（应用数学专业论文）武汉市桥梁产业的相关分析和协调发展研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着武汉经济又快又好的发展，武汉的桥梁产业发展潜力巨大。本文对武 汉市桥梁产业的相关分析和协调发展进行了研究。本文的研究对于武汉桥梁产 业定位和发展规划，进行建桥产业相关资源整合；对于切实以科技，引领和支 撑桥梁产业发展，充分发挥现代科技对质量、效率和品牌的支撑作用；对于强 化建桥产业上下游关联和延伸，形成规划、勘测、设计、研发、制造、工艺、 材料、维护等产业链，并根据区域及相关产业发展的要求进行延伸，促进武汉 市经济的快速健康发展，带动湖北率先实现中部崛起等都有重要现实意义。全 文总共分为七章，具体安排如下： 第1 章主要介绍了该课题的研究背景、目的和国内外研究现状，并简单介 绍了桥梁产业协调度的基本理论。 第2 章根据武汉桥梁产业的特殊现状与地位，以目前武汉桥梁建造产业发 展的调查结果为依据，从系统科学的角度，把武汉市的桥梁产业发展与人口、 经济、交通构成一个整体，在选取一套表征人口、经济、交通、桥梁系统协调 发展的指标体系的基础上，运用协调发展理论建立协调发展评价模型。 资料收集可得性是研究过程中一个很关键的问题，第3 章针对武汉市2 0 0 4 年人口数据异常的情况，提出用修j 下的级比定理处理异常值的新方法。本方法 在修正原级比定理的同时，提出新的级比定理，并拓展了级比的性质，把新的 级比定理用于填补武汉市人口数据序列异常值中，准确有效的矫正了异常值。 此研究结果不仅为桥梁产业的研究工作清除了障碍，同时丰富了级比定理的内 容，并扩宽了级比定理的适用范围。 第4 章将武汉市桥梁产业的相关分析推广到混合型多属性决策问题中，主 要是在已有的包含精确数、区间数和三角模糊数在内的混合型多属性决策问题 的基础之上，进一步研究了包含随机变量在内的混合型多属性决策问题，并提 出基于离差的随机变量的灰色关联度计算公式，此推广很大程度上扩展了灰色 关联分析的应用范围，并解决了不确定多属性决策中包含随机变量的情况，有 很强的科学理论价值和应用价值。 第5 章以武汉桥梁产业发展为背景，选取了1 9 9 7 - - 2 0 0 6 年的数据，对交通、 武汉理工大学硕+ 学位论文 经济、人口协调发展状况进行实证研究。 第6 章针对武汉市桥梁产业以及武汉市人口、经济、交通现有发展状况， 结合本文的研究结果，分析了武汉市桥梁产业发展目前存在的主要问题，并给 出规划性意见。 第7 章根据本文的研究成果，提出在以后的学习中需要进一步研究的问题。 关键词：武汉桥梁产业；相关分析；协调度；级比定理；随机变量； i i 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to fw u h a nr a p i d l ya n dh e a l t h i l y ，t h eb r i d g e i n d u s t r yh a sap o t e n t i a l t h i sp a p e rs t u d i e st h er e l a t i o n a la n a l y s i sa n dc o o r d i n a t e d d e v e l o p m e n to fw u h a n b r i d g ei n d u s t r y t h es t u d yh a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c en o to n l y f o rt h eo r i e n t a t i o na n dp r o g r a m m i n go fw u h a n b r i d g ei n d u s t r y , b u ta l s of o rt h e r e l a t e dr e s o u r c e sc o m b i n a t i o no ft h eb r i d g ec o n s t r u c t i o ni n d u s t r y t h i sr e s e a r c hh a s h i 曲l yv a l u eo ng u i d i n ga n ds u p p o r t i n gt h ed e v e l o p m e n to fb r i d g ei n d u s t r yw i t ht h e t e c h n o l o g y , a n dh a ss u p p o r t i n gr o l eo fm o d e r ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi nt h eq u a l i t y , e f f i c i e n c ya n db r a n d w es t r e n g t h e nt h er e l a t i o na n de x t e n s i o no ft h eb r i d g eu p s t r e a m a n dd o w n s t r e a mi n d