智能交通系統(tǒng)ITS的評(píng)價(jià)方法研究

王筱芳

(蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，ITS)是綠色交通的發(fā)展方向，它是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊與傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)和控制技術(shù)有效地集成，并運(yùn)用于整個(gè)交通管理而建立的一種在大范圍內(nèi)全方位發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)[1]。ITS可以充分的利用現(xiàn)有交通設(shè)施，減少交通負(fù)荷和環(huán)境污染，保證交通安全，提高運(yùn)輸效率，因而ITS日益受到各國(guó)的重視。但由于ITS的項(xiàng)目往往投資巨大，一般需要選擇在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境等諸多方面綜合評(píng)價(jià)最高的項(xiàng)目來(lái)加以實(shí)施，所以如何評(píng)價(jià)ITS的效益和如何選擇ITS方案成為一個(gè)亟待解決的課題。

ITS評(píng)價(jià)就是針對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)效益、社會(huì)效益、環(huán)境影響和風(fēng)險(xiǎn)做出的評(píng)價(jià)，為ITS項(xiàng)目的可行性研究及已有的系統(tǒng)運(yùn)作、優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[2]。ITS項(xiàng)目包含社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等諸多方面混雜在一起的定性或定量的復(fù)雜條件，其評(píng)價(jià)和選擇具有隨機(jī)性、模糊性、不確定性，同時(shí)環(huán)境、安全、舒適度等影響因素很難量化，所以利用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法很難得到理想的結(jié)果。本文基于對(duì)建立ITS架構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的探討，主要研究經(jīng)典層次分析法對(duì)ITS進(jìn)行評(píng)價(jià)的優(yōu)劣。

1 ITS方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

ITS方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是指能夠反映所評(píng)價(jià)系統(tǒng)的總體目標(biāo)和特征，并且具有內(nèi)在聯(lián)系、起互補(bǔ)作用，是反映系統(tǒng)整體狀況的指標(biāo)群體[3]。在ITS方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立過(guò)程中，為了客觀、全面地衡量ITS項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)其科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)，需要遵循以下原則[4]：

（1）可行性原則。ITS的評(píng)價(jià)指標(biāo)必須有明確地意義，并應(yīng)簡(jiǎn)明實(shí)用，具有可量化和可檢測(cè)的特點(diǎn)。

（2）系統(tǒng)性原則。ITS本身是一個(gè)復(fù)雜的、多因素相互聯(lián)系的系統(tǒng)工程，因此ITS項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)考慮系統(tǒng)內(nèi)因和外因的相關(guān)性、整體性和目標(biāo)性。

（3）科學(xué)性原則。確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須科學(xué)地、全面地反映ITS項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響的本質(zhì)特征。

（4）定性與定量相結(jié)合的原則。在對(duì)ITS項(xiàng)目進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)時(shí)，既要考慮經(jīng)濟(jì)效益等定量因素，也應(yīng)考慮社會(huì)、環(huán)境等定性指標(biāo)，最終才能達(dá)到指標(biāo)體系的完整性。

智能交通系統(tǒng)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)需求，在系統(tǒng)定位的基礎(chǔ)上決定指標(biāo)構(gòu)成，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅僅是系統(tǒng)的構(gòu)成、功能和性能定性及定量的反映，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方對(duì)系統(tǒng)的理解程度的反映，最終為ITS系統(tǒng)方案的實(shí)施提供依據(jù)。

2 層次分析法

層次分析方法(analytical hierarchy process，AHP)是美國(guó)學(xué)者Saaty于20世紀(jì)70年代末提出的一種將復(fù)雜問(wèn)題分解的多層次權(quán)重解析方法[5]，它將屬性分層，用兩項(xiàng)相互比較的值構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣，然后求出矩陣最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，求得每一層次的各屬性對(duì)上一層某屬性的優(yōu)先權(quán)重，最后再用加權(quán)和的方法遞階歸并，最終將權(quán)重以各個(gè)層次的綜合評(píng)價(jià)排序，權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。這種將主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)和處理的方法，具有結(jié)構(gòu)化和直觀的特點(diǎn)，但當(dāng)屬性增多時(shí)，獲得評(píng)價(jià)矩陣將非常耗時(shí)。

2.1 層次法的評(píng)價(jià)原理

對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)因子，m個(gè)評(píng)價(jià)單元，則建立評(píng)價(jià)集合 u=｛u1，u2,∧，un｝,每一個(gè)因素ui都有一個(gè)隸屬度R=｛ri1, ri2,∧ir｝，于是對(duì)于n個(gè)因素就有單因子評(píng)價(jià)矩陣R/2/，如因子的權(quán)重分配為 A，則：A=｛a1，a2,∧，an｝，其中 ai≥0 且ai=1，由A與R求出模糊綜合評(píng)判矩陣B=∑AR=（b1,b2,∧,bm），其中bi=∑。對(duì)多體系的比較，可分別求出B值后比較。

