基于Vague復合物元的運輸樞紐無縫銜接綜合評價研究

韓 直,羅 超,陳鵬宇,肖邱瑞,楊 云

(1. 招商局 重慶交通科研設計院有限公司 交通工程所，重慶 400067；2. 中機中聯(lián)工程有限公司 城市與交通規(guī)劃研究所，重慶 400039；3. 重慶交通大學 交通運輸學院，重慶400074)

?

基于Vague復合物元的運輸樞紐無縫銜接綜合評價研究

韓 直1,羅 超2,陳鵬宇3,肖邱瑞3,楊 云3

(1. 招商局 重慶交通科研設計院有限公司 交通工程所，重慶 400067；2. 中機中聯(lián)工程有限公司 城市與交通規(guī)劃研究所，重慶 400039；3. 重慶交通大學 交通運輸學院，重慶400074)

通過對無縫銜接評價需求進行分析，構建了綜合評價指標體系，將Vague集與可拓物元評價方法相結合，建立了Vague復合物元評價模型，并運用該模型對重慶某綜合運輸樞紐進行了無縫銜接綜合評價，其評價結果為“二級”，驗證了該模型具有較好的實用性和可靠性。

交通運輸工程；綜合交通運輸；物元評價；Vague集；無縫銜接；運輸樞紐；結構熵權法

運輸樞紐銜接系統(tǒng)作為運輸樞紐至為重要的子系統(tǒng)，樞紐銜接系統(tǒng)的服務水平高低對樞紐系統(tǒng)乃至整個交通運輸系統(tǒng)的運能和效率的發(fā)揮具有重大影響[1]。樞紐銜接評價對樞紐的規(guī)劃、設計、建設和運營管理提供科學的決策支持，因此，對運輸樞紐的無縫銜接情況進行評價顯得非常必要。既有的針對運輸樞紐銜接評價研究的方法主要包括兩類：一類是以定性、定量指標相結合的評價方法，另一類是采用仿真的評價方法。常用的樞紐銜接綜合評價方法有多種，如層次分析法(AHP)、主成分分析法、模糊綜合評價方法、數(shù)據(jù)包絡分析方法(DEA)以及神經(jīng)網(wǎng)絡分析評價方法等。筆者根據(jù)樞紐銜接的特點以及所建立的綜合評價指標體系，并將Vague集與可拓物元評價法進行了融合，建立了Vague復合物元評價模型，運用于運輸樞紐無縫銜接綜合評價當中，通過實例驗證了此評價方法的適用性。

1 評價需求分析

運輸樞紐無縫銜接綜合評價的目的在于實現(xiàn)客貨流的快速、安全、經(jīng)濟的轉(zhuǎn)移，但運輸樞紐不僅是交通運輸網(wǎng)絡的一個節(jié)點，也是一處綜合化建筑，因此，提高運輸樞紐的銜接水平可以產(chǎn)生巨大的社會效益。通過對運輸樞紐銜接的宏觀(城市經(jīng)濟發(fā)展水平、城市功能定位等)、中觀(綜合運輸樞紐規(guī)劃模式、樞紐在城市中的布局、樞紐與交通線網(wǎng)相匹配能力等)、微觀(樞紐銜接系統(tǒng)內(nèi)部設施配置、樞紐內(nèi)組織管理以及舒適性等)3個層面的全面透徹的分析[2-4]，找出影響銜接系統(tǒng)效率的關鍵性因素，并在此基礎上，選用適當?shù)脑u價模型對銜接系統(tǒng)進行綜合評價，從而找到促進運輸樞紐無縫銜接的針對性對策。綜上所述，需要從以下方面進行樞紐的無縫銜接評價：

1)綜合運輸樞紐是具有兩種及以上運輸方式的一體化組合實體，因此，筆者需對公路、鐵路、水運、航空等4種運輸方式進行無縫銜接評價。

2)綜合運輸樞紐的主要交通功能是完成旅客的換乘和貨物的中轉(zhuǎn)，故客運與貨運是銜接系統(tǒng)的評價內(nèi)容。

3)從安全、低碳、經(jīng)濟、暢通角度對各種運輸方式運能和樞紐銜接效率進行分析，并基于這4個角度對運輸樞紐無縫銜接情況進行綜合評價。

4)將各種運輸方式運能評價指標和運輸樞紐效率評價指標相結合，建立基于運能和效率的運輸樞紐無縫銜接綜合評價指標體系。

5)在比較各種評價方法基礎上，確定運輸樞紐無縫銜接評價方法和指標權重計算方法，構建出一種有效、實用的運輸樞紐無縫銜接評價模型。

2 無縫銜接評價指標體系

構建指標體系是對無縫銜接系統(tǒng)進行評價的必要前提，在評價流程中，評價指標體系構建的合理與否，直接影響到評價結果。影響綜合運輸樞紐銜接效率的因素是多方面的，每方面都能形成多個評價指標，因此，需要建立一套全面、科學、合理而又實用的評價指標體系。

