基于集成權(quán)-模糊評(píng)價(jià)的城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性分析

秦孝敏，李冰玉

（西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031）

1 研究背景

城際鐵路因其大運(yùn)量、快捷、公交化等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為綜合交通體系的重要組成部分，并在聯(lián)系日益緊密的城市群內(nèi)部開始發(fā)揮其強(qiáng)大的作用。目前，城際鐵路線網(wǎng)研究、建設(shè)剛剛起步，直接對(duì)城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究還較少。在有關(guān)研究中，劉冰從區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度，通過運(yùn)輸彈性系數(shù)對(duì)交通與城市群的適應(yīng)性進(jìn)行研究[1]；朱海通過運(yùn)用層次分析法和廣義費(fèi)用等方法，計(jì)算運(yùn)輸通道和城市群綜合彈性系數(shù)，在通道層面對(duì)適應(yīng)性進(jìn)行了分析[2]。

城市群的不同發(fā)展階段過程中極化效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、回波效應(yīng)分別起主導(dǎo)作用，這個(gè)過程中的城市群特征、城市群的交通需求和交通系統(tǒng)都呈現(xiàn)不同的特征，如表1 所示。城市群在拓展過程中，空間形態(tài)不斷演變，主要形成長(zhǎng)軸帶狀、單核心環(huán)狀、雙核心鐘擺式、多核心網(wǎng)狀等多種表現(xiàn)形式。

交通和城市群的關(guān)系非常緊密，影響著城市的形成和發(fā)展，對(duì)城市規(guī)模、城市布局、城市形態(tài)起著決定性作用。而在當(dāng)代城市群的形成發(fā)展中，城際交通特別是城際鐵路線網(wǎng)已經(jīng)成為城市間聯(lián)系的橋梁和載體，引導(dǎo)著城市群空間結(jié)構(gòu)的演變。同時(shí)，城市群的發(fā)展對(duì)城際鐵路線網(wǎng)的量和質(zhì)都提出了要求，需要大能力、個(gè)性化、智能化、高速安全、舒適方便、節(jié)能環(huán)保的城際鐵路線網(wǎng)，并由此引發(fā)了新的交通技術(shù)和交通方式的誕生，促進(jìn)了交通現(xiàn)代化發(fā)展。城市群區(qū)域空間結(jié)構(gòu)與城際軌道交通的發(fā)展相輔相成、互為促進(jìn)。

2 適應(yīng)性內(nèi)涵分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)建立

2.1 適應(yīng)性內(nèi)涵分析

通過分析大量公路、鐵路等方面的研究成果，借鑒相關(guān)的適應(yīng)性研究經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)城際鐵路線網(wǎng)和城市群的特性分析，將城際鐵路線網(wǎng)與城市群的適應(yīng)性概括為城際鐵路線網(wǎng)的規(guī)模建設(shè)、空間布局、通達(dá)性及功能結(jié)構(gòu)與城市群的等級(jí)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)聚散性等方面的適應(yīng)與協(xié)調(diào)。城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性的內(nèi)涵包括以下方面。

（1）空間結(jié)構(gòu)適應(yīng)性?？臻g結(jié)構(gòu)適應(yīng)性主要從空間的角度，分析城際鐵路線網(wǎng)的空間布局形態(tài)和城市群系統(tǒng)發(fā)展空間結(jié)構(gòu)的適應(yīng)度，即城際鐵路線網(wǎng)的空間布局形式是否適應(yīng)城市群空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及是否滿足增強(qiáng)城市群內(nèi)部城市間聯(lián)系、核心城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)輻射功能的要求。

（2）規(guī)模適應(yīng)性。城際鐵路線網(wǎng)的合理建設(shè)規(guī)模是指城際鐵路線網(wǎng)與城市群等級(jí)結(jié)構(gòu)背景相適應(yīng)的建設(shè)水平。隨著城市群的不斷發(fā)展、進(jìn)化，城際鐵路也需要不斷完善，以滿足城市群的交通需求。因此，城際鐵路線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與城市群發(fā)育程度的適應(yīng)性是隨著時(shí)間變化和動(dòng)態(tài)的。

