沈俊源，吳鳳平

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

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基于灰色白化權(quán)函數(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投資決策研究

沈俊源，吳鳳平*

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

摘要：節(jié)水灌溉項目是目前解決我國農(nóng)業(yè)灌溉水短缺和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要措施，能夠最大限度地提高農(nóng)業(yè)用水效率。針對節(jié)水灌溉項目投資決策中缺乏數(shù)據(jù)、信息等特點，提出了基于中心點三角白化權(quán)函數(shù)的節(jié)水灌溉項目灰色聚類分析模型，通過變異系數(shù)法確定聚類指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合案例分析了灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目的聚類結(jié)果和優(yōu)選方案。結(jié)果表明，該方法具有可行性和有效性，避免了項目投資過程中決策人的主觀臆斷，為節(jié)水灌溉工程項目的投資提供了決策支持。

關(guān)鍵詞：灰色聚類；白化權(quán)函數(shù)；變異系數(shù)；節(jié)水灌溉；投資決策

農(nóng)業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直占據(jù)著重要地位。新的歷史時期，我國農(nóng)業(yè)一方面面臨著糧食安全，必須確保農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量以滿足日益增加的人口需求；另一方面，水資源緊缺、水環(huán)境惡化等問題也制約著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水旱災(zāi)害在華北、東北等地區(qū)頻繁發(fā)生。為了實現(xiàn)各地區(qū)水資源的可持續(xù)利用、確保糧食安全，自20世紀(jì)80年代以來，我國在各地區(qū)大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，加大農(nóng)田節(jié)水灌溉項目的投資力度，并且取得了顯著的節(jié)水增產(chǎn)效果。近20年間，我國的農(nóng)田灌溉用水量基本維持在3600億m3左右，糧食產(chǎn)量從4500億kg增加到4900億kg，單位農(nóng)田灌溉用水效率也顯著提高，但是農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水灌溉項目仍然存在一些投資過大、工程效益不高等問題。因此，在進(jìn)行大型節(jié)水灌溉工程規(guī)劃設(shè)計時，對節(jié)水灌溉項目做出正確、客觀的投資決策，特別是對節(jié)水灌溉項目決策方法的探索對于節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)灌區(qū)的糧食增產(chǎn)具有重要意義。

目前，關(guān)于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投標(biāo)決策方法的研究已經(jīng)取得一定的成果。郭法強(qiáng)等[1]考慮節(jié)水灌溉工程多屬性、多指標(biāo)的特點，結(jié)合最大離差法建立了基于逼近理想點法的方案優(yōu)選模型；潘峰等[2]在層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了各節(jié)水灌溉項目投資方案、評價指標(biāo)的復(fù)合模糊物元，通過比較貼近度大小進(jìn)行節(jié)水灌溉方案決策；高軍省[3]從集對分析理論出發(fā)，根據(jù)歐氏距離計算節(jié)水灌溉方案評價的聯(lián)系度，通過比較不同方案的聯(lián)系度大小做出節(jié)水灌溉方案的優(yōu)選決策；鄧麗娟等[4]采用CRITIC權(quán)重法結(jié)合TOPSIS模型，根據(jù)各評價方案與理想節(jié)水灌溉方案間的距離大小對項目投資方案進(jìn)行優(yōu)選；陳歡等[5]建立節(jié)水方案優(yōu)選的屬性識別模型，并通過實例說明該模型的重要性。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,考慮到節(jié)水灌溉項目涉及一個綜合社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等的復(fù)雜灰色系統(tǒng)，具有信息不確定、不完備的特點，利用中心點三角白化權(quán)函數(shù)建立了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投資決策的灰色聚類評價模型，從而判斷節(jié)水灌溉項目可投資的優(yōu)選順序。

1灰色聚類的基本原理

灰色聚類是灰色系統(tǒng)理論方法的一種，被廣泛運用于決策、評價問題中，是根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)矩陣或灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)，通過分析評價指標(biāo)將評價對象分為若干類別的決策方法。本文根據(jù)白化權(quán)函數(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目的灰色聚類投資決策分析。

2農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投資決策模型

2.1評價指標(biāo)數(shù)據(jù)無量綱化

(1)對于效益型指標(biāo)j

(1)

(2)對于成本型指標(biāo)j

(2)

