快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法

霍月英， 李文權(quán)， 李曉娟， 陳國(guó)慶

(1. 內(nèi)蒙古大學(xué) 交通學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070； 2. 內(nèi)蒙古大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021； 3. 東南大學(xué) 交通學(xué)院， 江蘇 南京 211189)

服務(wù)水平的概念首次出現(xiàn)于1965年版美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》(highway capacity manual，HCM)并一直廣泛應(yīng)用[1].1965年至2010年版HCMs均以A～F字母等級(jí)劃分服務(wù)水平[2]，即提供了各類交通設(shè)施的服務(wù)水平分級(jí)(level of service criteria).服務(wù)水平分級(jí)是基于評(píng)價(jià)指標(biāo)的不同臨界值將交通設(shè)施或公共交通的服務(wù)水平劃分為若干等級(jí)的方法，在交通設(shè)施及公共交通的運(yùn)營(yíng)、設(shè)計(jì)、規(guī)劃層面均有重要應(yīng)用.在運(yùn)營(yíng)層面，可用于評(píng)價(jià)現(xiàn)狀的運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平；在設(shè)計(jì)層面，可用于確定符合期望服務(wù)水平的幾何條件或信號(hào)條件；在規(guī)劃層面，可用于預(yù)測(cè)擬建設(shè)的或現(xiàn)有的交通設(shè)施及公共交通在未來(lái)年的服務(wù)水平[2].基于服務(wù)水平分級(jí)的服務(wù)水平分析還可以指導(dǎo)如何在競(jìng)爭(zhēng)的交通項(xiàng)目間分配有限的財(cái)政資源[3].

公交服務(wù)水平分級(jí)是指導(dǎo)公交規(guī)劃設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)公交運(yùn)營(yíng)狀況的重要依據(jù)，能夠引領(lǐng)高品質(zhì)公交系統(tǒng)的建設(shè)，有助于從根源上提升公交服務(wù)水平[4-5].美國(guó)《公共交通通行能力與服務(wù)質(zhì)量手冊(cè)》(transit capacity and quality of service manual，TCQSM)提供了服務(wù)頻率、服務(wù)時(shí)間、站點(diǎn)覆蓋率等評(píng)價(jià)指標(biāo)的公交服務(wù)水平分級(jí)[5].Das等針對(duì)印度公交采用連續(xù)間隔定律(law of successive interval scaling)建立了步行到站距離、等車時(shí)間、行程時(shí)間延誤等評(píng)價(jià)指標(biāo)的服務(wù)水平分級(jí)[6].目前我國(guó)沒(méi)有對(duì)公交服務(wù)水平分級(jí)這一問(wèn)題進(jìn)行專門研究，尚缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的公交服務(wù)水平分級(jí).少量文獻(xiàn)在研究公交服務(wù)質(zhì)量及可靠性評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)這一問(wèn)題略有涉及.如高桂鳳等提出了公交服務(wù)頻率、出行時(shí)間、運(yùn)行速度等評(píng)價(jià)指標(biāo)的服務(wù)水平分級(jí)[7].黃婷等建立了公交站點(diǎn)、線路、系統(tǒng)等層面多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的服務(wù)水平分級(jí)[8].王田田建立了快速公交等車時(shí)間、公交車速度、服務(wù)頻率等評(píng)價(jià)指標(biāo)的服務(wù)水平分級(jí)[9].Huo等采用K均值聚類方法建立了快速公交延誤的服務(wù)水平分級(jí)[10].

