基于物元分析-統(tǒng)計(jì)分析的城市公共交通樞紐站分級(jí)方法

戰(zhàn)國會(huì)，齊 巖，譚先林，曹 佳，張 藝

(交通運(yùn)輸部 規(guī)劃研究院，北京 100029)

基于物元分析-統(tǒng)計(jì)分析的城市公共交通樞紐站分級(jí)方法

戰(zhàn)國會(huì)，齊 巖，譚先林，曹 佳，張 藝

(交通運(yùn)輸部 規(guī)劃研究院，北京 100029)

在分析既有城市交通樞紐分級(jí)方法的基礎(chǔ)上，基于物元分析與統(tǒng)計(jì)分析理論，提出了城市公共交通樞紐站分級(jí)方法。根據(jù)分級(jí)目的、要求，構(gòu)建了城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)可選集與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)建立了分級(jí)指標(biāo)的物元分析模型，確定最優(yōu)分級(jí)指標(biāo)，然后通過統(tǒng)計(jì)分析，由頻率累積法確定具體的分級(jí)界限。最后，以公共汽電車樞紐分級(jí)為例，探討了該分級(jí)方法的可操作性。結(jié)果表明基于物元分析與統(tǒng)計(jì)分析的城市公共交通樞紐站分級(jí)方法客觀合理，具有較好的實(shí)用性。

交通運(yùn)輸工程；城市公共交通樞紐站；分級(jí)；物元分析；統(tǒng)計(jì)分析；到達(dá)/發(fā)車位數(shù)

0 引 言

城市公共交通樞紐站是實(shí)現(xiàn)城市公共交通與公路、鐵路、水運(yùn)、航空對(duì)外運(yùn)輸方式銜接，或?qū)崿F(xiàn)不同城市公共交通方式之間相互銜接的城市公共交通場站，是促進(jìn)綜合運(yùn)輸體系建設(shè)、提升城市公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平的重要抓手,在國內(nèi)外均得到高度重視[1-2]。在我國最為常見的就是公共汽電車或者城市軌道交通(或者兩者兼具)與對(duì)外運(yùn)輸方式銜接、或者只由這兩類運(yùn)輸方式相互銜接構(gòu)成的樞紐站。

為實(shí)現(xiàn)樞紐站的精細(xì)化管理；充分發(fā)揮樞紐站的功能，就必須以一定的方法對(duì)城市公共交通樞紐站分級(jí)，再根據(jù)樞紐站級(jí)別確定相應(yīng)的管理方法。我國目前尚未形成統(tǒng)一、規(guī)范的城市公共交通樞紐站分級(jí)方法。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面，目前我國綜合客運(yùn)樞紐、城市公共交通樞紐站、公共汽電車首末站的分級(jí)方法差異較大?，F(xiàn)行相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、部分省市的地方標(biāo)準(zhǔn)如表1。在理論研究方面，何宗華[3]以相應(yīng)年限的最高日乘降客流和高峰小時(shí)乘降客流的預(yù)測值為依據(jù)對(duì)輕軌車站進(jìn)行分級(jí)；覃矞[4]采用日集散客流量、日換乘客流量和軌道交通、常規(guī)公交線路條數(shù)為指標(biāo)，對(duì)城市客運(yùn)樞紐進(jìn)行分級(jí)；漆凱等[5]從樞紐功能定位、能力、占地規(guī)模3方面對(duì)綜合客運(yùn)樞紐分級(jí)。以上研究并未給出通用的分級(jí)指標(biāo)選取方法、分級(jí)界線的確定方法。另外，還有一些學(xué)者對(duì)樞紐的某一方面，如換乘效率、選址、服務(wù)水平等，采用綜合權(quán)重多準(zhǔn)則評(píng)估[6]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)[7]、多層析灰色評(píng)價(jià)法[8]、模糊評(píng)價(jià)法[9]、物元分析法[10]等進(jìn)行研究。

表1 我國城市公共交通樞紐站等級(jí)劃分(部分省市)

Table 1 Classification of urban public traffic hub station in China (some provinces and cities)

注:①綜合客運(yùn)樞紐指包括兩種及以上對(duì)外運(yùn)輸方式的客運(yùn)樞紐；②樞紐站與對(duì)外運(yùn)輸方式銜接或者多條線路首末站匯集的公共汽電車場站；③公交樞紐站是多條公交線路匯集并有換乘需求的首末站；④公交樞紐站定義為客流集散、換乘的綜合樞紐站點(diǎn)；⑤該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公交總站的等級(jí)劃分主要用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

為增強(qiáng)城市公共交通樞紐站分級(jí)方法在全國范圍內(nèi)的可操作性，分級(jí)指標(biāo)應(yīng)精簡，且具代表性、方便可測，分級(jí)界線確定的方法應(yīng)合理科學(xué)。筆者基于物元分析-統(tǒng)計(jì)分析提出城市公共交通樞紐站分級(jí)方法。