（3）經(jīng)濟(jì)、社會(huì)功能適應(yīng)性。城市群的聚散功能主要反映在經(jīng)濟(jì)、社會(huì) 2個(gè)方面的綜合發(fā)展水平上。相對(duì)合理規(guī)模的城際鐵路線網(wǎng)在完成客流、貨流等實(shí)物位移的同時(shí)，必然在一定程度上促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的綜合發(fā)展，探究城際鐵路線網(wǎng)聚散功能的適應(yīng)性主要是從城際鐵路線網(wǎng)的功能定位出發(fā)，分析其屬性與城市群系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)功能之間是否匹配。

表1 城市群不同發(fā)展階段的特征

（4）適應(yīng)性的相對(duì)性。適應(yīng)性是相對(duì)的，特別是對(duì)于我國(guó)的國(guó)情，適應(yīng)性的分析更具有相對(duì)性，主要針對(duì)國(guó)內(nèi)各城市群及其城際鐵路線網(wǎng)總體水平的相對(duì)適應(yīng)性，因此很多指標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化處理需參考國(guó)內(nèi)相應(yīng)指標(biāo)的發(fā)展水平。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立

根據(jù)以上對(duì)適應(yīng)性內(nèi)涵的分析，構(gòu)建適應(yīng)性分析的指標(biāo)體系如下。

（1）城際鐵路。①城市群中核心城市到城市的鐵路里程 Tmj，km；②城市群中城市到城市的鐵路里程 Tij，km；③城市群中某城市到其他城市中心所花費(fèi)的最短時(shí)間 tij，min；④城市群核心城市到其他城市中心所花費(fèi)的最短時(shí)間 tmj，min；⑤線網(wǎng)線路總長(zhǎng)度 LN，km；⑥線網(wǎng)線路變形系數(shù) ξ，個(gè)；⑦第 i條城際鐵路線路的長(zhǎng)度 LNi，km。

（2）城市群。①城市群中核心城市的個(gè)數(shù) M，個(gè)；②城市群中主要城市個(gè)數(shù) N，個(gè)；③某城市的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出 GDPj，萬元；④某城市的人口總規(guī)模 Pj，人；⑤相鄰 2個(gè)城市節(jié)點(diǎn)之間的平均空間直線距離 H，km；⑥城市群區(qū)域面積 S，km2；⑦城市群內(nèi)部城鎮(zhèn)數(shù)量 E，個(gè)；⑧城市群建成區(qū)面積 S'，km2；⑨城市常住人口中非農(nóng)業(yè)人口數(shù) Pn，人；⑩城市常住人口中農(nóng)業(yè)戶口數(shù) Pf，人；○11城市群發(fā)育程度指標(biāo)影響系數(shù)

3 定量分析

根據(jù)對(duì)城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性的分析，構(gòu)建城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性的層級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。A 表示目標(biāo)層城際鐵路線網(wǎng)與城市群綜合適應(yīng)性；Bj(i ＝1，2，3) 分別表示空間適應(yīng)性、規(guī)模適應(yīng)性和功能適應(yīng)性；Ci(i ＝1，2，3，4，5，6，7) 分別表示 Bi的具體指標(biāo)；wi分別表示各指標(biāo)的權(quán)重大小。

3.1 線網(wǎng)空間布局與城市群空間結(jié)構(gòu)適應(yīng)度

（1）吻合度 C1。在城市地理系統(tǒng)中，一個(gè)區(qū)域必然有一個(gè)核心城市，通常是首都、省會(huì)、政府所在地等，是整個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、政治中心。核心城市因其在整個(gè)區(qū)域的核心地位而與區(qū)域的其他城市之間存在頻繁的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，對(duì)交通有較高的要求。對(duì)于城市等級(jí)序列明顯，而且存在一個(gè)核心城市的城市群系統(tǒng)，通過比較城際鐵路線網(wǎng)中的中位點(diǎn)與核心城市在空間上的吻合度，可在一定程度上反映城際鐵路線網(wǎng)空間布局的合理性與城市群系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)的合理性，測(cè)度公式為：

