基于多級可拓評價(jià)法的高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)

趙政宇，姚加林

(中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

基于多級可拓評價(jià)法的高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)

趙政宇，姚加林

(中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

為系統(tǒng)評價(jià)高鐵客運(yùn)樞紐的換乘銜接水平，構(gòu)建了全面的高鐵客運(yùn)樞紐換乘銜接評價(jià)指標(biāo)體系。采用基于AHP法與熵值法相結(jié)合的最優(yōu)組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，以彌補(bǔ)單一賦權(quán)方法的不足。同時(shí)，針對現(xiàn)有高鐵客運(yùn)樞紐換乘銜接評價(jià)方法的缺陷，建立以可拓理論為核心的高鐵客運(yùn)樞紐換乘銜接多級可拓評價(jià)模型。最后,以長沙南站為例，通過多級可拓評價(jià)確定其換乘銜接水平等級，針對評價(jià)結(jié)果提出改善長沙南站換乘銜接水平的有關(guān)對策。研究結(jié)果表明：該方法和模型在高鐵客運(yùn)樞紐換乘銜接評價(jià)中有較好的可行性和適用性。

高鐵客運(yùn)樞紐；換乘；最優(yōu)組合賦權(quán)；多級可拓評價(jià)法

高鐵客運(yùn)樞紐是城市綜合交通系統(tǒng)新興的重要組成部分，是綜合交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)[1]。它承擔(dān)著銜接各種交通方式、旅客中轉(zhuǎn)換乘、客流集疏散等重要功能，對城市綜合交通系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)起著舉足輕重的作用。因此，如何通過對高鐵客運(yùn)樞紐換乘銜接進(jìn)行科學(xué)的評價(jià)，以更準(zhǔn)確的認(rèn)識換乘系統(tǒng)內(nèi)部的特征及其規(guī)律，為協(xié)調(diào)樞紐內(nèi)不同交通方式間的換乘組織及場站布局提供研究指標(biāo)和決策依據(jù)，已成為我國高速鐵路科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。目前有關(guān)鐵路客運(yùn)樞紐換乘銜接問題的研究已取得一定成果，但專門針對高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)的研究較少。周偉等[2]分別從換乘效率、換乘銜接組織、乘客滿意程度、智能化4個(gè)方面構(gòu)建了大型客運(yùn)樞紐換乘銜接的評價(jià)指標(biāo)體系，但未形成一套完整的理論對客運(yùn)樞紐的換乘綜合評價(jià)進(jìn)行研究，且指標(biāo)體系未考慮樞紐布局合理性及換乘設(shè)施設(shè)置對換乘的影響。梅麗等[3]建立了鐵路客運(yùn)樞紐換乘銜接的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，并采用模糊綜合評價(jià)法對鐵路客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)進(jìn)行研究，但該方法受人為主觀因素影響較大。馬擎等[4]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對高鐵客運(yùn)樞紐換乘設(shè)施布局進(jìn)行評價(jià)，其理想指標(biāo)序列構(gòu)建是否合理直接影響到評價(jià)效果的好壞。林利安等[5]運(yùn)用專家打分法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，該方法評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重及排序主要依靠專家的經(jīng)驗(yàn)和主觀性來確定。李成等[6]提出基于AHP法與模糊評價(jià)法的模糊層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)系數(shù)，雖具有一定的客觀性，但存在指標(biāo)過多數(shù)據(jù)量大時(shí)賦權(quán)難以一致的問題。文獻(xiàn)[7]將序關(guān)系分析法與熵值法進(jìn)行最優(yōu)組合確定指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合多目標(biāo)評價(jià)法對北京南站的換乘銜接進(jìn)行評價(jià)，弱化了人為主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響。綜上所述，高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)的研究仍存在一定不足，主要體現(xiàn)在指標(biāo)體系的不完整、權(quán)重的確定及評價(jià)方法的選擇不合理3個(gè)方面。

針對上述問題，在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了評價(jià)指標(biāo)體系，使其能綜合反映高鐵客運(yùn)樞紐的換乘總體水平；通過將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法進(jìn)行最優(yōu)化組合計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，使指標(biāo)權(quán)重的確定更合理；采用多級可拓評價(jià)法[8-9]對高鐵客運(yùn)樞紐換乘水平進(jìn)行綜合評價(jià)，該方法不需要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷各指標(biāo)關(guān)于各評價(jià)等級的隸屬度，減少了人為主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響，并且還能反映換乘水平的整體發(fā)展趨勢，為描述評價(jià)對象的動態(tài)變化帶來了方便。