目前HCM,TCQSM及國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)所建立的服務(wù)水平分級(jí)均有清晰的邊界，評(píng)價(jià)指標(biāo)非此即彼地屬于某等級(jí)，即一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值屬于某等級(jí)則不會(huì)屬于其他等級(jí)，本文稱其為服務(wù)水平硬分級(jí).清晰的邊界導(dǎo)致硬分級(jí)存在一個(gè)顯著問(wèn)題:評(píng)價(jià)指標(biāo)微小的變化可能引起服務(wù)水平等級(jí)的改變，而評(píng)價(jià)指標(biāo)較大的變化可能不會(huì)引起服務(wù)水平等級(jí)的改變[11]，如文獻(xiàn)[9]建立的快速公交等車時(shí)間服務(wù)水平分級(jí)，等車時(shí)間從1.6 min變化到1.7 min，服務(wù)水平從A級(jí)變?yōu)锽級(jí)，等車時(shí)間從1.7 min變化到2.2 min，服務(wù)水平仍為B級(jí)，這是不合理的.硬分級(jí)用于運(yùn)營(yíng)、設(shè)計(jì)、規(guī)劃時(shí)應(yīng)用效果不理想.將消除清晰的邊界而允許相鄰服務(wù)水平等級(jí)之間有交叉的服務(wù)水平分級(jí)稱為模糊分級(jí).為了克服硬分級(jí)的缺點(diǎn)，本文試圖尋求構(gòu)建服務(wù)水平模糊分級(jí)的方法.

服務(wù)水平分級(jí)本質(zhì)上是一個(gè)分類問(wèn)題，聚類分析數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)適用于此類問(wèn)題的研究[12].聚類分析方法有硬聚類和模糊聚類兩種.生產(chǎn)實(shí)踐及科學(xué)研究中遇到的大多數(shù)事物具有亦此亦彼的模糊特性[13]，硬聚類方法非此即彼地將事物分類.模糊聚類方法則借助隸屬度概念亦此亦彼地將事物劃分成不同類別，可體現(xiàn)事物的模糊特性，所以模糊聚類方法對(duì)事物的分類更加合理.采用模糊聚類方法探索服務(wù)水平模糊分級(jí)方法，期望對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的劃分不再非此即彼而是可體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)亦此亦彼的模糊特性，從而克服服務(wù)水平硬分級(jí)存在的缺點(diǎn).

快速公交(bus rapid transit，BRT)既保持了軌道交通的高效性和可靠性又繼承了常規(guī)公交的靈活性和低成本，已成為國(guó)際上治堵治污而大力推廣的一種公交模式[14].中國(guó)自從2005年首個(gè)快速公交系統(tǒng)建成以來(lái)，到2018年底已有25個(gè)城市建立了快速公交，為引領(lǐng)高品質(zhì)快速公交系統(tǒng)的建設(shè)，本文開(kāi)展快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)及其構(gòu)建方法的研究.

1 快速公交乘客出行調(diào)查

1.1 公交出行調(diào)查系統(tǒng)

為了獲取乘客出行數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于智能手機(jī)的公交出行調(diào)查系統(tǒng).該系統(tǒng)包括APP、服務(wù)器和網(wǎng)頁(yè)端.APP為數(shù)據(jù)采集模塊，功能是與乘客交互，采集乘客全過(guò)程的出行數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，APP的部分界面如圖1所示.服務(wù)器為數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)模塊，功能是計(jì)算乘客的出行時(shí)間指標(biāo)和公交車速度，存儲(chǔ)所有傳送來(lái)及計(jì)算出的數(shù)據(jù).網(wǎng)頁(yè)端為數(shù)據(jù)輸出模塊，功能是從服務(wù)器提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的報(bào)表輸出.

公交出行調(diào)查系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)包括乘客社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性、出行時(shí)刻指標(biāo)、出行時(shí)間指標(biāo)、乘客感知指標(biāo)及其他出行信息.乘客社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性包括性別、年齡、受教育程度、職業(yè)、收入、是否有私家車、主要出行方式、BRT使用頻率及居住城市.出行時(shí)刻指標(biāo)包括乘客出發(fā)時(shí)刻、到站時(shí)刻、上車時(shí)刻、下車時(shí)刻、到達(dá)換乘站時(shí)刻、換乘上車時(shí)刻、換乘下車時(shí)刻及到達(dá)目的地時(shí)刻.出行時(shí)間指標(biāo)包括乘客到站時(shí)間、等車時(shí)間、乘車時(shí)間、到達(dá)換乘站時(shí)間、換乘等車時(shí)間、換乘時(shí)間及離站時(shí)間.乘客感知指標(biāo)包括感知到站時(shí)間、感知等車時(shí)間、公交車速度感知、車內(nèi)擁擠度感知、感知換乘時(shí)間、感知離站時(shí)間及總體感知.其他出行信息包括出行目的、公交線路、乘車距離及公交車速度.

