城市軌道交通規(guī)劃評價研究

基于模糊多目標多人決策方法城市軌道交通規(guī)劃評價研究李歐陽 084211059(中南大學交通運輸工程學院，長沙410075)摘要：本文從城市軌道交通規(guī)劃三個評價主體角度分別建立了城市軌道交通規(guī)劃評價指 標體系，并應用模糊多目標多人決策理論中引入權重庫克一塞福德距離函數(shù)方法，對城 市軌道交通規(guī)劃方案提出一種可行評價方法。關鍵字：城市軌道交通規(guī)劃；指標；模糊多目標多人決策法The Research on the Evaluation of the Urban Mass Transit Planning Basedon Fuzzy Multi-objective Decision Making MethodLI Ouyang(College of Traffic &Transportat ion Engineering Central South University,Chang sha, 410075)Abstract ： This article establishes the evaluation index system of the Urban Mass Transit Planning from the angle of the three main evaluation main body , and bring up a viable evaluation metthod for the evaluation of the Urban Mass Transit Planning by applicating the Cook-Seiford function approach in fuzzy multi-objective decision-making theory planning of urban rail transit a viableKey words ： the Urban Mass Transit Planning, index, fuzzy multi-objective decision Making Method。引言發(fā)展城市軌道交通是解決大城市交通問題根本途徑，軌道交通正以其快捷、安全、 準時、容量大、能耗低、污染輕等優(yōu)勢成為各大城市大力發(fā)展公共交通，求由于軌道交 通項目投資巨大、工期長，特別是其線路走向及布置對城市土地利用、發(fā)展格局及城市化 進程起著重要作用，因而城市軌道交通規(guī)劃至關重要。國內外學者對城市軌道交通規(guī)劃評 價進行了許多研究，一般都是運用層次分析法、模糊綜合評價方法相結合方法進行綜合 評價1,2,然而，這些方法都是從某評價主體一角度，對城市軌道交通規(guī)劃評價作出綜 合評價，本文通過總結國內外現(xiàn)有評價指標體系使用情況，提出了一套適用于城市軌道交通規(guī)劃綜合評價指標體系，并創(chuàng)造性運用多目標模糊決策分析方法進行綜合評價。1 .城市軌道交通規(guī)劃評價主要主體與其評價指標交通規(guī)劃評價主要主體有城市軌道交通使用者、運營者、投資建設者。由于各不同 主體之間所關注因素是不同，如使用者關心是軌道交通便捷性、迅速性，而運營者則主 要表現(xiàn)在收益性等。因此，下面將一一闡述三個評價主體評價指標體系信，（1）使用者使用者對城市軌道交通評價項目包括交通迅速性、低廉性、方便性、可靠性、安全 性、舒適性、自由性。指標體系如圖1所示。主要指標定性化與量化如下：平均出行時間。各線路出行時間平均值?？焖俚竭_目地，節(jié)約出行成本始終是出行 者目標，指標反映軌道交通出行時間成本。換乘次數(shù)。乘客換乘次數(shù)少，則規(guī)劃線網連通度高，居民出行也就越方便。居民平均出行時間節(jié)約城市居民以公交方式（包含常規(guī)公交與軌道交通）出行平均消耗時間減少。該指標用 于評價軌道交通修建對居民公交出行改善程度，同時也反映了整個城市綜合交通網絡效 率。居民平均出行時間。各線路出行時間平均值。快速到達目地，節(jié)約出行成本始終 是出行者目標，該指標反映軌道交通出行時間成本。2.運營者交通設施建設與經營可由公共機關或是民間企業(yè)來完成，其評價項目包括收益（建 設、維護管理費用，補償費，車票收入。運營經費），事業(yè)施工難易程度，運營柔軟性。 主要評價指標如圖2所示。主要指標定性化與量化如下：日客運總量（Q）指規(guī)劃年度軌道線網各線客運量之和，它反映了快速軌道線網客運效果和作用，在 軌道規(guī)模相同情況下，軌道線網承擔客運量越大越好。客流斷面不均衡系數(shù)其值為軌道交通線網各線路客流斷面最大值與平均值之比，反映軌道交通線網承擔 客流均衡程度，以評價線網運營效率和客運效率。