彭 輝,趙亞軍
(長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院,陜西 西安710064)
城市公交系統(tǒng)是城市綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,公交優(yōu)先戰(zhàn)略是解決城市道路擁堵問(wèn)題最為有效的規(guī)劃理念。作為現(xiàn)代城市居民出行的重要交通方式,公交一直深受上學(xué)上班等有通勤需求的城市居民青睞。布局合理、出行高效的城市公交線網(wǎng)規(guī)劃方案,為居民提供了更加方便快捷、安全高效、經(jīng)濟(jì)舒適、準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)的出行條件,同時(shí),以常規(guī)公交作為城市交通規(guī)劃的研究導(dǎo)向,可優(yōu)化城市用地布局,提高道路利用效率、減少交通事故、減少環(huán)境污染,并且促進(jìn)了城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和提高了居民生活水平。
基于城市公交線網(wǎng)布局、公交運(yùn)營(yíng)情況及居民出行需求,根據(jù)當(dāng)前各城市歷年公交統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)分析不同年份的公交運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)內(nèi)容主要有城市現(xiàn)有公共交通的運(yùn)行狀況及存在的問(wèn)題、公共交通規(guī)劃方案是否滿足未來(lái)客運(yùn)交通需求,如何校核公交規(guī)劃實(shí)施效果等。這種評(píng)價(jià)模型較為通用,但缺少與同規(guī)模城市或相似規(guī)模城市的效益比較,通過(guò)效益比較,可發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貒?guó)家服務(wù)效率水平與效益較好的城市之間的差異與不足,有針對(duì)性的做出優(yōu)化調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐墓幌到y(tǒng)效益最大化。為此,筆者根據(jù)調(diào)研及參閱相關(guān)資料,建立一套不同城市間的公交系統(tǒng)交通效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法,對(duì)各市的公交的交通效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。
以出行者、政府部門、公交公司為影響評(píng)價(jià)對(duì)象,以出行者、線網(wǎng)性能、運(yùn)營(yíng)情況為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,對(duì)城市公交進(jìn)行交通效益評(píng)價(jià),選取合適的公交量化指標(biāo)建立綜合評(píng)價(jià)體系,采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法(DEA)作為評(píng)價(jià)方法進(jìn)行效率量化分析,以2016年全國(guó)8個(gè)城市的公交統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù),評(píng)價(jià)各市公交系統(tǒng)運(yùn)行效率。
公交系統(tǒng)交通效益評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)以該城市交通運(yùn)行特征為基礎(chǔ),所選取指標(biāo)應(yīng)具有最大化的代表意義,能全面、系統(tǒng)的反應(yīng)當(dāng)前城市公交的運(yùn)行狀況以及所帶來(lái)的交通效益,指標(biāo)建立以系統(tǒng)性、全面性、科學(xué)性及可實(shí)施性為基本原則[2],以出行者角度、線網(wǎng)性能指標(biāo)、運(yùn)營(yíng)指標(biāo)為準(zhǔn)則層,選取城市公交日均客運(yùn)量、萬(wàn)人擁有率、公交線網(wǎng)密度、站點(diǎn)覆蓋率、居民出行公交分擔(dān)率、線路數(shù)、人均候車時(shí)間、平均換乘次數(shù)、非直線系數(shù)、尾氣排放10個(gè)方面構(gòu)建城市公交交通效益的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[3-4],如圖1。
根據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法模型建立的需要,將指標(biāo)層所有指標(biāo)分為兩類:一類是正向指標(biāo),此類指標(biāo)為積極因素,越大越好;另一類是負(fù)向指標(biāo),此類指標(biāo)為消極因素,越小越好。所選指標(biāo)量化值由相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、計(jì)算得到。
圖1 公交交通效益評(píng)價(jià)體系Fig. 1 Public traffic benefits evaluation system
在10項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中,日均客運(yùn)量、萬(wàn)人擁有率、公交線路數(shù)、人均候車時(shí)間、平均換乘次數(shù)和居民出行公交分擔(dān)率可通過(guò)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及各地居民出行調(diào)查得到。
