基于模糊信息熵的港口物流系统评估分析
)
摘 要:综合分析了港口物流系统的研究现状,从物流系统角度构建多层次港口物流系统评价指标
体系,结合信息熵和模糊综合评价方法,建立了基于模糊信息熵的港口物流系统评估方法。此方法
综合了主客观权重,克服了主观因素的影响。最后,选定沿海16个港口的物流系统进行了实证分
析,结果表明此方法具有可操作性,为港口企业衡量其物流发展水平提供了参考依据。
关键词:港口物流系统;评价指标;模糊信息熵
中图分类号:C931.1 文献标志码:A
Evaluation of port logistics system based on
fuzzy information entropy
ZHU Xiao-xia1,JIANG Jia2
(1.College of Sciences,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China;2.College of Econom-
ics and Management,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China)
Abstract:The research status of port logistics system is analyzed,and starting from logistics systems,the multi-level evaluation index
system for port logistics systems is established,then the evaluation method of port logistics system put forward based on fuzzy informa-
tion entropy,combining the information entropy with fuzzy comprehensive evaluation method.This method combined the subjective and
objective weights,to overcome the influence of subjective factors.Finally,the model is applied to the logistics systems of 16ports.The
results show that this method has better operability for port companies to measure their logistics development.
Key words:port logistics systems;evaluation index;fuzzy information entropy
港口作为国际多式联运的重要枢纽,是国际物
流活动和各种物流设施集中的中心地带,是促进经
济全球化和物流一体化发展、实现国内物流系统与
国际物流系统有效衔接的关键性物流节点。经济全
球化的发展、国际贸易额的增加、现代物流理念的普
及以及现代物流实践的要求都将促使港口一改以往
单一的运输中转节点的定位,转而向集运输、金融、
工贸、信息和多式联运为一体的综合物流中心的方
向发展。相对于发达国家,中国物流业相对落后,港
口物流系统的综合能力亟待提升。对港口物流系统
评价的研究是不断更新港口服务功能,促进市场经
济发展以及更好地融入世界航运构架的必然要求。
港口物流系统是国际和地区综合物流服务链中
的重要环节,它以满足客户需求为最终目的,以对与
港口相关的物流活动和物流信息进行有效的计划、
实施与控制为手段,从而实现货物在港的高效率、高
效益的装卸、集疏运和物流服务增值[1-2]。当前,关
于港口物流系统的研究主要是从定义规划、系统评
价以及发展绩效等角度进行研究。李鸿志指出港口
物流系统评价是港口物流系统工程的一个必不可缺
的步骤和重要组成部分,并概述了港口物流系统评
价指标建立的原则以及结构体系,从效率和成本角
度对指标体系进行了分类,共建有18个子指标[3]。
王玲等运用层次分析法构建港口物流系统的评价指
标体系,提出从自然地理条件系统、基础设施系统、
物流信息系统、物流运用系统、相关产业系统、协调
支持系统6个子系统分别设立指标进行评价[4]。曹
海龙对港口物流系统做了探讨,将其分为自然地理
条件、基础设施、物流运营、集疏运、协调支持、物流
信息和临港产业7个子系统,在此基础上也构建了
港口物流系统评价指标体系[5]。王羲玥通过大量研
究,基于结构方程模型建立了一套港口物流绩效评
价指标体系,并对中国大陆沿海主要港口进行了实
证分析[6],其港口物流绩效评价指标体系的建立相
对比较合理和全面,但指标针对性不够强。焦新龙
从港口的物流规模及基础设施、港口的现代化管理
水平、港口物流服务客户满意度3个方面探讨了港
口物流绩效评价指标因素,进而将各大因素细分为
