“雙碳”目標(biāo)下電動公交充電站優(yōu)化布局研究

王玉生 張慶澤

1 引 言

2020年9月，習(xí)近平總書記在第十五屆聯(lián)合國大會上鄭重宣布，中國將力爭在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、在2060年前實現(xiàn)碳中和。為達(dá)成此目標(biāo)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，低碳出行將成為我國新時期出行方式的主要發(fā)展方向。目前，我國已連續(xù)多年成為世界機(jī)動車產(chǎn)銷第一大國，消耗了大量的不可再生能源，其排放的尾氣已成為城市空氣污染的重要來源（劉穎琦等 2017［1］）。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車相比，電動汽車在運(yùn)行階段具有零排放、低噪音、行駛穩(wěn)定性高等優(yōu)點，并且驅(qū)動能量的來源多樣化，能源轉(zhuǎn)化效率高，可以有效減少機(jī)動車在使用過程中對環(huán)境的污染和對化石燃料的依賴，改善能源結(jié)構(gòu)。因此，電動汽車被認(rèn)為是解決日益嚴(yán)峻的交通能源消耗和環(huán)境污染問題的有效途徑（鄭婷予和汪濤 2020［2］）。

由于我國人口眾多，對公共交通的需求非常大，因此我國政府把發(fā)展電動汽車的重點放在了公交領(lǐng)域，并出臺了一系列政策大力扶持電動公交車的發(fā)展。比如2009年中國啟動“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”（王靜宇等 2012［3］），2015年交通運(yùn)輸部、工信部、財政部聯(lián)合發(fā)布了《新能源公交車推廣應(yīng)用考核辦法（試行）》，這些政策促進(jìn)了公交行業(yè)的節(jié)能減排和結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快了新能源汽車在公交領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。由于具有行駛路線固定、停車地點集中、充電設(shè)施可共享、中低速運(yùn)行且頻繁停車等特點，城市公交車特別適合電動汽車技術(shù)的應(yīng)用（王寧等 2011［4］）。根據(jù)交通運(yùn)輸部最新發(fā)布的《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截止2020年年末，全國擁有公共汽電車70.44萬輛，其中純電動車占53.8%，比2016年增加了2.5倍。在幾個代表性城市中，深圳市全市1.6萬余輛公交車已全部更換為純電動公交車，杭州市主城區(qū)新能源和清潔能源公交車輛達(dá)100%，而廣州市和西藏自治區(qū)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)新增和更換公交車中新能源汽車比重達(dá)100%，長沙市新能源公交車輛比例超過80%?？梢婋妱庸卉囋谖覈l(fā)展迅速，很多城市都計劃將全部公交車更換為電動公交車，因此，電動汽車技術(shù)在城市公交系統(tǒng)具有巨大的潛力和發(fā)展前景。

電動公交車在推廣應(yīng)用過程中遇到了許多障礙，主要表現(xiàn)在續(xù)駛里程短和充電時間長兩個方面。為克服電動公交車的“里程焦慮”，確保電動公交車的正常運(yùn)行，需要及時對其進(jìn)行充電。為維持電動公交的正常運(yùn)營，為電動公交提供電能補(bǔ)給和維修服務(wù)，充電站是需要建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。國家對電動車的扶持政策促使大量的電動公交車被快速投放到公交網(wǎng)絡(luò)中，伴隨出現(xiàn)了電動公交車充電站短缺的現(xiàn)象。為了解決這一問題，地方政府便快速審批建設(shè)了大量充電站項目，以期能夠緩解電動車短期暴增后帶來的影響。但是過度的建設(shè)也帶來了資源的浪費(fèi)，過于超前的發(fā)展建設(shè)規(guī)劃不僅是對地方寶貴的財政資源的浪費(fèi)，同時也不利于電動汽車的長遠(yuǎn)發(fā)展，只會增加社會對電動汽車發(fā)展必要性的懷疑（張勇等 2014［5］）。

因此，科學(xué)合理的電動公交車充電站布局規(guī)劃已經(jīng)成為當(dāng)下社會所面臨的現(xiàn)實問題。由于電動公交車的應(yīng)用處于蓬勃發(fā)展中，針對電動公交車充電站布局規(guī)劃的研究主要是借鑒加油站和電動汽車充電站的布局規(guī)劃，其理論研究在不斷的完善和探索中。結(jié)合目前的研究，電動公交充電站優(yōu)化布局的方法主要有以下兩種。

