基于熵權(quán)TOPSIS模型的長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路評價探討

尹傳忠，張祥棟，曲思源，趙 明，劉永東

（1.上海海事大學 交通運輸學院，上海 201306；2.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院 江蘇省高鐵安全工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇 南京 210031；3.中國國家鐵路集團有限公司 運輸部，北京 100844；4.中國鐵路成都局集團有限公司 貨運部，四川 成都 610081)

0 引言

為了落實《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》的部署，《長江三角洲地區(qū)交通運輸更高質(zhì)量一體化發(fā)展規(guī)劃》(發(fā)改基礎(chǔ)[2020]529號)明確，到2025年，長三角一體化的交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)總體形成，基本建成“軌道上的長三角”，鐵路密度達到507 km/萬km2，提出滬乍杭鐵路(上?！贾?、北沿江高速鐵路(上海—合肥)、寧宣黃高速鐵路(南京—黃山)和滬甬舟鐵路(上海—寧波)等多條鐵路規(guī)劃建設(shè)，以提升長三角地區(qū)路網(wǎng)的水平，為長三角一體化協(xié)同發(fā)展提供強大的支撐作用，而這些鐵路在路網(wǎng)中的重要程度不盡相同。因此，針對長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路進行合理評估，有利于優(yōu)化資源配置，發(fā)揮建設(shè)資源的最大效用。

首先應(yīng)考慮國家政策、服務(wù)便捷性、地區(qū)經(jīng)濟、地區(qū)路網(wǎng)以及社會需求等因素構(gòu)建評價指標體系，選取與國家政策的適應(yīng)性、線路連通性、經(jīng)濟社會發(fā)展適應(yīng)性、人均GDP、路網(wǎng)規(guī)模和路網(wǎng)密度等指標[1-2]，一般采用熵權(quán)法[3]、模糊綜合評價法[4]、AHP法、德爾菲法[2]以及多種評價方法相結(jié)合的方法[5]，這些評價方法被廣泛應(yīng)用于路網(wǎng)及樞紐的評價[6-7]和線路建設(shè)方案的比選決策[8]。

這些研究多側(cè)重于路網(wǎng)經(jīng)濟評價、社會評價及環(huán)境評價等，采用定性分析或定性分析與定量分析相結(jié)合的方法，而定性分析具有主觀性，重點研究難以量化的問題。根據(jù)長三角地區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)劃，結(jié)合規(guī)劃路網(wǎng)的影響因素，從宏觀和微觀2個方面建立評價指標體系，采用熵權(quán)TOPSIS模型對規(guī)劃鐵路的重要度進行定量分析與評價，得出長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路重要度的先后次序，為決策者優(yōu)化配置建設(shè)資源、合理安排建設(shè)周期提供決策依據(jù)。

1 基于熵權(quán)TOPSIS模型的規(guī)劃鐵路評價方法

1.1 評價指標體系構(gòu)建

影響規(guī)劃鐵路重要度的因素眾多，體現(xiàn)在社會、經(jīng)濟、文化和政策等各個方面，其中，系統(tǒng)因素、社會因素、經(jīng)濟因素和政策因素在長三角綜合運輸一體化中占有較重要的地位。因此，選取鐵路連接度、高速公路連接度、客運量、貨運量、地區(qū)生產(chǎn)總值、居民人均可支配收入以及政策支持度7個評價指標。長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路評價指標體系如表1所示。

表1 長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路評價指標體系Tab.1 Evaluation index system of planned railway lines in Yangtze River Delta

1.2 熵權(quán)TOPSIS模型

在眾多的評價方法中，熵權(quán)TOPSIS模型是利用熵權(quán)法確定指標權(quán)重，通過計算接近度確定重要度的方法，該方法具有充分利用原始數(shù)據(jù)、信息量損失小的優(yōu)點，計算結(jié)果客觀、科學。因此，結(jié)合構(gòu)建的指標體系，采用熵權(quán)TOPSIS模型確定規(guī)劃鐵路重要度。首先查閱各指標的量化數(shù)據(jù)，然后構(gòu)造初始矩陣，最后通過歸一化、確定權(quán)重以及加權(quán)等一系列計算過程確定重要度排序。基于熵權(quán)TOPSIS模型確定規(guī)劃鐵路重要度流程如圖1所示。

圖1 確定規(guī)劃鐵路重要度流程Fig.1 Process of determining importance of the planned railway lines