21个指标,运用FCE-AHP评价法对港口物流绩效
进行综合评价[7]。
港口物流系统发展水平评价是一个多目标决策
的过程,评价指标之间可能存在不相容性。而模糊
信息熵可以解决不相容问题,且适用于多因子评价
过程。笔者在综合分析港口物流系统定义评价理论
与方法的基础上,探讨了港口物流系统评价指标因
素(即港口物流基础设施、港口物流运输能力、港口
物流服务水平、港口物流发展环境和港口物流发展
潜力5大类因素);进而又将各大因素细分为泊位长
度和数量、仓储和堆场的面积、货物吞吐量、集装箱
吞吐量以及生产装卸机械台数等16个指标,并遵循
港口物流系统评价指标建立的原则,构建了港口物
流系统评价指标体系,利用模糊信息熵和专家判断
方法计算指标的权重,在此基础上提出基于模糊信
息熵的港口物流系统评估方法,对沿海16个港口物
流系统进行实证研究,从而在有效避免评价标准不
确定性带来的影响的前提下,尽量全面、客观地进行
港口物流系统的评价。
1 港口物流系统评估指标体系构建
1.1 评估指标体系构建原则
评价指标体系要能科学地反映所评价对象的基
本状况和运行规律,港口物流系统发展水平评价指
标是反映港口物流系统功能及运行情况的科学的理
论抽象。为了能全面、准确和科学地构建港口物流
系统发展水平评价指标体系,指标的选取必须遵循
如下主要原则。
1)科学性原则 评价指标体系必须是对所评价
事物客观实际状况及发展方向的理论抽象。因此,
评价指标必须做到物理意义明确,测定方法标准,计
算方法规范,应以现代统计理论为基础结合必要的
分析,通过综合筛选以获得科学合理、真实客观的各
项评价指标。
2)系统性和全面性原则 港口物流系统是由港
口内外部环境、资源要素、物流水平以及港口所在城
市综合发展水平等因素相互联系、交互作用的复杂
的综合体系。因此,必须从系统的角度充分考虑影
响港口物流系统的各要素。通过系统设计、逐步筛
选的方法,建立能反映各要素的相应指标。
3)可操作性原则 评价指标既能够较准确抽象
出港口物流系统的实际情况、又要力求数据获取的
可操作性。所以,要求指标资料要易于获取,定量指
标可直接量化,定性指标也能间接赋值量化,从而提
高实际评价的可操作性。
4)定量和定性相结合原则 港口物流系统不仅
包括硬件设施,而且还包括软件设施及软环境,这要
求在港口物流系统发展水平评价指标的选择中,既
要包括定性评价要素,也要包括定量评价要素。
5)发展性原则 港口物流系统的是一个动态的
系统,在对其评价时,既要考虑到其现阶段的情况,
又要考虑其远期规划,以及潜在竞争力的发展,以提
高系统评价方法对未来发展的适应性。
1.2 评估指标体系的构建
根据前人研究结果、案例实际背景以及评价指
标建立的系统性、导向性、整体性和可操作性原则,
建立如表1所示的港口物流系统评价指标体系。
表1 港口物流系统评价指标体系
Tab.1 Port logistics system evaluation index system
一级
指标
符号 二级指标 符号项目
港
口
物
流
竞
争
力
基础
设施
运输
能力
物流
服务
水平
物流
发展
环境
发展
潜力
x1
x2
x3
x4
x5
泊位长度/m x11
泊位数量/个 x12
仓储面积/万m2 x13
堆场面积/万m2 x14
货物吞吐量/亿t x21
集装箱吞吐量/万TEU x22
生产装卸机械台数/台 x23
港口作业效率(定性) x31
客户满意度(定性) x32
港口所在省份进出口总额/亿美元 x41
港口所在省份城市的GDP/亿元 x42
经济腹地与商业环境(定性) x43
货物吞吐量增长率/% x51
集装箱吞吐量增长率/% x52
港口所在省份进出口总额增长率/% x53
港口所在省份城市的GDP增长率/% x54
09 河 北 工 业 科 技 第29卷
2 基于模糊信息熵的评估方法
2.1 信息熵定义
1984年,信息熵由商农和维纳在《信息论》中提
出,他们认为信息是用以消除随机不确定性的东西,
并提出信息量的概念和信息熵的计算方法,从而奠
定了信息论的基础[8]。
定义1(信息熵) 设一个系统或者随机现象的
状态集 x1,x2,…,xn,概率 为 p(x1),p(x2),…,
p(xn),且有∑
n
i=1
p(xn)=1,则某一状态所具有的不
确定数量称为该状态xi的自有信息量,记为I(xi),
即
I(xi)=-logap(xi),i=1,2,…,n, (1)
其中a为对数的底数,通常取a=2。
则整个状态所具有平均不确定的数学期望
H(xi),即
H(xi)=∑
n
i=1
p(xi)I(xi)=-∑
n
i=1
p(xi)logap(xi),(2)
称H(xi)为信息熵。
2.2 模糊信息熵定义
1973-1974年,卡夫曼(A.Kaufmann)和德拉
卡(Delaca)推广熵到模糊集,定义了模糊信息熵。
定义2(模糊信息熵) 对于模糊事件xij(i=
1,2,…,m;j=1,2,…,n),uij表示第i事件第j项指
