基于FAHP-改進(jìn)TOPSIS法的慢行交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

畢學(xué)鑫, 王淑華, 趙 琦, 修偉杰, 王 強(qiáng)

(1.北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院, 北京 100043; 2.星禾環(huán)?？萍?江蘇)有限公司, 江蘇 222066;3.北京市城市道路養(yǎng)護(hù)管理中心, 北京 100071)

0 引言

慢行交通是城市中居民解決中短距離出行的主要交通方式. 創(chuàng)建完善、舒適的慢行交通環(huán)境,有利于居民提高慢行出行比例,減少機(jī)動(dòng)車出行意愿,從而減少碳排放,推動(dòng)城市低碳高質(zhì)量發(fā)展. 科學(xué)評(píng)價(jià)慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量,通過評(píng)價(jià)結(jié)果確定需要改善的慢行交通路段和區(qū)域,有利于交通管理部門高效、有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理,具有重要的實(shí)踐意義.

圖1 慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

王若琳[1]從使用者主觀角度出發(fā),對(duì)研究區(qū)域慢行系統(tǒng)使用后滿意度做了評(píng)價(jià)研究. 卓國斌[2]基于結(jié)構(gòu)方程模型并引入滿意度理論,從公眾主觀角度構(gòu)建了1套慢行交通系統(tǒng)公眾評(píng)價(jià)體系. 閆欣欣等[3]利用熵權(quán)-TOPSIS模型建立了慢行交通與城市設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)模型,并研究了熵權(quán)-TOPSIS模型在兩者協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)上的合理性和適用性. 李雅琪[4]通過聚類分析和因子分析對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選,分別建立了航城居住區(qū)步道和非機(jī)動(dòng)車道服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型. 可看出,現(xiàn)有大多數(shù)研究中的慢行交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)不是基于道路寬度和路網(wǎng)密度等客觀調(diào)研數(shù)據(jù)就是基于問卷調(diào)查得到的主觀出行滿意度數(shù)據(jù)[7],而僅依靠單一角度得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)并不能科學(xué)、全面地反映城市慢行交通系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量. 客觀方面的慢行交通系統(tǒng)設(shè)施數(shù)據(jù)反映現(xiàn)狀慢行交通建設(shè)是否達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件的要求,主觀方面的出行滿意度數(shù)據(jù)反映慢行出行者的具體感受,兩者都很重要. 本文在考慮慢行系統(tǒng)設(shè)施和交通流狀況的基礎(chǔ)上加入出行滿意度這一主觀數(shù)據(jù),將兩者有機(jī)結(jié)合,建立主客觀相結(jié)合的綜合慢行指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系普遍適用于城市主干路、次干路和快速路輔路的慢行系統(tǒng).

陳仁鵬等[5]提出了1種基于模糊層次分析法(FAHP)和區(qū)間數(shù)改進(jìn)優(yōu)劣解距離(TOPSIS)法相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法用于評(píng)估盾構(gòu)隧道施工對(duì)鄰近建筑物的影響. 劉康康等[6]提出1種基于組合賦權(quán)-理想解法的電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法,結(jié)合FAHP和熵權(quán)法確定評(píng)估指標(biāo)的最終權(quán)重,使用基于夾角余弦的距離度量方式取代傳統(tǒng)的歐式距離公式,來改進(jìn)TOPSIS法. FAHP-TOPSIS法在多個(gè)學(xué)科的工程評(píng)價(jià)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但是傳統(tǒng)TOPSIS法存在逆序問題,在像慢行交通系統(tǒng)這種需要定期評(píng)價(jià)并對(duì)比不同時(shí)期的數(shù)據(jù)以查看優(yōu)化效果的應(yīng)用上并不適用. 本文將FAHP-TOPSIS法首次應(yīng)用于慢行交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià),并且為解決傳統(tǒng)TOPSIS法存在的逆序問題,引入絕對(duì)理想解對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn).

1 慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)體系

本文按照“層次關(guān)系分析—所有指標(biāo)的初步選擇—指標(biāo)的初步篩選—指標(biāo)體系的確定”4個(gè)步驟中構(gòu)建了1個(gè)多層級(jí)、多指標(biāo)的城市慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系被分為4個(gè)層級(jí),分別為目標(biāo)層、慢行出行方式層、慢行需求層和具體指標(biāo)層[8-10],如圖1所示.

