基于熵權的TOPSIS法的京津滬城市綠色交通發展對比研究

劉維躍，曹溥晶，孔 震

（天津城建大學經濟與管理學院，天津 300384）

引言

城市交通是城市的骨架，是增強城市經濟活力，改善市民生活質量和完善城市功能的重要支撐。隨著我國城鎮化和機動化進程的加快，市民出行方式逐漸多樣化，私人汽車保有量迅速增加，城市公共交通基礎設施也逐步完善。但在城市發展進程中，也逐漸面臨交通擁堵日益嚴重，空氣和噪聲污染逐漸加劇，資源能源逐漸短缺，交通事故頻發等問題。由此，發展綠色交通是促進社會可持續性發展的必然選擇[1]。習近平總書記指出，“十三五”是交通運輸基礎設施發展、服務水平提高和轉型發展的黃金時期，要求加快形成安全、便捷、高效、綠色、經濟的綜合交通體系。這為打造綠色交通體系指明了方向。

綠色交通最早是1994年由克里斯·布拉德肖（Chris Bradshaw）以“綠色交通體系”（Green Transportation Hierarchy）的概念提出，最初對于綠色交通的理解僅限于交通出行方式方面。隨著研究和實踐的不斷深入，綠色交通的理念也不斷豐富和發展[2]。黃玖菊（2012）認為，綠色交通是在滿足居民的交通需求、注重節約資源、維持社會公平和保護生態環境的條件下，建立促進城市可持續性發展的交通體系[3]。吳昊靈（2014）認為，綠色交通是以生態城市為目標，以公共交通的發展為主，結合機動車運行，同時非機動車為基礎，各交通方式形成良好有序銜接的城市綜合交通體系[4]。劉雪梅（2015）認為，是在可持續發展的基礎上，優化城市居民多元化出行結構，使交通與社會、環境和資源協調發展，從而緩解目前的交通問題[5]。概括而言，綠色交通并不是僅局限在保護環境的概念里，它的本質是以綠色、安全、高效、便捷為目標，以城市公共交通發展為主體，進而實現緩解城市交通擁堵、減少城市環境污染、交通噪聲污染、便捷居民出行方式，進而使城市交通可持續性發展。

目前，我國城市綠色交通發展還處于初級階段，對于城市綠色交通發展的綜合評價指標還沒有形成可供參考的體系，構建城市綠色交通發展評價體系不能只從生態環境的角度去考量，它是一個城市交通是否可持續性綜合發展的衡量。本文構建基于熵權法的TOPSIS模型的城市綠色交通發展評價指標體系，對國內部分城市綠色交通發展現狀進行橫向比較研究，從而掌握自身城市綠色交通發展的優勢以及存在的問題。評價結果可以幫助政府制定下一步有效的交通發展規劃、相關綠色交通政策措施的制定，為城市綠色交通發展提供研究思路。

一、城市綠色交通發展指標體系的構建

（一）指標體系的構建思路

城市綠色交通是未來城市交通的發展趨勢，它具有可持續的特點，將城市各功能區，環境、居民和交通安全等良好融合[6]。目前國內已經有部分城市加入綠色交通發展試點，通過分析相關城市綠色交通的發展進程，可以清晰地了解各城市綠色交通發展的長短板，更有助于明確城市綠色交通發展的目標和重點，也有助于政府相關部門政策的制定。所以，建立一套客觀、科學、實用性高的城市綠色交通發展評價指標體系去直觀地對比城市間發展的差異是十分重要的。李理（2014）采用物元可拓評價法建立了城市交通綠色低碳發展評價指標體系，并進行了實證分析[7]；伍慧（2015）采用DPSIR模型分析了城市綠色低碳交通發展的影響因素，將指標分為驅動力層面、壓力層面、狀態層面、影響層面和響應層面五個部分，并建立城市綠色低碳交通發展的評價模型[8]；豆歡娣（2016）在分析城市發展現狀的基礎上，構建了基于BP神經網絡的城市低碳交通評價模型，并分析西安市綠色交通的發展水平[9]。

