1、聚類分析法在水路集裝箱運輸績效評價中的應用張赫1 王煒2摘 要:隨著我國加入WTO組織,我國與世界各國的貿易往來與日俱增,我國集裝箱運輸事業得到了迅猛的發展,為了有效地保證集裝箱運輸企業制定決策的合理性,本文應用聚類分析和層次分析法對水運集裝箱運輸企業的運營結果進行了評價,并結合實例進行了驗證。此研究成果可有效地保證水運集裝箱運輸企業發現自身運營過程中不合理的環節,減少其制定運營決策的盲目性和隨意性。關鍵詞:集裝箱運輸,績效評價,聚類分析,層次分析一、前言隨著我國加入WTO組織,我國與世界各國的貿易往來與日俱增,在外貿進出口的帶動下,我國集裝箱運輸事業得到了迅猛的發展,我國港口集裝箱吞吐量大幅

2、攀升。據統計,2005年,我國港口集裝箱吞吐量繼續快速增長,與2004年同期相比增長128.8%。2007年我國經濟仍然處于高速平穩增長區段,國民經濟有望繼續保持9%左右的增長速度;國內外貿易量會繼續穩步增長,中國水路貨物運輸仍然會保持12%左右的增長速度。中國交通部水運協會的研究報告預測,在2010年前后中國將成為世界最大的集裝箱航運中心,港口集裝箱吞吐量將達到10,800萬TEU,外貿集裝箱吞吐量將達到8,000-8,500萬TEU,2020年港口集裝箱吞吐量將達到18,300萬TEU。港口集裝箱業務面臨巨大的成長空間。針對上述情況,如何合理地減少水運企業制定運營決策的盲目性和隨意性,同時

3、使航運企業發現自身運營過程中不合理的環節并加以改善,這就使得對水運企業運營效果的績效評價成為發現上述不合理現象的重要途徑。集裝箱運輸績效評價是指運用一定的方法,采用特定的指標體系,對照統一的評價標準,按照一定的程序對某一個航運企業一定經營期間的經營效益和經營者業績做出客觀、公正、準確的綜合評價。開展績效評價能夠正確判斷企業的實際經營水平,評價企業經營成果,促進企業改善管理,提高經營水平從而提供企業競爭力。通過評價經營過程不斷地將評價結果和企業目標對比分析、檢驗和修正。經營者通過評價進行自我剖析,深入研究經營存在的問題,提出有針對性的改進措施。由于評價主體的立場、評價方法等方面的多樣性,評價過程

4、中存在主觀片面性,評價結果必然存在差異。因此選取評價指標和建立一套科學完整、行之有效的企業績效評價體系必須遵循一定的原則。本文就是依托國家自然科學基金項目基于路網信息的港口物流智能調度系統模型和關鍵技術研究(60602020以及國家973計劃城市交通需求生成機理與瓶頸識別(2006CB705501應用聚類分析法和層次分析法并結合航運公司的實際數據對水路集裝箱運輸的整體效果進行綜合評價。二、評價原則及評價指標體系建立一套系統的、科學的、實用的評價指標體系,是分析評價集裝箱運輸的首要問題。指標體系的建立并不是研究對象特征的簡單羅列,它的選擇應遵循一定的原則。根據集裝箱運輸的特點和評價的主要內容,我

5、們主要遵循了科學性原則、系統性原則、獨立性原則、簡1大連海事大學交通工程與物流學院,副教授,地址:大連市凌海路1號大連海事大學交通工程與物流學院,郵編:116026,Tel: (041184729330,81910741,E-mail:zhanghe。2東南大學交通學院,教授,博士生導師,地址:南京市玄武區四牌樓2號東南大學交通學院,郵編:210096, Tel: (02583794101,E-mail:wangwei。易性原則、實用性原則、層次性原則以及定性指標和定量指標相結合的原則建立了水運集裝箱運輸評價指標體系。水運集裝箱運輸評價指標體系是對水運集裝箱運輸進行正確分析和評價的依據和基礎,

6、根據對集裝箱運輸的特點,在總結前人相關工作的基礎上,并征求了相關專家的意見后,建立了如圖1-1所示的水運集裝箱運輸的績效評價指標體系: 圖1-1 水運集裝箱運輸評價指標體系三、評價方法選取 1、聚類分析法聚類分析是數理統計中研究“物以類聚”的一種方法。聚類分析的職能是建立一種分類方法,它是將一批樣品或變量,按照它們在性質上的親疏程度進行分類,而描述其親疏程度通常有兩個途徑:一是把每個樣品看成是m 維(變量的個數為m 個空間的一個點,在m 維坐標中,定義點與點之間的距離;另一個是用某種相似系數來描述樣品點之間的親疏程度。 如前所述,當確定了樣品或變量間的距離或相似系數后,就要對樣品或變量進行分類