第1層是目標(biāo)層,即城市慢行交通系統(tǒng)在各種因素綜合作用下的服務(wù)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果;第2層為慢行出行方式層,慢行交通是出行速度不大于 15 km/h交通方式,包括步行和非機(jī)動(dòng)車交通;第3層是慢行需求層,根據(jù)慢行交通的特點(diǎn)以及出行者對(duì)慢行交通系統(tǒng)的需求,分為安全性、便捷性和舒適性3個(gè)方面. 安全性是最基本的要求,便捷性主要表現(xiàn)在路線便捷,即繞行距離小,舒適性則是通過美化慢行出行環(huán)境優(yōu)化慢行出行體驗(yàn),從而提高公眾的慢行出行意愿;第4層是具體的指標(biāo)層,將以上安全性、便捷性和舒適性3個(gè)方面進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)具體的指標(biāo),可分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩類. 在指標(biāo)體系所包含的21個(gè)指標(biāo)中,非機(jī)動(dòng)車道隔離設(shè)施和安全性、便捷性、舒適性滿意度為定性指標(biāo),其數(shù)值判定標(biāo)準(zhǔn)[11]如表1和表2所示;其余指標(biāo)均為定量指標(biāo),各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法如表3所示.

表1 非機(jī)動(dòng)車道隔離設(shè)施指標(biāo)數(shù)值判定標(biāo)準(zhǔn)

表2 各項(xiàng)滿意度指標(biāo)數(shù)值判定標(biāo)準(zhǔn)

表3 各項(xiàng)定量指標(biāo)計(jì)算方法

2 慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

2.1 運(yùn)用模糊層次分析法(FAHP)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

模糊層次分析法(FAHP)是在傳統(tǒng)層次分析法基礎(chǔ)上,引入模糊數(shù)學(xué)理論得到的1種主觀賦權(quán)方法. 模糊層次分析法改進(jìn)了傳統(tǒng)層次分析法中諸如判斷一致性與矩陣一致性相異、一致性檢驗(yàn)困難與缺乏科學(xué)性等問題,提高了評(píng)價(jià)的可靠性[12]. 模糊層次分析法分為2種,1種是基于模糊數(shù)的FAHP,另1種是基于模糊一致矩陣的FAHP. 本文采用的是基于模糊一致矩陣的FAHP,其具體步驟如下:

表4 標(biāo)度的具體含義

1)建立模糊互補(bǔ)判斷矩陣.明確各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性,對(duì)同層次同隸屬關(guān)系的各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,并按照表4采用0.1～0.9標(biāo)度來衡量兩者間的重要性,根據(jù)打分結(jié)果構(gòu)造n階模糊互補(bǔ)判斷矩陣:

式中,aij為指標(biāo)xi與xj的重要程度比,且矩陣A=(aij)n×n滿足aii=0.5,aij+aji=1.

(1)

3)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重.將模糊一致矩陣R中的元素按行求和,按以下公式計(jì)算,得到各指標(biāo)權(quán)重wi,

(2)

組織多位專家對(duì)21個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分,根據(jù)專家打分建立模糊互補(bǔ)判斷矩陣,再根據(jù)式(1)計(jì)算得到各層次間的模糊一致矩陣,最后根據(jù)式(2)計(jì)算得到各級(jí)指標(biāo)的初始權(quán)重,如表5所示.通過對(duì)單個(gè)指標(biāo)和6個(gè)慢行需求層的初始權(quán)重組合計(jì)算得到了城市慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重,如表6所示.

2.2 改進(jìn)TOPSIS法

FAHP法中模糊互補(bǔ)判斷矩陣的確定依靠專家打分,具有一定的主觀局限性. 為保證研究結(jié)果更具有可靠性,本文采用改進(jìn)逼近理想解排序法(TOPSIS)結(jié)合調(diào)研數(shù)據(jù)對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并排序,從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀全面.

2.2.1 傳統(tǒng)TOPSIS法

1)構(gòu)造原始評(píng)價(jià)矩陣.針對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象,分別對(duì)應(yīng)n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)造原始評(píng)價(jià)矩陣X=(xij)m×n.

2)構(gòu)造正向化矩陣.對(duì)原始評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行正向化處理,就是將各指標(biāo)均轉(zhuǎn)換為極大型指標(biāo),統(tǒng)一指標(biāo)類型,得到正向化矩陣Y=(yij)m×n.指標(biāo)類型主要分為4種,包括極大型(效益型)指標(biāo)、極小型(成本型)指標(biāo)、中間性指標(biāo)和區(qū)間型指標(biāo).

設(shè){xi}是1組極小型指標(biāo)序列,那么正向化為:

(3)

設(shè){yi}是1組中間型指標(biāo)序列,且最佳的數(shù)值為ybest,那么正向化的公式為:

(4)

設(shè){zi}是1組區(qū)間型指標(biāo)序列,且最佳的區(qū)間為[a,b],那么正向化的公式為:

(5)

3)構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化矩陣.對(duì)已經(jīng)正向化的矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,消除不同指標(biāo)量綱的影響,得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z=(zij)m×n.