1 物元分析-統(tǒng)計(jì)分析模型的構(gòu)建

物元分析把邏輯值從(0，1)擴(kuò)展到(-∞，+∞)，可以綜合事物各種因素的全部信息，保證信息完整性，因此能夠全面分析評(píng)價(jià)對(duì)象屬于某集合的程度，克服主觀因素的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為精細(xì)，更符合客觀實(shí)際。統(tǒng)計(jì)分析方法基于實(shí)測數(shù)據(jù)，用以確定物元分析中的參數(shù)，進(jìn)一步避免事物評(píng)價(jià)中的主觀性。

物元分析-統(tǒng)計(jì)分析模型的實(shí)質(zhì)，就是根據(jù)分級(jí)的目的、要求，確定城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)可選集與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后通過物元分析法對(duì)分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行比選，確定最適宜的一項(xiàng)分級(jí)指標(biāo)，最后在抽樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過頻率累積分析來確定具體的分級(jí)界線。

1.1 確定分級(jí)比選指標(biāo)

根據(jù)城市公共交通樞紐站分級(jí)目的、樞紐站特點(diǎn)，確定可以采用的分級(jí)指標(biāo)全集{N}。將各個(gè)分級(jí)指標(biāo)N視為比選對(duì)象，根據(jù)樞紐站分級(jí)方法的使用要求，確定對(duì)N比選所采用的比選指標(biāo){C}。

1.2 建立物元分析模型

假設(shè)樞紐分級(jí)指標(biāo)N，關(guān)于比選指標(biāo)C有量值V，則R=(N,C,V)構(gòu)成描述該分級(jí)指標(biāo)的物元。若分級(jí)指標(biāo)N比選考慮n個(gè)比選指標(biāo)Ci(i=1,2,…,n)，且比選指標(biāo)Ci對(duì)應(yīng)的量值是Vi，則該物元表達(dá)式如式(1)：

(1)

設(shè)各比選指標(biāo)ci在某個(gè)量級(jí)N0j上的取值范圍為v0ji，v0ji=。比選指標(biāo)各等級(jí)所取的數(shù)值范圍，即構(gòu)成經(jīng)典域Roj，如式(2)：

(2)

各比選指標(biāo)ci對(duì)節(jié)域?qū)ο驨p所取的量值范圍為vpi，vpi=，各比選指標(biāo)相應(yīng)構(gòu)成節(jié)域Rp，如式(3)：

(3)

通過關(guān)聯(lián)度函數(shù)計(jì)算分級(jí)指標(biāo)與經(jīng)典域的距離，關(guān)聯(lián)度函數(shù)如式(4)：

(4)

式中：

通過熵權(quán)法、專家打分法等多種方法確定各個(gè)比選指標(biāo)的權(quán)重ωi，進(jìn)而計(jì)算該分級(jí)指標(biāo)在各個(gè)等級(jí)上的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則確定該分級(jí)指標(biāo)的具體評(píng)價(jià)等級(jí)。對(duì)比不同分級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)，得出最優(yōu)的分級(jí)指標(biāo)。

另外，若某一分級(jí)指標(biāo)N具有多項(xiàng)比選指標(biāo)C(C1,C2, …,Cn)，而實(shí)際工作中需要選出一項(xiàng)或者幾項(xiàng)具有代表性的指標(biāo)來代替指標(biāo)全體，此時(shí)一個(gè)可采用的方法就是依次計(jì)算各分級(jí)指標(biāo)與其他分級(jí)指標(biāo)的相關(guān)性，取相關(guān)性最大Cρmax(ρ表示總體相關(guān)性)的一項(xiàng)或者較大的幾項(xiàng)指標(biāo)。實(shí)際上指標(biāo)的具體數(shù)值往往難以獲得真實(shí)數(shù)據(jù)，需要根據(jù)抽樣理論對(duì)一個(gè)樣本反復(fù)多次量測或者對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行來量測。當(dāng)信賴水準(zhǔn)達(dá)到一定水平時(shí)，由樣本數(shù)據(jù)來代替真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即取Cγmax(γ表示樣本相關(guān)性)。值得一提的是，上述方法在實(shí)際操作中往往還需同時(shí)考慮指標(biāo)量測的簡易程度等其他因素，如果僅從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身出發(fā)，不需要考慮其他因素，則還可以采用因子分析或者降維分析來簡化指標(biāo)體系。

1.3 基于統(tǒng)計(jì)分析確定分級(jí)界限

城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)確定以后，可通過抽樣調(diào)查、收集城市公共交通樞紐站樣本的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率累積分析，根據(jù)分級(jí)要求確定分級(jí)的累計(jì)頻率值，進(jìn)而推算具體的指標(biāo)數(shù)值，即為分級(jí)界線。