7、,分類的方法很多:一類方法是在樣品距離基礎上定義類與類之間的距離。其做法是首先將n 個樣品自成一類,然后每次將具有最小距離的兩類合并,合并后重新計算類與類之間的距離,這個過程一直繼續到所有樣品歸為一類為止。把這個過程作成一張聚類譜系圖,這種方法稱為系統聚類法(又稱譜系聚類。另一種分類方法是將n 個樣品初步分類,然后根據分類函數盡可能小的原則,對已分類別進行調整,直到分類合理為止,這稱為調優法,如動態聚類法就屬于這種類型。此外還有模糊聚類、圖論聚類、聚類預報等多種方法。根據上面的介紹知道聚類的方法有很多種,本文采用了系統聚類中的相似系數法。系統聚類分析是聚類分析中應用最廣泛的一種方法,凡是具有數

8、值特征的變量和樣品都可以采用系統聚類法,選擇不同的距離和聚類方法可獲得滿意的數值分類效果。系統聚類法是把個體逐個地合并成一些子集,直至整個總體都在一個集合內為止。系統聚類法中的相似系數法主要是利用各個變量之間的相似系數的大小來判斷并進行歸類的。 2、聚類分析方法的計算步驟本文采用最大相似系數作為聚類標準,即把相似系數最大的兩類聚為一類。具體做法是:定義類和之間的相似系數為:p G u G pu R(1max ,uj p i G q G q ijpu r R =(1計算各個變量之間的相似系數,得到一個相似系數矩陣,此時各個變量自成一類,顯然有。(0R pu pu r R =(2尋找的非主對角線上

9、的最大元素,設為,則將和合并成一新類,記為,即。(0R pu R p G u G s G ,u p s G G G =(3計算新類與其它類的相似系數(2,maxmax ,max maxmax ukpk G q G q ij G q G q ij G q G q sj sk R R r r r R kj u i kj P i Kj ss =所得到的相似系數記為。(1R (4對重復實行對于的步驟,得,由按同樣的步驟計算得這樣直到所有的變量類并為一類為止。(1R (0R (2R (2R (3R 在系統聚類分析中,用戶事先無法確定類別數,系統將所有數據均調入內存,且可執行不同的聚類算法。系統聚類分析有

10、兩種形式,一是對研究對象本身進行分類,稱為Q 型舉類;另一是對研究對象的觀察指標進行分類,稱為R 型聚類。由于這里是對研究對象的觀察指標進行分類,所以使用R 型聚類。本文應用珠江三角洲某集裝箱運輸企業A 公司的實際數據,使用SPSS12.0軟件進行模擬,運算結果如圖1-2所示:VAR00009 9 VAR00016 16 VAR00015 15 VAR00012 12 VAR00014 14 VAR00001 1 VAR00017 17 VAR00003 3 VAR00002 2 VAR00006 6 VAR00007 7 VAR00011 11 VAR00013 13 VAR00005 5

11、VAR00008 8 VAR00010 10 VAR00004 4C A S E 0 5 10 15 20 25 Label Num +-+-+-+-+-+ 圖1-2 聚類譜系圖其中代碼所代表的意義如表1-1所示:表1-1 代碼表代碼 VAR01 VAR02 VAR03 VAR04 VAR05 VAR06 含義 年均每月運輸箱數 船舶艘數載箱能力占市場份額 箱型結構船舶艙位利用率 代碼 VAR07 VAR08 VAR09 VAR10 VAR11 VAR12含義 集裝箱預測運量 方向不平衡性 適箱貨裝箱率 平均每箱裝貨量 集裝箱內陸周轉期 準班率 代碼 VAR13 VAR14 VAR15 VAR

12、16 VAR17含義平均運達時間客戶滿意度船舶港口費用船舶燃油費用船舶管理費用由圖3-1我們可以看出指標中有下述的相關性:(1平均每月運輸箱數A 1、和載箱能力A 3、船舶管理費用F 3的相關程度最大,以及適箱貨裝箱率D 1和船舶燃油費用F 2分別聚為一類,為一層聚類(2平均每月運輸箱數A 1、和載箱能力A 3、船舶管理費用F 3所構成的一層聚類與船舶艘數A 2和船舶艙位利用率C 1一起構成二層聚類;(3適箱貨裝箱率D 1和船舶燃油費用F 2所構成的一層聚類與船舶港口費用F 1一起構成三層聚類。考慮到各指標對評價目標影響程度的大小和重要程度,在本文中將僅選取到三層聚類,如圖中所示,即選取每月運