表5 各級(jí)指標(biāo)初始權(quán)重

(6)

4)確定理想解和負(fù)理想解.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣,找到理想解R+和負(fù)理想解R-,分別為

(7)

(8)

5)計(jì)算各評(píng)價(jià)方案與理想解和負(fù)理想解的距離.

到理想解的距離為

(9)

到負(fù)理想解的距離為

(10)

6)計(jì)算相對(duì)接近度Si,并按照相對(duì)貼近度的大小對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序.

(11)

2.2.2 絕對(duì)理想解改進(jìn)TOPSIS法

傳統(tǒng)TOPSIS法在實(shí)際應(yīng)用中存在著逆序問題. 所謂逆序問題,就是當(dāng)在TOPSIS法中修改原有評(píng)價(jià)對(duì)象或增加新的評(píng)價(jià)對(duì)象時(shí),如果影響到理想點(diǎn)的改變,原有的排序就會(huì)發(fā)生變化. 產(chǎn)生逆序問題的本質(zhì)實(shí)際上是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了變化[13-14]. 引入絕對(duì)理想解,即制定1個(gè)適用于此類評(píng)價(jià)的固定不變的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以此來改進(jìn)傳統(tǒng)TOPSIS法可解決逆序問題.

改進(jìn)TOPSIS法的具體步驟如下:

其中1)～3)與傳統(tǒng)TOPSIS法的步驟相同.

表6 慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)最終權(quán)重

5)計(jì)算各評(píng)價(jià)方案與絕對(duì)正(負(fù))理想解的距離.

到絕對(duì)理想解的距離為

(12)

到絕對(duì)負(fù)理想解的距離為

(13)

(14)

7)由于在此次評(píng)價(jià)中將絕對(duì)理想解設(shè)為向量1n*1=(1,1,…1)T,絕對(duì)負(fù)理想解設(shè)為向量0n*1=(0,0,…0)T,從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)值整體偏小,因此對(duì)評(píng)價(jià)值整體進(jìn)行以下調(diào)整,得到最終評(píng)分結(jié)果.

(15)

3 實(shí)例分析和驗(yàn)證

基于北京市海淀區(qū)2018年慢行交通整治工程實(shí)施前和實(shí)施后實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù),選取了整治工程中的8條道路作為研究對(duì)象,應(yīng)用上述FAHP-改進(jìn)TOPSIS評(píng)價(jià)模型對(duì)其進(jìn)行慢行交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià).

本研究以北京市海淀區(qū)2018年慢行交通整治工程中的8條道路作為案例,該工程項(xiàng)目通過拓寬步道、更換步道鋪裝、增加非機(jī)動(dòng)車道隔離護(hù)欄等措施來提升慢行系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量. 我們收集了工程實(shí)施前后的慢行設(shè)施數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)和慢行出行滿意度問卷數(shù)據(jù),利用FAHP-改進(jìn)TOPSIS評(píng)價(jià)模型去評(píng)價(jià)這8條道路整治前和整治后的慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量,通過對(duì)比整治前后的評(píng)價(jià)結(jié)果來驗(yàn)證所提方法的有效性. 調(diào)查路段范圍如表7所示.

表7 調(diào)查路段范圍

在利用FAHP確定了指標(biāo)權(quán)重之后,基于2018年慢行交通整治工程中8條道路整治前和整治后的數(shù)據(jù),利用絕對(duì)理想解改進(jìn)TOPSIS法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得到了這8條道路整治前和整治后的慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)分,如表8所示.

為驗(yàn)證本文提出改進(jìn)TOPSIS法的強(qiáng)保序性,將其與傳統(tǒng)TOPSIS法進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算各條道路的評(píng)分及排名情況,見表9.

比較表9中傳統(tǒng)TOPSIS法的2個(gè)排序結(jié)果可發(fā)現(xiàn),在僅評(píng)價(jià)整治前數(shù)據(jù)時(shí),長春橋路的評(píng)分優(yōu)于阜成門外大街,而在加入整治后數(shù)據(jù)一起評(píng)價(jià)后,變成了阜成門外大街的整治前評(píng)分優(yōu)于長春橋路,出現(xiàn)了逆序,顯然前后矛盾. 引入絕對(duì)理想解后的改進(jìn)TOPSIS法則解決了這個(gè)問題,各條道路的整治前評(píng)分在加入整治后數(shù)據(jù)后仍與僅評(píng)價(jià)整治前數(shù)據(jù)時(shí)保持一致. 絕對(duì)理想解改進(jìn)TOPSIS法比起傳統(tǒng)TOPSIS法具有強(qiáng)保序性,不會(huì)因評(píng)價(jià)對(duì)象的增加或改變影響評(píng)價(jià)結(jié)果的順序,在諸如慢行交通系統(tǒng)這種需要定期進(jìn)行評(píng)價(jià)并將不同時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比以查看優(yōu)化效果的應(yīng)用上具有顯著優(yōu)勢(shì),其實(shí)用性大大提升. 此外,比起傳統(tǒng)TOPSIS法,改進(jìn)TOPSIS法的標(biāo)準(zhǔn)差值更大,說明評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)分更加明顯,更易區(qū)分排名.

