云模型在港口低碳绿色发展评价中的应用
刘翠莲++杨柳++刘健美
摘要：为客观地评价港口低碳绿色发展水平，利用云模型能够实现定性描述与定量数值相互转换的特点，结合德尔菲法确定港口低碳绿色发展评价指标体系中各指标的云权重和云模型，观察云图分析天津港低碳绿色发展水平，并提出有效的改善途径.研究结果表明，云模型的应用能避免人为因素对评价结果的过度干扰，兼顾评价指标的随机性与模糊性，可为港口的低碳绿色发展提供理论支持与实践指导，
关键词：港口；低碳绿色发展；云模型；云运算；评价
中图分类号：U652；F205；TP181
文献标志码：A
0 引言
港口的低碳绿色发展是低碳绿色理念在港口领域的实践与推广，由绿色经济和低碳经济的基本理论可知，港口的低碳绿色发展是指在生态环境的承载能力内，兼顾经济效益与生态效益，实现资源的低投入、低消耗、高效率以及污染的低排放的新型发展模式，港口的低碳绿色发展可以减少环境污染与资源消耗，促进港口与生态环境的协调平衡，是港口走可持续发展之路的必然选择.
国外有关港口低碳绿色发展的研究起步较早.国外学者研究欧洲港口的环境管理与环保政策，分析港口低碳绿色发展的影响因素及采取的行动措施，并构建评价指标体系评价港口的环保水平与绿色程度.国内学者通过研究国外先进港口的成功经验，对本国港口的低碳绿色建设提出对策和建议，并运用不同方法从多角度构建绿色港口评价指标体系开展评价研究，然而国内学者单纯地将低碳绿色理解为绿色化，缺乏对低碳化的认识与实践.因此，有必要基于低碳绿色理念，构建一套全面、完整的评价指标体系评价港口的低碳绿色发展水平，指导我国港口的低碳绿色发展实践.
1 港口低碳绿色发展影响因素
影响港口低碳绿色发展的因素众多，主要可以归纳为以下几点：
宏微观经济因素.港口发展与地区经济增长相互促进，货运量的快速增长可能超过港口自身的承载能力，影响港口的可持续发展.
资源环境因素.港口的生产经营活动具有明显的负外部性，过度的资源开发和利用会威胁生态系统的协调平衡.
科技水平因素.港口低碳绿色发展与科学技术密切相关，节能减排投入、技术创新与改革、可再生能源开发利用等关乎港口低碳绿色发展水平的提高.
社会政治因素.国家的宏观政策导向对港口低碳绿色发展起强大的推动作用，员工低碳绿色理念的树立及操作技能的更新影响国家政策的落实效果.
基于以上影响因素，结合《交通运输部“十二五”发展规划》和《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》中有关节能减排的规定，选取港口发展能力、港区环境质量、港区低碳绿色水平、低碳绿色技术支持水平、低碳绿色政策保障力度及低碳绿色理念落实情况等6个基本指标及25个要素指标构建港口低碳绿色发展评价指标体系，见表1.
2 云模型基本理论及其评价应用
云模型是定性概念与定量数值不确定性转化模型，表1中存在定性指标，且个别定量指标由于低碳绿色发展经验不足和碳排放监测、统计与考核系统的不完善无法获得精确数据，所以选用云模型进行港口低碳绿色发展评价研究.
2.1 云模型基本概念
2.2 云模型数字特征及运算
期望Ex，熵En和超熵He是云模型的3个基本数字特征，期望Ex是最能代表定性概念的值；熵En是定性概念模糊性的度量；超熵He是熵En不确定性的度量，反映定性概念的随机性和云滴的离散程度.
2.2.1 云模型基本算法
云模型的基本算法分为正向云发生器和逆向云发生器.正向云发生器根据云的数字特征生成云滴，是定性概念到定量数值的映射.其算法实现如下，
逆向云发生器将确定数据转换成云的数字特征，是定量数值到定性概念的映射，其算法以数理统计的样本均值和样本方差的均值算法为基础，具体如下.
2.3 云模型的评价应用
应用云模型进行评价可以按照如下步骤进行.
