交通污染排放的純語言型多屬性群決策模型

魏　明，李永利，陳　浩

(1.環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室， 北京100084； 2.南通大學交通學院， 江蘇南通226019)

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交通污染排放的純語言型多屬性群決策模型

魏明1,2，李永利2，陳浩2

(1.環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室， 北京100084； 2.南通大學交通學院， 江蘇南通226019)

摘要：為了有效評估不確定性交通污染排放控制方案的優(yōu)劣，針對客觀事物的復雜性及人類思維的模糊性，在構(gòu)建影響其方案選擇的指標體系基礎上，利用語言變量刻畫其不確定性，考慮決策者的主觀偏好，研究一類該問題的多屬性群決策模型。該模型有效地避免了傳統(tǒng)方法無法處理交通污染排放屬性權(quán)重完全未知、屬性值和對方案的主觀偏好值的缺陷，從而使得交通污染排放管控決策更具有科學性和合理性。以某道路的5個交通污染氣體排放方案評估為例，并與無決策者主觀偏好的方案排序結(jié)果比較，驗證模型和算法的有效性。

關鍵詞：交通污染排放控制；評價模型；不確定語言變量；決策者主觀偏好

0引言

機動車尾氣是影響城市空氣質(zhì)量的主要構(gòu)成元素，如何控制交通污染排放是一個熱點問題。交通污染排放與交通規(guī)劃、設計、管理和控制等交通要素相關，常見的管控措施眾多，如：信號控制、速度控制、單向交通、公交優(yōu)先、駕駛員行為、不停車收費系統(tǒng)等。根據(jù)實際道路條件，如何評估這些控制措施的優(yōu)劣以及選擇最佳方案，為交通管理部門的污染排放治理決策提供理論支持和技術(shù)支撐，是一個亟待解決的問題[1]。

目前，國內(nèi)外尚未有學者系統(tǒng)地研究交通污染排放控制方案的評價問題，多數(shù)研究集中其形成機理分析、控制技術(shù)兩方面。前者主要集中基于交通污染排放行為的交通規(guī)劃、設計、管理和控制策略[2-5]，如：Zhang等[2]研究了考慮交通污染排放的交通流分配模型，李鐵柱、侯德劭等[3-4]研究了城市道路路段的環(huán)境交通容量問題 ，呂智林等[5]研究了城市快速路網(wǎng)匝道與污染控制雙層多目標規(guī)劃模型；后者側(cè)重分析根據(jù)道路交通條件制定相應的污染防控措施，定性定量分析它們對交通污染氣體排放的重要程度[6-9],如：Dijkema等[6]揭示高速公路速度和交通排放之間關聯(lián)性，魏明等[7-8]研究微循環(huán)交通能耗模擬，吳孟庭等[9]研究考慮環(huán)境的公交專用道方案評價。該評價研究一般可借鑒層次分析法、主成份分析法、專家調(diào)查法等傳統(tǒng)方法研究思路，它們對方案進行評估時往往需要直接給出定量的評估信息，但交通污染排放環(huán)境的隨機和模糊性致使交通施工、交通流和碳排放過程中的不確定性，這限制了傳統(tǒng)評價方法在不確定交通污染排放控制方案評估中的應用。此外，當專家受一些主、客觀因素制約時，其對方案的主觀偏好也影響方案排序和優(yōu)選結(jié)果。由上可知，不確定交通污染排放控制方案評價問題更符合實際。

考慮客觀事物的復雜性及人類思維的模糊性，利用不確定語言變量定性測度評價問題的屬性值，純語言多屬性決策問題已引起了人們的關注[10-11]。針對現(xiàn)有研究尚未系統(tǒng)地解決不確定交通污染排放控制方案評估問題，在構(gòu)建其評價體系基礎上，利用語言變量定性測度屬性的不確定性，考慮決策者對方案的偏好，提出一種屬性權(quán)重信息完全未知、屬性值已知的純語言多屬性決策問題。在介紹不確定語言變量的運算法則基礎上，基于決策者的主客觀偏好值之間偏差最小目標，計算最優(yōu)屬性權(quán)重向量，據(jù)此獲取各方案的綜合屬性值，對決策方案進行排序和擇優(yōu)，從而選出最佳交通污染排放控制方案，并結(jié)合一個算例，對比決策者是否對方案存在主觀偏好兩種情形下的方案排序結(jié)果，以驗證模型和算法的有效性。

1不確定交通污染氣體排放控制方案的評價指標

選擇了合適的評價指標是評估交通污染排放控制方案的核心。借鑒文獻的研究結(jié)論，從方案實施、交通流量影響和交通碳排放等視角出發(fā)，確定影響交通污染排放控制方案優(yōu)劣的綜合評價集，如圖1所示，其中：方案實施指標集合為投入成本，建設周期和施工難易；交通流影響指標集合為車速，交通量，出行延誤，出行的難易程度和交通事故發(fā)生率；交通碳排放指標集合為氮氧化合物，有機化合物和一氧化物。

