（交通运输规划与管理专业论文）营运船舶低碳排放评价研究.pdf

o p e r a t i n gs h i pl o w c a r b o ne m i s s i o ne v a l u a t i o nr e s e a r c h at h e s i ss u b m i t t e dt o da l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y ， c a i m e n g c h i ( t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rf a nh o u m i n g m a y 2 0 1 1 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文 = = 萱运墅魑毯挂趑迁俭班究：。除论文中已经注明引 用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 ，旷1 学位论文作者签名：爨澎：童二 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文 全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出 版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密彳( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：j 氍、岜导师 日期：洳f 年石月埸日 吲夺 ， 中文摘要 摘要 船舶是交通运输行业重要组成部分，在减少碳排放方面有巨大的空间 和潜力，碳排放以期降低二氧化碳的排放量并缓和温室气体效应，实现在 较高的经济发展水平上维持比较低的碳排放量的目标，与中国当前可持续 发展的理念和资源节约型、环境友好型社会的要求是一致的，与当前大力 推行的节能减排和循环经济也有密切联系。目前我国尚未建立一套完整的 营运船舶碳排放评价体系，亟需一套能够全面、客观、科学地评价营运船 舶碳排放体系。 本文从碳概念出发，分析营运船舶温室气体排放特点，根据国际公约和国家 及交通部指导文件，以科学性、系统性、定性与定量相结合、可操作性和可比性 为原则，构建营运船舶碳排放评价指标体系，并对评价指标和评价等级进行详细 的阐述，这是本文的核心，也是本文的创新点。 本文运用层次分析法计算权重，运用模糊综合评价对营运船舶碳排放评价指 标进行综合评价，并以“风后”船为实例对模型和计算方法进行验证。最后，运 用灰色关联度分析法对船舶碳排放进行排序，弥补只考虑最大隶属度原则可能漏 掉的信息，并进行实证研究。在此基础上，从技术性手段、操作性手段和市场性 手段阐述营运船舶碳排放措施。 。 关键词：碳排放：指标体系；评价方法 英文摘要 a b s t r a c t s h i p ，a s a l li m p o r t a n tp a r ti nt r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y , h a sh u g ep o t e n t i a li n a c h i e v i n gl o w e rl e v e lo fc a r b o ne m i s s i o n s ，w h i c hw i l ld i r e c t l y c o n t r i b u t et ot h e r e d u c t i o no fc a r b o nd i o x i d ee m i s s i o n sa n dt h em i t i g a t i o no fg r e e n h o u s ee f f e c t m o r e o v e r , i tc a na l s of u l f i l lt h et a r g e to fk e e p i n gal o w e rl e v e lo fc a r b o ne m i s s i o n s w i t h i nah i g h e rd e v e l o p m e n tl e v e lo fe c o n o m i ce n v i r o n m e n t ，w h i c he x a c t l yc o n f o r m s t ot h ec u r r e n tc h i n e s es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tc o n c e p ta n dt h er e s o u r c e