依據(jù)評價指標選取原則和ISM的指標篩選模型，對運輸樞紐無縫銜接評價指標體系進行4層構建[5-6]。第1層為目標層，即以評價運輸樞紐無縫銜接為目的；第2層為準則層，作為評價運輸樞紐無縫銜接的不同評價準則，即運能和效率；第3層為子準則層，是對第2層的具體分類，包括集散能力、協(xié)同能力、服務能力、組織能力、發(fā)展能力；第4層為指標層，是對各子準則層屬性的具體細分。運輸樞紐無縫銜接評價指標體系具體內(nèi)容如表1。

表1 運輸樞紐無縫銜接評價指標體系

Table 1 Evaluation index system of seamless connection for transportation hub

指標類別指標序號指標名稱指標類別指標序號指標名稱 集散 能力 CDC CD1 日平均集散客流量/(人次·d-1) 組織 能力 OC O1 銜接順暢度/% CD2 樞紐停車設施率/% O2 平均乘客密度/(人·m-2) CD3 單位生產(chǎn)能力/(t·m-2) O3 平均換乘繞行系數(shù) CD4 單位里程人均耗能/(mL·km-1·人-1) O4 人均換乘設施面積/(m2·人-1) CD5 生產(chǎn)用泊位數(shù)/個O5 平均換乘時間/min CD6 貨運量/t O6 樞紐內(nèi)部組織有序度/(m2·個-1) CD7 周轉(zhuǎn)量/(t·km) O7 平均沖突點數(shù)/個 CD8 樞紐可達性O8 平均換乘步行距離/m CD9 載運率/% 發(fā)展 能力 DC D1 樞紐運能擴充的可能性 CD10 換乘運能度D2 促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展效益/萬元 CD11 平均換乘系數(shù)/% D3 樞紐功能綜合化程度 協(xié)同 能力 CC C1 運能匹配度D4 換乘樞紐附近土地開發(fā)潛力 C2 與城市總規(guī)協(xié)調(diào)性D5 樞紐規(guī)模適應性 C3 與城市路網(wǎng)協(xié)調(diào)性D6 樞紐噪聲數(shù)值/dB C4 樞紐布局的合理性D7 空氣染污物指數(shù) C5 與城市景觀的協(xié)調(diào)性D8 水生態(tài)污染程度/% C6 樞紐與其它樞紐的負荷均衡度D9 投入產(chǎn)出效益 服務 能力 SC S1 換乘信息服務程度 S2 行車準點率/% S3 設施能力飽和度/% S4 通道設施最大擁擠度%

通過全面、科學的篩選，最終選出38個評價指標。需要說明的是，這38個評價指標是定性、定量指標的結合，由于運輸樞紐無縫銜接評價是一個大系統(tǒng)，故指標體系數(shù)量比較多，限于篇幅，針對定量指標的具體計算不做詳細說明。筆者對定量指標的取值是參考相關行業(yè)標準、規(guī)范和現(xiàn)場測量以及具體參考文獻，對定性指標的取值是依據(jù)各行業(yè)專家評定打分綜合確定的。

3 Vague復合物元評價模型的建立

Vague復合物元評價模型是Vague集與可拓物元評價法的融合，此模型能夠適應于多種評價類型。

3.1 Vague集理論

Vague集理論是由臺灣學者W.L.Gau，等[7]提出的，是模糊集理論的一種推廣形式，對模糊信息的處理方法更接近于人類思維模式。Vague集同時考慮了隸屬度、非隸屬度和猶豫度3個方面的信息，這使得Vague集比模糊集在處理不確定性等方面具有更強的表示能力，且更具靈活性和實用性。

Vague集的定義：設U是一個非空集合，為一個元素x的對象空間，x的兩個隸屬函數(shù)tA(x)和fA(x)屬于A，A是U上的一個Vague集。即：

tA(x):U→[0,1],fA(x):U→[0,1]

