公路網(wǎng)建設(shè)項目序列安排方法初探

韓鵬

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710075)

目前我國經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，公路交通需求量大幅增長，公路投資增加迅猛。大量公路網(wǎng)項目的規(guī)劃建設(shè)實施，必然會導(dǎo)致規(guī)劃公路建設(shè)項目大于合理的資金投入，如何合理的利用建設(shè)資金，以最少的、合理的資金投入帶來最佳的經(jīng)濟效益和對路網(wǎng)交通運行狀況的最大的改善效果成為公路網(wǎng)規(guī)劃中的重要課題。

另外，受國內(nèi)集約化發(fā)展的思維，受宏觀經(jīng)濟政策調(diào)控的影響和土地、環(huán)境等諸因素的制約，科學(xué)合理地安排公路規(guī)劃項目建設(shè)序列，優(yōu)化資源配置，迫切需要一套智能化、數(shù)字化、信息化的智能決策支持系統(tǒng)，為各級交通部門提供科學(xué)的決策依據(jù)。

本文將通過對湖北省干線路網(wǎng)決策評價研究為例，對公路網(wǎng)建設(shè)項目序列安排方法做初步探討。

1 研究思路

首先分析湖北省交通發(fā)展形勢，通過實際調(diào)查全面了解湖北省“兩圈一帶”交通規(guī)劃和國省干線初步調(diào)整方案;然后以干線公路網(wǎng)為主體，從適應(yīng)性的角度，運用定性與定量分析相結(jié)合的方法，評價包括國省道與高速公路的聯(lián)接，干線公路與產(chǎn)業(yè)功能區(qū)(旅游景區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、能源基地)、重要交通樞紐(港站場區(qū))和“三口”(城市出口，省際接口，高速入口)的聯(lián)接。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合專家和地方意見，從國省道和專題干線公路等方面構(gòu)建干線路網(wǎng)改造建設(shè)項目庫，確定調(diào)整新增的干線公路;最后運用層次分析法分析各項目線路重要度，明確建設(shè)序列表(見圖1)。

圖1 研究思路

2 項目庫排序

2.1 排序方法分析

現(xiàn)階段國內(nèi)外項目分類排序主流方法如下所述。

2.1.1 主成分分析法

主成分分析法的步驟如下:樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準化處理→計算標(biāo)準化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣R→計算相關(guān)矩陣R的特征值和特征向量→選擇q(q＜p)個主成分→用主成分進行綜合排序。

2.1.2 灰色關(guān)聯(lián)度法

灰色關(guān)聯(lián)度法的步驟如下:確定比較數(shù)列和參考數(shù)列→指標(biāo)的無量綱化→計算關(guān)聯(lián)系數(shù)→計算關(guān)聯(lián)度并排序。

2.1.3 模糊綜合排序法

建立公路網(wǎng)規(guī)劃方案模糊綜合排序模型步驟如下:

給出備選對象集X→找出因素集(判據(jù)集)U→建立排序矩陣R→綜合排序。

2.1.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)排序法

用Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進行公路網(wǎng)規(guī)劃排序的步驟如下:

指標(biāo)的無量綱化→構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)→輸入訓(xùn)練所用的樣本對→BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練并仿真驗證→對公路網(wǎng)規(guī)劃方案進行排序。

2.1.5 層次分析法

層次分析法的基本方法與步驟如下:

遞階層次結(jié)構(gòu)的建立→構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣→單一準則下元素相對權(quán)重計算及一致性檢驗→計算各層元素對目標(biāo)層的總排序向量→進行層次總排序。各排序方法適應(yīng)性分析表見表1。

表1 各排序方法適應(yīng)性分析表

2.2 排序?qū)哟蔚膭澐?/h3>

主要針對湖北省干線公路網(wǎng)規(guī)劃，考慮到湖北省的具體經(jīng)濟、社會、公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等特點，將湖北省干線公路網(wǎng)分為國道、省道、專題國省干線公路網(wǎng)三類，以下再根據(jù)具體情況將層次劃分為現(xiàn)有國道、調(diào)整增加國道、現(xiàn)有省道、調(diào)整增加省道、旅游景區(qū)聯(lián)接公路、港口集疏運通道、機場聯(lián)接路、火車站聯(lián)接路、物流園區(qū)聯(lián)接公路、公路客運站聯(lián)接公路、工業(yè)園區(qū)聯(lián)接公路、能源基地聯(lián)接公路、城市出口路、省際聯(lián)接路15類，并分類進行說明和相應(yīng)指標(biāo)的確定。