标的从优隶属度,模糊事件的概率p(xij)=
∫Ωuijdp=E(uij),则模糊事件的熵为
H(xij)=-∑
n
i=1
u(xij)p(xij)logap(xij), (3)
称H(xij)为模糊信息熵,即第i事件的模糊信息熵,
其中a为对数的底数,通常取a=2。
2.3 模糊信息熵评估方法步骤
1)确定评价指标体系
根据表1所建立的港口物流系统评价指标体系
确定指标集:第1层X={x1,x2,x3,x4,x5};第2层
Xi={xi1,xi2,…,xij},i=1,2,3,4,5;j=1,2,…,
jm;jm = [4,3,2,3,4]。
2)利用专家评判方法确定指标权重
采用专家评判方法确定一级指标权重[9],如表
2所示。设n个专家对指标体系[X1,X2,X3,X4,X5]
打分赋值,记为[aij]s×n,二级指标权重的主观测定
方法与其类同。
表2 港口物流系统衡量一级指标权重确定
Tab.2 A layer of port logistics system evaluation index weights determined
指标 专家1 专家2 … 专家n 均值 归一化
X1 a11 a12 … a1n a1=∑
n
j=1
a1j/n w1=a1/∑
5
j=1
ai
X2 a21 a22 … a2n a2=∑
n
j=1
a2j/n w2=a2/∑
5
j=1
ai
X3 a31 a32 … a3n a1=∑
n
j=1
a3j/n w3=a3/∑
5
j=1
ai
X4 a41 a42 … a4n a4=∑
n
j=1
a4j/n w4=a4/∑
5
j=1
ai
X5 a51 a52 … a5n a5=∑
n
j=1
a5j/n w5=a5/∑
5
j=1
ai
3)构建港口物流指标体系矩阵
在港口物流系统中,一般给定港口、指标及其量
值。当有m个港口,n项指标及相应量来描述,则有:
Rmn = [rij]mn,
i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。 (4)
其中rij表示第i港口的第j个指标项的数量值
(定性和定量);
4)计算指标隶属度
按照具体条件设定各项港口物流系统二级指标
的隶属函数或利用从优隶属原则计算隶属度,并取
代式(4)中各项指标的数值,则有:
Rmn = [uij]mn,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。
(5)
其中uij 可由从优隶属度原则加以确定,即越大
越优型:
uij = (xij-minxij)/(maxxij-minxij), (6)
uij = (maxxij-xij)/(maxxij-minxij), (7)
其中maxxij =xi1∨xi2∨…∨xin,minxij =xi1∧
xi2 ∧ … ∧xin;i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;符号
∨,∧ 分别表示取大取小的运算。
5)计算模糊信息熵以及权重
根据港口物流系统二级指标体系的主观权重以
19 第2期 朱晓霞等 基于模糊信息熵的港口物流系统评估分析
及公式(5),计算各个港口的模糊信息熵。首先计算
pij(wiuij)= (wiuij)/∑
n
j=1
wiuij,
i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。 (8)
由式(3)和式(8)可得港口物流系统二级指标
体系的模糊信息熵以及二级指标体系的权重:
Hj =-∑
m
i=1
uijpij(wijuij)lnpij(wijuij), (9)
gj = (1-Hj)/∑
m
j=1
(1-Hj), (10)
其中,0≤gj≤1;∑
n
j=1
gj =1。
6)计算各港口综合得分
港口物流系统二级指标体系综合评价得分:
Bi = [gj]T·[uij],
i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。 (11)
港口物流系统一级指标体系综合评价得分:
B=[wi]T·[Bi],i=1,2,…,m。 (12)
按照综合得分由大到小的排序,即可得到各港
口的评价结果。
3 实证分析
笔者选取沿海16个港口作为评价对象,其中定
性指标以及主观权重是通过专家判定方法计算所得
到,定量数据取自2011年《中国港口统计年鉴》,参
见附表1。组合权重可根据式(5)-式(10),通过
Matlab计算得到(如表3所示)。
表3 港口物流系统指标体系权重值
Tab.3 Weight value of the index systen of port logistics system
项目 一级指标 主观权重 二级指标 主观权重 组合权重
港
口
物
流
竞
争
力
基础设施 0.24
泊位长度 0.31 0.255 6
泊位数量 0.29 0.218 9