c o n s e r v i n g a n de n v i r o n m e n t f r i e n d l ys o c i e t yr e q u i r e m e n t a d d i t i o n a l l y , i ti sl a r g e l yc o n s i s t e n t w i t ht h ec o n t e m p o r a r ys t r a t e g yo fe n e r g yc o n s e r v a t i o n ，e m i s s i o n sr e d u c t i o na n d r e c y c l i n ge c o n o m ya sw e l l h o w e v e r , n o w a d a y s ，o u rc o u n t r ys t i l ld o e sn o th a v e a c o m p l e t ee v a l u a t i o ns y s t e mt oa s s e s st h eo p e r a t i n gs h i p s l o wc a r b o ne m i s s i o n l e v e l c o n s e q u e n t l y , a l lu r g e n tr e q u i r e m e n to fe s t a b l i s h i n gac o m p r e h e n s i v ea n do b j e c t i v e s y s t e mt h a tc a ns c i e n t i f i c a l l y e v a l u a t et h el o wc a r b o ne m i s s i o n so fo p e r a t i n gs h i p b e c o m e sm o r eo b v i o u s b a s e do nt h el o wc a r b o nc o n c e p t ，f i r s t l y , t h i sp a p e rw i l ls y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e t h ec h a r a c t e r i s t i c so fg r e e n h o u s eg a se m i s s i o n s e c o n d l y , b a s e do nm a n e u v e r a b i l i t y a n dc o m p a r a b i l i t yp r i n c i p l e ，t h i sp a p e rw i l ll a r g e l yf o c u so ns y s t e m a t i c a l l ya n d s c i e n t i f i c a l l yc o n s t r u c t i n gal o wc a r b o ne m i s s i o ne v a l u a t i o ns y s t e mf o ro p e r a t i n g s h i p sb yu s i n gq u a l i t a t i v e a n dq u a n t i t a t i v em e t h o d s ，c o m b i n i n gw i t h d e t a i l e d i l l u s t r a t i o no fc o r r e s p o n d i n ge v a l u a t i o nc r i t e r i aa n dl e v e l t h el a t t e ri st h em a i n i n n o v a t i o na n dt h ec o r eo ft h i se n t i r ep a p e l t h i sa r t i c l eu t i l i z e sa h pt od e t e r m i n et h ew e i g h ta n dt h ef u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o dt oa s s e s st h ee v a l u a t i o nc r i t e r i ao fo p e r a t i n gs h i p s l o wc a r b o n e m i s s i o n i na d d i t i o n ，t of u r t h e rt e s tt h ef e a s i b i