u s t r y , a n dh e l pf o r m i n gt h ei n d u s t r i a lc h a i nw h i c hc o n t a i np l a n ， s u r v e y , d e s i g n ，r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ( r & d ) ，m a n u f a c t u r e ，t e c h n o l o g y , m a t e r i a l ， m a i n t e n a n c ea n ds oo n a tt h es a m et i m e ，t h er e s u l t sp l a ya ni m p o r t a n tr o l e i n p r o m o t i n gt h ew u h a n se c o n o m yd e v e l o p m e n t ，a n dd r i v i n gh u b e ip r o v i n c e t o a c h i e v et h er i s i n ga b r u p t l yi na r e ao fc e n t r a lc h i n a t h ef u l lt e x ti sd i v i d e di n t os e v e n c h a p t e r sa sf o l l o w s ： c h a p t e r1 i n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n d ，a i ma n ds o m eo ft h ec u r r e n tr e s e a r c h s t a t u sa th o m ea n da b r o a d ，a n dr e v i e w st h et h e o r e mo fc o o r d i n a t e dd e v e l o p m e n t d e g r e eo fb f i d g ei n d u s t r y a c c o r d i n gt ot h es p e c i a ls t a t u sa n dt h es t u d y r e s u l t so fw u h a n sb r i d g e i n d u s t r y ，t h es e c o n dc h a p t e rv i e w st h ed e v e l o p m e n to fw u h a n sb r i d g ei n d u s t r ya n d p o p u l a t i o n 、e c o n o m y 、t r a f f i c sa saw h o l e ，t h e ns e l e c t si n d e xs y s t e mt h a td e n o t e st h e c o o r d i n a t i o nd e v e l o p m e n to f p o p u l a t i o n 、e c o n o m y 、t r a f f i ca n db r i d g ei n d u s t r y l a s t l y , w ee s t a b l i s h e sa s s e s s m e n tm o d e lo fc o o r d i n a t i o nt h e o r yb yc o o r d i n a t e dd e v e l o p m e n t t h e o r y t h ea c q u i r a b i l i t yo fd a t ai sak e yq u e s t i o ni nt h ep r o c e s so fs t u d y , i nc h a p t e r3 ， w eg i v ean e wm e t h o dw h i c hu s et h ec l a s sr a t i ot od e a lw i t ha b n o r m a lv a l u e sw h i c h a p p e a r si nw u h a np o p u l a t i o nd a t ai n2 0 0 4 t h i sc h a p t e ra d d st h ec o n d i t i o n so fc l a s s r a t i ot h a tp r o p o s e db yp r e d e c e s s o r s w ep r o p o s en e wc l a s sr a t i ot h e o r yu s i n gt h e i d e a so fi n v e r s ea c c u m u l a t e dg e n e r a t i n g ，a n de x t e n dt h ep r o p e r t i e so fc l a s sr a t i o w e i i i 武汉理工大学硕士学位论文 