借鑒相關學者的研究成果，本文認為城市綠色交通是一個綜合而抽象理念，是未來城市交通發展的新趨勢，如果單一去理解綠色交通的含義，有可能會顧此失彼。隨著現代城市的快速發展，“綠色”應包含城市公共基礎設施的完善、交通環境的優良、資源環境利用的適度、居民出行便捷、交通安全水平提高等多種內涵[10]。因此，城市綠色交通的評價不能僅僅局限在生態環境的評價上，應以保護生態環境為重點，綜合考察城市綠色交通相關指標。

（二）指標體系的研究方法

在綜合考量其他各類指標評價方法的基礎上，本文結合熵權法與TOPSIS法進行城市綠色交通發展水平綜合評價。

1.熵權法。熵權法是一種對指標客觀賦值的方法，在社會經濟、工程技術等領域有廣泛的應用。在進行城市綠色交通發展水平綜合評價時，第一步就是要確定評價體系各指標的權重[11]。為避免對指標權重的賦值的主觀性，本文采用熵權法計算各指標權重?！办亍笔窍到y無序程度的一種度量，熵值越大，說明指標值得變異程度越小，信息量就越小，所以在綜合評價的效用就越小，其權重也越??；反之亦然。

2.TOPSIS法。TOPSIS法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution），即“逼近理想解的排序方法”，這種方法能對多指標情況下的各方案進行客觀的決策分析，是公認的綜合評價方法[12]。TOPSIS的基本原理是計算評價方案與最優解、最劣解的歐氏距離，從而來進行排序，若評價方案最靠近最優解但又同時離最劣解最遠，即為最好；反之亦然。

本文在采用TOPSIS法進行比較分析之前，先用熵權法去確定各指標值的客觀權重。假設選取n個指標，被評價的對象有m個，那么將第i個被評價對象在第j個評價指標的原始值記為vij（其中i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），初始矩陣為Vij=（vij）m×n?；陟貦喾ǖ腡OPSIS模型的具體步驟如下：

（1）初始矩陣的標準化處理。為了消除各指標不同的極性和量綱對評價結果的影響，第一步就是要對原始數據進行無量綱化處理。另外，各評價指標一般分為兩類，即效益型指標和成本型指標。效益型指標即指標值越大越好，成本型指標則為越小越好。所以在標準化處理時，應加以區分處理，效益型指標和成本型指標分別采用式（1）、式（2）進行標準化處理，即可得到規范化矩陣X=（xij）m×n。

效益型指標的標準化處理公式：

成本型指標的標準化處理公式：

（2）計算各指標的熵值ej：

其中，定義當fij=0時，fijlnfij=0。

（3）根據步驟（2）的計算結果，計算各指標的熵權值wj：

（4）計算得到加權規范化決策矩陣：

（5）確定正理想解、負理想解：

（6）計算歐氏距離。分別計算各評價指標標注化向量到最優解和最劣解的歐式距離和：

（7）計算各評價對象與理想解的相對貼近度Ci：

若按照公式計算后，Ci值越大，說明該評價對象與理想解的貼合度越高；反之亦然。

（三）指標體系的建立

按照上述邏輯思路，依據評價指標體系構建的科學性、可操作性、系統性、實用性和可比性等原則，構建城市綠色交通發展水平評價指標體系。城市綠色交通是一個綜合而直觀的概念，城市綠色交通評價指標體系應包括一般性指標體系所具有的共同點，也要有其自身發展所具有的特征。張子佳（2015）在對中小城市綠色交通進行評價時，將評價子系統分為六大要素層：交通基礎設施、交通管理水平、交通出行者、環境與資源、交通運輸方式、經濟與社會[13]。豆歡娣（2016）在分析城市發展現狀的基礎上，將指標體系分為五個準則層，即低碳交通體系建設、低碳交通基礎設施層、城市交通碳排放強度層、低碳交通運輸工具層、智能交通與信息化層五個層次[9]?；诖?，本文將城市綠色交通發展的評價指標體系分為城市交通基礎設施、城市交通生態環境、城市交通居民出行、城市交通安全這四個子系統。通過設置城市公共交通基礎設施子系統是城市綠色交通發展評價的的基礎，能反映城市交通公共基礎設施的建設完善程度；良好生態環境是城市綠色交通發展的重點，城市交通生態環境子系統能良好地反映城市交通對城市生態環境影響程度和可持續性的特征；與其他指標相比，城市交通居民出行和城市交通安全兩個子系統分別從居民日常出行是否高效、便捷和出行安全程度來進行評價，反映了城市綠色交通的發展以人為本的特征。下頁表1為城市綠色交通發展水平評價指標體系的構成。