（1）确定因素集与评语集，将最终评价对象分解为几项具有代表性的基本指标，记为U={U1，U2，…，Un}，再将每项基本指标Ui划分为若干个要素指标，记为Ui={Ui1，Ui2…，Uim}（i=1，2，…，n），该要素指标集即为因素集，确定基本指标各属性的评语，组成评语集，记为V={V1，V2，…，Vn}
（2）确定指标云权重.应用云模型确定指标云权重的具体步骤如下：①德尔菲法打分.邀请多位专家按照表2所示的评价等级对各指标相对上一层指标的重要程度进行打分，再运用逆向云发生器将各指标得分按照式（1）～（3）进行计算，便可得出各指标的云权重，②修正打分结果，为提高评价结果的准确性与可靠性，打分结果要经过“收集→反馈→修正”的循环过程，修正时，先按照式（1）～（3）将打分结果转化成云模型的数字特征（Ex，En，He），再按照正向云发生器，利用MATLAB编程生成云图.当云图的云滴凝聚程度较高且已趋于稳定时停止修正，本研究评语集采用五级标度法，用基于黄金分割的模型驱动法设定评语集的云标尺，打分过程中所参照的云标尺见表3.③权重归一化处理.同一层指标的权重按下式进行归一化处理.
（3）确定指标云模型.将要素指标的低碳绿色发展水平分为表4所示的5个等级，邀请多位熟悉港口发展实际情况的专家给出各指标低碳绿色发展水平的最大评价值和最小评价值，再运用逆向云发生器生成最大值云模型和最小值云模型，因为综合云代表的概念更具一般性，所以综合对应同一要素指标的最大、最小云模型更能反映该要素指标的实际情况.因此，要素指标实际云模型Cij可按式（4）-（6）计算得到.由若干要素指标构成的基本指标可以被看成同类指标在概念上的提升，因此基本指标云模型也要由要素指标实际云模型综合得到，考虑到不同要素指标的云权重Wij不同，基本指标云模型
（5）比较分析评价结果.在运用云模型进行综合评价时，可将基本指标和评价对象的低碳绿色发展水平分为如表5所示的5个评价等级，将基本指标云模型C及评价对象的最终云模型C与表5中各评价等级对应的云模型进行比较，与其最接近的云模型所对应的定性评语即为评价结果.
3 港口低碳绿色发展评价的实证研究
天津港是我国“低碳绿色港口”建设试点之一，近年来港区环境质量得到大幅度的改善，港口低碳绿色发展的运营管理水平也不断提高，因此可运用云模型对天津港的低碳绿色发展水平进行评价研究.
3.1 评价指标云权重的确定
以港口腹地年GDP总额指标（D11）相对港口发展能力指标（B1）的权重确定过程为例，邀请行业内的10位专家根据天津港低碳绿色发展的实际情况对评价指标的重要性进行打分（见表6）.打分修正过程中云图的变化见图1.图1中的第3个云图已趋于稳定，此时专家意见趋于集中，则确定该指标云权重为W11=（0.595，0.020，0.002）.同理可得其他指标的权重，经归一化处理后得到表7所示结果.
3.2 基本指标云模型的确定
表8为港口发展能力指标下要素指标的打分结果，利用逆向云发生器生成表9所示的最大、最小云模型，按照综合云模型计算式（4）～（6）可得要素指标实际云模型为C11=（0.858，0.066，0.012），C12=（0.715，0.088，0.016），C13=（0.597，0.268，0.056），C14=（0.726，0.048，0.011）.再按照式（8）计算港口发展能力指标B1的云模型为C1=（0.717，0.108，0.022）.
同理可得其他基本指标云模型及其要素指标实际云模型，见表10.
3.3 最终云模型的确定与分析
由以上两节可确定天津港低碳绿色发展水平的最终云模型为C=（0.729，0.058，0.007）.与表5中各个评价等级对应的云模型对比，如图2所示，天津港低碳绿色发展水平介于“比较高”与“非常高”等级之间，并且与“比较高”更接近，因此天津港低碳绿色发展水平为“比较高”.
各基本指标与港口低碳绿色发展水平的云图比较见图3.
分析图3a和3b可知：低碳绿色政策保障力度、低碳绿色理念落实情况、港口发展能力和低碳绿色技术支持水平这4项指标低碳绿色程度较低.分析图3c可知，港区环境质量和港区低碳绿色水平这2项指标低碳绿色程度较高，从而使天津港低碳绿色发展水平处于“比较高”的水平.天津港在日后的低碳绿色发展中可从低碳绿色政策保障力度、低碳绿色理念落实情况、港口发展能力和低碳绿色技术支持水平这4个方面进行改善与提高.
4 结束语
云模型在港口低碳绿色发展评价中的应用，主要是通过确定指标云权重及其云模型实现的.与层次分析法相比，云模型可借助云图来修正打分结果，还可将定性描述转化为定量数值，避免人为因素的过度干扰，确保评价结果的客观性与准确性；与模糊综合法相比，云模型兼顾港口低碳绿色发展评价指标的模糊性和随机性，云图清晰、直观地反映港口及其基本指标的低碳绿色发展水平，为天津港低碳绿色发展水平的提高指出有效途径，也为其他港口的低碳绿色发展提供参考.