u s et h i sn e wm e t h o dt of i l lt h ew u h a n p o p u l a t i o nd a t ai n2 0 0 4 ，a n dt h e nr e m e d yt h e a b n o r m a lv a l u ee f f e c t i v e l y 1 1 1 er e s u l t sn o to n l ye l i m i n a t et h ed r a w b a c kf o rt h es t u d y o ft h eb r i d g ei n d u s t r y , b u ta l s oe n r i c ht h ec o n t e n to fc l a s sr a t i ot h e o r y , a n dt h e n e n l a r g et h ea p p l i c a b i l i t yo fc l a s sr a t i ot h e o r y i nc h a p t e r4 ，w ee x t e n dt h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so fw u h a nb r i d g ei n d u s t r yt o h y b r i dm u l t i a t t r i b u t ed e c i s i o n - m a k i n g w ef u r t h e rs t u d yt h eh y b r i dm u l t i a t t r i b u t e d e c i s i o n - m a k i n gq u e s t i o nw h i c hi n c l u d er a n d o mv a r i a b l e ，o nt h eb a s eo ft h eh y b r i d m u l t i - a t t r i b u t ed e c i s i o n - m a k i n gq u e s t i o nw h i c hi n c l u d ep r e c i s en u m b e r 、i n t e r v a l n u m b e r 、t r i a n g u l a rf u z z yn u m b e r s ，a n dr a i s eaf o r m u l ao fg r e yc o r r e l a t i o nd e g r e e b a s e do nd e v i a t i o n n i se x t e n s i o ne n l a r g e st h ea p p l i c a b i l i t yo fg r e yc o r r e l a t i o n a n a l y s i s ，a n ds o l v e st h em u l t i a t t r i b u t ed e c i s i o n - m a k i n gw h i c hi n c l u d e sr a n d o m v a r i a b l e f i n a l l yw es h o wt h ep r a c t i c a l i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h i sm e t h o dt h r o u g h e x a m p l e s i nc h a p t e r5 ，w eh a v ee m p i r i c a lr e s e a r c ho nt h ec o o r d i n a t e dd e v e l o p m e n to f t r a f f i c 、e c o n o m i c 、p o p u l a t i o na c c o r d i n gt ot h ea c t u a l i t yo fw u h a n sb r i d g ei n d u s t r y t h ed a t aa r ec h o s ef r o m19 9 7t o2 0 0 6 f o rt h ed e v e l o p m e n to fw u h a n sb r i d g ei n d u s t r ya n dp o p u l a t i o n 、t r a f f i c 、 e c o n o m i c ，i nc h a p t e r6 ，w ea n a l y s i st h em a i nq u e s t i o no fw u h a n sb r i d g ei n d u s t r ya t p r e s e n t , a n dt h e ng i v eo p i n i o n s i nc h a p t e r7 ，w er a i s et h eq u e s t i o n sw h i c hn e e df u r t h e rs t u d yo nt h eb a s i so f a b o v er e s u l t s k e yw o r d s ：w u h a n sb r i d g ei n d u s t r y ；r e l a t i o n a la n a l y s i s ；c o o r d i n a t e dd e v e l o p m e n t d e g r e e ；c l a s sr a t i o ；r a n d o mv a r i a b l e ； i v 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：趣量魄日期：丝! 