duì)應(yīng)優(yōu)良度較好，0.7對(duì)應(yīng)優(yōu)良度好，0.8對(duì)應(yīng)優(yōu)良度很好，0.9對(duì)應(yīng)優(yōu)良度非常好，1.0對(duì)應(yīng)優(yōu)良度極好。將十一個(gè)評(píng)語置于連續(xù)的語言值標(biāo)尺上，并用11個(gè)云對(duì)象來依次呈現(xiàn)，構(gòu)成了定性評(píng)測(cè)的云發(fā)生器。

圖4 基于組合方法的游艇驛站選址評(píng)估模型Fig.4 Evaluation model for the sitting of station based on the combined method

計(jì)算出云模型的各個(gè)參數(shù)后，通過綜合加權(quán)偏離度θ可以表示系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏離程度。

2.2 層次分析法

利用層次分析法分析問題時(shí)，首先將所要分析的問題層次化，并將問題的所有因素按不同層次聚集組合，在建立上下層級(jí)之間的隸屬關(guān)系之后，以上層指標(biāo)為基準(zhǔn)，對(duì)下層指標(biāo)的重要性兩兩比較，得出判斷矩陣。然后對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過一致性檢驗(yàn)后求出矩陣的最大特征值和相應(yīng)的特征向量，對(duì)最大特征向量進(jìn)行歸一化處理即得到各指標(biāo)的權(quán)重向量ω[8]。

2.3 基于組合方法的決策模型

層次分析法-云重心理論評(píng)估是層次分析法和云重心理論2種方法的結(jié)合運(yùn)用，其流程設(shè)計(jì)規(guī)范了2種方法結(jié)合使用的步驟，有利于評(píng)估研究的順利進(jìn)行。游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估的層次分析法-云重心理論決策過程如圖4所示。

3 決策模型應(yīng)用實(shí)例

基于某旅游海濱城市實(shí)際情況，本文應(yīng)用所提出的游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)體系和基于層次分析法-云重心理論組合的游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估方法，對(duì)4個(gè)游艇驛站的備選站址進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，得出最佳建設(shè)地點(diǎn)。因篇幅所限，具體計(jì)算以選址1為例。

3.1 建立評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度子集表

咨詢研究區(qū)域內(nèi)港口規(guī)劃、港航工程、海事管理、港口管理等行業(yè)內(nèi)數(shù)位專家，建立評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度評(píng)判子集表，因篇幅所限，選取4位專家進(jìn)行評(píng)判，則得出選址1各評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度的評(píng)判結(jié)果(表1)。

表1 自然條件評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度評(píng)判結(jié)果Tab.1 Estate values of natural conditions index

表2 交通條件評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度評(píng)判結(jié)果Tab.2 Estate values of traffic conditions index

表3 支持條件評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度評(píng)判結(jié)果Tab.3 Estate values of supportive conditions index

表4 游艇流量密集度評(píng)估指標(biāo)優(yōu)良度評(píng)判結(jié)果Tab.4 Estate values of yacht traffic flow density index

3.2 建立選址決策矩陣

把表1、2、3、4中的指標(biāo)狀態(tài)樣本中的語言值用量化值表示后，即可將自然條件、交通條件、支持條件和游艇流量密集度優(yōu)良度綜合云重心分別用U1,U2,U3,U4來衡量，得到如下決策矩陣U1=(U11,U12,U13)，U2= (U21,U22,U23) ，U3= (U31,U32,U33)和U4= (U41,U42,U43)其中Uij(i= 1,2,3;j=1,2,3,…,n)是Ui的列向量

表5 自然條件評(píng)估指標(biāo)的期望值和熵值Tab.5 Expectation and entropy of natural conditions index

表6 交通條件評(píng)估指標(biāo)的期望值和熵值Tab.6 Expectation and entropy of traffic conditions index

3.3 確定各評(píng)估指標(biāo)的期望值和熵

運(yùn)用式(1)、式(2)對(duì)優(yōu)良度評(píng)估矩陣進(jìn)行計(jì)算，分別求得各個(gè)指標(biāo)云模型的期望值Ex、熵En，如表5、6、7、8所示。

Ex=(Ex1+Ex2+…+Exn)/n

(1)

En=(max(Ex1，Ex2,…Exn)-min(Ex1，Ex2,…Exn))/6

(2)