一是通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來確定最優(yōu)的候選點，這也是目前選址規(guī)劃研究中采用較多的方法。蔡子龍和束洪春（2017）［6］針對直流快速充電模式下充電設(shè)施最優(yōu)配置問題，考慮交通平峰和高峰期，以充電樁數(shù)量最小化為目標(biāo)，建立了一個公交樞紐站內(nèi)電動公交充電排隊系統(tǒng)模型。Wang 等（2017）［7］構(gòu)建了一個以年度總成本最小化為目標(biāo)的混合整數(shù)規(guī)劃模型，該模型同時確定電動公交車充電時刻以及充電設(shè)施位置和容量決策。姜嵐清和張勇（2019）［8］針對電動公交車充電設(shè)施配置不合理的現(xiàn)象，綜合考慮充電站及充電樁配置與公交線路運(yùn)營特征設(shè)計參數(shù)兩者的相互影響，建立以充電等待時間和運(yùn)力為約束條件，社會福利最大化為目標(biāo)的優(yōu)化模型。肖白等（2021）［9］在滿足電動公交車充電需求的同時兼顧充電站精細(xì)化規(guī)劃的要求，建立以充電能力最強(qiáng)、投資運(yùn)行成本最小、光伏能源綜合利用指標(biāo)最大為優(yōu)化目標(biāo)的充電站多目標(biāo)優(yōu)化規(guī)劃模型，以確定電動公交車充電站的充電樁數(shù)量以及光伏發(fā)電系統(tǒng)和配電變壓器的容量。Wu等（2021）［10］構(gòu)建了一個以總成本最小化為目標(biāo)、兼顧公交運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)的電動公交系統(tǒng)電動公交快速充電站選址規(guī)劃模型。Uslu 和 Kaya （2021）［11］考慮了電動公交車所經(jīng)過的路線、每條路線的需求和電動公交車的行駛里程，構(gòu)建了一個混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，以確定在有限等待時間約束下電動公交充電站的位置和容量。

二是使用評價的方式來確定最優(yōu)的候選點。魏玲（2016）［12］針對電動汽車充電設(shè)施選址問題，從社會因素、經(jīng)濟(jì)因素、環(huán)境因素、環(huán)保因素、規(guī)劃因素和服務(wù)能力六個方面構(gòu)建電動汽車充電設(shè)施選址評價指標(biāo)體系，基于熵值法和灰色理論，運(yùn)用符號計算軟件Mathematical確定了各層評價指標(biāo)的權(quán)重。田賀平等（2018）［13］通過分析電動汽車充電設(shè)施的充電交易單數(shù)、充電時長和時間占用率，將電動汽車充電設(shè)施優(yōu)化布局問題轉(zhuǎn)化為充電設(shè)施使用效率的評級和分類問題，建立了基于隨機(jī)森林算法的充電設(shè)施優(yōu)化布局評價模型。曾博等（2018）［14］針對電動汽車充電站商業(yè)運(yùn)營模式的效益評價問題，考慮政府、設(shè)備投資運(yùn)營商和用戶三主體之間的相互聯(lián)系，設(shè)計了基于價值鏈理論的綜合評價指標(biāo)體系；然后運(yùn)用物元可拓模型對電動汽車充電商業(yè)運(yùn)營模式的綜合效益進(jìn)行定量評價。蔡子龍等（2020）［15］針對電動汽車公共應(yīng)急充電站選址問題，考慮到候選站的有限資源約束情況，構(gòu)建了基于層次分析法和目標(biāo)規(guī)劃發(fā)的選址規(guī)劃模型。Feng等（2021）［16］基于不同領(lǐng)域的專家意見、文獻(xiàn)調(diào)查、現(xiàn)場調(diào)查，從可持續(xù)的角度構(gòu)建電動汽車充電站選址評價指標(biāo)體系。通過語言熵權(quán)方法和模糊公理化設(shè)計開發(fā)了一種綜合多標(biāo)準(zhǔn)決策方法，以選擇合適的電動汽車充電站站點。