全網換乘系數(shù)其值為軌道交通線網出行人次與換乘人次之和除以軌道交通線網出行人次，該指標 用來衡量乘客直達程度、及線網布線布站合理性。平均運距定義為乘客利用軌道交通走形距離算術平均值，用下式計算。->二式中，/為軌道線網平均運距，km； /,為第，名乘客在軌道上走形距離；R為軌道全日 客運量，萬人次/日。平均運距越大說明軌道運送乘客中，中遠乘客所占比例越大，可根 據線路性質判斷某條軌道交通線路合理平均運距。直達率其值為利用軌道出行可以直達目地人次占軌道交通線網總出行人次比例，直達率越 高線網越好。城市軌道交通客運量占公交總運量比例城市軌道線交通所承擔客運量在公交中承擔比例可用下式計算。R rQ式中，r為軌道線路所承擔公交客運比例，%； R為軌道全日客運量，萬人次/日；Q 為公交全日總運量，萬人次/日。圖1使用者對城市軌道交通規(guī)劃評價指標體系3 .投資建設者投資建設者要兼顧社會效益和城市發(fā)展特征以及投資建設可行性，實施供給量 增加，設施供給目標完成。其評價指標體系如圖3所示。主要指標定性化與量化如下：線網總長度其值為規(guī)劃區(qū)軌道交通線網各線長度總和。主要衡量軌道交通靜態(tài)線網建設投入，在 線網合理規(guī)模范圍內，該指標越小越好.指標計算以線網合理規(guī)模為邊界。工程實施可行性從工程施工、技術方案、投資以及分期建設合理性角度考察規(guī)劃方案實施難易程度， 對規(guī)劃方案可實施性進行分析。分期建設合理性主要考察各方案分期建設線路、線網與城市分期發(fā)展重點吻合程度?？梢詤⒖几鹘ㄔO 分期所能達到軌道交通客運量和客運周轉量來評價連續(xù)建設合理性。運 營 者 對 城 市 軌 道 交 通 規(guī) 劃 評 價 指 標 體圖2運營者對城市軌道交通規(guī)劃評價指標體系與城市環(huán)境及歷史景觀風貌協(xié)調分析線網布設是否與城市人文和自然景觀相協(xié)調，分析是否對歷史文物古跡有影響.該指標值確定對不同性質城市應有所區(qū)別，對不同制式軌道交通系統(tǒng)分別考慮。與大型客運樞紐銜接軌道交通線網應盡量銜接城市對外交通設施（火車站、機場、長途汽車客運站、港口 碼頭等），該指標體現(xiàn)與對外交通設施銜接程度。投 資 規(guī) 劃 者 對 城 市 軌 道 交 通 規(guī) 劃 評 價圖3投資建設者對城市軌道交通規(guī)劃評價指標體系與城市土地利用合理性城市軌道交通在引導城市發(fā)展方面特點,在進行協(xié)調規(guī)劃時應以點（車站）、線（線路）、 面（路網）分級考慮，從投資、規(guī)劃、客流及盈利等方面進行全面一體規(guī)劃。線網覆蓋率為城市規(guī)劃中心區(qū)軌道交通線網直接吸引面積內出行量與中心區(qū)總出行量之比.該指 標直觀反映了軌道交通線網在中心區(qū)服務水平，從總體上表征線網結構性能。公交出行比例其值為規(guī)劃年度公交出行量與全方式出行量之比，該指標從城市交通結構改變角度來 衡量軌道交通線網影響。路網負荷均勻性為避免交通需求在空間上過度集中造成資源不均衡利用，及由于客流差異導致線網中 不同線路對運營投資者吸引力不同，要求規(guī)劃線網客流具有均衡性。2.基于模糊多目標多人評價方法2.1 城市軌道交通規(guī)劃評價方法選擇城市軌道交通規(guī)劃方案評價是涉及眾多因素復雜問題，在我國對城市軌道交通規(guī)劃 進行系統(tǒng)性評價研究，一般都是采用層次分析與模糊綜合評判法進行城市軌道交通規(guī)劃 方案優(yōu)選。然而一個好城市軌道交通規(guī)劃方案要具備好交通運輸效果，合理線路布局和線路走 向，并與城市總體規(guī)劃和城市未來發(fā)展相適應，不僅要滿足各個規(guī)劃當局思想還要對社 會、對城市軌道交通使用者以及軌道交通運營者各方面進行考慮，對城市軌道交通規(guī)劃 方案進行評價優(yōu)選，需要綜合考慮各個評價主體意見，以不同主體各自評價信息為基礎, 進行某種歸納整理后，是定性和定量相結合多目標群體決策問題，因此對此問題本文采 用模糊多目標多人決策方法中引入權重庫克一塞福德距離函數(shù)方案對城市軌道交通規(guī) 劃進行評價。若干重要多人決策群體選擇方法，即解決這樣一類問題，多人決策群決策空間X是由 有限個1維方案組成方案集X=x,q,x“,各個決策者根據目標決策，對方案集X做出 各自優(yōu)劣排序，接著就是集結各個決策者優(yōu)劣排序，以形成多人決策群體對方案集X優(yōu) 劣排序。2.2 引入權重庫克一塞福德距離函數(shù)方法設決策者R eP把方案jeX排在第幾位，從而可把R方案集X排序記為向量九二（加，九，為J6=1,2,P）記方案勺中值排序號或一致性排序值為= 1,2,，并記X有一致性排序向量為y=M，吟,內決策者A e 排序向量九與一致性排序向量/之間不一致性可用下面閔可夫斯基距離來 刻畫，即-%=仇打y ”（攵=1,2,（1） _>=i_式中，q為距離參數(shù)。