1 高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)指標(biāo)體系

評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)盡可能客觀全面地反映影響高鐵客運(yùn)樞紐換乘水平的所有主要因素，其合理性直接關(guān)系到換乘水平的評價(jià)等級。這里根據(jù)系統(tǒng)性、獨(dú)立性和可操作性等原則[10]，以布局合理性、換乘效率、設(shè)施適應(yīng)性、通暢性、服務(wù)水平5個(gè)方面作為1級指標(biāo)，以運(yùn)能匹配度、平均換乘距離和平均換乘時(shí)間等16個(gè)方面作為2級指標(biāo)建立如圖1所示的高鐵客運(yùn)樞紐換乘的評價(jià)指標(biāo)體系[11]。

評價(jià)中，對每項(xiàng)指標(biāo)都分成優(yōu)、良、中、差和很差5個(gè)等級。根據(jù)《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50226—2007)，《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50091—2006)和《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》(GBJl37290)等規(guī)范及相關(guān)規(guī)定，結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料及文獻(xiàn)[2-7]，確定各指標(biāo)值范圍，如表1所示。

2 最優(yōu)組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

不同評價(jià)指標(biāo)對評價(jià)對象影響程度不同。為體現(xiàn)各評價(jià)指標(biāo)在高鐵樞紐換乘評價(jià)中的相對重要程度，必須確定各級評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。目前確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要包括主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，其中，主觀賦權(quán)法通過專家對指標(biāo)評分來確定權(quán)重，受人為主觀因素影響較大?？陀^賦權(quán)法客觀性強(qiáng)，但過度依賴于客觀數(shù)據(jù)，而忽視了專家經(jīng)驗(yàn)在權(quán)重確定中的重要性，具有一定局限性。主觀賦權(quán)法中的層次分析(AHP)法應(yīng)用最為廣泛，理論最成熟。同時(shí)，客觀賦權(quán)法中的熵值法能夠通過信息熵值深刻反映評價(jià)指標(biāo)的效用價(jià)值。因此，為了使對評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一，進(jìn)而使評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，將主觀賦權(quán)法中的層次分析法(AHP) 與客觀賦權(quán)法中的熵值法進(jìn)行優(yōu)化組合，采用最優(yōu)組合賦權(quán)法得到各級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值，使其取值更為科學(xué)合理。

表1 評價(jià)指標(biāo)分級Table 1 Grading of the evaluation Index

首先由主觀賦權(quán)法中的AHP法計(jì)算出各級評價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重pi，具體步驟參見文獻(xiàn)[12-13]。再由客觀賦權(quán)法中的熵值法計(jì)算出各級評價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重qi，具體步驟參見文獻(xiàn)[14]。最后由最優(yōu)組合賦權(quán)法對AHP法與熵值法進(jìn)行線性組合，求出最優(yōu)組合權(quán)重。具體步驟如下：

已知有m個(gè)對象，n個(gè)因子，設(shè)最優(yōu)組合賦權(quán)系數(shù)向量W=(w1,w2,…,wn)T，令wi=x1pi+x2qi(i=1,2,…,n)，其中x1和x2為組合系數(shù)，且滿足約束條件：

(1)

根據(jù)線性加權(quán)法，由組合賦權(quán)系數(shù)向量W計(jì)算而得到的第i個(gè)對象的多指標(biāo)綜合評價(jià)值可以表示為：

(2)

在多指標(biāo)評價(jià)中，為體現(xiàn)不同評價(jià)指標(biāo)之間的差異性，在確定組合賦權(quán)系數(shù)W過程中，應(yīng)使各指標(biāo)的綜合評價(jià)值Di盡可能地分散，因此最優(yōu)組合賦權(quán)方法可轉(zhuǎn)化為以下最優(yōu)化問題：

(3)

(4)

則最優(yōu)組合權(quán)重為：

W=x″1pi+x″2qi

(5)

3 多級可拓評價(jià)模型

可拓理論[15]將可拓集合理論和物元理論相結(jié)合，以形式化手段，從定性和定量的角度研究復(fù)雜問題的規(guī)律和解決方法。在構(gòu)建高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，引入可拓理論，建立高鐵客運(yùn)樞紐換乘多級可拓評價(jià)模型。

3.1 確定經(jīng)典域與節(jié)域

令

(6)