滿足：tA(x)+fA(x)≤1，

且0≤tA(x)≤1，0≤fA(x)≤1。其中：tA(x)叫做Vague集的真隸屬函數(shù)，表達x∈A所導出支持型隸屬程度的下界；fA(x)叫做Vague集A的假隸屬函數(shù)，表達x∈A的所導出否定型隸屬度的下界；稱[tA(x),1-fA(x)]為Vague集A在點x的Vague值，可以表達支持和反對x∈A的程度。

3.2 確定評價物元

物元分析是研究物元及其變化規(guī)律，并用于解決現(xiàn)實世界中的不相容問題。物元理論是將評價的物、物的特征和物關于特征的量值組成一個整體來研究，即物元=(物，特征，量值)，記為R=(N，C，V)。

假設有m個事物，第j個事物記為Nj(j=1,2,…,m)；n個特征，第i個特征記為Ci(i=1,2,…,n)；第j個事物的第i個特征的量值表示為vij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，將特征量值轉(zhuǎn)化成Vague值，即vij=[tij,1-fij]，(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，這就組成了Vague評價物元。

評價物元確定了經(jīng)典域與節(jié)域，設定了評價的等級和指標量值所能取到的范圍，是評價的標準，其量值是一個區(qū)間，在Rnm中，N1，N2，…，Nm即為Vague復合物元評價的評價等級。

3.3 確定待測物元

Vague復合物元評價法的待測物元與評價物元的量值都是一個區(qū)間。記待測物元為Rx=(Nx,Cx,Vx)，則：

將待測物元與評價物元寫到一起構成評價綜合物元：

Rxy=

3.4 特征量值轉(zhuǎn)化成Vague值的計算

3.4.1 定量指標

定量指標的量值是一個單值，無法直接用Vague值表示，需通過極變差法對定量指標進行規(guī)范化處理。定量指標可分為效益型指標和成本型指標，即越大越好性指標和越小越好性指標。通過規(guī)范化處理后的每個評價指標量值，都可以轉(zhuǎn)化成隸屬度在[0,1]中的Vague值形式。

成本型(越小越好)指標：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(1)

效益型(越大越好)指標：

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(2)

3.4.2 定性指標

筆者通過構建語言變量集來描述一個定性問題，將定性指標劃分為非常滿意、滿意、一般、較差、非常差等5個判別等級，每個判別等級對應相應的分數(shù)值劃分區(qū)間，再通過專家打分確定定性指標量值，最后參考定量指標的轉(zhuǎn)化方法把定性指標量值轉(zhuǎn)化成Vague值。

3.5 確定指標權重

1)利用Delphi法，形成基本重要度矩陣Anm

即由m個專家根據(jù)所設定的評分標準參考語言集評價n個指標，形成重要度矩陣Anm。用xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示第j個專家對第i個指標的重要度評分；

2)通過熵值的隸屬度計算，形成熵值重要度矩陣Bnm={μij}n×m

設μx為x的熵值隸屬函數(shù)：

(3)

3)消除“認識盲度”，得到重要度綜合權重vi

(4)

由于參與評分的專家專業(yè)領域不同，難免會出現(xiàn)對某一指標不熟悉，評分跟其他專家相差較大，可以把這個叫做“認識盲度”。

計算“盲度函數(shù)”Qi：

(5)

則，重要度綜合權重：

(6)

4)歸一化處理，得到綜合權重向量

(7)

m個專家對n個指標的評分就形成綜合權重向量W=(w1,w2,…,wn)T。

3.6 Vague復合物元關聯(lián)函數(shù)

關聯(lián)函數(shù)就是尋求待測物元與評價物元中不同等級之間的關系的函數(shù)，由于Vague復合物元都是區(qū)間距離的計算，其實質(zhì)是計算區(qū)間到區(qū)間的距離。傳統(tǒng)的關聯(lián)函數(shù)將在Vague復合物元中不再適用?？梢岳孟嗨贫攘糠?，相似度量法實質(zhì)就是Vague復合物元的關聯(lián)函數(shù)。

相似度計算：

(8)

式中：Mz(x,yi)是指待測項目x的某一個指標值與第i個評價等級對應指標值的相似度；[tx,1-fx]是指待測項目的指標值；[tyi,1-fyi]是指第i個評價等級的指標值。

周曉光，等[9]驗證了此種相似度量方法對各種情況的適用性。

待測項目與某個等級的整體相似度計算：

(9)