2 城市公共交通樞紐站分級(jí)模型

筆者以對(duì)全國城市公共交通樞紐站中的公共汽電車樞紐進(jìn)行分級(jí)為例，來說明基于物元分析-統(tǒng)計(jì)分析理論的樞紐站分級(jí)方法。

2.1 基礎(chǔ)準(zhǔn)備

抽樣調(diào)查、獲取樣本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是進(jìn)行分級(jí)指標(biāo)比選、確定分級(jí)界限的基礎(chǔ)。筆者在各省交通運(yùn)輸廳(委)的協(xié)助下，對(duì)上海市、廣東省(廣州市、珠海市、佛山市)、廣西區(qū)(南寧市、柳州市、北海市)、湖北省(武漢市、宜昌市、黃石市)、江蘇省(南京市、無錫市、連云港市)、遼寧省(沈陽市、大連市、撫順市)、寧夏區(qū)(銀川市、石嘴山市)、四川省(成都市、樂山市、宜賓市)、新疆區(qū)(烏魯木齊市、伊犁市、喀什市)等省市開展函調(diào)調(diào)研，調(diào)研地點(diǎn)如圖1，共收集了88個(gè)城市公共交通樞紐站的數(shù)據(jù)資料。

圖1 調(diào)研城市分布Fig.1 Distribution of the investigated cities

2.2 確定分級(jí)指標(biāo)可選集

城市公共交通樞紐站可采用的分級(jí)指標(biāo)如表2。

表2 分級(jí)指標(biāo)可選集

我國城市公共交通樞紐站分級(jí)應(yīng)符合以下原則：

核心性,所選擇的分級(jí)指標(biāo)應(yīng)能夠反應(yīng)樞紐站的核心功能。

靜態(tài)性,分級(jí)方法應(yīng)能夠反應(yīng)樞紐站的內(nèi)在能力、使樞紐站的等級(jí)判定較為恒定。這在我國城市公共交通樞紐正處于大規(guī)模興建、客流仍處于培育期的特定階段而言，尤為重要。

全面性,分級(jí)方法應(yīng)能夠全面反應(yīng)樞紐站的等級(jí)特性。

實(shí)用性,所選擇的分級(jí)指標(biāo)應(yīng)方便易得、且可準(zhǔn)確量測。

根據(jù)分級(jí)原則，建立城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)的比選指標(biāo)體系。

PRE=ρ(PM,PA)

(5)

(6)

(7)

C2：分級(jí)指標(biāo)對(duì)于樞紐站車輛集散能力的反應(yīng)水平。由式(8)計(jì)算，其中VRE表示分級(jí)指標(biāo)與樞紐站車輛集散能力的總體相關(guān)系數(shù)，VM表示實(shí)際觀測到的車輛集散能力，VA表示樞紐站最大集散能力。在實(shí)際計(jì)算中亦可采用樣本相關(guān)系數(shù)計(jì)算。

VRE=ρ(VM,VA)

(8)

C3：分級(jí)指標(biāo)近3年的穩(wěn)定水平，由式(9)計(jì)算，其中Nb表示統(tǒng)計(jì)期第1年的指標(biāo)數(shù)值，Nf表示統(tǒng)計(jì)期第3年的指標(biāo)數(shù)值。

(9)

C4：分級(jí)指標(biāo)在全國范圍內(nèi)的適用程度，可采用專家打分法,如表3。專家可包括行業(yè)管理者、公交運(yùn)營企業(yè)負(fù)責(zé)人員等。

C5：分級(jí)指標(biāo)可代表其他分級(jí)指標(biāo)的能力，可通過與其他分級(jí)指標(biāo)相關(guān)程度PRE由式(10)計(jì)算，Ci表示指標(biāo)i的樣本數(shù)據(jù)序列，Cj表示指標(biāo)j的樣本數(shù)據(jù)序列，n為分級(jí)指標(biāo)總數(shù)量：

(10)

C6：分級(jí)指標(biāo)數(shù)值量測的簡易程度，可通過專家根據(jù)表4打分確定。

C7：指標(biāo)數(shù)值量測的準(zhǔn)確程度，可通過專家根據(jù)表5打分確定。

表3 適用性評(píng)定

表4 量測簡易性評(píng)定表

表5 量測準(zhǔn)確性評(píng)定表

2.3 建立物元分析模型

2.3.1 建立經(jīng)典域與節(jié)域

筆者將樞紐站分級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)級(jí)別分為5級(jí)：一級(jí)(非常不適)、二級(jí)(比較不適)、三級(jí)(一般)、四級(jí)(比較適用)、五級(jí)(非常適用)，由此確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的經(jīng)典域、節(jié)域。城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)的經(jīng)典域與節(jié)域，如式(11)與式(12)：