熵權(quán)TOPSIS模型設(shè)定一個最優(yōu)值即正向最大值，一個負向最大值，通過排序（即評價對象接近正向最大值的程度）確定重要度。

（1）初始矩陣的歸一化處理。

步驟1：根據(jù)評價對象構(gòu)造初始矩陣。該矩陣設(shè)有m個評價對象n個評價指標，設(shè)

式中：Y為初始矩陣，yij為第i個評價對象的第j個評價指標數(shù)據(jù)；i為評價對象次序；j為評價指標次序。

步驟2：用向量規(guī)范化方法得到規(guī)范的判斷矩陣。因各指標的量綱不同，為避免對評價結(jié)果的影響，對其進行歸一化處理，得到規(guī)范化判斷矩陣。

指標歸一化，令

式中：rij為第i個評價對象的第j個評價指標數(shù)據(jù)歸一化處理后所得結(jié)果；= max (yij)，1≤i≤m；= min (yij)，1≤i≤m。

歸一化處理后的標準判斷矩陣為

式中：R為標準判斷矩陣。

（3）加權(quán)標準化判斷矩陣。

式中：P為加權(quán)后的標準判斷矩陣，wj rij為各指標數(shù)據(jù)加權(quán)值。

（4）計算相對接近度。加權(quán)標準化判斷矩陣的正負最大值為

式中：A+，A-為正負最大值；zij為第i個評價對象的第j個評價指標的數(shù)據(jù)加權(quán)值，zij=wj rij。

i到正負最大值的接近度為

式中：為i到正最大值的接近度，為i到負最大值的接近度。

（5）確定重要度。各評價對象重要度為

式中：為第i個評價對象的重要度，以貼近0或1的距離判斷重要度，越貼近1，重要度越高，反之越貼近0重要度越低。

2 長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路評價分析

2.1 現(xiàn)狀

長三角地區(qū)已經(jīng)形成較為完善的鐵路網(wǎng)，但區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)發(fā)展不平衡，主要集中于上海、南京、杭州、合肥為核心的周邊地區(qū)，蘇北、皖北、皖南，以及浙江境內(nèi)滬昆線(上海—昆明)以南、以北地區(qū)仍存在一定的路網(wǎng)空白，在一定程度上制約了長三角地區(qū)一體化發(fā)展。目前，長三角地區(qū)現(xiàn)階段規(guī)劃了滬乍杭鐵路、滬甬跨海鐵路(上?！獙幉?、寧宣黃高速鐵路、北沿江高速鐵路、杭臨績高速鐵路(杭州—績溪)、滬甬舟鐵路Ⅰ段(寧波—舟山段)、滬甬舟鐵路Ⅱ段(舟山—大洋山段)、滬甬舟鐵路Ⅲ段(上?！笱笊蕉?、亳蚌城際鐵路(亳州—蚌埠)等9條規(guī)劃鐵路。長三角地區(qū)鐵路網(wǎng)如圖2所示。

圖2 長三角地區(qū)鐵路網(wǎng)Fig.2 Railway network in Yangtze River Delta

2.2 評價計算分析

針對長三角地區(qū)的9條規(guī)劃鐵路，利用TOPSIS模型計算其重要度，最后得到各線路的綜合排名，確定建設(shè)順序。根據(jù)長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路評價指標體系構(gòu)建，選用2019年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行評價。規(guī)劃鐵路經(jīng)過地區(qū)2019年客貨運量、生產(chǎn)總值及居民人均可支配收入如表2所示。

表2 規(guī)劃鐵路經(jīng)過地區(qū)2019年客、貨運量、生產(chǎn)總值及居民人均可支配收入Tab.2 Passenger and freight traffic volume, GDP and per capita,disposable income of areas which have planned railway lines in 2019

對于政策支持度指標，數(shù)據(jù)構(gòu)建方式與其他評價指標不同，采用得分制，包括規(guī)劃鐵路是否屬于《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》(以下簡稱 “《綱要》”)、《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2016)》(發(fā)改基礎(chǔ)[2016]1536號)、《鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃》(發(fā)改基礎(chǔ)[2017]1996號)以及是否完成可研報告4個方面，每滿足1項得1分。各規(guī)劃鐵路政策支持度得分表如表3所示。

綜合圖2、表2及表3數(shù)據(jù)信息，匯總長三角地區(qū)9條規(guī)劃鐵路對應(yīng)7個評價指標的數(shù)據(jù)。各規(guī)劃鐵路各評價指標數(shù)據(jù)表如表4所示。