綜合上述文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，目前對充電設(shè)施規(guī)劃研究大多是針對電動汽車，專門針對電動公交車充電設(shè)施規(guī)劃方面的研究較少。另外，關(guān)于充電站選址的方法，使用定量方法的研究主要是通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，對影響電動公交車設(shè)施規(guī)劃的因素進(jìn)行刻畫，從而選擇出總成本最小的選址方案；使用定性方法的研究主要通過各種評價方法，綜合考慮不同候選點的優(yōu)劣勢，進(jìn)而得出滿意的選址方案。然而，影響電動公交車充電站選址的因素有很多，既包括定量的因素，比如建設(shè)成本、投資回收期等經(jīng)濟(jì)因素，也包括定性的因素，比如環(huán)境保護(hù)政策等。因此，需要對影響電動公交充電站布局規(guī)劃的定量因素和定性因素進(jìn)行全面考量。

基于以上分析，本文借鑒并改進(jìn)已有的研究成果，將定量的構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法與定性的綜合評價的方法相結(jié)合，提出了一個新的電動公交充電站優(yōu)化布局方法。首先考慮候選站的服務(wù)能力，以年均總成本最小化為目標(biāo)，構(gòu)建0-1整數(shù)規(guī)劃模型，對電動公交充電站的選址和服務(wù)范圍進(jìn)行決策。以江陰市公交網(wǎng)絡(luò)為例，采用實際數(shù)據(jù)，應(yīng)用充電站選址優(yōu)化模型獲得了6個充電站選址方案。接著從社會因素、經(jīng)濟(jì)因素、服務(wù)能力、規(guī)劃因素四個方面出發(fā)，設(shè)計了電動公交充電站布局的評價指標(biāo)體系，然后采用層次分析法和模糊綜合評判法對上述6個充電站選址方案進(jìn)行綜合評估，評估的結(jié)果為電動公交充電站的選址提供了一定的決策支持。

2 電動公交充電站建設(shè)的主要原則

在進(jìn)行電動公交充電站布局規(guī)劃決策前，首先應(yīng)了解電動公交充電站的建設(shè)特點，分析充電站布局的影響因素，明確充電站建設(shè)的主要原則，才能對電動公交充電站布局做出科學(xué)、合理的決策。電動公交充電站的布局規(guī)劃需要考慮的因素有很多。充電站建設(shè)的目的是為電動公交提供充電服務(wù)，因此首先要考慮電動公交充電是否便捷。充電站的建設(shè)耗資巨大，在資金有限的情況下，要考慮充電站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本。另外，充電站的正常運(yùn)營需要符合現(xiàn)有電網(wǎng)布局及未來規(guī)劃的要求，因此要考慮對電力系統(tǒng)的沖擊，滿足對電可靠性、電力平衡等方面的要求（賈斯佳和袁競峰 2018［17］）。考慮以上影響因素，在對電動公交充電站進(jìn)行布局規(guī)劃時一般需要遵循以下原則：

（1）符合電網(wǎng)規(guī)劃要求。電動公交充電站運(yùn)營時所需的電量很大，為減少對電網(wǎng)的沖擊，需要盡量避開用電高峰期。電動公交充電站所在區(qū)域的最大用電負(fù)荷不能超過所在區(qū)域變電站或變壓器的額定容量。在滿足容量需求的前提下，考慮輸電損失和安全性，宜選取離變電站適當(dāng)距離的地點作為充電站的建設(shè)點。為應(yīng)對充電站的擴(kuò)建和增容，新建的充電站需滿足5-10年規(guī)劃期內(nèi)用電需求。

（2）滿足安全性要求。充電站在提供充換電服務(wù)時容易引發(fā)火災(zāi)等安全隱患，因此充電站在建設(shè)時需要周邊的環(huán)境保持一定的安全距離。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016）等國家基本規(guī)范的要求，為避免給行人帶來不便，電動公交充電站的出入口應(yīng)該設(shè)置在與居民生活區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等設(shè)施出入口距離50米以上的位置。另外，充電站應(yīng)距離橋梁引道口、隧道口、軍事設(shè)施、鐵路平交道口等設(shè)施大于100米。

