基于DEA的城市中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式選擇研究

郁強(qiáng)，張陳楠，張金，許泰彥，劉魏巍，何祎豪

（1.中車城市交通有限公司，上海，200082；2.上海理工大學(xué)，上海，200093；3.浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州，310030）

當(dāng)前我國各城市的公共交通系統(tǒng)主要是以低運(yùn)量的地面交通以及大運(yùn)量的軌道交通相結(jié)合的單一模式，缺少中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)對大運(yùn)量軌道交通無法聯(lián)絡(luò)的地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充。國內(nèi)外諸多知名學(xué)者對中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行了研究和評價。其中，張金輝[1]運(yùn)用層次分析法和迷糊綜合評價法對車輛制式選擇進(jìn)行綜合評價?？琢钛骩2]提出了“軌道交通模式-系統(tǒng)制式-車輛制式”三級選型理論體系。許瑩[3]運(yùn)用層次分析—灰色關(guān)聯(lián)度分析方法建立了中低運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)制式?jīng)Q策模型。而關(guān)于城市中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式的選擇主要采用效率評價理論，建立公交線路綜合評價模型。此概念由Farrell 在1957年第一次提出[4]，構(gòu)成了DEA 理論的基本思想。Lovell, F?re R[5,6]等人對Farrell 提出的企業(yè)效率評價進(jìn)行了詳細(xì)的討論分析。

本文在各種中運(yùn)量捷運(yùn)制式的研究分析的基礎(chǔ)上，通過DEA 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的方法，建立綜合決策模型。以四川省宜賓市為案例，對快速公交、智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)以及有軌電車三種系統(tǒng)制式的適應(yīng)性進(jìn)行了評價排序，研究中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)的制式選擇和對宜賓市的適應(yīng)性。

1 城市中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)分析

城市在選擇中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式時將會從運(yùn)能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多個維度進(jìn)行綜合考慮，擇優(yōu)而行。對BRT、現(xiàn)代有軌電車和智軌從技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及美觀和舒適性四個維度進(jìn)行分析。就未來的選型和發(fā)展來看，智軌將會是一種極具競爭力的公共交通出行方式。2 中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式選擇評價方法

2.1 評價指標(biāo)的選擇

基于對中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)線路服務(wù)水平評價指標(biāo)內(nèi)容的理解和認(rèn)識，本文研究構(gòu)建了一套比較常規(guī)的公交線路服務(wù)水平評價的指標(biāo)體系，如圖1 所示。

2.2 中運(yùn)量捷運(yùn)線路綜合評價模型

假設(shè)城市內(nèi)有大于n 個被輸入評價的評估公交線路，每條輸入評價評估公交線路都應(yīng)該有一個大于m種的改進(jìn)輸入輸出評價評估指標(biāo)以及一個s 種的改進(jìn)輸出輸入評價評估指標(biāo)，表示第j 條輸入評價評估公交線路的第q 個輸出輸入評價指標(biāo)，表示第j 條輸入評價評估公交線路的第r 個改進(jìn)輸出輸入評價評估指標(biāo)（q=1,2,,n;r=1,2,,s)，則第j 個輸入評價評估公交線路的每個輸入輸出評價的目標(biāo)指數(shù)，由下列評價公交線路經(jīng)過數(shù)學(xué)綜合規(guī)劃最優(yōu)評價值的指標(biāo)個數(shù)進(jìn)行決定：

式中：vq為輸入指標(biāo)q 的權(quán)重系數(shù)；ur為輸出指標(biāo)r 的權(quán)重系數(shù)。通過C2的對偶變換，可得min=VD

式中：S-為松弛變量，S+為剩余變量

在實(shí)際情況下，大部分的決策單元都能取到最大的效率值1，所以僅僅通過VD不能區(qū)分決策單元的優(yōu)劣。因此，為解決決策單元取值問題，將對決策單元的優(yōu)劣進(jìn)行排序，此處采用對抗型交叉效率模型。