l i t yo ft h em o d e la n dv e r i f yt h e a c c u r a c yo ft h ec a l c u l a t i o n ，t h ev e s s e l “e m p r e s sp h o e n i x ”i st a k e na s 锄 e x a m p l e t h e n ，i nt h i sa r t i c l e ，t h eg r e yr e l a t i o n a la n a l y s i sa p p r o a c hi s u t i l i z e dt o i m p r o v et h e e v a l u a t i o nm e t h o da n dt oc o m p e n s a t ef o rt h ep r o b a b l em i s s i n g i n f o r m a t i o nc a u s e db ym e r e l yc o n s i d e r i n gm a x i m u mm e m b e r s h i pd e g r e ep r i n c i p l e t h es u m m a r yo fc u r r e n t e m i s s i o ns i t u a t i o n sw i l lb e p e r s p e c t i v e s ，t h ea p p r o a c h e sf o ro p e r a t i n gv e s s e lt oa c h i e v el o wc a r b o ne m i s s i o nw i l l b ed e m o n s t r a t e di nt h i sa r t i c l ei nt h ee n d k e yw o r d s ：l o wc a r b o ne m i s s i o n s ；i n d e xs y s t e m ；e v a l u a t i o ns y s t e m 卜 一 目录 目录 摘要1 a b s t r a c t ：1 第一章绪论一1 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 国际背景1 1 1 2 船舶温室气体排放2 1 1 3 碳概述4 1 2 国内外文献综述6 1 3 本文研究思路7 第二章评价方法综述8 2 1 层次分析法8 2 2 模糊综合评价方法1 3 2 3 灰色关联度分析法1 9 第三章营运船舶碳排放指标体系的构建2 3 3 1 营运船舶温室气体排放特征2 3 3 2 营运船舶碳排放指标体系构建原则及依据2 4 3 2 1 构建原则2 4 3 2 2 构建依据2 6 3 3 营运船舶碳排放指标体系2 8 3 4 营运船舶碳排放指标体系具体含义和考核内容及标准2 9 第四章营运船舶碳排放评价3 9 4 1 评价指标的建立和评价标准的选取3 9 4 2 各评价指标权重的确定3 9 4 3 评价指标隶属度的计算4 1 4 3 1 定量指标隶属度的计算4 1 4 3 2 定性指标隶属度的计算4 2 4 4 评价模糊矩阵的确定4 3 研究4 3 背景介绍4 3 求解过程一4 5 船舶碳排放措施：4 9 技术性手段一4 9 操作性因素5 0 - 市场性因素一5 1 - - ! ；3 一 - ! ；3 - ! ；3 - - ! ；5 - 。! ；8 营运船舶低碳排放评价研究 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 国际背景 随着社会的进步和科学技术的发展，人类对能源的需求量也日益增加，在满 足了人类的生活需求，为人类提供了各种便利的同时，能源消耗过程也带来了严 重的环境问题。2 0 世纪后半叶以来，以气候变暖为主要特征的全球气候变化问 题日益成为国际社会关注的焦点，并且已成为毋庸置疑的事实，根据大量实测资 料，近百年( 1 9 0 6 2 0 0 5 年) 全球平均地表温度升高了o 7 4 c ，并且升温速度不断 加快，同时全球平均海平面也在不断上升。政府间气候变化专门委员会 ( i n t e r g o v e r n m e n t a lp a n e lo nc l i m a t ec h a n g e ，i p c c ) 2 0 0 7 年第四次评估报告进 一步提高了最近5 0 年气候变化主要是由人类活动引起的可信度( 由原来的6 6 的最低限提高到了目前的9 0 ) ，指出人为导致的温室气体浓度增加很可能( 9 0 以上的可信度) 是导致气候变暖的主要原因。 温室气体浓度的大幅升高，使全球温室效应明显增强。