表1 城市綠色交通發展水平評價指標體系

二、對京津滬的城市綠色交通發展評價研究

（一）數據來源

本文的所有數據均來源于《中國統計年鑒2016》《中國交通年鑒2016》《中國城市統計年鑒2016》《中國環境年鑒（2016）》，以及高德地圖官方發布的《2015年度中國主要城市交通分析報告》等，最終匯總的京津滬城市各指標原始數據（如下頁表2所示）。

表2 京津滬三個城市的指標原始數據

（二）數據處理與計算

1.熵值和熵權值。利用式（1）和式（2）對原始數據進行標準化，從而消除指標正負極性的影響和無量綱化，然后再采用式（3）、式（4）、式（5）來計算各指標的熵值 ej和熵權值 wj，其結果（如下頁表3所示）。

2.正理想解和負理想解的確定。利用式（6）構造加權規范化矩陣，再在加權規范化矩陣中選取各指標的最大值和最小 值，即分別為正理想解和負理想解，其結果（如表4所示）。

表4 各指標的正理想解、負理想解

3.計算各城市與最優解的相對貼近度Cj。在上一步的基礎上，根據式（7）和式（8）計算得到各城市的最優解和最劣解，再根據式（9）和式（10）計算得到各指標到正理想解和負理想解的歐式距離，即最優解和最劣解。最后采用式（11）計算出京津滬與最優解的相對貼近度Ci={0.5574，0.4715，0.4355}，Ci值越大，表明評價城市綠色交通越優，反之亦然。由此可以得出，根據本文構建的城市綠色交通發展水平評價指標體系，京津滬三個城市中北京在城市綠色交通發展方面具有較好的優勢。同理，繼續利用式（7）至式（11），計算各指標子系統與最優解的相對貼近度（如下頁表5所示）。

表5 指標體系各子系統與最優解的相對貼近度及綜合評價結果

三、結果分析

（一）基于各評價指標熵權重結果的分析

熵權值并不是指各指標實際的重要性系數，它是一個相對的系數。從表中的結果可以看出，根據指標權重排名，在前五的指標分別依次為：機動車煙（粉）塵排放總量p23、城市綠化覆蓋率p21、城市道路交通噪聲等效聲級p26、人均城市道路面積p36、每萬人擁有公共交通車輛p35，這五個評價指標的熵權重總和為0.292，在整體指標體系的比例接近30%，京津滬3個城市在這5個指標上的熵權值有較大差異。指標權重排名后5名的指標依次分別為道路面積p11、私人汽車擁有量p32、城市軌道交通客運量p34、軌道交通運營線路總長度p17、道路長度p13，這5個指標的熵權重和為0.187，在整體指標體系的占比接近20%，3個城市在這后5個指標上的熵權重值較為平均。從而可以看出，p23、p21、p26、p36、p35這 5 個指標在評價系統里的重要性是可靠的。

綠色交通的本質是可持續性發展，節約資源、保護環境是其重要的表現形式，也是發展的結果。機動車煙（粉）塵排放總量和城市道路交通噪聲等效聲級這兩個指標，是從交通工具即城市交通主要污染的源頭來衡量，能直觀反映城市機動車污染程度和城市道路交通的聲污染情況，這也體現了城市綠色交通在環境保護方面的重要特征；城市交通道路是城市的脈絡，自然與城市的綠化無法分割，不能脫離區分，所以城市綠化覆蓋率也在一定程度上反映了城市交通的綠化覆蓋率；人均城市道路面積p36和每萬人擁有公共交通車輛p35是從城市居民出行便捷的角度去考慮，城市綠色交通應大力推行公共交通發展，保障人均城市道路面積，不僅有助于緩解交通擁堵，也有利于節約資源保護環境。所以，機動車煙（粉）塵排放總量p23、城市綠化覆蓋率p21、城市道路交通噪聲等效聲級p26、人均城市道路面積p36、每萬人擁有公共交通車輛p35是城市綠色交通核心價值的體現，也是城市交通可持續性發展的內驅力。