圖1 城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性層次結(jié)構(gòu)分析圖

式中：Cm表示以城市 m 為核心城市的城市群線網(wǎng)吻合度。對(duì)于單核心城市群，吻合度 C1即為 Cm；對(duì)于雙核或多核城市群，吻合度 C1為 Cm的簡(jiǎn)單平均值。

（2）城際鐵路線網(wǎng)通達(dá)性 C2。城際鐵路線網(wǎng)通達(dá)性是根據(jù)現(xiàn)階段城際列車的運(yùn)營(yíng)速度設(shè)定近期規(guī)劃的城際鐵路線網(wǎng)運(yùn)行速度來計(jì)算 2個(gè)城市之間的時(shí)間成本，重點(diǎn)評(píng)價(jià)核心城市至其他城市的時(shí)間成本，在采用中心指數(shù)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行效用性指數(shù)的轉(zhuǎn)變和無量綱化處理，即將核心城市至其他城市的時(shí)間成本與半小時(shí)交通圈進(jìn)行比較，計(jì)算公式為：

式中：Zm表示以城市 m 為核心城市的城市群線網(wǎng)通達(dá)性。對(duì)于單核心城市群，城市群城際鐵路線網(wǎng)通達(dá)性 C2即為 Zm；對(duì)于雙核心或多核心城市群，C2為 Zm的簡(jiǎn)單平均值。

（3）連通度 C3。連通度表示城際鐵路線網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)平均連接的線路數(shù)，以及區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)依靠城際鐵路線網(wǎng)連通的強(qiáng)度。線網(wǎng)連通度定義為構(gòu)成路網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)目的比值，其計(jì)算公式為：

一般地，連通度接近 1/4 時(shí)，路網(wǎng)為樹狀網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)多為二路連通；當(dāng)連通度為 1/2 時(shí)，路網(wǎng)為方格狀的回路網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)多為四路連通；當(dāng)連通度大于 3/4 時(shí)，路網(wǎng)布局為三角狀，各節(jié)點(diǎn)為六路連通的回路網(wǎng)絡(luò)[3]。連通度一般小于 1。

城際鐵路線網(wǎng)空間布局與城市群空間結(jié)構(gòu)適應(yīng)度 B1則可以表示為以上三者的加權(quán)平均值。即

3.2 線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與城市群發(fā)育程度適應(yīng)度

（1）線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模 C4。線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與城市群發(fā)育程度適應(yīng)度從分析線網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模和城市群的發(fā)育程度出發(fā)，建立兩者動(dòng)態(tài)的對(duì)比。城際鐵路線網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模以線網(wǎng)密度來表示，用其在國(guó)內(nèi)城市群線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的水平表示該城際鐵路線網(wǎng)的規(guī)模，其計(jì)算公式為：

（2）城市群發(fā)育程度 C5?！?010年中國(guó)城市群發(fā)展報(bào)告》中提到多方面衡量城市群的發(fā)育程度，考慮此次研究背景和指標(biāo)關(guān)系，特選取城市群經(jīng)濟(jì)/人口密度，城鎮(zhèn)密度，建成區(qū)面積指數(shù)和城市群城市化水平 4個(gè)指標(biāo)，測(cè)度方法如下。

式中：CF1為城市群經(jīng)濟(jì)/人口密度指數(shù)；CF2為城市群內(nèi)部城鎮(zhèn)密度；CF3為城市群建成區(qū)面積指數(shù)；CF4為城市化水平，定義為城市常住人口中非農(nóng)業(yè)人口與農(nóng)業(yè)戶口人數(shù)之比。各指標(biāo)指數(shù)的影響系數(shù)的取值為[4]：w'1=2.026，w'2=0.532，w'3=0.399，w'4=1.330。