式中：kj為待測項目與第j個評價等級的相似度；Wi為第i個指標的權重；Mij(xi,yij)是待測項目x與第j個評價等級中第i個指標的相似度。

3.7 評價等級的確定

根據(jù)相似度的定義，待測項目的評價等級就是待測項目與評價等級相似度最大，即相似度量值kj最大的一個，所以：

k=max(k1,k2,…,km)

(10)

由k所對應的等級即為待測項目的評價等級。

4 實例分析

以重慶某綜合運輸樞紐為例說明Vague復合物元模型的應用。該綜合運輸樞紐集鐵路、軌道、公交、長途汽車、出租車和社會車輛等多種交通方式為一體，是重慶主城主要的客運樞紐，主要承擔重慶對外交通的功能，其客流的發(fā)生和到達以中長距離為主。

4.1 指標現(xiàn)狀取值

參考相關行業(yè)標準、規(guī)范和具體參考文獻，對所選取指標進行分級，并給出相應等級的定量數(shù)值，通過實地測量以及各行業(yè)專家評定打分確定指標值[10]，如表2。

表2 指標分級及現(xiàn)狀取值

(續(xù)表2)

指標序號1級2級3級4級5級指標取值指標序號1級2級3級4級5級指標取值CD880～10060～8040～6020～400～2090O60．0060．0080．0100．0500．1000．0065CD90．8～1．00．6～0．80．4～0．60．2～0．40～0．20．85O74050608010070CD101．2～1．51．1～1．21．0～1．10．8～1．00．4～0．81．15O80～100100～200200～400400～600600～1000150CD111．0～1．11．1～1．21．2～1．31．3～1．41．4～1．51．25D11008060402090C10．7～0．80．6～0．70．5～0．60．4～0．50～0．40．78D21008060402085C20．8～1．00．6～0．80．4～0．60．2～0．40～0．20．60D31008060402080C30．8～1．00．6～0．80．4～0．60．2～0．40～0．20．90D41008060402075C480～10060～040～6020～400～2085D50．8～0．90．7～0．80．6～0．70．5～0．60．4～0．50．65C50．8～1．00．6～0．80．4～0．60．2～0．40～0．20．80D60．4～0．60．6～0．80．8～1．01．0～1．21．2～1．40．80C60．850．750．650．550．40．80D70．8～1．01．0～1．21．2～1．41．4～1．61．6～1．81．30S10．8～1．00．6～0．80．4～0．60．2～0．40～0．20．80D81008060402025S21008070604075D964210．55

4.2 確定綜合物元矩陣

將成本型(越小越好)指標和效益型(越大越好)指標分別根據(jù)轉(zhuǎn)換公式進行歸一化處理，經(jīng)過處理之后所有指標取值都在[0,1]的范圍內(nèi)，即指標等級取值和指標實值轉(zhuǎn)化成了Vague值，見表3。

表3 綜合物元矩陣Vague值

4.3 計算各指標的權重

通過結構熵權法求得各指標的權重，各指標的歸一化權重見表4。

表4 權重計算結果

4.4 計算相似度及綜合相似度

根據(jù)相似度計算公式〔式(8)〕可以計算出待測物元每個指標與相應5個等級的標準物元的每個指標的相似度，相似度越大說明越接近相應的評價等級，其相似度計算結果見表5。

將5個等級所對應的每個指標相似度賦予相應的指標權重，得到綜合相似度，見表6。

表6 綜合相似度計算結果

由表6可以看出，k2>k3>k1>k4>k5，很明顯k2遠大于其它4個評價等級綜合相似度，所以該重慶綜合運輸樞紐無縫銜接評價的等級為“二級”。

5 結 語

運輸樞紐銜接系統(tǒng)具有整體性、復雜性和動態(tài)性的特點，需要各子系統(tǒng)的相互配合和協(xié)作才能發(fā)揮整個系統(tǒng)的潛力。筆者將Vague集理論和物元評價理論進行結合，用于運輸樞紐無縫銜接評價，Vague復合物元評價方法能夠同時用于定性和定量指標評價，抑或指標值是確定值或范圍值都能很好的適用，具有較強的包容性。實例證明該評價方法能較為簡便地對運輸樞紐無縫銜接進行多指標綜合評價，具有適用性和可行性。為使評價模型更加完善，作者建議可從數(shù)據(jù)準確性、評價模型優(yōu)化等方面開展深入研究。

[1] 和豪濤,肖秀珍.基于多目標模糊決策的公路客運樞紐評價方法[J].交通科技與經(jīng)濟,2006,8(5):89-91. He Haotao,Xiao Xiuzhen.Scheme evaluating method of highway passenger transport hub based on multi-objective fuzzy decision- making[J].Technology & Economy in Areas of Communications,2006,8(5):89-91.