综合美国橡树岭国家 实验室二氧化碳信息分析中心( c d n c ) 、世界资源研究所( w r i ) 和美国能源 部能源信息管理局( e 认) 的数据，自一次工业革命以来，1 7 5 1 - 2 0 0 6 年全球累 计排放了1 2 2 万亿吨二氧化碳。与人类活动排放的温室气体量骤增相对应，自 1 7 5 0 年以来，全球大气二氧化碳( c 0 2 ) 、甲烷( c i - 1 4 ) 、氧化亚氮( n 2 0 ) 浓度 也显著增加，目前总浓度已远远超出了根据冰芯记录得到的工业革命前几千年的 浓度值。其中，c 0 2 是最重要的人为温室气体，全球大气c 0 2 浓度已从工业革命 前( 1 7 5 0 年) 约2 8 0 毫升立方米( p p m ) 增加到了2 0 0 7 年的3 8 3 毫升立方米( p p m ) ， 远远超过了过去6 5 万年来自然因素引起的变化范围。全球c i - h 浓度从工业革命 前的7 1 5 微升立方米( p p b ) 增加到了2 0 0 7 年的1 7 8 9 微升立方米( p p b ) 。全球 n 2 0 浓度在工业革命前为2 7 0 微升立方米( p p b ) ，到2 0 0 7 年也升高到了3 2 0 9 微升立方米( p p b ) 。 出于对日益严峻的气候变化事实及其影响的担忧，国际社会加快了气候变化 科学研究、政策制定和实施有效应对方案的步伐。在1 9 9 2 年里约热内卢召开的 i ，叮 绪论 与发展大会上，以应对环境变化和温室气体减排合作为主要内容的 联合国气候变化框架公约( u n f c c c ) 获得通过。为了明确各国减排义务， 切实推进温室气体减排运动，在1 9 9 7 年京都召开的u n f c c c 第三次缔约方大会 上通过了基于量化减排目标的京都议定书，京都议定书与2 0 0 5 年2 月生 效。京都议定书规定，在2 0 0 8 2 0 1 2 年( 第一承诺期) ，所有公约附件一发达 国家( 以发达国家为主) 的c 0 2 等6 种温室气体的排放量要在1 9 9 0 年的水平上 平均总体减少5 2 ，其中，欧盟消减8 ，美国消减7 ，日本消减6 。按照“共 同但有区别的责任”原则，发展中国家在这一时刻不承担量化的减排义务。2 0 0 7 年1 2 月，联合国气候变化框架公约第1 3 次缔约方大会在印度尼西亚巴厘岛 召开，与会各方达成了代表多方妥协结果的“巴厘岛路线图”，根据框架公约 的规定，结合中国经济社会发展规划和可持续发展战略，我国制定并公布了中 国应对气候变化国家方案，成立了国家应对气候变化领导小组，颁布了一系列 法律法规。2 0 0 9 年第十五次缔约方会议一哥本哈根会议确立了“共同但有区别 的责任”的原则，就发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减缓行动作出 了安排，并就长期目标、资金和技术支持、透明度等焦点问题达成广泛共识。根 据联合国气候变化框架公约和京都议定书的规定和原则，中国虽然没有 具体的温室气体减排义务，但是中国政府根据自己的国情，已经和正在采取一系 列兼顾发展和环境、双赢的政策措施应对气候变化问趔1 1 。中国“十一五”规划 中提出了控制温室气体排放取得明显成效和能源强度( 单位g d p 能耗) 降低2 0 的目标【2 】。以此为标志，发展以低能耗、低污染、低排放为基础的碳经济与生态 经济，成为了中国的一项重要国策和战略重点。而交通运输作为主要碳排放源之 一，是温室气体减排、缓解气候变化的重要领域。因此，国务院把交通运输行业 确定为节能减排的重点行业之一，国务院明确要求加快建设以碳排放为特征的交 通运输体系【3 】。 1 1 2 船舶温室气体排放 根据i m o 近年来的调查报告和有关资料，船舶营运时对海洋环境、大气环 境的变化有很大的影响。消耗世界总能量3 的船舶所造成的污染已占全球污染 的7 ，而且这种污染流动性强、扩散性大、持续时间长、海洋、大气质量的下 2 糟 l 囊 谚 d t 譬 营运船舶低碳排放评价研究 降，近海和内河的污染，南极臭氧空洞的出现等恶果都是显而易见的，其中有以 港湾的受害最为直接和严重。船舶在港口的密集航行，停靠作业，排放出来大量 废气对港口的环境造成极大的危害。据日本科研机构调查，成千上万条在濑户内 海明石海峡至大阪湾穿梭航行的船舶造成了严重污染，s o x 释放到大气中会形成 酸雨。n o ；与太阳光发生光化学反应，会产生对人体有害的物质，引起人体血液 循环紊乱。由于n o 。无色、无味，船员和其他人员容易吸入中毒。在一些陆海 风条件不好的地方，海上污染将殃及内陆，著名的阪神工业区也深受其害【4 j 。 