令

(7)

3.2 確定待評物元

對待評價(jià)對象即高鐵客運(yùn)樞紐換乘水平U，將經(jīng)過調(diào)查分析或?qū)＜掖蚍值玫降闹笜?biāo)數(shù)據(jù)，用物元Ri表示：

(8)

式中，vik為待評對象U關(guān)于cik的量值，且vik∈Vip。k=1,2,…,n，n為2級指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)的計(jì)算

計(jì)算各2級評價(jià)指標(biāo)cik關(guān)于各個(gè)等級的關(guān)聯(lián)度，公式如下：

(9)

(10)

3.4 1級評價(jià)

(11)

3.5 2級評價(jià)

由各1級指標(biāo)的權(quán)重向量wi與一級指標(biāo)關(guān)于各評價(jià)等級的關(guān)聯(lián)度矩陣Kij(ci)相乘確定待評價(jià)對象U關(guān)于各評價(jià)等級的關(guān)聯(lián)度矩陣Kj(U)，公式如下：

(12)

(13)

則U的級別變量特征值j′為

(14)

4 實(shí)例分析

以長沙南站為評價(jià)對象U，通過資料調(diào)查分析、數(shù)據(jù)計(jì)算、換乘旅客調(diào)查問卷以及專家打分等方式，分別確定換乘評價(jià)指標(biāo)體系的定性與定量指標(biāo)，實(shí)際分值如表1所示。同時(shí)基于最優(yōu)組合賦權(quán)法確定的各指標(biāo)權(quán)重，利用多級可拓評價(jià)模型，對長沙南站換乘水平進(jìn)行綜合評價(jià)，來檢驗(yàn)該方法的可行性及合理性。

4.1 確定權(quán)重

以1級指標(biāo)權(quán)重確定過程為例。首先，由8位鐵路運(yùn)輸行業(yè)專家構(gòu)造判斷矩陣(限于篇幅，這里未將各判斷矩陣列出)，由于計(jì)算過程較復(fù)雜，運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行編程處理，計(jì)算出各1級指標(biāo)的主觀權(quán)重系數(shù)為：

根據(jù)各級指標(biāo)的實(shí)際分值和數(shù)據(jù)，運(yùn)用Matlab軟件編程計(jì)算，得到由熵值法確定的各指標(biāo)客觀權(quán)重系數(shù)為：

根據(jù)公式(1)～(4)建立最優(yōu)組合權(quán)系數(shù)模型，求解最優(yōu)化模型得

x″1=0.725，x″2=0.275

4.2 多級可拓評價(jià)

以c3及其2級指標(biāo)為例，給出具體計(jì)算過程，其余1，2級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及其有關(guān)內(nèi)容以此類推。

1)根據(jù)公式(6)～(7)確定c3的經(jīng)典域R1(c3)，R2(c3)，R3(c3)，R4(c3)，R5(c3)和節(jié)域R(c3)

2) 確定待評物元。換乘評價(jià)指標(biāo)體系中的定性指標(biāo)采用專家打分法和換乘旅客調(diào)查問卷確定具體分?jǐn)?shù)，定量指標(biāo)的分值根據(jù)表1所示的評價(jià)指標(biāo)等級區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)及資料調(diào)查、分析計(jì)算所確定。根據(jù)指標(biāo)的實(shí)際分值和公式(8)，確定待評物元Ri為

3)根據(jù)式(9)～(10)，計(jì)算c3下屬2級指標(biāo)對應(yīng)各等級的關(guān)聯(lián)度，見表2。

4) 進(jìn)行1級評價(jià)，根據(jù)式(11)確定c3對各換乘水平等級的關(guān)聯(lián)度：

K(c3)=(0.69,0.15,0.07,0.09)·

同理，可得其他1級指標(biāo)對各等級的關(guān)聯(lián)度K(ci) (i=1,2,3)，見表3。

5)進(jìn)行2級評價(jià)，根據(jù)式(12)～(14)確定待評對象對各1級指標(biāo)等級的關(guān)聯(lián)度，評價(jià)結(jié)果見表3。

表2 各級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重及2級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Table 2 Evaluation index weight and the correlation degree of second index

表3 目標(biāo)層可拓評價(jià)結(jié)果Table 3 Multi-level extensible evaluation of target layer