APP開(kāi)發(fā)時(shí)設(shè)計(jì)了檢查方法以判別收集的數(shù)據(jù)是否有效.受訪者出行過(guò)程中到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要及時(shí)點(diǎn)擊APP屏幕上對(duì)應(yīng)的按鈕，只有及時(shí)點(diǎn)擊了按鈕，受訪者的出行軌跡才能與百度地圖匹配，然后通過(guò)調(diào)用百度地圖提取受訪者的上車站點(diǎn)及下車站點(diǎn)信息，進(jìn)而計(jì)算乘車距離、公交車速度.因此，設(shè)計(jì)在APP最后一個(gè)界面顯示上車站點(diǎn)及下車站點(diǎn)信息的檢查方法.如果最后一個(gè)界面顯示上車站點(diǎn)及下車站點(diǎn)，說(shuō)明受訪者真實(shí)、正確地使用APP，收集的數(shù)據(jù)有效；如果沒(méi)有顯示，說(shuō)明受訪者沒(méi)有正確使用APP、數(shù)據(jù)無(wú)效.出行完成后，受訪者將APP最后一個(gè)界面截圖，將截圖發(fā)送給調(diào)查員，調(diào)查員根據(jù)截圖來(lái)判斷收集的數(shù)據(jù)是否有效.

1.2 乘客出行調(diào)查

廣州快速公交、常州快速公交、宜昌快速公交是我國(guó)有代表性的快速公交系統(tǒng)，選取這三個(gè)快速公交系統(tǒng)開(kāi)展乘客出行調(diào)查.采用自主開(kāi)發(fā)的公交出行調(diào)查系統(tǒng)開(kāi)展快速公交乘客出行調(diào)查，調(diào)查流程為首先招募受訪者，然后受訪者在日?？焖俟怀鲂兄惺褂肁PP進(jìn)行數(shù)據(jù)收集.

在公交站點(diǎn)招募受訪者，調(diào)查組的4個(gè)調(diào)查員進(jìn)入公交站點(diǎn)，隨機(jī)尋找乘客一對(duì)一地交流.首先向乘客介紹調(diào)查目的、內(nèi)容及方法，然后邀請(qǐng)乘客參與調(diào)查.如果乘客愿意參與，調(diào)查員加乘客的微信，并鼓勵(lì)乘客立即下載并安裝APP(1～2 min可完成).加微信是非常重要的一步，教乘客如何使用APP、發(fā)送APP二維碼及報(bào)酬等后期和乘客的溝通都是通過(guò)微信.如果當(dāng)公交車到達(dá)時(shí)乘客還沒(méi)有安裝APP，調(diào)查員通過(guò)微信發(fā)送APP二維碼并引導(dǎo)其安裝.一個(gè)調(diào)查員一天招募到的受訪者建立一個(gè)微信群，通過(guò)微信群調(diào)查員提醒受訪者在日常出行中使用APP及解決調(diào)查中遇到的共性問(wèn)題.

選取廣州快速公交的崗頂、師大暨大、石牌橋、棠下村等站點(diǎn)開(kāi)展受訪者招募工作，4個(gè)調(diào)查員從2017年11月4～6日連續(xù)工作3天，招募到65名受訪者.選取常州快速公交的萬(wàn)福橋、懷德路、延陵路、蘭陵路、人民路、輕工學(xué)院等站點(diǎn)招募受訪者，4個(gè)調(diào)查員從2017年11月26～29日招募到100名受訪者.選取宜昌快速公交的五一廣場(chǎng)、寶塔河、綠蘿路、劉家大堰等站點(diǎn)招募受訪者，從2018年1月16～19日4個(gè)調(diào)查員招募到100名受訪者.在廣州、常州及宜昌快速公交總共招募到265名受訪者.