摘要：为客观地评价港口低碳绿色发展水平，利用云模型能够实现定性描述与定量数值相互转换的特点，结合德尔菲法确定港口低碳绿色发展评价指标体系中各指标的云权重和云模型，观察云图分析天津港低碳绿色发展水平，并提出有效的改善途径.研究结果表明，云模型的应用能避免人为因素对评价结果的过度干扰，兼顾评价指标的随机性与模糊性，可为港口的低碳绿色发展提供理论支持与实践指导，
关键词：港口；低碳绿色发展；云模型；云运算；评价
中图分类号：U652；F205；TP181
文献标志码：A
0 引言
港口的低碳绿色发展是低碳绿色理念在港口领域的实践与推广，由绿色经济和低碳经济的基本理论可知，港口的低碳绿色发展是指在生态环境的承载能力内，兼顾经济效益与生态效益，实现资源的低投入、低消耗、高效率以及污染的低排放的新型发展模式，港口的低碳绿色发展可以减少环境污染与资源消耗，促进港口与生态环境的协调平衡，是港口走可持续发展之路的必然选择.
国外有关港口低碳绿色发展的研究起步较早.国外学者研究欧洲港口的环境管理与环保政策，分析港口低碳绿色发展的影响因素及采取的行动措施，并构建评价指标体系评价港口的环保水平与绿色程度.国内学者通过研究国外先进港口的成功经验，对本国港口的低碳绿色建设提出对策和建议，并运用不同方法从多角度构建绿色港口评价指标体系开展评价研究，然而国内学者单纯地将低碳绿色理解为绿色化，缺乏对低碳化的认识与实践.因此，有必要基于低碳绿色理念，构建一套全面、完整的评价指标体系评价港口的低碳绿色发展水平，指导我国港口的低碳绿色发展实践.
1 港口低碳绿色发展影响因素
影响港口低碳绿色发展的因素众多，主要可以归纳为以下几点：
宏微观经济因素.港口发展与地区经济增长相互促进，货运量的快速增长可能超过港口自身的承载能力，影响港口的可持续发展.
资源环境因素.港口的生产经营活动具有明显的负外部性，过度的资源开发和利用会威胁生态系统的协调平衡.
科技水平因素.港口低碳绿色发展与科学技术密切相关，节能减排投入、技术创新与改革、可再生能源开发利用等关乎港口低碳绿色发展水平的提高.
社会政治因素.国家的宏观政策导向对港口低碳绿色发展起强大的推动作用，员工低碳绿色理念的树立及操作技能的更新影响国家政策的落实效果.
基于以上影响因素，结合《交通运输部“十二五”发展规划》和《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》中有关节能减排的规定，选取港口发展能力、港区环境质量、港区低碳绿色水平、低碳绿色技术支持水平、低碳绿色政策保障力度及低碳绿色理念落实情况等6个基本指标及25个要素指标构建港口低碳绿色发展评价指标体系，见表1.
2 云模型基本理论及其评价应用
云模型是定性概念与定量数值不确定性转化模型，表1中存在定性指标，且个别定量指标由于低碳绿色发展经验不足和碳排放监测、统计与考核系统的不完善无法获得精确数据，所以选用云模型进行港口低碳绿色发展评价研究.
2.1 云模型基本概念
2.2 云模型数字特征及运算
期望Ex，熵En和超熵He是云模型的3个基本数字特征，期望Ex是最能代表定性概念的值；熵En是定性概念模糊性的度量；超熵He是熵En不确定性的度量，反映定性概念的随机性和云滴的离散程度.
2.2.1 云模型基本算法
云模型的基本算法分为正向云发生器和逆向云发生器.正向云发生器根据云的数字特征生成云滴，是定性概念到定量数值的映射.其算法实现如下，
逆向云发生器将确定数据转换成云的数字特征，是定量数值到定性概念的映射，其算法以数理统计的样本均值和样本方差的均值算法为基础，具体如下.
2.3 云模型的评价应用
应用云模型进行评价可以按照如下步骤进行.