圖1　指標體系

2交通污染排放控制的純語言多屬性群決策方法

2.1基本概念

在多屬性問題決策過程中，需要對不確定語言變量進行比較和排序，其度量公式如下。

2.2交通污染排放控制方案的純語言變量決策過程

針對影響交通污染排放控制的眾多因素不確定性，為了進一步提高該模型的適用性，假設屬性權(quán)重完全未知的情形，研究了決策者對屬性、方案的主觀偏好純語言變量值的交通污染排放控制多屬性決策問題。在上述不確定語言變量的運算法則基礎上，考慮決策者的主觀偏好性，針對屬性權(quán)重完全未知的情形，基于決策者的主客觀偏好值之間偏差最小目標，對決策方案進行排序和擇優(yōu)。綜上所述，該問題的主要步驟如下：

步驟2: 基于最小化決策者的主客觀偏好值偏差求出最優(yōu)屬性權(quán)重向量w，主要步驟如下：

3案例分析

某城市道路共有五個備選方案A1～A5進行交通污染排放控制,針對該問題的11個評價屬性G1～G11，決策者利用語言評估標度S={s-4=極差，s-3=很差，s-2=稍差，s-1=差，s0=一般，s1=稍好，s2=好，s3=很好，s4=極好}進行定性測度，所得的不確定語言決策矩陣如下所示，分別計算決策者是否對五個備選方案存在主觀偏好兩種情形下的方案排序結(jié)果，以驗證模型和算法的有效性。

4結(jié)語

交通污染排放是影響城市空氣環(huán)境質(zhì)量的重要因素，圍繞限速、信號控制、公交優(yōu)先和單向交通等交通規(guī)劃、設計、管理和控制措施，如何從多角度評估它們的優(yōu)劣以及選擇最佳方案，是一個亟待解決的關鍵科學問題。本文從交通污染排放控制的方案實施難易、交通流影響和降低效果三方面出發(fā)，構(gòu)建其評價指標體系，針對涉及的多個屬性具有不確定、不確知性，文中提出考慮決策者主觀偏好的交通污染排放純語言多屬性群決策模型。該模型兼顧決策者對交通污染排放控制決策過程的不確定性，以及受主客觀因素制約時對不同方案存在一定偏好，計算簡便快捷，易于實際操作，對如何科學地選擇最佳交通污染氣體排放控制方案有著重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

然而，本文僅采用單決策者對交通污染排放方案進行排序，其有限的評估經(jīng)驗決定了方案優(yōu)選結(jié)果的片面性，故綜合考慮多個決策者之間部分有效經(jīng)驗進而全面地評價交通污染排放控制方案的優(yōu)劣，下一步的研究方向是探討考慮風險態(tài)度的純語言變量群體多屬性決策方法如何解決交通污染排放評價問題。

參考文獻:

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(責任編輯唐漢民梁碧芬)

Linguistic multiple attribute group decision making model for traffic pollution control

WEI Ming1,2, LI Yong-li2, CHEN Hao2

(1.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, Beijing 100084, China;2.School of Transportation, NANTONG University, Nantong 226019, China)

Abstract:In order to effectively evaluate the advantages and disadvantages of uncertain traffic pollution control program, an index system which influences the choice of programs was constructed, and a multi-attribute decision making model based on linguistic variables to describe their uncertainties was presented. The model considered each decision maker’s preference to different programs. The uncertainty of traffic pollution control programs and a problem that the multi-attribute decision-makers cannot get the exact value in the evaluation process were effectively solved, so the traffic pollution control decision-making can be more scientific and rational. Five traffic pollution emissions of a road assessment program were taken as an example to verify the validity of the model and algorithm. Results from the model proposed were compared to those from the models that had no subjective preferences of decision makers.

Key words：traffic pollution control; evaluation model; uncertain linguistic variable; subjective preferences of decision makers

中圖分類號：U4；X5

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7445(2016)02-0520-06

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0520

通訊作者：魏明(1984—),男,安徽蕪湖人,南通大學講師,博士;E-mail：mingtian911@163.com。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(61503201)；環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室專項基金課題項目(14K07ESPCT)；江蘇省建設系統(tǒng)科技項目(2013ZD38)；南通大學自然科學基金資助項目(14Z009，13ZJ004，13Z015，13Z014)

收稿日期：2015-11-22；

修訂日期：2015-12-01

引文格式：魏明，李永利，陳浩.交通污染排放的純語言型多屬性群決策模型[J].廣西大學學報(自然科學版)，2016，41(2)：520-525.