[2] 程斌.城市軌道交通樞紐換乘接駁研究[D].西安：長安大學,2007. Cheng Bin.Study on Transferring and Feeding System of Urban Rail Transportation Hub[D].Xi’an:Chang’an University,2007.

[3] 孫小年,姜彩良.城市客運交通換乘銜接的綜合評價[J].交通標準化,2005,12(10):23-27. Sun Xiaonian,Jiang Cailiang.Comprehensive evaluation on urban passenger transportation transferring and joining up[J].Communications Standardization,2005,12(10):23-27.

[4] 胡華,劉志鋼,朱海燕.城市公交樞紐換乘客流OD動態(tài)預測方法[J].重慶交通大學學報：自然科學版,2013,32(3):463-466. Hu Hua,Liu Zhigang,Zhu Haiyan.Dynamic prediction method of transfer OD matrix for urban transit hub[J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2013,32(3):463-466.

[5] 盧會芬.大城市低碳客運交通系統(tǒng)評價指標體系研究[D].北京：北京交通大學,2011. Lu Huifen.Research on Evaluation Index System of Metropolitan Low-carbon Passenger Traffic System[D].Beijing:Beijing Jiaotong University,2011.

[6] 師桂蘭.城市客運樞紐綜合評價方法研究[D].南京：東南大學,2005. Shi Guilan.Comprehensive Assessment of Urban Passenger Hub Planning and Construct[D].Nanjing:Southeast University,2005.

[7] Gau W L,Buehrer D J.Vague sets[J].IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics,1993,23(2):610-614.

[8] 傅新平,胡伶俐.基于物元分析法的綜合交通系統(tǒng)服務水平評價[J].武漢理工大學學報:交通科學與工程版,2007,31(4):580-583. Fu Xinping,Hu Lingli.Evaluation of integrated traffic system service level based on matter-analysis theory[J].Journal of Wuhan University of Technology:Transportation Science & Engineering,2007,31(4):580-583.

[9] 周曉光,張強.Vague集(值)相似度量的比較和改進[J].系統(tǒng)工程學報,2005,20(6):613-619. Zhou Xiaoguang,Zhang Qiang.The comparison and improvement of similarity measurement for vague sets (value)[J].Journal of Systems Engineering,2005,20(6):613-619.

[10] 張兵,鄧衛(wèi).基于粗糙集理論的經(jīng)濟圈交通樞紐灰色關聯(lián)分析評價[J].重慶交通大學學報：自然科學版,2012,31(3):448-454. Zhang Bing,Deng Wei.Grey evaluation of transport hub in economic cycle based on rough set theory [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2012,31(3):448-454.

Researching on Seamless Connection of Transportation Hub Based on Evaluation Method of Vague Compound Matter-Element

Han Zhi1, Luo Chao2, Chen Pengyu3, Xiao Qiurui3, Yang Yun3

(1. Institute of Traffic Engineering, China Merchants Chongqing Cemmunications Technology Research & Design Institute Co.Ltd.,Chongqing 400067, China;2. Institute of Urban & Traffic Planning,CMCU Engineering Co.Ltd.,Chongqing 400039,China;3. School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

The evaluation requirements of seamless connection were analyzed and then the comprehensive evaluation index system was constructed. Vague Compound matter-element model can be established by combining Vague with the extension matter-element evaluation method. A seamless connection comprehensive evaluation of one Chongqing integrated transportation hub was implemented by using this model. The evaluation results is “the secondary”, which validates that the model has good practicability and reliability.

traffic and transportation engineering; integrated transportation; matter-element evaluation; Vague sets; seamless connection; transportation hub; structure entropy weight method

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.03.21

2013-11-06；

2014-03-06

重慶交通大學研究生教育創(chuàng)新基金項目(20120120)

韓 直(1962—)，男，陜西渭南人，教授，博士，主要從事交通安全、節(jié)能與交通控制方面的研究。E-mail：hanzhi@ccrdi.cmhk.com。

U491.2

A

1674-0696(2015)03-099-06