招募到受訪者后，便可實(shí)施數(shù)據(jù)收集工作.受訪者在日常乘坐快速公交出行時(shí)使用APP(即參與調(diào)查)，公交出行調(diào)查系統(tǒng)便可收集到數(shù)據(jù).一個(gè)受訪者在一次快速公交出行中真實(shí)、正確地使用APP，公交出行調(diào)查系統(tǒng)便可收集到一條數(shù)據(jù)記錄.數(shù)據(jù)收集工作在廣州、常州、宜昌等城市持續(xù)實(shí)施一個(gè)月.在此期間，調(diào)查員會(huì)經(jīng)常提醒并鼓勵(lì)受訪者在日?？焖俟怀鲂兄惺褂肁PP.

從受訪者的角度，參與調(diào)查按照以下步驟進(jìn)行:調(diào)查員邀請(qǐng)乘客參與出行調(diào)查，乘客接受邀請(qǐng)成為受訪者；受訪者下載、安裝APP，并注冊(cè)；受訪者試用APP，熟悉APP的操作；受訪者在日常乘坐快速公交出行中使用APP以參與調(diào)查.從起點(diǎn)出發(fā)前受訪者打開(kāi)APP并登錄，在出行過(guò)程中的到站、上車、下車、到達(dá)目的地等各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照APP的提示進(jìn)行操作，到達(dá)目的地調(diào)查結(jié)束APP退出.不需要操作時(shí)可將APP置于后臺(tái)；出行完成后(即APP使用結(jié)束后)，受訪者將APP最后一個(gè)界面截圖，將截圖發(fā)送給調(diào)查員；調(diào)查員根據(jù)該界面判斷收集的數(shù)據(jù)是否有效；受訪者完成一次有效調(diào)查(在一次出行中正確地使用了APP使得收集的數(shù)據(jù)有效)，可收到10元報(bào)酬.

快速公交乘客出行調(diào)查獲得有效記錄1304條.有效記錄中55%是男性，95%處于19～50歲，83%接受了中高等教育(?？坪捅究?，65%的月收入低于5000元，63%沒(méi)有小汽車，98%常用的出行方式是公交，68%每天乘坐快速公交，67%的出行目的為通勤.因此，樣本主要由青年、中年群體，中高等教育水平乘客，中低收入群體，沒(méi)有小汽車的群體及經(jīng)常乘坐公交的群體組成.

2 服務(wù)水平模糊分級(jí)方法

采用模糊聚類方法探索快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法.在模糊聚類方法中，模糊c均值聚類(fuzzyc-means clustering，F(xiàn)CM)是一種典型的且應(yīng)用廣泛的方法，本文采用FCM方法探索快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法.在FCM方法中每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按照一定的隸屬度屬于每一類，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)于所有類的隸屬度構(gòu)成了隸屬度矩陣.FCM方法的基本原理:首先隨機(jī)選取若干聚類中心，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都被賦予對(duì)聚類中心一定的隸屬度，形成隸屬度矩陣；然后通過(guò)選代方法不斷修正聚類中心和隸屬度矩陣，迭代過(guò)程以極小化所有數(shù)據(jù)點(diǎn)到各個(gè)聚類中心的距離與隸屬度值的加權(quán)和為優(yōu)化目標(biāo)，直至聚類中心不再變化或兩次迭代的目標(biāo)函數(shù)值之差在允許的范圍內(nèi).

將服務(wù)水平模糊分級(jí)定義為松弛了相鄰服務(wù)水平等級(jí)之間的邊界而相鄰等級(jí)之間有重疊且重疊區(qū)間的評(píng)價(jià)指標(biāo)以不同的隸屬度屬于相鄰等級(jí)的服務(wù)水平分級(jí).將FCM應(yīng)用于構(gòu)建服務(wù)水平模糊分級(jí)時(shí)，分類對(duì)象為評(píng)價(jià)指標(biāo)，聚類數(shù)目為服務(wù)水平等級(jí)數(shù)目.基于FCM的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法如下.