計算長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路重要度步驟如下。

（1）根據(jù)表4數(shù)據(jù)構(gòu)建初始矩陣Y。

（2）統(tǒng)一各項指標的單調(diào)性，根據(jù)公式 ⑵ 進行歸一化處理得到標準化矩陣R。

（3）利用熵權(quán)法計算權(quán)重。通過計算得到w= {0.15 0.15 0.15 0.11 0.16 0.16 0.12}。

（4）由公式 ⑷ 計算加權(quán)標準矩陣P。

表3 各規(guī)劃鐵路政策支持度得分表Tab.3 Score table of policy support for each planned railway lines

表4 各規(guī)劃鐵路評價指標數(shù)據(jù)表Tab.4 Indicators of each planned railway line

（5）步驟5：由公式 ⑸ 和公式 ⑹ 確定正向最大值和負向最大值，得到

（6）由公式 ⑺ 和公式 ⑻ 計算相對貼進度和距離，由公式 ⑼ 得到重要度。，，。

2.3 計算結(jié)果分析

鐵路各指標加權(quán)數(shù)據(jù)及重要度如圖3所示。

（1）就各評價指標權(quán)重而言，地區(qū)生產(chǎn)總值和人均可支配收入指標最高，對重要度影響最大；鐵路連接度、高速公路連接度和客運量3個指標權(quán)重接近，對重要度影響均衡；貨運量和政策支持度指標權(quán)重較小，對重要度影響較小。

（2）就各評價指標而言，寧宣黃高速鐵路、北沿江高速鐵路、滬乍杭鐵路和杭臨績高速鐵路的鐵路連接度指標較高，表示該鐵路換乘便捷性好，有利于完善鐵路網(wǎng)；寧宣黃高速鐵路、北沿江高速鐵路、滬乍杭鐵路的高速公路連接度指標較高，表示該鐵路對發(fā)展長三角公鐵聯(lián)運有重要作用，同時一定程度上能夠緩解公路客貨運壓力；北沿江高速鐵路、滬乍杭鐵路和滬甬跨海鐵路客運量指標較高，表示該鐵路連接地區(qū)客運需求較大，有利于緩解既有鐵路和公路客運壓力；北沿江高速鐵路、滬乍杭鐵路和滬甬跨海鐵路的地區(qū)生產(chǎn)總值指標較高，表示該鐵路連接地區(qū)經(jīng)濟基礎(chǔ)較好，鐵路建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)；北沿江高速鐵路和滬乍杭鐵路的居民人均可支配收入指標較高，表示該鐵路連接地區(qū)居民的消費水平高，對鐵路利用率有重要影響；北沿江高速鐵路和滬甬舟鐵路Ⅰ段的政策支持度較高，表示該鐵路受國家或地區(qū)重視程度高，被列入優(yōu)先建設(shè)的可能性較大。

圖3 規(guī)劃鐵路各指標加權(quán)數(shù)據(jù)及重要度Fig.3 Weighted data and importance of each index of the planned railway lines

（3）就規(guī)劃鐵路重要度而言，9條規(guī)劃鐵路由大到小排序為：北沿江高速鐵路、滬乍杭鐵路、滬甬跨海鐵路、寧宣黃高速鐵路、滬甬舟鐵路(寧波至舟山段)、杭臨績高速鐵路、滬甬舟鐵路(舟山至大洋山段)、滬甬舟鐵路(上海至大洋山段)、亳蚌城際鐵路。換而言之，長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路的建設(shè)資源，應(yīng)優(yōu)先投入重要度較大的鐵路建設(shè)項目。

3 結(jié)束語

通過構(gòu)建長三角地區(qū)9條規(guī)劃鐵路評價指標體系，運用熵權(quán)TOPSIS模型確定重要度，以合理配置鐵路建設(shè)資源，評價指標體系能夠客觀、準確地反映出規(guī)劃鐵路各方面特性，有較強的適應(yīng)性?；陟貦?quán)TOPSIS模型對長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路進行定量分析，能夠有效避免定性分析的主觀性，明確規(guī)劃鐵路的重要度，為合理確定和配置規(guī)劃鐵路優(yōu)先建設(shè)資源。另外，還應(yīng)加強政策重要程度對規(guī)劃路網(wǎng)評價指標的量化研究。