2.3 排序方法及流程

本次采用的排序方法為層次分析法。該方法是可以對復(fù)雜的決策問題從本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等方面深入分析，利用較少的定量信息使目標(biāo)問題數(shù)學(xué)化、模型化，從而提供簡便的決策方法。尤其適合于對決策結(jié)果難于直接準確計量的場合。

層次分析法在本次研究步驟如下:

1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。2)每一層次構(gòu)造初始決策矩陣。3)計算初始決策矩陣的權(quán)向量。4)每一層次進行單排序。5)計算各層元素對目標(biāo)層的總排序向量。6)進行層次總排序。

相應(yīng)的根據(jù)上述的基本方法與步驟，本課題分析步驟也為上述六步驟，具體如下:1)將規(guī)劃項目排序?qū)哟蝿澐譃楝F(xiàn)有國道、調(diào)整增加國道、現(xiàn)有省道、調(diào)整增加省道、旅游景區(qū)聯(lián)接公路、港口集疏運通道、機場聯(lián)接路、火車站聯(lián)接路、物流園區(qū)聯(lián)接公路、公路客運站聯(lián)接公路、工業(yè)園區(qū)聯(lián)接公路、能源基地聯(lián)接公路、城市出口路、省際聯(lián)接路15類;2)根據(jù)影響每一類型排序的重要因素確定每一類型內(nèi)各項目的排序指標(biāo)(人口數(shù)、GDP、經(jīng)濟節(jié)點的級別等);3)根據(jù)資料搜集到的每一類型內(nèi)各項目的排序指標(biāo)，利用離差最大化法計算出每一類型內(nèi)每個項目的每個指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重(aij);4)由每一類型內(nèi)各項目的排序指標(biāo)和相對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重對每一類型內(nèi)各項目進行單排序;5)根據(jù)每一類型內(nèi)各項目單排序情況確定層次間(類型間)排序系數(shù)(kij);6)進行所有層次類型內(nèi)所有項目的總排序。排序方法及流程見圖2。

2.4 計算公式的確定

層次分析法和離差最大化法計算方法如下。

2.4.1 構(gòu)建初始決策矩陣

建立公路規(guī)劃建設(shè)項目與評價指標(biāo)關(guān)系模型，關(guān)系模型為公路項目總計分成15類，每類分n個項目，每個項目內(nèi)有m個評價指標(biāo)，形成n×m的決策矩陣。

2.4.2 指標(biāo)的無量綱化(標(biāo)準化)

圖2 排序方法及流程

考慮到項目內(nèi)每個評價指標(biāo)的含義和計算方法不同，量綱各異，應(yīng)先對其進行標(biāo)準化處理，去除量綱。標(biāo)準化后的決策函數(shù)為n×m的矩陣。

2.4.3 應(yīng)用離差最大化法確定指標(biāo)權(quán)重

離差最大化方法的原理:在項目分類某一層次之中，假設(shè)某一個公路規(guī)劃建設(shè)項目Ai中的一個評價指標(biāo)Gj的權(quán)重為wj，在其對應(yīng)的權(quán)重族w=(w1，w2，…，wm)中，如果Gj與其對應(yīng)指標(biāo)族G={G1，G2，…，Gm}的差異越大，則wj值越小，反之亦然。特別地，若Gj與其對應(yīng)指標(biāo)族G={G1，G2，…，Gm}無差異，則權(quán)重為wj=0，說明評價指標(biāo)Gj對評價對象排序?qū)⒉黄鹱饔谩?/p>

2.4.4 層次單排序

本項目將所有規(guī)劃項目分為15個層次，在結(jié)合以上步驟的基礎(chǔ)上，進行每個層次內(nèi)部各個項目的單排序(Wij)。

2.4.5 層次總排序

對所分解的15個不同層次間的項目進行最小公倍數(shù)的計算，再根據(jù)最小公倍數(shù)與線路重要度的算術(shù)平均值之比，確定ki的值，結(jié)合每個項目已計算出的Wij值對所有規(guī)劃項目進行總排序(Aij)。

3 結(jié)語

本文通過實例說明了在干線公路網(wǎng)建設(shè)項目序列安排時，為了保證各項目的順利實施，對需要實施的項目庫構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。對于不同地區(qū)的、不同等級的公路網(wǎng)，由于其經(jīng)濟、社會、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等特點不同，在其層次劃分上具有不同的劃分結(jié)果，計算指標(biāo)的確定也是不同的。但是無論劃分結(jié)果如何，其排序的方法和流程都可以不變，都可用層次分析法對項目庫進行層次的劃分，用離差最大化法對指標(biāo)權(quán)重進行計算。

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