（二）基于TOPSIS綜合評價法的結果分析

從各城市的綜合相對貼近度來看，城市綠色交通發展水平評價最高的是北京，評價值是0.5574，其次是上海、天津。三個城市的發展水平均值為0.4881，從圖1可以看出這三個城市的綠色交通發展水平整體上并不是很高，說明整體而言，城市綠色交通的發展需要從各個層面著手發展，找出自己的薄弱之處，提高城市綠色交通的綜合實力。

圖1 京津滬綜合評價對比

從圖2城市綠色交通基礎設施P1的評價結果中可以發現，北京最優，上海僅次，評價值均高于0.55，而天津略有差距且評價值小于0.4，但三個城市整體水平并不高。一方面說明京津滬城市交通基礎設施仍有待建設發展，另一方面也要注意已投入的基礎設施的利用程度，避免過度投入導致資源浪費。同時，對于天津而言更應利用好自己的地理位置優勢，抓住京津冀協同發展的契機和天津濱海新區發展的優勢，通過經濟發展來增加城市綠色交通基礎設施的建設水平，為城市綠色交通發展奠定良好的基礎。

圖2 京津滬基于P1層的評價結果

圖3 京津滬基于P2層的評價結果

從圖3城市綠色交通生態環境P2的評價結果中可以發現，北京最高，而上海、天津基本持平，表明上海、天津在這方面處于一般水平，仍有發展空間。生態環境是人類賴以生存的重要資源，大氣污染、噪聲污染嚴重影響著城市的可持續性發展。綠色交通生態環境的管理應從污染的源頭開始抓起，同時注重道路周邊綠化工作，結合自身城市特點，學習其他城市在城市交通環境治理方面的先進經驗，加強城市綠色交通生態環境建設。

圖4 京津滬基于P3層的評價結果

圖5 京津滬基于P4層的評價結果

從圖4城市綠色交通居民出行P3的評價結果中可以看出，北京、天津的評價值都高于均值，而上海則位于均值以下，因此可以看出北京、天津在居民出行方面占有優勢。結合表4分析，人均城市道路面積和每萬人擁有公共交通車輛的權重較高。由此可知，京津在道路建設和公共交通發展上占有優勢。

從圖5城市綠色交通安全P4的評價結果中可以看出，三個城市的差距較大，上海要高于天津、北京。由上可知上海對城市交通安全整治是有較好效果的，該維度包括交通事故發生數總計和交通事故死亡人數，上海2015年交通事故發生次數遠低于北京、上海的次數，天津交通事故發生數總計最高，但在交通事故死亡人數上北京率高于上海、天津。

結語

本文結合熵權法和TOPSIS綜合評價法構建城市綠色交通發展評價指標體系，并由此計算出各指標子系統、各城市與理想解的差距大小和相對貼進度。最后，本文以京津滬三大城市為例進行實證研究，已驗證評價模型有一定的合理性。實證結果表明，京津滬的城市綠色交通發展水平與機動車煙（粉）塵排放總量、城市綠化覆蓋率、交通噪聲等效聲級、人均城市道路面積、每萬人擁有公共車輛等指標有較強的相關性，在采用該模型對各城市綠色交通發展水平評價時要綜合考慮這些因素，來提高不同城市之間的可比性，從而有助于各城市有針對性地認識自身交通發展現狀，借鑒參考其他城市發展的經驗教訓，提高城市綠色交通發展水平的有效途徑，找準未來發展方向。

因此，在資源日益短缺、環境逐漸惡化的情況下，發展城市綠色交通是城市交通可持續性發展的必然要求。一是要積極推行城市交通工具節能環保和城市環境綠化的政策措施，推廣新能源汽車的普及；二是要積極推行公共交通優先發展，提高公共交通的可達性，改善公共服務質量和環境；三是要推行綠色交通統計監測體系的建設，逐漸完善綠色交通的監測數據，從而更好地為城市綠色交通建設發展提供參考。