（3）滿足經(jīng)濟(jì)性要求。建設(shè)電動公交充電站需要安裝價值昂貴的充電設(shè)施，其建設(shè)和運(yùn)營都耗資巨大。由于充電站不可移動的特點，如果選址不當(dāng)，將付出巨額的經(jīng)濟(jì)代價，并造成一定的社會負(fù)面影響。因此，在建設(shè)電動公交充電站時，要在滿足功能性和安全性要求的前提下，盡量降低建設(shè)和運(yùn)營成本，選擇經(jīng)濟(jì)可行的布局方案。

（4）與其他交通工具相協(xié)調(diào)。電動公交充電站的建設(shè)應(yīng)充分利用公交樞紐站、起訖站等場所，使得停車和充電在一處解決，這樣便于維持公交線路正常運(yùn)營，也能減少車輛空駛造成的電力消耗。另外，電動公交車的應(yīng)用不是一蹴而就的，需要考慮與其他類型車輛的協(xié)調(diào)問題，充分利用現(xiàn)有的加油站、加氣站等設(shè)施，盡量避免建設(shè)電動公交專用充電站，這樣也可為場站中采用不同能源類型的公交車提供更加靈活的補(bǔ)充能源的場所。

3 電動公交充電站優(yōu)化布局建模

3.1 問題描述

本文研究的電動公交充電站優(yōu)化布局問題，是指從一個給定候選站點位置的集合中，按照一定的原則，選擇一定數(shù)量的站點建設(shè)充電站，使得在滿足電動公交車充電需求的同時，規(guī)劃期內(nèi)的總費(fèi)用最低。因此，本文致力于解決以下問題：應(yīng)選擇哪些位置建設(shè)充電站？每個充電站的服務(wù)范圍是什么？

3.2 建模過程

設(shè)集合表示電動公交車充電站的所有候選站點集合，i∈I；集合J表示所有公交線路集合，j∈J。假設(shè)每條線路上的所有公交車都是同一規(guī)格，且只能去同一個充電站進(jìn)行充電，不同線路上的公交車可以去不同的路線。本文通過構(gòu)建0-1整數(shù)規(guī)劃模型來對充電站的布局進(jìn)行優(yōu)化，模型以規(guī)劃期內(nèi)年均總成本最小化為目標(biāo)，模型的其他參數(shù)設(shè)置如下：

設(shè)決策變量為：

Xi=1表示在候選站點建設(shè)充電站，否則為0，i∈I；

Yij=1表示充電站為線路上的電動公交車提供充電服務(wù)，否則為0，i∈I，j∈J。

綜上，本文構(gòu)建的電動公交充電站布局優(yōu)化模型如下：

其中，式（1）表示目標(biāo)為布局方案折算到每年的總成本最小化，該總成本包括年均建設(shè)成本、運(yùn)營維護(hù)成本、空駛成本以及充電成本。式（2）限制了建設(shè)的充電站數(shù)量上限。式（3）有兩層含義，一是指電動公交車只能在建設(shè)了充電站的站點進(jìn)行充電，二是指在每個充電站接受充電服務(wù)的公交車數(shù)量要滿足該充電站的服務(wù)能力限制。式（4）表示每一條線路上的公交車只能去一個充電站進(jìn)行充換電服務(wù)。式（5）定義了兩個0-1決策變量。

3.3 實證分析

3.3.1 江陰市公交網(wǎng)絡(luò)介紹

江蘇省江陰市公交公司成立于1992年，目前營運(yùn)60條公交線路，服務(wù)范圍覆蓋主城區(qū)及周邊南閘、云亭、臨港等街道，擁有各類營運(yùn)車輛677輛，其中新能源車輛占比已達(dá)81.9%，而純電動車輛占比達(dá)35%。隨著電動公交車占比不斷提升，配套的電動公交充電站也在刻不容緩的建設(shè)中。目前江陰市電動公交充電站主要建設(shè)在公交線路的起點站或終點站，這樣也可以充分利用現(xiàn)有場站設(shè)施。

統(tǒng)計每條線路的起訖點，剔除重復(fù)的公交站點，得到35個備選公交場站點。根據(jù)充電站選址的一般原則，對這35個備選公交場站點進(jìn)行分析，主要考慮交通是否便利、是否滿足當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)容量限制、是否有足夠的空閑土地等，進(jìn)而選則出10處滿足充電站建設(shè)條件的公交場站，作為本案例的充電站候選站點，其在地圖上的分布如圖 1所示。