2.2 層次法的評(píng)價(jià)步驟如下[6]：

2.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將不同因素分組，每個(gè)組作為一個(gè)層次，自上至下一次為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，上一層次對(duì)相鄰的下一層次的全部或部分元素起支配作用，形成從上至下的支配關(guān)系,即“遞階層次關(guān)系”。

2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣由層次結(jié)構(gòu)模型中各層元素的相對(duì)重要性數(shù)值列表構(gòu)成。判斷矩陣表示針對(duì)上一層某因素，本層與之有關(guān)因素之間相對(duì)重要性的比較。例如,若A層中因素AK與下層B1、B2……Bn有聯(lián)系，則判斷矩陣P如下：

2.2.3 層次單排序，并將判斷矩陣的特征向量歸一化

根據(jù)判斷矩陣 P=（bij）n×n求出這 n 個(gè)元素 B1、B2……Bn相對(duì)于上層因素 AK而言的相對(duì)權(quán)重向量（W1，W2,…,Wn）T，即計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及對(duì)應(yīng)的特征向量,可以通過(guò)Matlab等數(shù)學(xué)軟件求精確解,近似的計(jì)算方法有和根法、根法、冪法等。

2.2.4 層次單排序一致性檢驗(yàn)

在建立判斷矩陣時(shí)，由于主題認(rèn)識(shí)的多樣性以及客觀事物的復(fù)雜性，判斷矩陣不可能完全滿足式也就是說(shuō)判斷矩陣不可能具有完全一致性.而且進(jìn)行n(n-l)/2次兩兩比較判斷可以從不同角度的反復(fù)比較中，有利于到處一個(gè)合理反映決策者判斷的排序，然而整個(gè)判斷矩陣也不應(yīng)偏離一致性太大。

2.2.5 層次總排序

層次單排序得到一組元素相對(duì)于上一層中某元素的權(quán)重向量，然而需要的是最底層中的各方案(或與方案直接聯(lián)系的屬性層)相對(duì)于總準(zhǔn)則的合成權(quán)重(或?qū)傩詸?quán)重)，以便進(jìn)行方案比選。計(jì)算合成權(quán)重的過(guò)程稱為層次總排序，合成權(quán)重的計(jì)算需要從上而下進(jìn)行，將單準(zhǔn)則權(quán)重進(jìn)行合成，最終進(jìn)行到最底層得到合成權(quán)重。

2.3 實(shí)證分析

利用本文建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以對(duì)某任意項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(因篇幅限制計(jì)算過(guò)程部分和數(shù)據(jù)省略)，首先借助建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣，把第一層作為第二層的準(zhǔn)則，根據(jù)調(diào)查分析得到第一層比較判斷矩陣；將特征向量正規(guī)化，即可得出第二層的權(quán)重，同理得到其它層各項(xiàng)在上一層各準(zhǔn)則下的權(quán)重；最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對(duì)ITS項(xiàng)目方案進(jìn)行總體分析，評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)可以得到最終的結(jié)論。

4 結(jié)論

開(kāi)展ITS評(píng)價(jià)方法的研究是智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)施、方案比選、決策亟待解決的問(wèn)題，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。而經(jīng)典層次分析法將決策者對(duì)復(fù)雜對(duì)象的決策思維過(guò)程系統(tǒng)化、層次化和模型化，整個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了分解、判斷、綜合的系統(tǒng)思維方式。該方法適用于多準(zhǔn)則、多目標(biāo)或無(wú)結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜問(wèn)題的決策分析，尤其適合于那些決策目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺少必要的數(shù)據(jù)。

［1］王志強(qiáng).城市智能交通系統(tǒng)ITS建設(shè)項(xiàng)目效益評(píng)價(jià)分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2011.

［2］朱昌鋒.智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)的評(píng)價(jià)方法探討[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006,20(2)：26-27.

［3］姜雨.ITS項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法研究[D].東南大學(xué),2004.

［4］汪瑩.智能交通系統(tǒng)的社會(huì)和環(huán)境效益評(píng)價(jià)研究[D].北京交通大學(xué),2001.

［5］Saaty TL.Modelling unstructured decision problems-the theory of analytical hierarchies[J].Math.Comput.Simulation,1978,20(2)：147-158.

［6］張浩.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能交通系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)及架構(gòu)研究[D].北京交通大學(xué),2011.