式中：Ex1～Exn為專家賦予的n個(gè)精確數(shù)值。

表7 支持條件評(píng)估指標(biāo)的期望值和熵值Tab.7 Expectation and entropy of supportive conditions index

表8 游艇流量密集度評(píng)估指標(biāo)的期望值和熵值Tab.8 Expectation and entropy of yacht traffic flow density index

則選址1自然條件優(yōu)良度綜合云期望值向量Ex=(Ex1,Ex2,Ex3)=(0.705,0.675,0.8425)，熵向量En=(En1,En2,En3)=(0.02,0.0333,0.0167)；選址1交通條件優(yōu)良度云期望值向量Ex=(Ex1,Ex2,Ex3)=(0.902 5,0.637 5,0.907 5)，熵向量En=(En1,En2,En3)=(0.0233,0.0217,0.01)；選址1支持條件優(yōu)良度綜合云期望值向量Ex=(Ex1,Ex2,Ex3)=(0.77,0.725,0.84)，熵向量En=(En1,En2,En3)=(0.013 3,0.033 3,0.016 7)；選址1游艇流量密集度優(yōu)良度綜合云期望值向量Ex=(Ex1,Ex2,Ex3)=(0.825,0.675,0.707 5)，熵向量En=(En1,En2,En3)=(0.013 3,0.05,0.008 3)。

3.4 確定各指標(biāo)的權(quán)重

利用層次分析法，求得各個(gè)指標(biāo)對(duì)上一層指標(biāo)的權(quán)重(表9～表13)。

表9 自然條件評(píng)估指標(biāo)權(quán)重W1Tab.9 Natural conditions index weights W1

表10 交通條件評(píng)估指標(biāo)權(quán)重W2Tab.10 Traffic conditions index weights W2

表11 支持條件評(píng)估指標(biāo)權(quán)重W3Tab.11 Supportive conditions index weights W3

表12 游艇流量密集度評(píng)估指標(biāo)權(quán)重W4Tab.12 Yacht traffic flow density index weights W4

表13 游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)權(quán)重WTab.13 Evaluation index weights W for the sitting of station index

3.5 計(jì)算第一層評(píng)估指標(biāo)云的重心向量

根據(jù)云重心定義T=a×b可得：自然條件、交通條件、支持條件、游艇流量密集度優(yōu)良度綜合云的重心向量如下

利用式(3)歸一化處理

(3)

3.6 計(jì)算加權(quán)偏離度

3.7 確定最優(yōu)站址

將4個(gè)備選站址的綜合加權(quán)偏離度輸入評(píng)測(cè)云發(fā)生器后，其中選址1優(yōu)良度處于優(yōu)良 “好”和“較好”兩個(gè)云對(duì)象之間(圖3)，更靠近“好”云對(duì)象；選址2優(yōu)良度分別處于“好”和“很好”兩個(gè)云對(duì)象之間，更靠近“好”云對(duì)象；選址3優(yōu)良度處于“好”和“較好”兩個(gè)云對(duì)象之間，更靠近“好”云對(duì)象；選址4優(yōu)良度處于“好”和“較好”兩個(gè)云對(duì)象之間，更靠近“較好”云對(duì)象。故得出4個(gè)海上游艇驛站備選站址優(yōu)良度從好到差依次為：2、3、1、4，其中備選站址2離理想狀態(tài)最接近，為最優(yōu)的建設(shè)點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文從游艇驛站運(yùn)營需求出發(fā)，全面考慮影響游艇驛站選址的諸多因素，構(gòu)建了游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估指標(biāo)體系，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，建立了基于層次分析法-云重心理論組合的游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估模型，據(jù)此模型對(duì)備選站址優(yōu)良度進(jìn)行了定量的分析。把該模型應(yīng)用于某海濱城市4個(gè)游艇驛站備選站址中最優(yōu)站址的決策，得到了各備選站址的優(yōu)良度評(píng)定值，確定了最優(yōu)站址。從算例最終結(jié)果來看，定性評(píng)語較客觀、公正，定量值(評(píng)定值) 較精確。因此，將層次分析法-云重心理論組合方法應(yīng)用于游艇驛站選址規(guī)劃評(píng)估是可行的。另外該模型具有較強(qiáng)的普適性，應(yīng)用該模型確定游艇驛站的最優(yōu)建站地址，只需要調(diào)整相應(yīng)的決策矩陣而不必改變?cè)u(píng)估指標(biāo)體系。