根据国际海事组织第二次温室气体研究报告2 0 0 9 ) ) 的测算，2 0 0 7 年整个 海运业排放的c 0 2 达到1 0 5 4 亿吨，是1 9 9 0 年整个海运业c 0 2 排放的1 8 7 倍， 其中国际海运船舶排放的c 0 2 达到8 7 亿吨，是1 9 9 0 年国际海运c 0 2 排放的1 5 4 倍。如果不采取任何有效的措施控制温室气体的排放，到2 0 5 0 年温室气体的排 放量将比2 0 0 7 年增加1 5 0 2 5 0 5 1 。 表1 11 9 9 0 2 0 0 7 年整个海运温室气体排放量( 单位：万吨) t a b 1 1e x h a u s te m i s s i o n s ( m i l l i o nt o n n e s ) f r o mt o t a ls h i p p i n g ，19 9 0 - 2 0 0 7 绪论 表1 21 9 9 0 2 0 0 7 年国际海运温室气体排放量( 单位：万吨) t a b 1 2e x h a u s te m i s s i o n s ( m i l l i o nt o n n e s ) f r o mi n t e r n a t i o n a ls h i p p i n g ，19 9 0 - 2 0 0 7 各港口国都十分重视船舶的温室气体排放，并制定了严格的控制标准，以达 到保护海洋、大气环境的目的。自1 9 8 8 年以来，i m o 一直致力于防止、减少 和控制船舶造成的大气污染的研究，加紧相关法律法规的制定，最终于1 9 9 7 年 在伦敦召开的m a i 心o l 7 3 7 8 缔约国大会上，修订并批准了m 6 _ o o l 7 3 7 8 公 约附则一防止船舶造成空气污染规则，并取得了阶段性成果。 1 1 3 低碳概述 低碳的“碳”，从狭义上指造成当前全球气候变暖的c 0 2 气体，特别是 由于化石能源燃烧所产生的c 0 2 ，广义上包括京都议定书所提出的6 种温室 气体。温室气体是指地球红外线在向太空的辐射过程中被地球周围大气层中的某 些气体或化合物吸收，最终导致全球温度普遍上升的气体【6 】。温室气体在大气中 所占的比重十分微小，不足1 ，温室气体种类也随着人们认识水平的提高和相 关研究的深入开始不断的增多。1 9 9 7 年日本京都召开的联合国气候化纲要公 约第三次缔约国大会中所通过的京都议定书，明订针对二氧化碳( c 0 2 ) 、 甲烷( c h 4 ) 、氧化亚氮( n 2 0 ) 、氢氟碳化物( h f c s ) 、全氟碳化物( p f c s ) 及六氟化硫( s f 6 ) 六种温室气体进行减排。其中以后三类气体造成温室效 d a 囊 奸+ 矿 & 营运船舶低碳排放w e t 研究 应的能力最强，但从全球升温的贡献百分比来说，二氧化碳含量较多，所 占的比例也最大，约为6 3 略7 1 ，见表1 3 。所谓的“低”则是针对当前高度依 赖化石燃料的能源生产消费体系所导致的“高”的碳强度及其相应“低”的碳 生产率，最终要使得碳强度降低到自然资源和环境容量能够有效配置和利用的目 标。 表1 3 人类活动排放的温室气体 t a b 1 3h u m a na c t i v i t i e se m i s s i o n so fg r e e n h o u s eg a s e s 低碳经济的发展理念最早起源于英国。2 0 0 3 年2 月2 4 日，英国颁布了 能源白皮书( 我们能源的未来创建碳经济) ，成为世界上最早提出 “低碳经济( l o w c a r b o ne c o n o m y , i c e ) 的国家。该书讲述了英国未来 5 0 年的政策，阐明了英国今后如何实现京都议定书的承诺，和确保长 期的能源供应的安全性和经济性的措施等。英国政府为低碳经济发展设立 了一个清晰的目标：2 0 1 0 年二氧化碳排放量在1 9 9 0 年水平上减少2 0 ，到 2 0 5 0 年减少6 0 ，到2 0 5 0 年建立低碳经济社会【s 】。在此背景下，“低碳技 术”、“低碳城市”、“低碳足迹”、“低碳生活方式”、“低碳排放” 等一系列新概念、新政策应运而生。低碳经济以低能耗、低污染、低排放 和高效能、高效率和高效益为基础，以应对碳基能源对于气候变暖的影响 为基本要求，以实现经济社会的可持续发展为基本目的，其实质在于提升 能源的高效利用、推行区域的清洁发展、促进产品的低碳开发和维持全球 的生态平衡。低碳经济是从高碳能源时代向碳能源时代演化的一种经济发 展模式，与中国当前可持续发展的理念和资源节约型、环境友好型社会的 要求是一致的，与当前大力推行的节能减排和循环经济也有密切联系。 p y 绪论 低碳排放是针对温室气体排放量来讲的，目的是应对气候变化问题， 强调提高能源利用效率和采用清洁能源，以期降低二氧化碳的排放量并缓 和温室气体效应，实现在较高的经济发展水平上维持比较低的碳排放量的 目标。 