線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模與城市群發(fā)育程度綜合適應(yīng)度 B2采用兩者中的小者與大者之比來表示，測(cè)度公式為：

3.3 線網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)與城市群經(jīng)濟(jì)、社會(huì)功能適應(yīng)度

城際鐵路線網(wǎng)的聚散功能是指線網(wǎng)核心城市半小時(shí)交通圈覆蓋區(qū)功能指標(biāo)總量與整個(gè)城市群的功能指標(biāo)總量之比，其計(jì)算公式為：

式中：B3為城際鐵路線網(wǎng)與城市群功能適應(yīng)程度；X 表示所選指標(biāo)；X' 表示城市群核心城市半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈所選指標(biāo)。分析指標(biāo)不同，X 的意義也不同，分析指標(biāo)為經(jīng)濟(jì)適應(yīng)程度時(shí)，X 表示 GDP 產(chǎn)量；分析指標(biāo)為社會(huì)職能適應(yīng)程度時(shí)，X 表示人口數(shù)量。

通過比較城市群核心城市的城際鐵路線網(wǎng)半小時(shí)交通圈覆蓋區(qū)域 GDP、人口聚集程度的 2個(gè)結(jié)果，分析城際鐵路線網(wǎng)功能的發(fā)揮，從而從城際鐵路與城市群 2個(gè)角度采取措施，加強(qiáng)城際鐵路與城市群內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施等的銜接，以充分發(fā)揮城際鐵路的功能。

4 集成權(quán)-模糊綜合評(píng)價(jià)

層次分析法(AHP) 反映了評(píng)價(jià)者的主觀判斷，但在綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和排序中可能產(chǎn)生一定的主觀隨意性；熵權(quán)法利用較為完善的數(shù)學(xué)理論與方法，但忽略了評(píng)價(jià)者的主觀信息，而此信息對(duì)于評(píng)價(jià)來說是很重要的。集成權(quán)重法[5]是從邏輯上將以上 2種賦權(quán)方法結(jié)合起來，是確定的權(quán)重系數(shù)，同時(shí)體現(xiàn)主觀信息和客觀信息，集成權(quán)-模糊綜合評(píng)價(jià)步驟如下。

（1）計(jì)算第 j 項(xiàng)指標(biāo)下第 i個(gè)對(duì)象占該指標(biāo)的比重。

（2）計(jì)算第 j 項(xiàng)指標(biāo)的熵值。

（3）計(jì)算第 j 項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)。對(duì)第 j 項(xiàng)指標(biāo)，指標(biāo)值的差異越大，熵值就越小。定義差異系數(shù)為：

（4）求熵權(quán)。

（5）運(yùn)用常用的 AHP 法，計(jì)算相應(yīng)權(quán)重為 vj；進(jìn)而用平均法簡(jiǎn)單集成 uj、vj。該方法體現(xiàn)客觀的指標(biāo)信息量差異和主觀的指標(biāo)相對(duì)重要性等信息，即 wj=(uj+ vj) / 2。

（6）隸屬函數(shù)的確定。針對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)制定評(píng)價(jià)打分表，選用德爾菲法讓一定數(shù)量的專家進(jìn)行打分，再匯總處理專家意見，可得到對(duì)于每一項(xiàng)的評(píng)價(jià)隸屬度值。

（7）模糊算子的選擇。選用加權(quán)平均型的綜合評(píng)價(jià)模型 M 作為模糊算子，模糊算子選定后用權(quán)重集合與隸屬函數(shù)矩陣進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到各評(píng)語等級(jí)下的隸屬度。

（8）適應(yīng)性等級(jí)的確定。選用級(jí)別特征值法對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)后的結(jié)果進(jìn)行處理。根據(jù)狀態(tài)的發(fā)展態(tài)勢(shì)分別賦予非常適應(yīng)、比較適應(yīng)、一般適應(yīng)、不太適應(yīng)、非常不適應(yīng) 5種評(píng)語狀態(tài)的特征值為1、2、3、4、5，則城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性指數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：α1，α2，…，α5為各評(píng)語等級(jí)的隸屬度，即概率分布。