仓储面积 0.21 0.243 1
堆场面积 0.19 0.282 4
运输能力 0.18
货物吞吐量 0.41 0.356 9
集装箱吞吐量 0.42 0.323 2
生产装卸机械台数 0.17 0.319 9
服务水平 0.21
港口作业效率 0.47 0.495 5
客户满意度 0.53 0.504 5
发展环境 0.26
港口所在省份进出口总额 0.36 0.291 7
港口所在省份城市的GDP 0.26 0.325 1
经济腹地与商业环境 0.38 0.383 2
发展潜力 0.11
货物吞吐量增长率 0.27 0.264 7
集装箱吞吐量增长率 0.23 0.229 4
港口所在省份进出口总额增长率 0.24 0.250 6
港口所在省份城市的GDP增长率 0.26 0.255 3
根据选定的评价指标值,按照港口物流系统模
糊信息熵评价方法,通过 Matlab计算出16个港口
的5个物流系统指标体系的评价值及综合排序结
果,如表4所示。
通过表4可以看出,港口物流基础设施方面宁
波、营口、大连和青岛4个港口位居前列;港口物流
运输能力表现突出的是上海、宁波、日照和青岛等港
口;港口物流服务水平较好的港口是上海、天津、营
口和厦门等港口;港口物流发展环境较好的是上海、
宁波、湛江和厦门等港口;具有发展潜力的港口为上
海、汕头、烟台以及日照等港口。因此,沿海16个港
口的物流系统发展各具特色。中国港口物流系统按
照综合评价值排在前面有上海、宁波、营口和大连4
个港口。上海港拥有广阔的腹地和良好的硬件条
件,受国际经济情况的影响相对较小,在中国经济快
速发展的带动下,迅速成为世界级的超级大港。从
原始数据可看出,上海港口吞吐量远远超过了其吞
吐能力,这主要与中国外贸与经济迅速发展有较大
关系,同时,上海的基础建设阻碍了其发展。宁波港
口凭借优良的水深条件、区位和腹地经济优势已成
为中国重要的枢纽港,港口物流规模不断扩大,各类
货物吞吐量不断提高,物流服务水平显著提升,发展
29 河 北 工 业 科 技 第29卷
表4 2010年16个港口物流系统评价值及排序
Tab.4 Evaluation value and sort of port logistics systems in 2010
港口 基础设施 运输能力 服务水平 发展环境 发展潜力 综合评价值 排序
天津 0.795 6 0.681 6 0.876 4 0.575 5 0.618 9 0.715 4 6
大连 0.918 6 0.658 3 0.547 8 0.501 7 0.615 4 0.827 6 4
营口 0.921 1 0.643 5 0.790 2 0.759 0 0.788 3 0.786 9 3
秦皇岛 0.399 9 0.696 7 0.449 8 0.704 8 0.775 2 0.584 4 13
烟台 0.555 9 0.657 8 0.408 1 0.591 0 0.827 2 0.582 1 14
青岛 0.850 1 0.847 9 0.434 4 0.690 8 0.756 8 0.710 7 7
日照 0.753 4 0.876 7 0.408 7 0.762 9 0.798 9 0.710 7 8
连云港 0.517 7 0.625 2 0.496 4 0.278 4 0.746 2 0.474 5 16
上海 0.642 8 0.960 4 0.967 8 0.898 3 0.914 3 0.770 0 1
宁波 0.929 1 0.918 4 0.572 0 0.853 8 0.716 6 0.809 2 2
汕头 0.687 0 0.816 1 0.480 1 0.683 2 0.833 2 0.681 9 9
广州 0.526 8 0.823 0 0.511 5 0.345 9 0.408 4 0.516 9 5
湛江 0.560 3 0.388 9 0.536 5 0.852 1 0.416 9 0.584 6 12
海口 0.774 4 0.750 3 0.469 5 0.752 2 0.579 7 0.720 9 15
深圳港 0.593 3 0.538 5 0.597 8 0.609 4 0.730 9 0.603 7 10
厦门 0.381 0 0.516 8 0.690 0 0.763 5 0.623 5 0.596 5 11
环境总体改善,正向综合物流服务体系转型。营口
港近年来全力推进港口建设,接卸效率都已达到国
内一流水平,积极完善港口功能,腹地网络建设急需
完善,港口服务功能加速延伸,发展潜力空前提升。
大连港地处环渤海经济区、东北经济区和东北亚经
济圈的中心,南与山东半岛隔海相望,北依辽阔的东
北平原,是中国北方重要的贸易、工业、金融、旅游城
市,并且是连接经济发达地区和欠发达地区及世界
各地的重要海上通道和主要枢纽。因此,大连港应
建成面向国内、国际的两个市场,覆盖东北亚,辐射
渤海湾,连接华北、华中、华东,兼顾区域物流服务的