1 2 国内外文献综述 国外学者关于减少船舶温室气体排放的研究已经有了一些成果。 m a r i n t e k ，s e h n e e k l u t h ，b ，n a e s se 【9 】【1 0 】【1 1 】通过新船船体和螺旋桨的设计实 现降低功率消耗，应用现有的水动力科学技术以实现节能，从而实现船舶温室气 体的减排。h e n n i ee ta 【1 2 】认为如果用船用柴油替代船用燃料油，在同样发热值的 燃料中含碳量将会减少4 5 ，但这样的做法受到资源和石油冶炼技术的限制。 k i e t i lf a g e r h o l t 1 3 】通过提高货物装卸效率减少整个航行时间实现节约燃料减少温 室气体排放，在欧盟开展的“船岸交互改善”( i p s i ) 项目研究成果的应用大大提 高了船舶装卸效率，节约在港时间7 5 左右。l m i e h a e l i s 1 4 】提出按照环境理论 建立反映船舶环境效率的指数体系，按照这个指数体系，每艘船舶将被赋予不同 的环境指数，该指数作为对该船舶征收各种税、港口使费、保险费率等的依据。 国内也有关于减少船舶温室气体排放的研究，郑庆功【l5 】介绍了船舶温室气体 减排的方法，从减排成本和减排效益两方面分析，定量研究了船舶采用减速航行 实现温室气体减排方法的经济性和可行性。谢光明【1 6 】首先通过对船舶运输成本的 分析寻求控制成本的有效途径；然后，从分析航速、主机功率、油耗量三者之间 的关系出发，阐述降速节能的原理，对船舶降速航行时船舶经济性作出分析，分 析营运船舶应如何选择最佳航速，并具体举例计算分析船舶降速航行后每海里 n o x 的排放量。贾石岩【1 7 】论述了国外部分港口对到港船舶实施岸电替代船舶柴油 机发电技术( a m p ) 的技术标准、现状和发展状况，并从技术、管理、成本等方面 分析了现有船舶实施a m p 存在的主要问题。随后对我国港口实施a m p 实现温 室气体减排的可行性进行了分析，分别对港口和船舶实施a m p 的经济和环境效 益两方面进行了重点分析。吴校明【1 8 】以c m a r p o l 7 3 7 8 公约附则全面生 效为背景，通过对船用柴油机废气排放中n o 。生成机理的讨论，从柴油机结构、 一 i 营运船舶低碳排放评价研究 燃油和进气条件这三方面分析了其对船用柴油n o x 排放特性的影响，并提出了 改进型g 8 3 0 0 z c 3 0 b 船用柴油机n o 。排放控制改进措施。 目前国内对于船舶温室气体排放的研究多集中在国际法规分析落实，有关政 策的制定，以及减少船舶温室气体排放的各种技术措施的研究实现等方面。对于 船舶温室气体排放评价涉及的非常少。张雪【19 】分析了手册计算法、燃料消耗量计 算法和载重量计算法计算船舶温室气体排放的优劣，应用无监督样本识别问题中 的模糊聚类模型，选取n o x 、s o ”c o 。作为船舶大气污染物的主要评价因素， 设计并构建了船舶大气污染物评价模型。张尊华以港口和航运企业的船舶组成 的港航系统为研究对象，通过层次分析法、模糊数学等评价方法，建立了港航系 统节能减排的评价指标体系和评价方法，为港航系统节能减排考核评价提供科学 依据。 1 3 本文研究思路 本文的研究内容如下： 首先从理论上介绍层次分析法、模糊综合评价和灰色关联度分析法的定义及 解题步骤，接着从碳概念出发，分析营运船舶温室气体排放特点，根据国际公约 和国家及交通部指导文件，以科学性、系统性、定性与定量相结合、可操作性和 可比性为原则，构建营运船舶碳排放评价指标体系，并对评价指标和评价等级进 行详细的阐述，这是本文的核心，也是本文的创新点。 本文运用层次分析法计算权重，运用模糊综合评价对营运船舶碳排放评价指 标进行综合评价，并以“风后”船为实例对模型和计算方法进行验证，运用灰色 关联度分析法弥补只考虑最大隶属度原则可能漏掉的信息，并进行实证研究，证 明该方法的科学性与正确性。最后总结国内外营运船舶碳排放措施，并从技术性 手段、操作性手段和市场性手段进行阐述。 评价方法综述 2 1 层次分析法 第二章评价方法综述 层次分析法( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ) 是美国著名运筹学家萨蒂 ( t - l s a a t y ) 1 9 8 2 年提出的一种综合了人们主观判断的简明、实用的定性分析 与定量分析相结合的系统分析与评价的方法。它把复杂问题分解成各个组成因 素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。通过两两比较的方式确定 各个因素相对重要性，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总排 序。