翌! ! 兰! 17 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 武汉是一个多水之乡，两大水系长江和汉江均从武汉城中流过，从而将武 汉分为三镇：武昌，汉口和汉阳。武汉市特殊的地理环境决定了桥梁对于武汉 市的发展具有重大意义。自古以来，武汉城市与水流、桥梁通常相依共存，人 类溯水而居，城镇依江河发展，而桥梁是武汉三镇交通的重要建筑物和交通工 具。随着交通事业的不断发展，城市立交桥，高架桥，人行桥也相继增多。桥 梁在武汉城市交通中占有举足轻重的地位，武汉桥梁建设除了在美化城市形象 和促进经济发展中发挥了重要作用之外，更重要的是由中铁大桥局、中铁大桥 勘测设计院、中交集团第二航务工程局、武船重工、中铁武桥重工等1 0 多家涉 及桥梁企业，还有专事桥梁的高等院校、设计院所、制造企业、钢材生产、土 建施工、水工施工、桥梁机械等单位，形成了国内独有的科研、勘测、设计、 制造、施工、维护等完整的桥梁产业链，年产值达数百亿元。据行业统计，武 汉桥梁产业上下游年产值合计3 0 0 亿元。市统计局统计1 0 家有代表性的桥梁企 业，直接就业1 0 余万人，科研、设计、制造、施工、维护，武汉造桥产业链十 分完整。据国家级桥梁委员会相关资料：综合造桥水规模、水平、影响力、开 创性、产业链完整度，武汉称“都”，当之无愧。中国工程院院士方秦汉说，是 不是“建桥之都 ，硬件重要，软实力更重要，中国桥业可持续发展，主要看武 汉。以武汉为中心的桥梁建设主力军对于中国桥业可持续发展起着重要的作用。 统计显示，自上世纪5 0 年代以来，以中铁大桥勘测设计院、中交第二公路 勘察设计研究院、铁四院、湖北省交通设计院为主的设计人员，累计勘测设计 了大型、特大型桥梁2 0 0 0 余座。以中铁大桥局、中交二航局为主力，武汉企业 建造大型、特大型桥梁千余座。连接上海市区和洋山港的东海大桥，绵延3 0 多 公里，是我国第一座真正意义上的跨海大桥，大桥局分别中标这工程设计、 监理以及1 1 公里主段的建设。杭州湾大桥，全长3 6 公里，由中铁大桥勘测设 计院设计，武钢提供桥梁钢，大桥局、二航局中标关键施工段；今年，长江口 苏通大桥进入第4 个建设年，这座桥主跨1 0 8 8 米，被列为世界公路斜拉桥之首， 武汉理t 大学硕士学位论文 并将要攻克4 项世界技术难题，二航局、大桥局分别担当关键标段施工。除了 在国内建桥业迅速发展，武汉建桥企业积极“走出去”，到东南亚、南亚、非 洲承揽建设工程。大桥局、二航局把“走出去 作为企业“十一五 战略的一 大重点。据国家级桥梁委员会资料显示，在综合造桥规模、影响力、开创性以 及产业链的完整度上，武汉建桥业在全国称“最 。 令武汉人感到骄傲的是，全国6 成以上的桥梁都是“武汉制造”。普查资 料表明，全市拥有各类桥梁1 2 0 0 余座。而随着桥梁建设事业的迅速发展，武 汉桥梁产业也迅速崛起，现己成为全国最大的桥梁产业基地。目前，武汉已形 成科研、设计、制造、施工、维护等完整的造桥产业链。2 0 0 4 年，武汉大桥局 已跻身全球桥梁企业产值前十位。1 9 9 0 年以来，长江第二航道局参与建造特大 型桥梁8 5 座，在各地的长江公路大桥建设中占有较多的市场份额。武钢，提供 了我国8 0 桥梁用钢。武船，桥梁钢结构市场份额排名国内前三。自国家设立科 技进步奖以后，武汉相关企业就是桥梁领域的获奖专业户。其中大桥局获2 个 特等奖、4 个一等奖；二航局也获得一批奖项。据国家级桥梁委员会相关资讯： 论造桥规模、水平、影响力、开创性、产业链完整度等综合实力，武汉称“中 国建桥之都”当之无愧【卜3 1 。 1 2 研究目的和意义 随着武汉经济又快又好的发展，武汉的桥梁产业发展潜力巨大，本文将根 据武汉桥梁产业的特殊现状与地位，以目前武汉桥梁建造产业发展的调查结果 为依据，从系统科学的角度，把武汉市的桥梁产业发展与人口、经济、交通构 成一个整体，在选取一套表征人口、经济、交通、桥梁系统协调发展的指标体 系的基础上，运用协调发展理论建立协调发展评价模型，采用多元线性回归预 测模型对桥梁、人口、经济、交通复杂系统的协调发展趋势进行预测。由于本 研究工作涉及到协调发展理论、可持续发展理论、数理统计学、预测系统理论、 灰色系统理论以及资料收集可得性等方面的问题，就决定了这将会是一项极具 挑战性但意义重大的工作。因此无论从城市社会、经济、资源、环境协调发展 指标体系现有的研究来看，还是从协调发展评价、预测模型的角度出发都具有 一定的创新性和必要性。 