13、輸箱數A 1、船舶數A 2、載箱能力A 3、船舶艙位利用率C 1、件雜貨集裝箱化比重D 1、船舶港口費用F 1、船舶燃油費用F 2、船舶管理費用F 3作為評價的最終指標來對珠江三角洲水運集裝箱運輸績效作一定的評價。 四、層次分析法1、層次分析法基本思想層次分析法(AHP是由美國運籌學家,匹茲堡大學教授Satty 70年代末提出的,AHP 具有系統、靈活、簡便以及定性與定量分析相結合的特點,特別是能將決策者的經驗判斷給予量化,對判斷目標結構復雜且缺乏必要的數據的情況更實用,成為使用最多的一種多目標決策分析方法。水路集裝箱運輸評價指標體現在許多方面,并不是體現在單一方面。層次分析法就是把復雜事情分

14、成若干有序層次,然后根據對某一客觀事物的判斷,就每一層次的相對重要性作出定量表示,即構造“比較判斷矩陣”。從這矩陣的最大特征根及其特征向量,確定每一層次中各元素的相對重要性次序的權值。通過對各層次的分析進而導出對整個問題的分析,即可以得出對地區間運輸綜合評價的定量分析。為此,本文運用層次分析法以及航運公司的實際數據將反映水路集裝箱績效運輸的各單一評價指標,納入一個有機的系統之中,對水路集裝箱運輸進行綜合評價。利用層次分析法分析實際問題的一般步驟如下:(1通過對系統的深刻認識,確定該系統的總目標,弄清規劃決策所涉及的范圍、所要采取的措施方案和政策、實現目標的準則、策略和各種約束條件等,廣泛地收集

15、信息。(2建立一個多層次的遞階結構,按目標的不同、實現功能的差異,將系統分為幾個等級層次。(3確定以上遞階結構中相鄰層次元素間相關程度。通過構造兩比較判斷矩陣及矩陣運算的數學方法,確定對于上一層次的某個元素而言,本層次中與其相關元素的重要性排序-相對權值。(4計算各層元素對系統目標的合成權重,進行總排序,以確定遞階結構圖中最底層各個元素的總目標中的重要程度。(5根據分析計算結果,考慮相應的決策。AHP 對問題所涉及的因素進行分類,然后構造一個各因素之間相互連接的層次結構模型。一個決策系統大體可以分成三個層次:(1 最高層(目標層:這一層次中只有一個元素,一般它是分析問題的預定目標或理想結果;(

16、2 中間層(準則層:這一層次中包含了為實現目標所涉及的中間環節,它可以由若干個層次組成,包括所需考慮的準則、子準則;(3 最低層(方案層:這一層次包括了為實現目標可供選擇的各種措施、決策方案等。在本文中采用了直接調查法來確定各指標的相對評價目標的重要程度。通過大量的調查統計能降低、避免進而消除個人主觀性的影響,從而比較客觀的反映各因素的重要程度。通過反饋回來的調查表的統計,便可以得到各層中不同評價指標兩兩對比的重要程度,根據前面的計算步驟,可以得出所需的結果。 2、實例應用根據上述步驟,首先調查構造判斷矩陣P ,如下表1-2所示表1-2判斷矩陣PP1A 2A 3A 1C 1D 1F 2F 3F

17、A1 A2 A3 C1 D1 F1 F2 F3 1 1/9 1/4 1/3 1/7 1/6 1/2 1/5 9 1 5 4 1 5 6 3 4 1/5 1 1/2 1/5 1/3 5 1/3 3 1/4 2 1 1/5 1/3 3 1/3 7 1 5 5 1 3 7 3 6 1/5 3 3 1/3 1 5 3 2 1/6 1/5 1/3 1/7 1/5 1 1/5 5 1/3 3 3 1/3 3 5 1 （2）由方根法計算得 W0 = （3.8202,0.2977,1.4758,1.3335,0.3124,0.7993,3.0692,0.7672） w w w 歸一化后得權重向量 W = m

18、1 , m 2 ,L , m m w wi i wi i =1 i =1 i =1 （3）一致性檢驗 由計算可得出 max 8.875 （0.321,0.026,0.124,0.112,0.028,0.067,0.258,0.064） CI = max n n 1 = 8.875 8 = 0.125 8 1 從表表 4-3 可查的 RI 的值，所以 CR = CI 0.125 = = 0.088 <0.1 即符合一致性的要求。 RI 1.42 依據上述結果，本文通過對 A 企業 20012005 年數據的比較分析，得出評價結果。為 了使各指標數據具有可比性， 這里采用下面的標準化處理方法