圖1 江陰市電動公交充電站候選站址

在現(xiàn)有資料和調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文電動公交車充電站優(yōu)化布局模型的參數(shù)設(shè)置如下?？紤]到各個候選站址地價不同，以及相關(guān)設(shè)備改造的難易程度，預(yù)估在這10處候選站址建設(shè)公交車充電站的初始建設(shè)費(fèi)用如下：1號公交總站370萬元，2號杏春站380萬元，3號永安站360萬元，4號新華站350萬元，5號敔山灣站390萬，6號云亭站290萬，7號濱江站340萬元，8號南閘站320萬元，9號城西站360萬元，10號臨港新城站290萬元。假設(shè)充電站的使用壽命為15年，社會折現(xiàn)率為8%，維護(hù)費(fèi)用折算系數(shù)為1.5%，設(shè)備殘值折算系數(shù)為5%。根據(jù)新聞報道，宇通新能源公交，每公里行駛成本為0.3元，每條線路上的公交車到各個候選充電站的距離可由百度地圖獲得。由于資金限制以及江陰市城市發(fā)展規(guī)劃，第一批建設(shè)的電動公交充電站的數(shù)量上限是6座，每座充電站最多可以為50輛公交車提供充電服務(wù)。各條公交線路的起訖站、線路長度及日發(fā)班次如表1所示。

表1 江陰市公交線路基本參數(shù)

續(xù)表

3.3.2 充電站優(yōu)化布局結(jié)果

根據(jù)上文構(gòu)建的充電站布局優(yōu)化模型為0-1整數(shù)規(guī)劃的特點，將上述參數(shù)代入到模型中，使用AMPL進(jìn)行編程，使用CPLEX求解器進(jìn)行求解，該數(shù)值實驗在配備 Intel i7-8550U CPU，8 GB RAM，以及Windows 10系統(tǒng)的筆記本電腦上運(yùn)行。經(jīng)過運(yùn)算，得到最優(yōu)的選址結(jié)果如表2所示。

表2 江陰市電動公交充電站優(yōu)化布局結(jié)果

從表2可以看出，選出來的6個充電站，要么是日運(yùn)行班次比較多的車站，比如公交總站和杏春站，要么是地價較低的站點，比如云亭站和臨港新城站。表2的第4列“日服務(wù)總里程”是由表1中每條線路的長度與日發(fā)班次相乘再相加獲得?？梢钥闯?，杏春站和公交總站的日服務(wù)里程最大，這是由于這兩個站作為起訖點的公交線路較多。除此以外，附近線路的公交車也會到這兩個公交站進(jìn)行充換電服務(wù)，比如17路和39路公交車到公交總站，8路和12路公交車到杏春站。而云亭站和南閘站的日服務(wù)里程較短，主要是由于以這兩個站為起訖點的公交線路較少，只能吸引附近線路的公交車到此接受充電服務(wù)。

4 電動公交充電站布局方案評估

4.1 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

通過上一章節(jié)構(gòu)建的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，得到了經(jīng)濟(jì)成本最小的電動公交充電站布局方案。但電動公交車充電站的優(yōu)化布局是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅要考慮空閑土地的供給能力、交通是否便利和快捷，還需要考慮對配電網(wǎng)的沖擊。此外，充電站的建設(shè)還應(yīng)符合城市發(fā)展規(guī)劃和電動汽車行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃等?？梢姡妱庸怀潆娬镜膬?yōu)化布局是一個多層次、多目標(biāo)決策的過程，因此，有必要綜合考慮影響電動公交充電站布局的各方面因素，對充電站選址布局方案進(jìn)行客觀、全面的評價。為此，我們通過查找資料、實地調(diào)研、專家訪談和調(diào)查問卷等手段，設(shè)計了電動公交車充電站布局綜合評價指標(biāo)體系，如圖 2所示。