2.2中心點三角白化權(quán)函數(shù)的確定

在對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目進(jìn)行灰色白化權(quán)函數(shù)聚類時,設(shè)存在n個投資項目，m個評價指標(biāo)，其中i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。

(1)按照評估要求劃分s個灰類，并確定各灰類的中心點。中心點是最可能代表某個灰類的點，可以用對應(yīng)小區(qū)間的中點表示，也可以不用中點表示。用中心點λ1,λ2,…,λs作為各灰類的代表，并將各個指標(biāo)的取值區(qū)間劃分為相應(yīng)的s個灰類。

對于指標(biāo)j的觀測值x，可以由[6]

(3)

2.3變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重

變異系數(shù)法的核心思想是根據(jù)各評價指標(biāo)所有樣本觀測值的變異程度大小來判斷各項指標(biāo)對評價對象的影響程度，變異程度越大說明該項指標(biāo)越能夠反映對評價對象影響的差距，賦予該指標(biāo)的權(quán)重也越大，反之則越小。通過變異系數(shù)法確定權(quán)重能夠充分挖掘指標(biāo)數(shù)據(jù)信息，避免權(quán)重確定時主觀因素影響過大。假設(shè)共有n個待投資節(jié)水灌溉項目(i=1,2,…,n)、m個評價指標(biāo)(j=1,2,…,m)，構(gòu)成一個特征值矩陣X=[Xij]mn(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，其中Xij為第i個投資項目第j個指標(biāo)的特征值。計算第j項指標(biāo)的變異系數(shù)δj，公式如下[8]：

(4)

(5)

2.4節(jié)水灌溉項目灰類的評判

在求得灰色聚類指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，根據(jù)白化權(quán)函數(shù)值和指標(biāo)權(quán)重計算農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目i屬于k(k=1,2,…,s)子類的綜合灰色白化權(quán)聚類系數(shù)。

(1)對象i屬于k子類的綜合灰色白化權(quán)聚類系數(shù)

(6)

3案例分析

某地區(qū)響應(yīng)國家節(jié)水型社會號召大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，在其灌區(qū)內(nèi)建設(shè)節(jié)水灌溉工程示范項目。在進(jìn)行大型節(jié)水灌溉工程規(guī)劃設(shè)計時，有4個項目投資方案可供選擇：管道灌溉、噴灌、滴灌和小管出流灌溉(記為A1,A2,A3,A4)。節(jié)水灌溉項目投資決策指標(biāo)從國民經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會3個層面來考慮，國民經(jīng)濟(jì)層面包含凈現(xiàn)值(百萬元)、收益率(%)、投資回收期(a)、效益費用比(%)4個定量指標(biāo)；技術(shù)層面包含灌水均勻度(%)、灌溉水利用率(%)2個定量指標(biāo)；社會層面包含作物適應(yīng)性、農(nóng)民歡迎程度、便于施工程度3個定性指標(biāo)，按順序標(biāo)記為C1,C2,…,C9,具體評價指標(biāo)見表1[9]。

計算步驟如下：

步驟1:運用2.1中的式(1)、(2)對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非量綱化處理，得到評價指標(biāo)數(shù)據(jù)的無量綱化值(表2)。

步驟3:根據(jù)式(4)、(5)確定節(jié)水灌溉項目投資決策評價指標(biāo)的權(quán)重，計算權(quán)重值分別為：

w1=0.122，w2=0.129，w3=0.103，w4=0.095，w5=0.103，w6=0.118，w7=0.124，w8=0.107，w9=0.097。

步驟4:綜合以上結(jié)果，根據(jù)非量綱化得到的數(shù)據(jù)與白化權(quán)函數(shù)以及聚評價指標(biāo)權(quán)重wj，計算得到綜合系數(shù)矩陣：

由此得到：

由農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投資決策的灰色聚類結(jié)果可以看出，節(jié)水灌溉項目A1和A4屬于“應(yīng)該投資”灰類，節(jié)水灌溉項目A2屬于“可以投資”灰類，節(jié)水灌溉項目A3屬于“不應(yīng)該投資”灰類。當(dāng)項目A1和A4只能選擇一個項目進(jìn)行投資時，由于項目A1“應(yīng)該投資”灰類的隸屬度/“可以投資”灰類的隸屬度=0.5601/0.4186=1.338；項目A4“應(yīng)該投資”灰類的隸屬度/“可以投資”灰類的隸屬度=0.5237/0.4768=1.098,因此重點投資項目應(yīng)該考慮A1。而實際的投資決策過程中，企業(yè)選擇的投資項目A2僅為可以投資項目，應(yīng)當(dāng)作為灌區(qū)節(jié)水灌溉的非重點投資項目，應(yīng)該只有在項目A1和A4投資難度比較大、主觀因素影響的時候才考慮對節(jié)水灌溉項目A2投資。該灰色聚類分析結(jié)果與文獻(xiàn)[9]的研究結(jié)果基本一致。