表8 整治前后得分對(duì)比

圖2 整治前后得分對(duì)比

表9 各條道路整治前評(píng)分排序情況

從圖2可看出,整治后每條道路的慢行交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)分都有明顯提升,其中八達(dá)嶺高速輔路的評(píng)分提升幅度最大,首體南路的評(píng)分提升幅度最小. 在這8條道路的慢行整治工程實(shí)際建設(shè)中,八達(dá)嶺高速輔路慢行交通系統(tǒng)的改造內(nèi)容及施工量最多,包括新建步道、機(jī)非隔離護(hù)欄、彩鋪、完善盲道、更換路緣石、新增B型及C型人行道樁、新建慢行交通標(biāo)識(shí)牌等,因此評(píng)分提升幅度最大;首體南路慢行交通系統(tǒng)的改造內(nèi)容及施工量最少,包括拆除人行護(hù)欄、新建人行道樁、新建慢行交通標(biāo)識(shí)牌和增設(shè)盲道,因此評(píng)分提升幅度最小. 這說明以上評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符,驗(yàn)證了FAHP-改進(jìn)TOPSIS評(píng)價(jià)模型在城市慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的可行性和有效性.

圖3 低分道路各方面得分

圖4 整治后現(xiàn)場調(diào)查照片

在整治后的道路評(píng)分中,仍存在慢行交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)分相對(duì)較低的道路,例如紫竹院路和首體南路等,這說明這些道路的慢行交通系統(tǒng)還有較大的提升空間,可對(duì)其作進(jìn)一步分析. 以紫竹院路和首體南路為例,如圖 3所示. 可看出,紫竹院路的步行和非機(jī)動(dòng)車交通系統(tǒng)在安全性和舒適性2方面的評(píng)分均較低,在便捷性方面的評(píng)分較高且非機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)的評(píng)分優(yōu)于步行系統(tǒng);首體南路的步行系統(tǒng)在舒適性方面評(píng)分較低,非機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)在安全性和舒適性方面均有所欠缺. 從整治后現(xiàn)場調(diào)查拍攝的照片來看,紫竹院路仍存在少數(shù)機(jī)動(dòng)車侵入步道的現(xiàn)象,部分路段仍為機(jī)非混行,沒有設(shè)置機(jī)非隔離護(hù)欄,這些都影響了該道路步行和非機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)的安全性和舒適性;首體南路在地鐵口附近的路段經(jīng)常出現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車侵占步道的現(xiàn)象,非機(jī)動(dòng)車道一側(cè)大多都設(shè)置了停車位,這增加了早晚高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車發(fā)生沖突的可能性,極大地影響了該道路慢行交通系統(tǒng)的安全性和舒適性. 通過對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果作進(jìn)一步分析找到了尚未完善的地方,可為今后城市慢行系統(tǒng)的優(yōu)化改造及服務(wù)管理提供合理的指導(dǎo)及建議.

4 結(jié)論

通過參考相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)范及咨詢專家意見,確定了城市慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的3個(gè)主要影響因素——安全性、便捷性、舒適性,構(gòu)建了包含慢行系統(tǒng)設(shè)施、交通流狀況和出行滿意度的評(píng)價(jià)體系. 該評(píng)價(jià)體系主觀與客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合,相較于以往的評(píng)價(jià)體系更加科學(xué),由此得出的評(píng)價(jià)結(jié)果更加可靠.

首次將絕對(duì)理想解改進(jìn)TOPSIS法應(yīng)用于慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)中,引入絕對(duì)理想解,解決了傳統(tǒng)TOPSIS法存在的逆序問題,能更好地反映實(shí)際工程情況. 結(jié)合模糊層次分析法、和絕對(duì)理想解改進(jìn)TOPSIS法形成了新的工程評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)過程均采用量化方式,相較于傳統(tǒng)工程評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確性更高,受主觀因素影響較少,客觀性更強(qiáng). 將該方法應(yīng)用于2018年慢行整治工程中選出的8條道路,評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符,證明了該評(píng)價(jià)方法的有效性,可為慢行交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)和其他類似工程質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考.