19、對指標進行處理。 標準化處理 就是將屬于同一類的一組數據的數值進行加總， 然后用各項具體指標數據除以加總和， 得到 各項指標的具體標準化結果， 用來表示其在這一同類指標中占據的位置。 其具體表達式如下 式所示： xi = xi x i =1 n i=1,2,m （3） i 標準化處理方法可以對不同種類的指標數據進行規格化處理，使其具有可比性，并能 夠很好的體現各項指標的在總體項目中的相對位置。同時，為了提高評價結果的可觀察性， 這里對處理后的結果統一乘以 100，使最終評定結果介于 0100 之間。 6 運用此方法對指標數據的處理結果如下表 13 所示： 表 13 指標處理后數據 年份 200

20、1 項目 2002 2003 2004 2005 年平均運輸箱數 A1 14.88 17.85 27.37 19.04 20.86 船舶艘數 A2 16.02 18.78 24.86 20.99 19.34 載箱能力 A3 16.22 18.46 23.25 21.42 20.65 艙位利用率 C1 23.05 24.78 26.80 23.63 24.78 適箱貨裝箱率 D1 18.29 19.21 19.81 20.73 21.95 船舶港口費用 F1 17.86 19.05 19.05 20.24 23.80 船舶燃油費用 F2 15.79 18.42 23.68 27.36 28.95

21、 船舶管理費用 F3 16.13 18.55 24.19 20.16 20.97 用指標權重乘以對應的指標數據，然后進行加總，就可以得到最終的評定結果。其數 學表達式為： Y = wi xi i = 1、L 8 2 （4） 式中： xi 為指標數據標準化處理結果，可由上表對應得到。 運用上述步驟，得到評價最終評定結果如下表 14 所示： 表 14 最終評定結果 年份 2001 項目 2002 2003 2004 2005 年平均運輸箱數 A1 4.78 5.73 8.79 6.11 6.70 船舶艘數 A2 0.42 0.49 0.65 0.55 0.50 載箱能力 A3 2.01 2.29

22、2.88 2.66 2.56 艙位利用率 C1 2.58 2.78 3.00 2.65 2.78 適箱貨裝箱率 D1 0.51 0.54 0.55 0.58 0.61 船舶港口費用 F1 1.20 1.28 1.28 1.36 1.59 船舶燃油費用 F2 4.07 4.75 6.11 7.06 7.47 船舶管理費用 F3 1.03 1.19 1.55 1.29 1.34 最終評定結果 16.6 19.05 24.81 22.26 23.55 把最終評價結果和評價年份相對應得出的評價結果曲線圖如圖 13 所示，從中我們可 以看出 A 公司在 2003 年集裝箱運輸發展明顯比另外幾年好，其中很

23、大一部分是因為 2003 年是航運市場高峰期， 我國出進口集裝箱明顯增多， 所以公司承運的集裝箱較多！ 與此同時， 世界航運公司都看到了我國集裝箱的快速發展，紛紛在我國沿海港口開辟集裝箱班輪航線， 特別是 2004 年深圳港新增了幾十條國家班輪航線， 使珠三角地區大班輪遍布， 導致公司 2004 年集裝箱承運量明顯下滑，船舶艙位利用率下降。如圖 13 所示. 7 績效評價結果曲線 26 24 22 20 18 16 14 12 10 績效評價結 果曲線 01 份 02 03 04 20 8 20 年 20 20 圖13 評價結果曲線圖 六、結論 本文就是依托國家自然科學基金項目基于路網信息的港

24、口物流智能調度系統模型和 關鍵技術研究 （60602020）以及國家 973 計劃城市交通需求生成機理與瓶頸識別 （2006CB705501）應用聚類分析法和層次分析法并結合航運公司的實際數據對水路集裝箱 運輸的整體效果進行了綜合地評價， 此研究成果可有效地保證水運集裝箱運輸企業發現自身 運營過程中不合理的環節并加以改善，同時減少其制定運營決策的盲目性和隨意性。 參考文獻 1 沈玉如主編船舶貨運大連：大連海事大學出版社，1998. 2 楊晗熠基于修正AHP模糊綜合評判的港口功能評價方法研究青島：中國海洋大學碩 士論文 ，2006.6. 3 莊永忠. 基于戰略執行的M集裝箱航運企業績效評估體系的重構. 廈門： 廈門大學碩士論 文 ，2006.11. 4 謝新連，船舶運輸管理與經營大連：大連海事大學出版社，1997. 5 陸嵐 主編.物流管理基礎理論, 北京：機械工業出版社，2004. 6 孫賢偉 主編. 物流組織管理, 北京：機械工業出版社，2004. 7 蔣笑梅 主編. 物流管理實務, 北京：機械工業出版社，