構(gòu)建目標(biāo)函數(shù):

(1)

式中：‖*‖為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)與第i個(gè)聚類中心之間的歐幾里德距離；m為模糊度參數(shù).

為了最小化目標(biāo)函數(shù)，需按照式(2)和式(3)更新評(píng)價(jià)指標(biāo)的聚類中心和隸屬度矩陣:

(2)

(3)

分類評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，首先用值在0，1之間的隨機(jī)數(shù)初始化隸屬度矩陣；根據(jù)式(2)計(jì)算聚類中心；根據(jù)式(1)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，如果小于事先給定的閾值，或相對(duì)上次迭代的目標(biāo)函數(shù)值的改變量小于某個(gè)閾值，則算法終止；根據(jù)式(3)計(jì)算新的隸屬度矩陣.按此不斷迭代，直到算法終止，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)最終的聚類中心和隸屬度矩陣.

2) 基于隸屬度矩陣?yán)L制隸屬函數(shù)圖:隸屬函數(shù)圖分為原始隸屬函數(shù)圖和近似隸屬函數(shù)圖.隸屬度矩陣中的一行數(shù)據(jù)(即μi,i=1,2,…,c)代表一個(gè)服務(wù)水平等級(jí)的模糊集，基于其中一行數(shù)據(jù)繪制得到的曲線為一個(gè)服務(wù)水平等級(jí)的曲線.基于隸屬度矩陣，根據(jù)其中的每一行數(shù)據(jù)繪制一條服務(wù)水平等級(jí)曲線，將所有服務(wù)水平等級(jí)曲線布設(shè)在同一個(gè)圖中，得到原始隸屬函數(shù)圖.然后考慮一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)屬于各等級(jí)的隸屬度之和等于1的約束，用直線代替原始隸屬函數(shù)圖中的曲線得到近似隸屬函數(shù)圖.

3) 基于隸屬函數(shù)圖建立服務(wù)水平模糊分級(jí):針對(duì)隸屬函數(shù)圖，分析圖中每條服務(wù)水平等級(jí)曲線對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍，即為每個(gè)服務(wù)水平等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍，將所有等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍匯總即可得到服務(wù)水平模糊分級(jí).

在模糊分級(jí)中評(píng)價(jià)指標(biāo)以不同的隸屬度屬于相鄰等級(jí)，不同的隸屬度反映了評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于相鄰等級(jí)不同的隸屬程度，則存在一個(gè)主要服務(wù)水平等級(jí)和一個(gè)次要服務(wù)水平等級(jí).將隸屬度大于0.5的等級(jí)定義為主要服務(wù)水平等級(jí)，隸屬度小于0.5的等級(jí)定義為次要服務(wù)水平等級(jí).為了應(yīng)用方便，有必要提供主要及次要服務(wù)水平等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍.隸屬函數(shù)圖中屬于相鄰等級(jí)的隸屬度均為0.5的點(diǎn)即為相鄰等級(jí)的交點(diǎn).一個(gè)主要及對(duì)應(yīng)的次要服務(wù)水平等級(jí)的范圍根據(jù)相鄰等級(jí)的隸屬度曲線的交點(diǎn)進(jìn)行確定，具體方法為:根據(jù)隸屬度矩陣，針對(duì)每個(gè)等級(jí)，通過(guò)內(nèi)插法找出屬于此等級(jí)的隸屬度為0.5的評(píng)價(jià)指標(biāo)值；然后繼續(xù)通過(guò)內(nèi)插法找出相鄰等級(jí)交點(diǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值；最后通過(guò)分析隸屬函數(shù)圖中的交點(diǎn)即可確定出此范圍.