圖2 電動公交車充電站布局綜合評價指標(biāo)體系

從圖2可以看出，本文從社會因素、經(jīng)濟(jì)因素、服務(wù)能力和規(guī)劃因素四個方面對電動公交車充電站選址進(jìn)行綜合評價。其中，社會因素主要考察各個候選點能提供的空地是否符合充電站建設(shè)要求、候選點的交通是否便利、電動公交車同一時段內(nèi)大規(guī)模充電導(dǎo)致用電量激增是否超過該區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)負(fù)荷上限；經(jīng)濟(jì)因素主要包括充電站的建設(shè)船舶、運(yùn)營成本以及投資回收期等；服務(wù)能力主要體現(xiàn)在充電站的充電效率、設(shè)備利用率和平均無故障時間等；規(guī)劃因素主要考察充電站的建設(shè)是否與城市發(fā)展規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃相適應(yīng)，建設(shè)的充電站的技術(shù)先進(jìn)性是否與電動汽車行業(yè)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)等。

4.2 評估模型構(gòu)建

本文采用AHP-FCE法對充電站布局方案進(jìn)行綜合評估。AHP-FCE是一種將層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）和模糊綜合評價法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，F(xiàn)CE）相結(jié)合的評價方法，該方法具有將定性指標(biāo)定量化的優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管理、戰(zhàn)略規(guī)劃、績效評估等領(lǐng)域（薛昱等 2020［18］）。

4.2.1 確定指標(biāo)權(quán)重

評價指標(biāo)體系構(gòu)建完成以后，需要確定各指標(biāo)的相對權(quán)重。AHP-FCE方法的第一步是應(yīng)用層次分析法（AHP）確定各評價指標(biāo)的權(quán)重，其具體步驟如下：

（1）構(gòu)造判斷矩陣

首先采用成對比較法對每一層次評價指標(biāo)之間的相對重要性進(jìn)行定性比較，使用1～9比例標(biāo)度法（如表3所示）對各指標(biāo)的重要度比較結(jié)果進(jìn)行定量描述，構(gòu)造成對比較判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij表示第i個指標(biāo)對第j個指標(biāo)的相對重要度。

表3 1～9標(biāo)度表

（2）一致性檢驗

構(gòu)造完判斷矩陣，還需要對其進(jìn)行一致性檢驗，以驗證分配的權(quán)系數(shù)是否合理。首先計算判斷矩陣的一致性指標(biāo)

其中，表示判斷矩陣的最大特征根。

表4 R.I表

當(dāng)時，表示判斷矩陣具有完全一致性；當(dāng)0

（3）計算組合權(quán)重

當(dāng)判斷矩陣的一致性檢驗通過后，就可以計算各個指標(biāo)相對總目標(biāo)的最終權(quán)重

4.2.2 模糊綜合評判

各評價指標(biāo)的相對權(quán)重通過層次分析法確定以后，再使用模糊綜合評判法對充電站的選布局方案進(jìn)行綜合評價。模糊綜合評價法通過計算模糊數(shù)學(xué)理論的隸屬度，將對評價對象的定性描述轉(zhuǎn)換為定量評價，從而對受到多種因素影響的評價對象做出一個科學(xué)合理的評價。模糊綜合評價法的具體實施步驟如下：

（1）確定評價指標(biāo)集合U={u1,u2,…,uN}

其中ui(i=1, 2,… ,N)表示評價指標(biāo)，評價指標(biāo)可分為一級指標(biāo)、二級指標(biāo)等，N表示同一級別單個指標(biāo)的個數(shù)。評價指標(biāo)的集合構(gòu)成了評價的框架。

（2）確定評語集合V={v1,v2,…,vn}

評語集合又稱為評價等級標(biāo)準(zhǔn)集合，其中vj(j=1, 2, ,n)表示第個評價等級標(biāo)準(zhǔn)，n表示等級數(shù)或評語檔次數(shù)。這一集合涵蓋了針對某一評價對象的所有可能評價結(jié)果，比如“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”。評價指標(biāo)既可以是定性的，也可以是量化的分值。

（3）構(gòu)建隸屬度矩陣

首先考察評價對象在第個i評價指標(biāo)ui下的評價等級vi，得到一個模糊向量Ri=(ri1, ri2, …, rij), i=1,2,…,m;j=1, 2, …, n，其中rij表示指標(biāo)ui隸屬于等級vi的程度，0≤rij≤1。隸屬度R就是對對所有的列的矩陣。定性指標(biāo)的隸屬度可由專家打分法進(jìn)行確定，而定量指標(biāo)的隸屬度可以使用隸屬度函數(shù)進(jìn)行計算。