（1）确定因素集与评语集，将最终评价对象分解为几项具有代表性的基本指标，记为U={U1，U2，…，Un}，再将每项基本指标Ui划分为若干个要素指标，记为Ui={Ui1，Ui2…，Uim}（i=1，2，…，n），该要素指标集即为因素集，确定基本指标各属性的评语，组成评语集，记为V={V1，V2，…，Vn}
（2）确定指标云权重.应用云模型确定指标云权重的具体步骤如下：①德尔菲法打分.邀请多位专家按照表2所示的评价等级对各指标相对上一层指标的重要程度进行打分，再运用逆向云发生器将各指标得分按照式（1）～（3）进行计算，便可得出各指标的云权重，②修正打分结果，为提高评价结果的准确性与可靠性，打分结果要经过“收集→反馈→修正”的循环过程，修正时，先按照式（1）～（3）将打分结果转化成云模型的数字特征（Ex，En，He），再按照正向云发生器，利用MATLAB编程生成云图.当云图的云滴凝聚程度较高且已趋于稳定时停止修正，本研究评语集采用五级标度法，用基于黄金分割的模型驱动法设定评语集的云标尺，打分过程中所参照的云标尺见表3.③权重归一化处理.同一层指标的权重按下式进行归一化处理.
（3）确定指标云模型.将要素指标的低碳绿色发展水平分为表4所示的5个等级，邀请多位熟悉港口发展实际情况的专家给出各指标低碳绿色发展水平的最大评价值和最小评价值，再运用逆向云发生器生成最大值云模型和最小值云模型，因为综合云代表的概念更具一般性，所以综合对应同一要素指标的最大、最小云模型更能反映该要素指标的实际情况.因此，要素指标实际云模型Cij可按式（4）-（6）计算得到.由若干要素指标构成的基本指标可以被看成同类指标在概念上的提升，因此基本指标云模型也要由要素指标实际云模型综合得到，考虑到不同要素指标的云权重Wij不同，基本指标云模型
（5）比较分析评价结果.在运用云模型进行综合评价时，可将基本指标和评价对象的低碳绿色发展水平分为如表5所示的5个评价等级，将基本指标云模型C及评价对象的最终云模型C与表5中各评价等级对应的云模型进行比较，与其最接近的云模型所对应的定性评语即为评价结果.
3 港口低碳绿色发展评价的实证研究
天津港是我国“低碳绿色港口”建设试点之一，近年来港区环境质量得到大幅度的改善，港口低碳绿色发展的运营管理水平也不断提高，因此可运用云模型对天津港的低碳绿色发展水平进行评价研究.
3.1 评价指标云权重的确定
以港口腹地年GDP总额指标（D11）相对港口发展能力指标（B1）的权重确定过程为例，邀请行业内的10位专家根据天津港低碳绿色发展的实际情况对评价指标的重要性进行打分（见表6）.打分修正过程中云图的变化见图1.图1中的第3个云图已趋于稳定，此时专家意见趋于集中，则确定该指标云权重为W11=（0.595，0.020，0.002）.同理可得其他指标的权重，经归一化处理后得到表7所示结果.
3.2 基本指标云模型的确定
表8为港口发展能力指标下要素指标的打分结果，利用逆向云发生器生成表9所示的最大、最小云模型，按照综合云模型计算式（4）～（6）可得要素指标实际云模型为C11=（0.858，0.066，0.012），C12=（0.715，0.088，0.016），C13=（0.597，0.268，0.056），C14=（0.726，0.048，0.011）.再按照式（8）计算港口发展能力指标B1的云模型为C1=（0.717，0.108，0.022）.
同理可得其他基本指标云模型及其要素指标实际云模型，见表10.
3.3 最终云模型的确定与分析
由以上两节可确定天津港低碳绿色发展水平的最终云模型为C=（0.729，0.058，0.007）.与表5中各个评价等级对应的云模型对比，如图2所示，天津港低碳绿色发展水平介于“比较高”与“非常高”等级之间，并且与“比较高”更接近，因此天津港低碳绿色发展水平为“比较高”.
各基本指标与港口低碳绿色发展水平的云图比较见图3.
分析图3a和3b可知：低碳绿色政策保障力度、低碳绿色理念落实情况、港口发展能力和低碳绿色技术支持水平这4项指标低碳绿色程度较低.分析图3c可知，港区环境质量和港区低碳绿色水平这2项指标低碳绿色程度较高，从而使天津港低碳绿色发展水平处于“比较高”的水平.天津港在日后的低碳绿色发展中可从低碳绿色政策保障力度、低碳绿色理念落实情况、港口发展能力和低碳绿色技术支持水平这4个方面进行改善与提高.
4 结束语
云模型在港口低碳绿色发展评价中的应用，主要是通过确定指标云权重及其云模型实现的.与层次分析法相比，云模型可借助云图来修正打分结果，还可将定性描述转化为定量数值，避免人为因素的过度干扰，确保评价结果的客观性与准确性；与模糊综合法相比，云模型兼顾港口低碳绿色发展评价指标的模糊性和随机性，云图清晰、直观地反映港口及其基本指标的低碳绿色发展水平，为天津港低碳绿色发展水平的提高指出有效途径，也为其他港口的低碳绿色发展提供参考.