3 快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及等級(jí)數(shù)目

公交的服務(wù)對(duì)象是乘客，公交服務(wù)水平的高低與乘客對(duì)其感知的好壞相關(guān)，因此本文從乘客視角選取服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo).乘客快速公交出行過(guò)程包括到站(從出發(fā)點(diǎn)到公交站)、候車、乘車、離站(從公交站到目的地)等4個(gè)階段.在到站及離站階段，乘客對(duì)服務(wù)水平的感知受乘客到站及離站時(shí)間、有無(wú)人行天橋或地下通道、人行道的寬度及隔離狀況、人行道干凈程度等的影響.在候車階段，乘客對(duì)服務(wù)水平的感知受乘客等車時(shí)間、有無(wú)實(shí)時(shí)的公交車到站信息、有無(wú)座椅及遮擋物、公交站幾何尺寸及干凈程度等的影響.在乘車階段，乘客對(duì)服務(wù)水平的感知受公交車速度、載客量、車內(nèi)干凈程度、座椅舒適性及駕駛員態(tài)度等的影響.在以上諸多因素中，干凈程度、座椅舒適性、駕駛員態(tài)度等因素難以量化.有無(wú)人行天橋或地下通道、有無(wú)實(shí)時(shí)的公交車到站信息、有無(wú)座椅及遮擋物等因素沒(méi)有分級(jí)尺度.人行道寬度、公交站幾何尺寸等因素的變化幅度很小，沒(méi)有分級(jí)尺度.而時(shí)間指標(biāo)既可以量化又具有分級(jí)尺度，同時(shí)乘客對(duì)時(shí)間也非常敏感，各階段花費(fèi)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響乘客對(duì)服務(wù)水平感知的好壞.因此，本文選取到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度、離站時(shí)間作為快速公交服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo).

歷版HCMs將服務(wù)水平劃分為6級(jí)，并以字母A～F表示不同等級(jí)，其中A代表最好的運(yùn)行狀況，F(xiàn)代表最差的運(yùn)行狀況[2].國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者按照HCM的做法將交通設(shè)施或公共交通的服務(wù)水平劃分為6級(jí)[15].本文也遵循HCM的做法將快速公交服務(wù)水平劃分為6級(jí)A～F，即快速公交服務(wù)水平等級(jí)數(shù)目為6.

3.2 模糊分級(jí)

快速公交乘客出行調(diào)查收集到了乘客到站、候車、乘車、離站等各階段的出行時(shí)間及感知，相應(yīng)地到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度、離站時(shí)間等服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)被收集到.快速公交乘客出行調(diào)查獲得有效記錄1304條，本文基于到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度、離站時(shí)間的1304樣本量構(gòu)建其模糊分級(jí).

采用本文提出的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法構(gòu)建模糊分級(jí).到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度的隸屬函數(shù)圖分別如圖2、圖3、圖4所示，圖中6條不同曲線代表A～F6個(gè)服務(wù)水平等級(jí).建立的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)如表1所示，表1中相鄰服務(wù)水平等級(jí)之間的評(píng)價(jià)指標(biāo)(到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度)范圍有重疊，重疊區(qū)間的評(píng)價(jià)指標(biāo)值以不同的隸屬度屬于相鄰等級(jí)，具體的隸屬度值在隸屬度矩陣或隸屬函數(shù)圖中顯示.同時(shí)還提供了快速公交主要服務(wù)水平等級(jí)和對(duì)應(yīng)的次要服務(wù)水平等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍，如表2所示.離站時(shí)間的服務(wù)水平模糊分級(jí)結(jié)果與到站時(shí)間的非常相似.

表1 快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)

表2 快速公交主要和次要服務(wù)水平等級(jí)范圍

4 服務(wù)水平模糊分級(jí)的優(yōu)勢(shì)分析

文獻(xiàn)[9]建立了快速公交等車時(shí)間、公交車速度的服務(wù)水平硬分級(jí)，如表3所示.以本文所建分級(jí)和文獻(xiàn)[9]的硬分級(jí)為例，對(duì)模糊分級(jí)和硬分級(jí)的邊界特性進(jìn)行比較.本文所建模糊分級(jí)與文獻(xiàn)[9]的相比，服務(wù)水平A～F的評(píng)價(jià)指標(biāo)值的