2 武汉理工大学硕士学位论文 本文的研究对于武汉桥梁产业定位和发展规划，进行建桥产业相关资源整 合；对于切实以科技引领和支撑桥梁产业发展，充分发挥显得科技对质量、效 率和品牌的支撑作用；对于强化建桥产业上下游关联和延伸，形成规划、勘测、 设计、研发、制造、工艺、材料、维护等产业链，并根据区域及相关产业发展 的要求进行延伸，促进武汉市经济的快速健康发展并带动湖北率先实现中部崛 起等既有重要现实意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 桥梁产业的研究现状 对于桥梁产业的研究，主要是从对经济的影响和对城市的交通的改善以及 对环境的影响，对劳动力的需求，对投资需求来研究的。 1 ) 从对经济的影响进行研究。陈建掣9 】从对经济的乘数效应和其他关联效 应的状态和过程进行分析，以杭州湾跨海大桥的建设为例，从空间经济学的角 度分析所谓的“大桥经济”，同时对“大桥的不经济”进行了分析，并提出了如 何避免“大桥不经济”，而扩大“大桥经济”的研究性建议和对策。程利仲【l o 】 在研究嘉兴市的城市现状的基础上，展望了杭州湾大桥建成后所带来的有利影 响和不利影响。孙小丽【i l 】对大桥建设和桥梁收费研究政策进行了研究。 2 ) 从桥梁建设对交通的影响来进行研究。孙小丽【i i 】用一些有效的数据来说 明桥梁的建设对于缓解武汉市交通压力的关键作用，并通过对各规划期过交通 总量以及个规划期过江交通所须车道进行了研究，并做了相应的预测。 3 ) 国内对大桥产业的研究还有一部分是对建桥带来的旅游业的崛起和兴旺 进行的研究。陆根尧，李辉，蒋妍菡【1 2 】通过对杭州湾大桥通车前后杭州湾南北 两面几个主要城市的空间距离变化而所带来的交通成本的降低来分析大桥所带 来的浙江旅游业的发展机遇，研究杭州湾大桥的建设对浙江旅游业的影响，并 提出了利用这一机遇大力发展旅游业的几点对策。程利仲【lo 】也提出了杭州湾大 桥的建设将使嘉兴市旅游资源将得到充分利用。 4 ) 另外好从桥梁建设的资金控股的方向进行分析研究。中国城市报道曾刊 登出，在杭州湾大桥的建设投资中民企成了最大的股东，杭州湾建设的总投资 是1 1 8 亿元，银行贷款占6 5 ，而企业占3 5 ，股份都被宁波和嘉兴一9 ：1 的 3 武汉理工大学硕士学位论文 比例分配，其中民间资本占半壁江山；文章还对杭州湾大桥之所以吸引这么多 民间资本争相投资的原因进行了分析。 5 ) 从大桥建设对生态环境的影响进行研究分析。胡刚，姚士谋【1 7 】对杭州湾 大桥建设家具宁波生态环境压力进行了研究并提出相应的对策。薛安j r l 页 1 8 】依据 环境工程学及桥梁美学的相关理论对城市桥梁建设的环保和景观问题作了研究 分析。 6 ) 从大桥建设对城市空间结构的影响进行研究分析。伍新木，罗琦【1 9 】从长 江上六座大桥的建设对武汉市城市空间结构的变化为例研究桥梁建设对城市空 间结构的影响。胡刚，姚士谋【1 7 】以宁波市为例对杭州湾大桥建设对宁波城市空 间结构的影响来研究分析桥梁产业。 7 ) 从对产业结构的影响来研究桥梁产业的发展。胡刚，姚士谋【1 7 】分析了杭 州湾大桥的建设对宁波市的产业结构变化的影响，郑建荣【2 0 】重点对杭州湾跨海 大桥对华东交通物流的影响进行了研究分析。 8 ) 从美学的角度出发对桥梁产业进行研究。唐寰澄【2 l 】中从艺术美观的角度 对长江大桥的美学价值进行研究分析。高振宇，郭文军，陈峰阐【2 2 】述桥梁美学 的必要性和重要性之外，还对桥梁美学与环境协调进行重点分析，包含桥梁形 态与周围环境的协调，桥梁与桥梁之间的协调关系，桥梁与人文景观关系，并 提出桥梁设计与相协调的可行性建议以及美化桥梁的一些措施。盛勇【2 3 】从心理 引诱力，静态的动势，形式的运动，色彩与材质，美的法则，桥梁美的世纪六 个方面来研究分析桥梁美以及由于桥梁的美观为桥梁产业带来的影响，还运用 模糊数学对桥梁景观进行评价，从力学角度对景观评价的结果进行了补充。 9 ) 对于桥梁产业所带来的对财务的影响及评价的研究较多。大多集中于应 用方法的研究。王宝森，李岚，许长新【2 4 1 探讨了具体的方法，惠先宝，高晓辉( 2 5 】 等则进行了实证研究，对经济效益的分析研究，王信东【2 6 】对指标体系探讨了具 体方法的应用及细节的处理。杨灿【2 7 】对我国国民经济核算进行了回顾与展望。 孙秋碧对国民经济核算的演进进行了评析。朱启贵【2 9 】提出中国国民经济核算 必须与时俱进，并提出绿色国民经济核算方法。 上述分析中指出在桥梁的研究过程中，很多都是关注桥梁的施工技术方面， 很少有人对桥梁的产业发展进行研究，桥梁项目建设实施及运行效果评价指标 的比较基准尚未确立。不确定性因素对项目运行的影响尚未引起足够的重视： 既成事实的评价，没有充分考虑项目的未来发展动态。 4 武汉理j = 大学硕七学位论文 1 3 2 协调系统的研究现状 在现有文献中所采用的协调度模型各有不同，但是归纳起来，都是以距离 协调度、变化协调度、综合协调度这三种协调度模型为基础而进行的改进和演 变。 距离型协调度是指用系统问的特定距离来表示系统间的协调程度，也就是 说，距离协调度测量的是城市各子系统的运动轨迹的相似程度。它的优点是结 构简单、算法也较为容易，但其缺点是将系统协调等同于系统间的相似性或同步 性，在有些情景下这显然是不成立的，且只适合两个系统问的分析。