其中,日均客運(yùn)量為該市全年統(tǒng)計(jì)客運(yùn)量與年份天數(shù)比值,所反映的是公交系統(tǒng)一天的客運(yùn)能力,體現(xiàn)了公交運(yùn)營(yíng)水平;萬(wàn)人擁有率是公共交通服務(wù)水平評(píng)定的重要指標(biāo),是指公交線網(wǎng)所覆蓋范圍內(nèi)每萬(wàn)人所擁有的公交車輛數(shù);公交線路數(shù)由各地公交公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所得,所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為該市當(dāng)前年所開(kāi)設(shè)的所有線路數(shù);人均候車時(shí)間及平均換乘次數(shù)均有各地居民出行調(diào)查所得;居民出行公交分擔(dān)率是指城市居民全天出行中,選擇公交出行作為主要出行方式的城市常暫住居民的出行比例,分擔(dān)率越高則證明城市公交服務(wù)人口的能力越大。
城市公交線網(wǎng)密度是衡量一個(gè)城市公交網(wǎng)絡(luò)布局是否合理的一項(xiàng)重要指標(biāo),該指標(biāo)是指單位用地面積上公交線路的總長(zhǎng)度,筆者根據(jù)各市公交統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),相應(yīng)的線網(wǎng)密度計(jì)算公式如下,即:
(1)
式中:ρ為線路密度,km/km2;L為公交線路長(zhǎng)度,km;S為用地面積,km2。
公交線路非直線系數(shù)是公交線路實(shí)際長(zhǎng)度與起訖點(diǎn)空間距離的比值,該指標(biāo)反映了全市公交線路的直達(dá)和快捷的程度。
(2)
式中:β為非直線系數(shù);l實(shí)際為公交線路的實(shí)際長(zhǎng)度,km;l直線為首末站的空間直線距離,km。
站點(diǎn)覆蓋率是指公共交通車站周圍一定半徑范圍之內(nèi)的面積占城市用地面積的比率,反映了城市公共交通的服務(wù)范圍,是反映城市居民乘坐公交出行方便程度的一項(xiàng)重要指標(biāo),站點(diǎn)覆蓋率一般以500 m半徑計(jì)算。
(3)
式中:f為公交站點(diǎn)覆蓋率,%;n為公交站點(diǎn)的總數(shù)量,個(gè);Sl為各個(gè)公交站點(diǎn)的覆蓋總面積,km2;A為覆蓋區(qū)域面積,km2。
城市汽車尾氣排放是空氣質(zhì)量變差的主要污染源,公交車作為城市居民的綠色出行方式,可大大降低機(jī)動(dòng)車尾氣排放量,但其日均尾氣排放量仍是公交系統(tǒng)交通效益評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo),參照《城市機(jī)動(dòng)車污染排放測(cè)算方法》[5],機(jī)動(dòng)車年排放量化測(cè)算模型如式(4):
(4)
式中:EQjw為第j類型車及w種污染物的年排放量,t;EQw為所有車型w種污染物的年排放量,t;j、n分別為車型和車型總和數(shù);Pj為統(tǒng)計(jì)年份j類型車保有量;Mj為j類型車平均行駛里程,km;Efjw為j類型車及w種污染物的排放因子,g/km-1。
根據(jù)研究需要,筆者中所涉及車型只保留公交車輛作為研究車型,采用2016年每個(gè)城市所有地面常規(guī)公交運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),依據(jù)上式測(cè)得該市所有常規(guī)公交車輛的年合計(jì)排放量,并在最后得到所有車輛的日均排放量。
數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法(data envelopment analysis),以相對(duì)效率概念為分析基礎(chǔ),根據(jù)已知數(shù)據(jù),用以評(píng)價(jià)具有相同類型的多輸入、多產(chǎn)出的決策單元之間相對(duì)有效性或者效益評(píng)價(jià)的一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法[6],根據(jù)研究需要,筆者選取C2R模型來(lái)進(jìn)行研究。
假設(shè)有n個(gè)相同類型的單位(稱為決策單元,即DMU),每個(gè)單元都有m種類型的輸入指標(biāo)和p種類型的產(chǎn)出指標(biāo),根據(jù)建立的標(biāo)價(jià)指標(biāo)體系,以負(fù)向指標(biāo)作為輸入指標(biāo),以正向指標(biāo)作為產(chǎn)出指標(biāo)。選取xij表示第j個(gè)決策單元的第i項(xiàng)輸入量,yrj表示第j個(gè)決策單元的第r項(xiàng)產(chǎn)出量。記輸入向量Xj=(x1j,x2j,x3j,…xmj);輸出向量Yj=(y1j,y2j,y3j,…ypj),其中j=1,2,…n。其決策單元的輸入產(chǎn)出情況如表1。
表1 決策單元輸入指標(biāo)[6]Table 1 Decision-making unit input index
表2 決策單元產(chǎn)出指標(biāo)[6]Table 2 Decision-making unit output index
對(duì)第j0個(gè)決策單元進(jìn)行評(píng)價(jià)的超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型,其結(jié)果最小有效性為:
(5)