范圍更大，如本文等車時(shí)間A級(jí)的范圍([0,2.2 min))包含了文獻(xiàn)[9]的A級(jí)((0, 1.6 min])和B級(jí)((1.6 min, 2.2 min])，公交車速度B級(jí)的范圍為(24.2 km/h,47.1 km/h)，而文獻(xiàn)[9]公交車速度B級(jí)的范圍為(25 km/h, 30 km/h].本文所建模糊分級(jí)中的臨界值與文獻(xiàn)[9]硬分級(jí)中的差別很大，如本文等車時(shí)間分級(jí)的臨界值為0.4，2.2，4.7，7.7，13.4，24.0 min，文獻(xiàn)[9]等車時(shí)間分級(jí)的臨界值為1.6，2.2，2.8，4.3，5.5 min.這是由于兩種分級(jí)的構(gòu)建方法不同，本文采用基于FCM的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法構(gòu)建服務(wù)水平分級(jí)，而文獻(xiàn)[9]通過(guò)參考HCM2000和TCQSM2003構(gòu)建服務(wù)水平分級(jí).兩種分級(jí)的臨界值差別大不是本文的關(guān)注點(diǎn)，本文旨在以它們?yōu)槔容^模糊分級(jí)和硬分級(jí)的邊界特性.

文獻(xiàn)[9]建立的硬分級(jí)相鄰服務(wù)水平等級(jí)間有清晰的邊界，評(píng)價(jià)指標(biāo)非此即彼地屬于某等級(jí)，即一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值屬于某等級(jí)則不會(huì)屬于其他等級(jí)，如當(dāng)?shù)溶嚂r(shí)間小于等于1.6 min時(shí)服務(wù)水平為A級(jí)，當(dāng)大于1.6 min小于等于2.2 min時(shí)為B級(jí).本文建立的服務(wù)水平模糊分級(jí)借助隸屬度來(lái)體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于不同服務(wù)水平等級(jí)的程度，隸屬度連續(xù)的變化可體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)逐步變化引起的服務(wù)水平變化，消除了清晰的邊界，相鄰等級(jí)之間有重疊，重疊區(qū)間的評(píng)價(jià)指標(biāo)值以不同的隸屬度屬于相鄰等級(jí)，如當(dāng)?shù)溶嚂r(shí)間小于2.2 min時(shí)服務(wù)水平為A級(jí)，大于0.4 min小于4.7 min時(shí)為B級(jí)，0.4～2.2 min為A級(jí)和B級(jí)的重疊區(qū)間，該區(qū)間的等車時(shí)間以不同的隸屬度(具體的隸屬度值見(jiàn)隸屬函數(shù)圖)屬于A級(jí)和B級(jí).

表3 文獻(xiàn)[9]建立的快速公交服務(wù)水平硬分級(jí)(1)為了對(duì)服務(wù)水平模糊分級(jí)與硬分級(jí)進(jìn)行比較，本文選取文獻(xiàn)[9]作為案例.本文沒(méi)有質(zhì)疑文獻(xiàn)[9]研究成果的合理性，只是對(duì)兩種形式的服務(wù)水平分級(jí)進(jìn)行比較.