(11)

(12)

2.3.2 確定分級(jí)指標(biāo)的物元

結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析理論、專家打分等方法確定各分級(jí)指標(biāo)對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體數(shù)值，即待評(píng)物元：

2.3.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法可靈活采用，筆者采用專家打分法確定權(quán)重系數(shù)：

由式(4)計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)，如表6。

表6 分級(jí)指標(biāo)隸屬度計(jì)算表

注：標(biāo)“*”的為該分級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)。

由此確定采用到達(dá)/發(fā)車位數(shù)作為城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)：

2.4 基于統(tǒng)計(jì)分析確定分級(jí)界限

對(duì)于等級(jí)劃分的數(shù)量，如果等級(jí)數(shù)量過少，則難于有效發(fā)揮全國范圍內(nèi)的行業(yè)指導(dǎo)作用，如果等級(jí)過多，則分級(jí)過于復(fù)雜、不便應(yīng)用。參照其他相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)，筆者將城市公共交通樞紐站劃分為3個(gè)等級(jí)。

在分級(jí)界線論證方面，總體上采用樣本分析法，即對(duì)全國城市公共交通樞紐站進(jìn)行廣泛調(diào)研，并將其視為全國所有樞紐站的樣本。在此基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用頻率累積法，即取對(duì)應(yīng)于一定頻率值的指標(biāo)數(shù)值作為等級(jí)劃分的界線。文中取累積頻率達(dá)50%，80%作為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)之間區(qū)分的界線，即一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)樞紐所占的比例分別為20%，30%，50%，如圖2。

圖2 累積頻率取值示意Fig.2 Sketch map of the cumulative frequency values

對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖3。確定一級(jí)城市公共交通樞紐站公共汽電車到達(dá)/發(fā)車位數(shù)應(yīng)大于等于20個(gè)，二級(jí)應(yīng)滿足到達(dá)/發(fā)車位數(shù)大于等于10個(gè)且小于20個(gè)，到達(dá)/發(fā)車位數(shù)小于10個(gè)的則為三級(jí)。

圖3 城市公共交通樞紐站公共汽電車調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析Fig.3 Statistical analysis on the bus/trolley bus survey data at urban public traffic hub stations

3 結(jié) 語

城市公共交通樞紐站是我國目前促進(jìn)綜合運(yùn)輸體系建設(shè)、提升城市公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平的重要抓手,但是尚未建立完善的等級(jí)劃分方法。筆者在分析既有城市交通樞紐分級(jí)方法的基礎(chǔ)上,基于物元分析與統(tǒng)計(jì)分析理論,建立城市公共交通樞紐站分級(jí)模型。根據(jù)分級(jí)目的、要求,構(gòu)建城市公共交通樞紐站分級(jí)指標(biāo)比選集與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,建立分級(jí)指標(biāo)的物元分析模型,確定最優(yōu)分級(jí)指標(biāo)；在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過統(tǒng)計(jì)分析,由頻率累積法確定具體的分級(jí)界限；并以公共汽電車樞紐分級(jí)為例,探討該分級(jí)方法的可操作性。筆者提出的城市公共交通樞紐站分級(jí)方法基于物元分析、統(tǒng)計(jì)分析理論,有效降低分級(jí)評(píng)價(jià)中的主觀性,提出的分級(jí)方法簡單可行,在全國具有較好的實(shí)用性。

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Classification Method of Urban Public Traffic Hub Station Based on Matter Element Analysis and Statistical Analysis

ZHAN Guohui, QI Yan, TAN Xianlin, CAO Jia, ZHANG Yi

(Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100029, P.R.China)

On the base of analysis on the current classification methods of urban public traffic hub station, a classification method of urban public traffic hub station based on the theory of matter element analysis and statistical analysis was proposed. Firstly, according to the classification purposes and requirements, the evaluation index system of urban public traffic hub station was established with a set of alternative classification indexes. Secondly, the matter element analysis model of classification was formulated to determine the optimal classification indexes. Thirdly, through statistical analysis, the classification threshold was determined by using cumulative frequency method. Finally, the feasibility of the proposed system was discussed by the case study of the classification of public bus and trolleybus terminal. The result shows that the proposed classification method of urban public traffic hub station on basis of matter element analysis and statistical analysis is reasonable and practical.

traffic and transportation engineering; urban public traffic hub station; classification; matter element analysis; statistical analysis; arrival-departure parking spaces

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.24

2014-11-23；

2015-03-03

戰(zhàn)國會(huì)(1985—)，男，遼寧朝陽人，工程師，主要從事客運(yùn)樞紐規(guī)劃與設(shè)計(jì)方面的研究。E-mail：zjuzgh@163.com

U115

A

1674-0696(2016)03-115-06