將上式轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)型如下:
(6)
式中:θ表示結(jié)果的有效性;S-為產(chǎn)出不足松弛變量,反映交通效益的投入產(chǎn)出與前沿生產(chǎn)相比較的不足產(chǎn)出量;S+為輸入冗余松弛變量,反映交通效益的投入產(chǎn)出與前沿生產(chǎn)相比較的多余投入量。
筆者以近年全國(guó)8個(gè)大中城市各類公交統(tǒng)計(jì)、調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù),選取西寧、太原、晉中、寶雞、汕頭、十堰、吉林和西安作為不同決策單元,將各個(gè)城市的10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為4個(gè)負(fù)向指標(biāo)(即輸入指標(biāo)),包括人均候車時(shí)間、平均換乘次數(shù)、非直線系數(shù)、日均尾氣排放量,以及6個(gè)正向指標(biāo)(即產(chǎn)出指標(biāo))包括日均客運(yùn)量、萬(wàn)人擁有率、線網(wǎng)密度、站點(diǎn)覆蓋率、居民出行公交分擔(dān)率及線路數(shù)。將上述指標(biāo)處理后得到各決策單元數(shù)據(jù)結(jié)果,如表3。評(píng)價(jià)不同決策單元的公交交通效益、效率值。
將表3中的數(shù)據(jù)按照表1、2的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行輸入,得到各DMU輸入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)的數(shù)據(jù)模型如表4。
表4 各DMU數(shù)據(jù)輸入結(jié)果Table 4 Data input results of each DMU
根據(jù)表4中各決策單元數(shù)據(jù)輸入結(jié)果,建立輸入向量與輸出向量,將得到的向量計(jì)算式輸入至數(shù)學(xué)規(guī)劃軟件Lingo,在軟件中利用程序代碼對(duì)待評(píng)估的DMU數(shù)據(jù)進(jìn)行超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析計(jì)算,得到計(jì)算結(jié)果,并進(jìn)行各DMU的超效率分析,得到超效率分析計(jì)算結(jié)果如下表[7-9]:
表5 超效率分析計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation results of the super-efficiency analysis
根據(jù)上表分析,結(jié)果表明,依據(jù)所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析,DMU8(西安)效率值最大為1.122,其相對(duì)有效,則交通效益最大;DMU5(汕頭)效率值最小為0.634,則交通效益最小。由分析結(jié)果可知,由于西安城市常規(guī)公交規(guī)劃布局相對(duì)完善,城市居民公交出行率較高,日均客運(yùn)量較高,并且西安市已開(kāi)通3條地鐵線路,是對(duì)地面常規(guī)公交的有效補(bǔ)充,因而公交交通效益較大。汕頭市作為東部沿海城市,氣候適宜,摩托電動(dòng)車因方便、快捷及受約束少等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)?shù)剌^為受歡迎的出行方式,因此造成城市常規(guī)公交利用率較低,萬(wàn)人擁有率以及日均客運(yùn)量較其他城市低,致使公交交通效益較小[10]。另外,西寧、太原、吉林3座同類規(guī)模城市公交交通效益值大致相當(dāng)。西寧和寶雞同屬川道河谷型城市,在城市主要的交通走廊內(nèi),公交出行方式承擔(dān)了大量的客流需求,其交通效益也頗為相似。
數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法是評(píng)價(jià)具有類似類型單位之間相對(duì)有效性的一種十分有效的方法,同時(shí)對(duì)于處理多目標(biāo)決策評(píng)價(jià)問(wèn)題也較為完善,該方法無(wú)需預(yù)估參數(shù),避免主觀因素影響,較少評(píng)價(jià)誤差。
筆者根據(jù)研究需要,建立評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層及指標(biāo)體系,通過(guò)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法建立評(píng)價(jià)模型,深入分析以上8個(gè)大中城市公交系統(tǒng)交通效益相對(duì)大小,分析結(jié)果表明:利用DEA方法對(duì)各城市公交系統(tǒng)的交通效益最終得出各DMU的超效率值,根據(jù)不同城市間公交運(yùn)營(yíng)情況的不同效益值,找出導(dǎo)致各城市公交交通效益較低的根本原因,并可參照效益好的城市公交系統(tǒng)建設(shè)情況,提出具有針對(duì)性的優(yōu)化措施。面對(duì)未來(lái)城市常規(guī)公交系統(tǒng)的發(fā)展要求以及城市居民的出行需求,為有效提高未來(lái)各市的公共交通系統(tǒng)的整體服務(wù)水平、運(yùn)營(yíng)效率以及城市綜合交通系統(tǒng)的組織優(yōu)化,合理兼顧統(tǒng)籌各類公交資源的輸入和產(chǎn)出,進(jìn)而有針對(duì)性的整合城市交通資源,優(yōu)化城市公共交通網(wǎng)絡(luò)并且為公交規(guī)劃及各類公交政策的出臺(tái)提供支撐依據(jù)。