申金山【3 3 】 和李伟红【3 4 】等采用了离差系数( 差异系数) 分别研究了城市基础设施和生态用地 与社会经济发展之间的协调关系。 变化型协调度是指通过测量系统间的相对变化程度，并以各子系统动态变 化的一致程度来判断系统的协调性，变化协调度更加强调系统的动态协调，可 以应用到多系统的协调度研究中，为深入全面地研究城市社会、经济、资源、 环境系统的协调性奠定了良好的基础。变化型协调度模型的结构一般较为严谨， 多采用微分方程的形式表示系统间的协调关系，较距离协调度模型更加全面，且 属于相对协调度。其缺点在于模型的分析计算依赖于对于复杂的多重微分方程 的求解，难度较大，此外用系统间变化的一致程度描述系统间的协调度时，协调 与否的判断标准难以确定。刘艳清【3 5 1 矛1 1 用灰色系统理论的建模方法建立了区域 人口、资源、环境、经济的协调度评价模型：陈飞星 3 6 】研究两个系统的发展函 数是否按比例发展的情况，认为两系统间按比例发展时系统的协调性是最好的。 综合型协调度是指不单独研究系统内各组成要素和系统问的协调机制，而 是把目光放到系统的合成上，即研究各个子系统经过组合之后会形成一种什么 样的状态，在此基础上，考察复杂系统整体的发展状态，从而确定其协调度。优 点在于充分体现系统集成的观点，将复杂系统视为一个整体，从整体发展状态的 角度定义系统协调度，从而避免了变化型模型求解的困难，其缺点在于无法反映 系统间的发展规律与内在关系，可能造成系统整体协调度的失真。如刘志亭、孙 福平【3 7 】通过建立3 e 系统协调发展评价指标体系比较了我国3 0 个省市自治区3 e 系统的协调发展状况。 从目前的研究现状可以看出，大部分的研究内容还限于对于环境、生态、 人口、经济这样一个复合系统整体协调性的研究，而对于某一个具体的产业发 5 武汉理工大学硕士学位论文 展与城市经济、社会、人口、资源等方面的发展是否协调的研究很少，而分析 某一个产业对城市综合发展的协调度不仅仅对此产业的现状分析和发展前景的 规划至关重要，而且对于提高城市综合竞争力，发挥优势产业有着重要的参考 价值。所以本文立足武汉市桥梁产业的发展，对桥梁产业与武汉市经济、人口、 社会、交通是否协调就行研究，具有很强的理论价值和实际意义。 1 4 本章小结 本章为绪论部分，是从以下三个方面展开论述的：研究背景、研究意义和 国内外研究概况。 其中研究背景和意义主要从武汉市桥梁产业在武汉市整体城市发展中所占 的地位和其所发挥的作用，两方面阐述本文所研究的桥梁产业与武汉市经济、 交通、社会、人口发展的协调度分析的必要性和重要意义；接着在国内外研究 概况里对协调度的数学模型方面已经所侧重研究的内容方面对前人成果进行综 述性回顾和分析，为本文的研究工作做好了铺垫。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章协调发展理论与桥梁产业的协调度模型 2 1 协调理论的基本概念 协调既是一种状态，也是一个过程。作为一种状态，协调是指被协调者各 要素之间的融洽关系，从而表现出最佳整体效应；作为一个过程，协调表现为 一种控制与管理职能，是围绕被协调者发展目标对其整体中各种活动的相互关 系加以调节，使这些活动减少矛盾，共同发展，促进被协调者目标的实现【3 8 】。 本文所研究的桥梁产业的协调发展是指桥梁产业与经济、人口、交通之间 或社会系统组成要素之间在发展演化过程中彼此的和谐一致，可称为系统协调。 系统协调的基本思想是，通过某种方法来组织和调控所研究的系统，寻求解决 矛盾或冲突的方案，使系统从无序转换到有序，达到协同的状态。系统协调的 目的就是减少系统的负效应，提高系统的整体输出功能和整体效应。 协调是两种或两种以上系统或系统要素之间配合得当、和谐一致、良性循 环的关系。协调作为一种管理职能，是围绕组织发展目标对组织整体中各种活 动的相互联系加以调节，使这些活动有机地结合在一起，减少矛盾、相互协调、 促使组织目标的实现。经济与生态环境系统之间存在着复杂的相互作用，只有 它们之间的相互作用产生协调效应，才能推动两者向着协调有序的方向发展。 协调发展是协调与发展的交集，是系统或系统内要素之间在和谐一致、配 合得当、良性循环的基础上由低级到高级，由简单到复杂，由无序到有序的总 体演化过程。协调发展不是单一的发展，而是一种多元发展。在协调发展过程 中，发展是系统运动的指向，而协调则是对这种指向行为的有益约束和规定。 经济一生态环境系统协调发展是指人口、社会、经济及环境等各个子系统之间 或系统组成要素之间在发展演化过程中彼此的和谐一致，是充分利用并促进经 济与生态环境之间的积极作用关系，实现二者之间的良性循环，使经济稳定发 展、资源合理高效利用、环境状况良好的一种有序状态。为实现上述的和谐一 致而对系统采取的若干调节控制活动称为系统施加的协调作用；这些调节控制 活动( 即协调作用) 所遵循的相应的程序与规则称为协调机制。 协调具有以下特点： 7 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 内涵的多层性：是指系统协调是个多层次的概念，它既包括系统内 部各组成要素之间的协调，又包括系统之间各自发展状态的协调，还包括所有系 统整合后的共生协调。 ( 2 ) 动态性：系统协调是一个动态的过程，首先不同系统内的各组成要素 是在不断发展变化的，其次系统之间相互影响、相互制约的发展关系也不是一成 不变的。 ( 3 ) 复杂性：内涵的多层性与过程的动态性，必然决定了系统协调的复杂 性。 ( 4 ) 目标性：系统协调的最终目标是追求系统整体效益的最大化。 2 2 协调度模型的特点及桥梁产业的协调度模型 系统之间或系统组成要素之间在发展演化过程中彼此和谐一致的程度称为 协调度。为实现系统之间或系统组成要素之间的和谐一致而采取的若干调节控 制活动称为协调作用。所有可能的调节控制活动及其所遵循的相应的程序与规 则称为协调机制【3 9 1 。协调作用和协调度决定了系统由无序走向有序的趋势与程 度，协调机制则反映了协调作用的选择与作用规律。协调度、协调作用与协调 机制构成了系统的协调。 “协调 是一个内涵明确而外延不确切的模糊概念。在评价一个系统的协 调状况时，不能仅以“协调”、“不协调 做结论。更多的系统的协调状况都是 处于这两者之间。 协调度即系统协调的定量表示，是通过一定的数学模型或定量化方法反映 系统协调的状态或程度。目前协调度模型种类很多，可用离差系数法、几何平均 法、线形加权和法、层次分析法、逼近理想的排序方法( t o p s i s ) 、e l e c t r e 法、 和专门用于效益评价的数据包络分析( d e a ) 等。下面对这些常用的协调度模型给 予简要介绍和归纳。 ( 1 ) 区间值判断法的实质是根据各系统的综合发展水平进行回归分析，并 把回归系数作为反映经济和环境协调发展的定量关系。该方法的可靠性取决于 正常发展时期的选择或类型相近的先进国家的选择，并且被选中的正常时期或 先进国家本身必须是协调发展的，由于这两个条件很难满足，因此在实证分析 中用得较少。 8 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 耦合协调度模型有两个致命的缺点：一是上下限值的确定，对于各项 指标的上下限值，有的取理想值，有的取规划值，有的取标准值，有的取代表 性省份或国家的值，但这些方法都不能使人信服，因此即使采用相同的数据， 由于上下限的取值不同，计算结果会大相径庭，可能是协调发展，也有可能是 极不协调；第二个缺点是协调等级的划分极具主观性，有人分为十等、有人分 为六等，甚至有人分为三十个等级，这些等级的划分都是想当然的，没有可供 检验的方法。 ( 3 ) 灰色关联模型可以计算系统内每个指标和另一个系统每个指标的关联 程度，还可以计算对某一系统影响的主要胁迫因素，这是其他方法所不能比拟 的。但这种方法的缺点也是在划分协调等级时主观性强。究竟多大算关联性强、 多小算关联性弱都是人为设定的。 ( 4 ) 熵变方程法最大的优点是简便、明确、易于应用。它避免了灰色关联 模型和耦合协调度模型等级划分主观性的缺点，但这种方法也有一个缺点，就 是只能判断相对协调程度，即相对于上一年来讲是向协调方向发展还是向不协 调方向发展，并且在计算经济、环境综合发展指数时在一定程度上受标准化方 法的影响。由于上面介绍的四类协调度理论模型都存在一定的缺点，到目前为 止还没有一个完美的大家一致认可的模型。 ( 5 ) 距离协调度的计算思路是通过测定系统间的距离指标，来判定系统间 的相似性，并以系统的相似性指标作为系统的协调性。为此，计算过程中首先必 须选择反映系统相似度的度量指标并分析它们的性质。一般来说，反映相似距离 的指标有静态和动态两种，各有其应用价值。 距离协调度的共性是测量系统间的距离( 通常以离差的形式来计算) ，并以 系统问距离的大小来判断这些系统是否协调。就是通过测度静态系统问的距离 大小，来判断系统相似性的统计指标。 研究的基本步骤为： 1 ) 确定所要研究的系统的量度函数： 2 ) 对2 个量度函数进行无量纲化： 3 ) 代人距离计算公式计算静态协调度： 4 ) 通过比较不同时期的协调度，找到系统协调发展的趋势。 距离协调度的优点，在于简捷明了：缺点是把系统的相似性看作协调发展，只适 合2 个系统分析。 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 变化协调度 变化协调度是测量系统间的相对变化程度，并以各子系统动态变化的程度， 来判断系统的协调性。与距离协调度比起来，变化协调度有以下特点： 1 ) 通常有时间参数的参与，研究系统随时问变化而呈现出的特点： 2 ) 方法上更灵活，可供选择的模型比较多，例如，有学者用灰色系统模型 的建模方法建立了区域人口、资源、环境、经济系统发展的协调度模型： 3 ) 由于变化通常可以用求导的方式来表示，所以在数学上可以很方便地研 究复杂的多系统协调程度； 4 ) 变化协调度与距离协调相比，其设计思路有明显的不同，前者是相对协 调度，而后者可以视为绝对协调度。 通常情况下把协调度定义为 2甄1c ( 2 - 1 ) = 7 一 l 么一lj d ( 域q ) 。， 式中，用d ，表示某x 系统的发展函数：d 。表示某y 系统的发展函数。在假 定d d ，的前提下，如果x 系统与y 系统是按一定比例发展的，则d ，d 。