运用层次分析法进行系统分析、设计、决策时，可分为4 个步骤进行【2 。 ( 1 ) 建立层次结构模型 首先分析系统中各因素之间的关系，构造出一个层次分析的结构模型，如图 2 1 表示。在模型中，复杂问题被分解成不同的部分，称为元素，这些元素又按 属性分成若干组，形成不同层次。同一层次的元素作为准则对下一层的某些元素 起支配作用，同时它又受上面层次元素的支配。层次可分三类f 2 2 】：最高层也叫目 标层，是问题的预定目标或理想结果，只有一个元素；中间层也叫准则层，该层 有准则和子准则若干层次组成，包括要实现目标所涉及的中间环节中需要考虑的 准则；最底层也称指标层或方案层，包括为实现目标可供选择的各种措施、决策 方案等。 目标层a 准则层b 指标层c 图2 1 多目标决策问题的递阶层次结构 f i g 2 1t h ec l a s st i m es t r u c t u r eo fm u l f i - o b j e c t i v ed e c i s i o n - m a k i n gp r o b l e m 营运船舶低碳排放评价研究 递阶层次结构中的上一层元素可以支配下层的所有元素，但也可只支配其中 部分元素。递阶层次结构中的层次数与问题的复杂程度及需要分析的详尽程度有 关，可不受限制。每一层次中各元素所支配的元素一般不要超过9 个口3 1 ，因为支 配的元素过多会给两两比较判断带来困难。层次结构的好坏对于解决问题极为重 要，当然，层次结构建立得好坏与决策者对问题的认识是否全面、深刻有很大关 系。 ( 2 ) 构造判断矩阵 对同一层次的各元素关于上一层中某一准则的重要性进行两两比较，构造两 两比较的判断矩阵，即对于准则b ，元素c i 和q 哪一个更重要，重要的程度如 何，通常按l - - 9 比例标度对重要性程度赋值，下表中列出了i 9 标度的含义【2 4 1 。 表2 i 标度列表 t a b 2 it h es e a l el i s t 相对比值( 标度劬) 含义 2 、4 、6 、8 倒数 表示两个元素相比，具有同样的重要性 表示两个元素相比，前者比后者稍重要 表示两个元素相比，前者比后者明显重要 表示两个元素相比，前者比后者强烈重要 表示两个元素相比，前者比后者极端重要 表示上述相邻判断的中间值 若元素i 与j 的重要性之比为a ，那么元素j 与元素i 重要性之比为a ，= 1 口， 将比较的结果以数字的形式写入一个矩阵表，即对于准则层b ，n 个元素之 间相对重要性的比较得到一个两两比较判断矩阵： a = ( a o ) 。 其中a ，就是元素e 和q 相对于b 的重要性的比例标度。判断矩阵a 具有下 列性质： 0 ，a j ri a o ，口“2 l 若判断矩阵a 的所有元素满足式a f t , = a 疆，则称a 为一致性矩阵。 不是所有的判断矩阵都满足一致性条件，也没有必要这样要求，只是在特殊 9 以依次相对与之有关的上 2 2 给出了考查b 层因素 分法) t a b 2 2t h ec o n s t r u c t i o no f j u d g m e n tm a t r i xa - b ( 3 ) 相对重要程度( 即权重) 的计算以及一致性检验 理论上讲，对以某上层要素为准则的同一层次要素的相对重要程度可以通过 计算判断矩阵a 的特征值获得。但因其计算方法较为复杂，而且实际上只能获 得对a 粗略的估计【2 5 】，因此计算其精确的特征值是没有必要的。实践中可以采 用和法、根法( 即几何平均法) 、特征根法、对数最t j 、- - 乘法和最小二乘法计算 特征值的近似值。 本文介绍和法，计算步骤如下： 先把a 的元素按列归一化：然后将归一化后的各行相加；最后将相加后的 向量除以n ，即得权重向量，见公式( 2 1 ) 。 辅 ， ， 营运船舶低碳排放评价研究 砒= l i = l 、2 、3 l = l 嵋2 彳一 、 丹口移 ( 2 1 ) 计算一致性的过程中，需要计算矩阵最大特征根k ，可应用公式( 2 2 ) ： k ：喜等：i 1 台 t 否a i w z ，刀 眩2 ， 其中w 表示用求出的权重向量。 得到单一准则下所求各被比较元素的排序权重向量，即为同一层次相应元素 对于上一层次元素相对重要性的权重问题。再将所得的u = ( b t ，b ：，b 。) 向 量分别做归一化处理，最后得到矩阵向量w = ( w l ，w 2 ，) r 由于判断矩阵会受到专家知识水平和个人偏好的影响，构造出的判断矩阵难 免会出现不一致的情况，因此需要对判断矩阵进行一致性检验【2 6 1 。其判断式： c i ：堑二!( 2 3 ) 玎一1 查找相应的平均随机一致性指标尺j 。表2 3 给出了l 1 5 阶正互反矩阵计算 1 0 0 0 次得到的平均随机一致性指标。 