服務(wù)水平硬分級(jí)存在以下特點(diǎn):相鄰服務(wù)水平等級(jí)的邊界被非此即彼地劃分到某一等級(jí)，如在文獻(xiàn)[9]的等車時(shí)間分級(jí)中，1.6 min是A級(jí)和B級(jí)的邊界，該分級(jí)將其劃分到A級(jí).接近邊界的差別很小的評(píng)價(jià)指標(biāo)值可能屬于不同服務(wù)水平等級(jí)，如在文獻(xiàn)[9]的等車時(shí)間分級(jí)中，1.6 min屬于A級(jí)，1.7 min屬于B級(jí).非常接近的評(píng)價(jià)指標(biāo)值可能屬于不同服務(wù)水平等級(jí)，而差別較大的評(píng)價(jià)指標(biāo)值可能屬于同一服務(wù)水平等級(jí)，也就是說(shuō)，評(píng)價(jià)指標(biāo)微小的變化可能引起服務(wù)水平等級(jí)的改變，而評(píng)價(jià)指標(biāo)較大的變化可能卻沒(méi)有引起服務(wù)水平等級(jí)的改變，如在文獻(xiàn)[9]的等車時(shí)間分級(jí)中，等車時(shí)間從1.6 min變化到1.7 min，服務(wù)水平從A級(jí)變?yōu)锽級(jí)，等車時(shí)間從1.7 min變化到2.2 min，服務(wù)水平仍為B級(jí).硬分級(jí)的這三個(gè)特點(diǎn)，從實(shí)際來(lái)說(shuō)是不合理的，是硬分級(jí)由于有清晰的邊界而必然存在的缺點(diǎn).由于硬分級(jí)的這三個(gè)缺點(diǎn)，將硬分級(jí)應(yīng)用于公交規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)用效果將不理想.

服務(wù)水平模糊分級(jí)消除了清晰的邊界，借助隸屬度的概念體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)亦此亦彼的模糊特性，從而有效地避免了硬分級(jí)存在的缺點(diǎn).模糊分級(jí)以隸屬度來(lái)體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于相鄰服務(wù)水平等級(jí)的程度，評(píng)價(jià)指標(biāo)變化引起的服務(wù)水平變化通過(guò)隸屬度改變得以體現(xiàn)出來(lái).如在本文建立的等車時(shí)間模糊分級(jí)中，1.6 min以0.2的隸屬度屬于A級(jí)、以0.8的隸屬度屬于B級(jí)，1.7 min以0.18的隸屬度屬于A級(jí)、以0.82的隸屬度屬于B級(jí)，2.2 min以0的隸屬度屬于A級(jí)、以1的隸屬度屬于B級(jí)；1.6 min不再是絕對(duì)地屬于A級(jí)；1.6 min和1.7 min不再分別屬于A級(jí)和B級(jí)，而是以不同的隸屬度同時(shí)屬于A級(jí)和B級(jí)；等車時(shí)間從1.6 min變化到1.7 min及2.2 min，服務(wù)水平的變化通過(guò)隸屬度的改變體現(xiàn)出來(lái)，即屬于A級(jí)的隸屬度從0.2變化到0.18及0，屬于B級(jí)的隸屬度從0.8變化到0.82及1，不再是服務(wù)水平等級(jí)的階梯式跳躍或不變.

5 結(jié) 論

1) 采用模糊c均值聚類方法探索模糊分級(jí)構(gòu)建方法，提出了“分類評(píng)價(jià)指標(biāo)、構(gòu)建隸屬度矩陣、繪制隸屬函數(shù)圖”的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法.

2) 選取到站時(shí)間、等車時(shí)間、公交車速度作為快速公交服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用自主開(kāi)發(fā)的公交出行調(diào)查系統(tǒng)開(kāi)展快速公交乘客出行調(diào)查，基于調(diào)查所獲數(shù)據(jù)采用提出的模糊分級(jí)方法構(gòu)建了快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí).

3) 模糊分級(jí)由于消除了清晰的邊界而將評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分到相鄰服務(wù)水平等級(jí)，通過(guò)隸屬度來(lái)體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于相鄰等級(jí)的程度，評(píng)價(jià)指標(biāo)變化引起的服務(wù)水平變化通過(guò)隸屬度改變得以體現(xiàn)，從而有效地克服了硬分級(jí)存在的“評(píng)價(jià)指標(biāo)微小的變化可能引起服務(wù)水平等級(jí)的改變，而評(píng)價(jià)指標(biāo)較大的變化可能卻沒(méi)有引起服務(wù)水平等級(jí)的改變”問(wèn)題.

4) 本文提出的快速公交服務(wù)水平模糊分級(jí)方法也可用于常規(guī)公交以及公路、城市道路等交通設(shè)施的服務(wù)水平模糊分級(jí)的構(gòu)建.