4結(jié)語

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目投資決策是一種灰色、系統(tǒng)復(fù)雜的綜合評價體系，灰色聚類分析法對于解決這類復(fù)雜灰色系統(tǒng)問題具有很強(qiáng)的適用性。本文在中心點三角白化權(quán)函數(shù)的基礎(chǔ)上建立了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉項目的灰色聚類投資決策模型，利用變異系數(shù)法確定各項目評價指標(biāo)的權(quán)重，通過綜合聚類系數(shù)的計算確定項目灰類，達(dá)到節(jié)水灌溉項目科學(xué)、合理投資決策的目的。本文的研究從聚類和排序并重的角度上考慮了節(jié)水灌溉項目的分類與優(yōu)選，實現(xiàn)了灰色白化權(quán)聚類分析法在節(jié)水灌溉工程方案優(yōu)選領(lǐng)域的新應(yīng)用。研究表明，該方法能夠比較準(zhǔn)確地對工程方案進(jìn)行判斷，同時可以應(yīng)用于其他水利工程問題的評價優(yōu)選和分類決策，具有較強(qiáng)的實用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭法強(qiáng),楊昕馨,姚鵬亮.TOPSIS模型的節(jié)水灌溉方案優(yōu)選[J].水利與建筑工程學(xué)報,2009,7(3):84-86.

[2] 潘峰,梁川,王立坤,等基于AHP的模糊物元模型在節(jié)水灌溉工程評標(biāo)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電,2002(10):6-8.

[3] 高軍省.節(jié)水灌溉方案優(yōu)選的集對分析方法[J].節(jié)水灌溉,2010(12):81-83.

[4] 鄧麗娟,馬愛玲.基于CRITIC權(quán)重與TOPSIS的節(jié)水灌溉方案優(yōu)選[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2010(2):10-12.

[5] 陳歡,葉少有.基于屬性識別模型的節(jié)水灌溉方案優(yōu)選[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2009,32(12):1893-1895.

[6] 劉思峰.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用(第五版)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[7] 張榮,劉思峰,劉斌.灰色聚類評價方法的延拓研究[J].統(tǒng)計與決策,2007(9):24-26.

[8] 陳亮亮,馬亮,趙經(jīng)華.變異系數(shù)權(quán)重TOPSIS法在節(jié)水灌溉方案評價中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學(xué)報,2010,21(1):94-96.

[9] 門寶輝.選擇節(jié)水灌溉方式的灰色關(guān)聯(lián)投影法[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,35(5):476-479.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

Study on Investment Decision-making for Agricultural Water-saving Irrigation Projects Based on Grey White Function

SHEN Jun-yuan, WU Feng-ping*

(College of Business, Hohai University, Nanjing 211100, China)

Abstract：Water-saving irrigation project is an important measure to solve the problem of agricultural irrigation water shortage and develop the agricultural productivity in China, which can furthest improve the agricultural water-use efficiency. Aiming at the feature of water-saving irrigation project investment decision with less data and poor information, a grey clustering analysis model of water-saving irrigation projects was proposed based on the center point whitening triangle weight function, adopting the method of variation coefficient to make the clustering index rights, analyzed the clustering results and the optimal scheme of the agricultural irrigation project in irrigation district with the numerical example. The results showed that the method had feasibility and effectiveness, avoided the decision-maker’s subjective in the process of project investment decision, could offer decision support for the water saving irrigation project investment.

Key words：Grey clustering; Whitenization weight function; Coefficient variation; Water-saving irrigation; Investment decision-making

收稿日期：2015-10-11

基金項目：國家社會科學(xué)基金重大項目(12&ZD214)；國家自然科學(xué)基金資助項目(41271537)。

作者簡介：沈俊源(1991—)，男，江蘇蘇州人，碩士研究生，主要研究方向為技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理。*通訊作者：吳鳳平。

中圖分類號：F407.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0118-04