综合型物流中心,成为中国北方和东北亚重要的物
流基地。
4 结 语
结合信息熵以及模糊综合评价方法,建立基于
模糊信息熵的评价模型,对中国港口物流系统的各
项因素指标进行了量化分析,此方法克服了以往主
观因素的影响,结合主客观因素进行组合权重计算,
最后得出港口物流系统综合排序结果。实证分析的
结果有力证明了此方法的可操作性,为港口企业衡
量其物流发展水平提供了参考依据。
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39 第2期 朱晓霞等 基于模糊信息熵的港口物流系统评估分析
附表1 2010年各港口原始数据
Appendix tab.1 Original data of port in 2010
二级指标 天津 大连 营口 秦皇岛 烟台 青岛 日照 连云港
泊位长度/m 18 162 12 400 11 187 11 395 23 151 21 355 11 164 9 932
泊位数/个 140 196 61 52 88 79 46 44
仓储面积/万m2 20 30 4.12 7.7 9.5 144.4 12 32
堆场面积/万m2 240 180 72.51 113.2 150 31.3 63 100
货物吞吐量/亿t 4.2 3.14 2.25 2.57 1.5 3.5 2.27 1.35
集装箱吞吐量/万TEU 1 008 526 333.8 33.1 154.12 1201 82.1 387
生产装卸机械台数/台 1 184 1100 682 428 482 752 56 600
港口作业效率(定性) 0.8 0.81 0.67 0.8 0.75 0.78 0.7 0.7
客户满意度(定性) 0.7 0.75 0.59 0.67 0.63 0.76 0.63 0.71
港口所在省份进出口总额/亿美元 822.01 501.09 29.2 35.09 437.81 570.6 133.14 50.76
港口所在省份城市的GDP/亿元 7 521.85 4 349.5 7 994.83 804.54 3 701.79 4 853.87 864.66 941.13
经济腹地与商业环境(定性) 0.85 0.68 0.6 0.6 0.58 0.65 0.53 0.54
货物吞吐量增长率/% 8.31 15.4 28.3 5.4 21.7 10.6 22.3 18.7
集装箱吞吐量增长率/% 15.39 15.5 31.6 8.5 10 17.1 29.2 27.6
港口所在省份进出口总额增长率/% 28.8 24.41 74.6 5.8 27.7 27.2 55.3 31.5
港口所在省份城市的GDP增长率/% 16.5 15 20.3 9.5 13.5 12.2 14.1 13.64
二级指标 上海 宁波 汕头 广州 湛江 海口 深圳 厦门
泊位长度/m 8 950 4 474 8 752 51 272 14 015 3 535 28 937 39 000
泊位数/个 86 332 82 912 146 37 156 101
仓储面积/万m2 34.5 78.91 3.76 35 87.8 5.03 32.57 3.82
堆场面积/万m2 177.6 27 15.8 180 40.39 30.12 177.82 15.85
货物吞吐量/亿t 6.53 4.12 0.24 4 1.06 0.6 2.21 1.39
集装箱吞吐量/万TEU 2 906.9 1 300 87.59 1 340 32.26 43.6 2 250.97 582.43
生产装卸机械台数/台 3 256 843 312 1 180 1 200 274 1 172 36
港口作业效率(定性) 0.9 0.87 0.76 0.86 0.68 0.65 0.79 0.73
客户满意度(定性) 0.83 0.78 0.69 0.8 0.61 0.65 0.76 0.71
港口所在省份进出口总额/亿美元 3 688.69 829 73.64 1 037.8 35.2 39.45 4 367.49 570.36
港口所在省份城市的GDP/亿元 15 046.45 4 329.3 1 035.87 9 138.21 1 156.67 489.55 8 201.31 1 737.23
经济腹地与商业环境(定性) 0.83 0.75 0.67 0.79 0.62 0.59 0.84 0.82
货物吞吐量增长率/% 10.4 6.3 2.6 9.7 22 19.5 14.1 14.71
集装箱吞吐量增长率/% 16.26 24.7 19.8 12.3 7.8 50.4 23.3 24.44
港口所在省份进出口总额增长率/% 32.8 36.3 22.2 35.3 25.2 3.6 28.4 31.7
港口所在省份城市的GDP增长率/% 8.24 6.7 10.7 11.7 10.6 10.8 10.7 15.1
49 河 北 工 业 科 技 第29卷