4.3 評價(jià)結(jié)果分析

評價(jià)結(jié)果顯示長沙南站換乘總體水平等級為j0=2，即評定結(jié)論為“良”。且其級別特征變量j′=2.18，表明換乘總體水平處于2級與3級之間，更偏向于2級，即“良”級，這也符合該高鐵客運(yùn)樞紐實(shí)際情況。

由表3可知，長沙南站在設(shè)施適應(yīng)性(c3)方面有著突出的體現(xiàn)，其換乘水平等級為1級，評論結(jié)論為“優(yōu)”。樞紐布局的合理性(c1)、換乘效率(c2)、通暢性(c4)和服務(wù)水平(c5)評價(jià)等級均為2級，即評定結(jié)論為“良”，但由表3可知，其子系統(tǒng)中的換乘時(shí)間(c21)與運(yùn)能匹配度(c42)的評價(jià)等級為3級，評定結(jié)論為“中”，仍有很大的改進(jìn)和提升空間。長沙南站應(yīng)根據(jù)樞紐內(nèi)高峰時(shí)段旅客集散情況，進(jìn)一步優(yōu)化換乘客流組織，完善樞紐內(nèi)換乘設(shè)施，以縮短旅客換乘時(shí)間。同時(shí)針對運(yùn)能匹配度過大問題，應(yīng)加快發(fā)展公共交通，尤其是大運(yùn)量的城市軌道交通及其配套設(shè)施的建設(shè)，以提高樞紐內(nèi)城市公共交通的集疏散能力。目前到達(dá)長沙南站的地鐵線路為2號線，應(yīng)加快規(guī)劃中的4號線、11號線和磁懸浮線路的建設(shè)，以滿足樞紐旅客的集散需求。

5 結(jié)論

1)根據(jù)鐵路站場的建設(shè)與運(yùn)營規(guī)范，結(jié)合高鐵客運(yùn)樞紐運(yùn)營的實(shí)際情況，從布局合理性、換乘效率、換乘設(shè)施適應(yīng)性、換乘通暢性以及換乘服務(wù)水平5個(gè)方面構(gòu)建高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)的指標(biāo)體系。

2)建立最優(yōu)組合賦權(quán)模型，將經(jīng)層次分析法得到的主觀權(quán)重值與熵值法得到的客觀權(quán)重值進(jìn)行最優(yōu)化組合，計(jì)算出組合權(quán)重值，既兼顧專家經(jīng)驗(yàn)的重要性，又增強(qiáng)了評價(jià)的客觀性。在此基礎(chǔ)上，通過分析文獻(xiàn)[2-7]評價(jià)方法的不足，根據(jù)高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)的要求和特點(diǎn)，引入可拓理論，建立高鐵客運(yùn)樞紐換乘的多級可拓評價(jià)模型。通過實(shí)例分析，證明了該方法在高鐵客運(yùn)樞紐換乘評價(jià)中有著很好的適用性。

3)結(jié)合長沙火車南站的實(shí)際情況，采用多級可拓評價(jià)方法進(jìn)行實(shí)例分析，確定其換乘水平等級為2級，評定結(jié)論為“良”。針對評價(jià)結(jié)果，提出改善其換乘水平的措施，可為高鐵客運(yùn)樞紐設(shè)計(jì)和換乘評價(jià)提供參考。

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Evaluation of transfer at high-speed railway passengerterminal based on multi-level extensible method

ZHAO Zhengyu，YAO Jialin

(School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075,China)

To systematically evaluate the transfer level of high-speed railway passenger terminal, an index system for high-speed railway passenger terminal is established. To overcome the weaknesses of single assigning weight method, the weight coefficient was determined by putting analysis hierarchy process(AHP) and entropy method into optimal combination. Meanwhile, in order to address the defects of existing assessment methods for transfer level of high-speed railway passenger terminal, the multi-level extensible evaluation model for transfer level of high-speed railway terminal is developed with the extension method as the core. Finally, taking Changsha southern station for an example, some improvement opinions for transfer are put forward based on the evaluation result of transfer level determined by the multi-level extensible evaluation molel. The research results show that the new method is applicable and feasibility to the transfer level evaluation of high-speed railway passenger terminal. Key words: high-speed railway passenger terminal; transfer; optimal weights combination; multi-level theory of extension

2016-02-17

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2014X009-D)

姚加林(1961-)，男，湖南婁底人，副教授，從事鐵路運(yùn)營組織優(yōu)化、軌道交通規(guī)劃等研究；E-mail: yaojialn@csu.edu.cn

U291

A

1672-7029(2016)12-2347-08