為保證對(duì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果的連續(xù)性和要求的嚴(yán)格性，將城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性狀態(tài)等級(jí)與β 取值關(guān)系定義為：非常適應(yīng)，β∈[ 1，1.6)；比較適應(yīng)，β∈[ 1.6，2.6)；一般適應(yīng)，β∈[ 2.6，3.6)；不太適應(yīng)，β∈[ 3.6，4.6)；非常不適應(yīng)，β∈[ 4.6，5 ]。

5 算例分析

長(zhǎng)三角城市群、珠三角城市群、京津冀城市群、成渝城市群為我國(guó)發(fā)展較早的四大城市群。2005年3月，國(guó)務(wù)院批復(fù)《環(huán)渤海京津冀地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃(2005 — 2020年) 》。自2006年起，隨著城際鐵路線網(wǎng)的建設(shè)、投融資策略的不斷完善和建設(shè)權(quán)限的下放，許多區(qū)域都在研究醞釀區(qū)域城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，2009年6月《成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2009)》正式立項(xiàng)。

以成渝區(qū)域城際鐵路線網(wǎng)與城市群的空間適應(yīng)性計(jì)算為例，數(shù)據(jù)主要來源于 2010年部分省市統(tǒng)計(jì)年鑒、《環(huán)渤海京津冀地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃(2005—2020年)》和《成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2009)》，表示四大城市群空間適應(yīng)性影響指標(biāo)的計(jì)算值如表2 所示；基于簡(jiǎn)單集成權(quán)重算法和圖1中適應(yīng)性分析集成權(quán)重如表3 所示；空間適應(yīng)性指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣隸屬度如表4所示。

表2 空間適應(yīng)性指標(biāo)測(cè)度值

表3 適應(yīng)性系統(tǒng)分析簡(jiǎn)單集成權(quán)重

表4 空間適應(yīng)性評(píng)價(jià)矩陣隸屬度

由表3 和表4 得到空間適應(yīng)性評(píng)語等級(jí)隸屬度：

同理，得到規(guī)模適應(yīng)性 B2和功能適應(yīng)性 B3的評(píng)語等級(jí)隸屬度，再結(jié)合綜合適應(yīng)性集成權(quán)重得到：

用級(jí)別特征法對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算：β＝3.121 9。

同樣方法，計(jì)算其他 3個(gè)城市群的β值：長(zhǎng)三角城市群為 1.591 9，珠三角城市群為 2.763 6，京津冀城市群為 1.705 0。

以上結(jié)果表明，長(zhǎng)三角城際鐵路線網(wǎng)與其城市群非常適應(yīng)，京津冀城際鐵路線網(wǎng)與其城市群比較適應(yīng)，珠三角和成渝城際鐵路線網(wǎng)與相應(yīng)城市群一般適應(yīng)，但成渝區(qū)域在 4個(gè)區(qū)域中適應(yīng)性是相對(duì)較低的。

6 結(jié)束語

基于集成權(quán)-模糊評(píng)價(jià)的城際鐵路線網(wǎng)與城市群適應(yīng)性研究提供了一種可操作的定量化分析方法。通過分析城際鐵路線網(wǎng)和城市群特性將適應(yīng)性分析歸納為空間、規(guī)模和功能 3個(gè)方面的適應(yīng)性，增強(qiáng)定量分析適應(yīng)性的可行性和操作性，構(gòu)建適應(yīng)性影響因素的指標(biāo)體系、層次結(jié)構(gòu)模型、各級(jí)指標(biāo)定量測(cè)算方法體系和集成權(quán)-模糊綜合評(píng)價(jià)的方法框架。以我國(guó)四大城市群為例，計(jì)算其城際鐵路線網(wǎng)與城市群的適應(yīng)性定量評(píng)價(jià)值，得出成渝城際鐵路線網(wǎng)規(guī)劃與成渝城市群的適應(yīng)性一般的結(jié)論。

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