表2 3 平均随机一致性指标r i t a b 2 3a v e r a g er a n d o mc o n s i s t e n c yi n d e xr i 矩阵阶数 12345678 r i o0 0 5 2 o 8 9 1 1 21 2 61 3 7 1 4 1 矩阵阶数 91 0 1 1 1 2 1 31 41 5 r 1 1 4 61 4 91 5 21 5 41 5 61 5 81 5 9 资料来源：系统工程引论 一般地，当c 兄= 罟 o 1 0 t 扣j ，就认为层次总排序的计算结果具有令人满 意的一致性，反之，对本层次的各判断矩阵进行调整，直至层次总排序的一致性 l l 的总 对于 ( 2 4 ) 个元 j = i 并且一般公式为式 w 。) = 尸( 。p ( h ) w 2 ( 2 7 ) 其中，形( 2 是第二层上元素的总排序向量，也是单一准则下的排序向量。 要从上到下逐层进行一致性检验较难，若已求得k 一1 层上元素j 为准则的一 致性指标c ，岁，平均随机一致性指标尺，岁，一致性比例c r 梦( 其中 = 1 , 2 ，甩) ，则k 层的综合指标为式( 2 8 ) c a r = ( c ，c a r 昆) w 伸。” ( 2 8 ) r a r = ( r ”ri 2 ) w 卜1 ( 2 9 ) 当c r o 1 时，认为递阶层次结构在k 层水平的所有判断具有整体满意 的一致性。 至此，通过分解、分析和再综合，将诸多复杂因素按轻重进行了排序，确定 了各自的权重值，建立了权重集w = ( w l ，w 2 ， oo l t ) r 。 2 2 模糊综合评价方法 模糊数学方法是2 0 世纪6 0 年代z a d e hl a 首先提出来的【2 8 】。模糊综合评价 法( f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ) 是运用模糊数学和模糊统计方法， 通过对影响某事物的各个因素的综合考虑，应用模糊变换原理和最大隶属度原 则，对该事物的优劣作出科学地综合评价【2 9 1 。模糊综合评价是根据评价对象具体 情况和评价具体目标，进行评判指标的取值、排序、再评价择优的过程，用模糊 数学确立模糊评价矩阵r 的步骤如下【3 0 】： ( 1 ) 确定因素集 因素集是以影响评价对象的各种因素为元素组成的集合，用u 表示，即： u = “1 ，“2 ，“。)( 2 1 0 ) 评价的框架由评价因素a = 1 , 2 咒) 构成，它们通常都具有不同程度的模糊 性，在模糊综合评价方法中，模糊性通过隶属度函数来处理。 本文中的评价因素是层次分析法得到的各层次相应的评价指标，包括因素集 u = b l ，岛或) 和子因素集u 。= ( c 1 ，c 2 ，c ，) 。 ( 2 ) 建立等级评语集 等级评语集是由评价对象可能作出的评价结果所组成的集合，可表示为： 矿= ( v l ，屹，)( 2 1 1 ) 评价等级标准，o = 1 , 2 ，聊) 规定了某一评价因素的评价结果的选择范围， 既可以是定性的，也可以是定量的，m 是元素个数，即等级评语次数。模糊综合 评价的目的，就是在综合考虑所有影响因素的基础上，从等级评语集中得出对被 评价对象最佳的评价结果。 ( 3 ) 构造隶属函数 设彳是论域x 的普通子集，x 绝对属于彳，即z 属于彳的程度为l ；x 绝对 不属于a ，即x 属于a 的程度为0 。若石属于a 与j 不属于么并非绝对，我们就 用【o ，1 之间的一个数表示x 属于a 的程度，称为隶属度。这样得到的集合就叫做 模糊鲥3 1 1 。 设x 是论域，映射式 、 评价方法综述 u 一：x 一 0 ，1 ( 2 1 2 ) 称为x 的一个模糊子集彳。称“月为a 的隶属函数，而溉ex ，u a ( 曲称为x 对于彳的隶属度。为了方便起见，我们有时用彳( x ) 表示“一( 力。模糊集合是用隶 属函数来描述的，隶属函数是把模糊性进行数值化描述，使事物的不确定性在形 式上用数学方法进行计算。隶属函数的正确选择是重要的工作，选取不当则会造 成降低诊断精度、背离实际情况的影响。目前在理论上还没有确定隶属函数的普 遍适用的方法。下面介绍几种建立隶属函数的常用方法： 1 ) 主观经验法 指在论域离散的情况下，依据个人主观经验，直接或间接给出元素隶属程度 的具体值来确定隶属函数的方法，具体有以下几种： 因素加权综合法 首先由专家确定能体现a 的基本特征及其权重o = 1 , 2 ，n ) 。其次让每一 特征w ，对应特征集a t = ( 卅x 具有特征心) ，则a 的隶属函数可取作： ”一( x ) = 二嵋彳，( x ) ( 2 1 3 ) w ： 专家评分法 指当论域有限时，可综合多数专家的评分来确定隶属函数的方法，该方法在 经济与管理等各个领域广泛应用，计算步骤为先