（4）計算模糊綜合評價結(jié)果矢量

得到評價對象在所有指標(biāo)下的隸屬度矩陣以后，需要將通過層次分析法獲得的權(quán)矢量A與隸屬度矩陣R進(jìn)行合成運(yùn)算，得到一級評價指標(biāo)的模糊綜合評價結(jié)果矢量

（5）綜合評價值的確定

所有的一級評價指標(biāo)的模糊綜合評價結(jié)果矢量計算出來以后，再使用加權(quán)平均法計算評價對象的隸屬等級

V即為最終的評價值，按照事先定義好的評價值與評價等級之間的對應(yīng)關(guān)系，可獲得評價對象的最終評價等級。

4.3 評估結(jié)果分析

以江陰市電動公交車充電站為例，根據(jù)電動公交充電站布局綜合評價指標(biāo)體系，把3.3.2節(jié)獲得的6個選址方案作為評估對象。采訪江陰市公交公司管理人員、司機(jī)、市政規(guī)劃人員、居民，以及相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)教授等，通過專家打分的方式獲得各個評價指標(biāo)值，對收集到的有效數(shù)據(jù)計算其平均值，作為該指標(biāo)的最終值。再使用yaahp層次分析法軟件V7.5，獲得各層指標(biāo)的相對權(quán)重，如表5所示。

表5 電動公交充電站選址評價指標(biāo)及權(quán)重

各一級評價指標(biāo)的相對權(quán)重向量為

對二級評價指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，獲得相對權(quán)重向量分別為

本文使用五級評語，依次是：優(yōu)、良、中、合格、差，其對應(yīng)的評價值分別為1，0.8，0.6，0.4，0.2。針對上一章節(jié)選出的六個電動公交充電站，通過專家打分的形式，分別確定每個充電站在各二級指標(biāo)下的隸屬度。再計算一級評價指標(biāo)的模糊綜合評價結(jié)果矢量，最終確定評價對象的綜合評價值。由于篇幅限制，下面以新華站為例，說明模糊綜合評價的應(yīng)用過程。表6列出了新華站各個二級評價指標(biāo)的隸屬度。

表6 江陰市新華站各評價指標(biāo)隸屬度

續(xù)表

四個一級指標(biāo)的評價矢量為：

最終的模糊評價矢量為

最終的綜合評價值為

使用同樣的方法，可計算其他站點的模糊綜合評價值，如表7所示。

表7 江陰市電動公交充電站綜合評價結(jié)果

從表7可以看出，公交總站設(shè)置充電站的綜合評價得分最高，其次是杏春站，而南閘站的得分最低，這也與第3章通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型獲得的結(jié)果一致。

5 結(jié) 論

構(gòu)建布局合理、互為補(bǔ)充的電動公交車充電站，可以有效解決電動公交車“里程焦慮”問題，是發(fā)展電動公交車的必須建設(shè)的配套基礎(chǔ)設(shè)施。本文針對電動公交車的充電站設(shè)施規(guī)劃問題，首先使用定量的方法，建立了0-1整數(shù)規(guī)劃模型來對電動公交充電站的布局進(jìn)行優(yōu)化，模型以規(guī)劃期的年均總成本最小化為目標(biāo)，對充電站的建設(shè)位置和服務(wù)范圍同時進(jìn)行決策。以江陰市公交網(wǎng)絡(luò)為例，驗證了建立的電動公交充電站優(yōu)化布局模型的有效性，獲得了6個充電站布局點。然后綜合考慮社會因素、經(jīng)濟(jì)因素、服務(wù)能力和規(guī)劃因素，設(shè)計了電動公交車充電站布局綜合評價指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法獲得和評價指標(biāo)的相對權(quán)重，再使用模糊綜合評價法對獲得的6個充電站布局點進(jìn)行科學(xué)、合理、全面的綜合評價，評價的結(jié)果有助于幫助決策者制定科學(xué)合理的電動公交充電站選址決策。本文構(gòu)建的方法框架是對目前充電站選址決策方法體系的有益補(bǔ)充，對推動我國新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，早日實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的目標(biāo)起到一定的推動作用。