交叉效率評價矩陣為：

矩陣中的代表第i 個決策單元對于第j 個決策單元的評價值，即交叉效率評價值，當(dāng)i=j 時，等于模型的評價結(jié)果，用第j 列的平均值表示決策單元DM 的綜合評價結(jié)果。

3 四川宜賓中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式實(shí)例研究

3.1 宜賓概況

宜賓，四川省轄地級市，有“萬里長江第一城、中國酒都、中國竹都”之稱。轄區(qū)面積13283 平方千米，轄3 區(qū)、7 縣。隨著宜賓市本地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給城市的交通帶來了日漸增加的壓力，因此對宜賓的骨干型城市交通系統(tǒng)建設(shè)提出了一個新的發(fā)展要求：宜賓需要研究構(gòu)建一個多層次的骨干型公共交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)現(xiàn)有公共交通服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性的缺失，提升公共交通服務(wù)水平。

3.2 中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式選擇方案

考慮宜賓市的城市人口與其國內(nèi)生產(chǎn)總值規(guī)模，根據(jù)2003年關(guān)于申報發(fā)展中低速輕軌的基本條件，結(jié)合宜賓市的實(shí)際情況，確定可供選擇的中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)制式方案主要有3 個，分別為BRT 快速公交、ART 智能城市軌道快運(yùn)交通系統(tǒng)（以下簡稱智軌）以及有軌電車。因此將通過選定評價指標(biāo)對這3 種制式的適應(yīng)性做出評價。

3.3 確定評價指標(biāo)

輸入指標(biāo)主要是指公交運(yùn)營服務(wù)企業(yè)和提供者的輸入，即公交運(yùn)營企業(yè)在公交服務(wù)運(yùn)營中需要投入的人力和資源，輸出是指客運(yùn)量，車票銷售，以及服務(wù)的滿意度，乘坐的舒適度等各種質(zhì)量性地產(chǎn)出。由于本文中的DEA 評價指標(biāo)模型特別要求每項(xiàng)評價指標(biāo)的數(shù)量最好不超過公交服務(wù)決策中每個單元的評價指標(biāo)數(shù)量，過綜合分析考慮后選定的輸入和輸出指標(biāo)為權(quán)重較大的6項(xiàng)：線路長度U11、站點(diǎn)個數(shù)U12、發(fā)車間隔U13、工程概算U14、運(yùn)送速度U21、高峰滿載率U22。

3.4 DEA 模型的計(jì)算結(jié)果

模型指標(biāo)輸入后并不斷進(jìn)行調(diào)整，利用對抗型交叉效率評價模型計(jì)算各個公交線路的相對效率，通過計(jì)算矩陣中各列的平均值可得到各公交線路的平均效率值并對其進(jìn)行優(yōu)劣排序，計(jì)算結(jié)果及排序情況如圖2 所示。

結(jié)果顯示，將智軌1 線的發(fā)車間隔調(diào)小之后，它的效率值排名有了明顯的上升。由此可以得出發(fā)車間隔對效率的影響是較大的。在城市公共交通規(guī)劃設(shè)計(jì)時將對發(fā)車間隔進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，減小延誤，使車輛更加準(zhǔn)時，保證服務(wù)效率。

4 結(jié)論

（1）以快速公交、智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)和現(xiàn)代有軌電車等為代表的城市中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)能夠作為二線城市的軌道交通的骨干線，以及現(xiàn)在多方面的組團(tuán)線，滿足區(qū)域間的接駁，成為城市發(fā)展的大勢所趨。

（2）城市軌道交通系統(tǒng)制式選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響因素很多，結(jié)合線路具體特點(diǎn)，選出合適的系統(tǒng)制式不僅需要很淵博的專業(yè)知識，還需要豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。對城市軌道交通制式選擇的分析，仍需進(jìn)一步的研究優(yōu)化已經(jīng)建立的評價指標(biāo)體系；中低運(yùn)量的城市軌道交通仍在發(fā)展階段，缺少作為依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在今后的研究分析中，要不斷收集累計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比分析，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，為優(yōu)化評價指標(biāo)體系提供依據(jù)。