= 常 数，那么此时系统协调性是最好的，即c = l ：如x 系统与y 系统不是按一定比例 发展的，即破d 、，是随时间变化的，则c 会是介于o 与l 之间的某个数。 ( 7 ) 综合协调度 综合协调度测度方法已经不再更多关注系统间的联系，而是把目光放到系 统的合成上，即研究各个子系统经过组合之后会形成一种什么样的状态，在此 基础上，观察这种合力的可持续性。在综合协调度的计算过程中，并没有时间 参数的直接参与，从这一点上看，它与距离协调度有着共同点。但是，静态综 合协调度本身，由于没有研究子系统间的关系，所以它实际上是不具有协调测 度功能的。只有把静态协调度与动态协调度的研究结合起来，才能通过系统总 体状态的变化情况间接地研究系统的协调度，这是综合协调度与距离协调度的 不同之处。 综合协调度的构建，一般有以下几个步骤： 1 ) 找出可持续发展系统的各子系统，并通过一定的指标反映该系统的属性： 2 ) 通过无量纲化方法，对各子系统的指标值进行标准化： 3 ) 采用多指标综合评价常规应用的各子系统的信息进行综合，得出可持续 l o 武汉理工大学硕士学位论文 发展的综合协调度。 表2 - 1三种协调度测度方法的差异比较 比较项目距离协调度变化协调度 综合协调度 是否需要无量纲化需要不需要需要 是否包含时间因素否是否 研究客体的多元性 一兀 多元 多元 权数处理不需要需要 需要 与可持续发展内涵的拟合程度低 由由 在协调度研究方面，不同的研究者研究的切入点有很大的不同，这就要求 我们必须综合运用各种协调度的模型方法，从各个角度全面认识系统的协调状 态，否则，不仅不能提供协调状态的决策咨询，而且有可能形成信息误导。 2 3 桥梁产业协调度模型计算方法 2 3 1 指标体系的选取 指标体系的建立是关系到桥梁与经济、交通、人口、社会、环境系统的真 实发展水平评定结果是否准确可靠的关键它应该全面、真实地体现桥梁与经 济、交通、人口、社会、环境系统的内部特征、发展状态、之间的联系以及主 要目标的实现程度，指标体系必须科学地客观地尽可能全面地考虑各种因素 基于协调发展的内涵及协调发展系统的复杂性，构建桥梁与其相关因素协调发 展指标体系一般要遵循如下几个原则： 1 ) 科学性原则。指标体系首先应该做到科学性，它要正确反映桥梁与经济、 交通、人口、社会、环境协调发展的战略目标的各个方面，在应用指标体系对不 同地区进行横向比较或对同一地区不同时期做纵向比较时，要符合实际差距和 变化； 2 ) 实用性原则。要充分考虑指标体系中各指标定量化的可行性以及数据来 源的可靠性，实用的指标体系易于数据收集，易于评价和比较。 3 ) 完备性原则。指标体系应全面地涵盖各系统的内部关系，变化趋势。应 该根据系统的层次关系，进行层次分明的逐级分解，选取代表性强，可比性好和 比较重要的指标。 武汉理工大学硕士学位论文 4 ) 满足简捷性原则在满足安全性原则的前提下，应尽可能减少指标数量 评定指标的取得应简单易行，便于操作，技术上可行 5 ) 满足相对独立性原则各指标之间应相互独立，避免包容性 6 ) 满足客观性原则评定指标还要求不同桥梁之间具有可比性和通用性， 避免因各方利益冲突而造成评定结果的差异 在遵循以上原则的基础上，采用频度分析法和理论分析法是指标体系里面 最常用的方法。 频度分析法就是对目前相关研究的报告、论文进行频度统计，选择那些使 用频率较高的指标。然后进行理论分析，在此基础上建立的指标体系称为一般 指标体系。为满足指标的主成分性和独立性原则，对一般指标体系进行主成分 性分析和独立性分析。基本步骤为： 第一步，对原始数据进行标准化处理 第二步，计算相关系数和合并重复指标 计算两个指标间的相关系数，定义相关系数0 9 5 ( 包括0 9 5 ) 以上的指标 为重复指标，并加以合并，辨识真假相关的方法如下：对于同类指标，相关系 数为正是真相关，为负是假相关。经过合并后指标体系就成为初级指标体系。 第三步，计算特征值和特征向量 对由初级指标体系构成的相关系数矩阵r ，求特征方程的全部非负特征根及 对应的特征向量。 第四步，求各主成分的方差贡献率和累计方差贡献率。当累计方差贡献率 大于8 5 时，前q 个主成分即为所需要的主成分。 第五步，确定主成分指标。计算各个指标在q 个主成分中的贡献率和累计 方差率，当累计贡献率大于等于8 5 时，前q7 个指标即为主成分指标，构成了 评价指标体系。 2 3 2 原始数据无量纲化处理 在多指标综合评价中，有些是指标值越大评价越好的指标，称为正向指标 ( 也称效益型指标或望大型指标) ；有些是指标值越小评价越好的指标，称为逆 向指标( 也称成本型指标或望小型指标) ，还有些是指标值越接近某个值越好的 指标，称为适度指标。在综合评价时，首先必须将指标同趋势化，一般是将逆 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 向指标和适度指标转化为正向指标，所以也称为指标的正向化。不同评价指标 往往具有不同的量纲和量纲单位，为了消除由此带来的不可公度性，还应将各 评价指标作无量纲化处理。指标的同趋势化和无量纲化都有多种方法，应用时， 应根据实际情况选择合适的方法。否则将会使综合评价的准确性受到影响。 对于指标的正向化，在实际应用中许多学者常使用将指标取倒数的方法。 用这种取倒数的变换方法完全改变了原指标的分布规律，所得综合