于是，多人決策體所有決策者排序向量九與一致性向量片之間不 一致性之和為d =（2）I從而求解一致性排序問題就可以轉化為尋找與最小距離”相對應排序向量通常把12 作為X中n個方案排序值。因此，行只能在12中某個值。令”為，則可以構 造n階距離矩陣41 % 4 P / %其中，3(3)11 / 10(4)(5)常簡記做。=（4）O求解最小值問題，即j=l E J總可以找到與最小值4相對應一致性排序。記2力=嗎=（九廣）（j = l,2,-n：r = l,2,-n）二|則可得到n階距離矩陣。=（畤）”.“。于是，求解最小值問題式（4）等價于求解優(yōu)化問題, 即_ 1min , >y-1 /-Iy-1 z-1為了求解式（6）,設變量為fl（方案在一致性排序中位于第位）"I。其他式中，。=12” = 12于是，式（6）可以轉化為典型有指派問題，即 一 n n -minsd = d宜 zl ,、六i，=inZz力=1（f = 12 ）,j=l（y = l,2,-/z）（7）tz”=?；?。（尸 12-）然后采用匈牙利算法求解。如上所述，是庫克一塞福德距離函數(shù)方法一般形式，而我們都知道，在多人決群體 決策問題，決策群體中，由于決策者地位、層次、思維角度及重要程度及期望是有差異, 本文考慮多人決策群體中各個層次決策者重要性，引入決策者權重，構造n階加權距離矩陣,其中，fq.3，0 = l,2,-/z：r = l,2,-）（8）g再求解最小值?/," = Z Z djt -這樣總可以找到與最小加權距離;相對應一致性排序。記作“衣=4。-4（9）X=1以公代替式（7）中心，并用匈牙利算法可求得基于加權距離矩陣函數(shù)多人決策群 體一致性排序。3算例分析假設有某城市軌道交通規(guī)劃有a, b, c三個待選方案，記三者組成集合為集合乂= “也。, 從城市軌道交通規(guī)劃評價主要主體使用者、運營者、投資規(guī)劃者中抽取60人進行投票， 每一主體都是20人，為了有一個客觀、合理選擇方案，需要所有參與決策人對a, b, c 三個城市軌道交通規(guī)劃方案進行優(yōu)劣排序，記攵=1260為多人決策群體中投票者下標, j = l,2,3為a, b, c編號，, = 123為候選方案排序號，現(xiàn)每個決策參與者根據圖1、圖2、 圖3所示指標，給出3個候選方案排序結果，如表1所示。表1投票者對候選方案排序結果表候選方案a A b A cb>c> ab A a A cC A O bc A b A aa AC Ab相應排序決策人數(shù)ABcABcABcABcABcABc546473622224423122考慮多人決策群體中各個決策者重要性，令4（i = AI,C）為管理層i決策權重，由主 觀賦權法中相對比較話確定4 =0.5, 4=0.3, 4=0.2。由于當夕=1時，式就是庫克與塞福德首先提出距離函數(shù)方法，雖然“ =1時距離函 數(shù)方法可以求得多人決策群體中大多數(shù)群體一致性排序，但這種方法隱含有簡單多數(shù)規(guī) 則，即更加偏重于多人決策者處于平等地位，應充分考慮少數(shù)決策者建議，所以本文采 用 （7 = 2。當取4=2時，利用式（9）和表1,可計算得到入2dw =歹 1X（丁 -1） =3xo.5x（l-l）2 4-4xo.3x（l - I）2 +6x k0.2x（l-l）2 +4x0.5x（3-l）2 +7xO.3x（3-l）2 +3x0.2x（3-l）2 +60.5x（2-l）2 +2x0.3x（2-l）2 +2x0.2x（2-l）2 +2x0.5x（2-l）2 +2x0.3 x（2-l）2 +4x0.2x（2-l）2 +4x0.5x（3-l）2 +3x0.2x（3-l）2 +lxO.5x（l-1）2 +2x0.3x（l-l）2 +2x0.2x（l-l）=19.12同理可以計算，可得dn =4.413 3=11顆J 21 =8.55J 22 =4.86ch 16.76d 32 = 6.25d23 = 17.21da = 10.82由上結果可構成3階加權距離矩陣。=力/。即/3x319.12D= dp = 8.553x316.704.414.866.2511.817.2110.08利用匈牙利算法,4.41 11.8-4.41-14.71 0 7.3910.02 （0）2.82-4.86 17.21 4.86 =3.69 0 12.35（0） 7.786.25 10.82-6.2510.45 0 4.576.76 （0）19.12=8.5516.70可得到最優(yōu)解為Z1=Z =Z；3 =1,其他Z； =0()= 1,2,3;/= 123)，且相對應最小距離為d =4.41 + 8.55 + 10.82 = 23.78因此，三個評價主體群體決策一致性排序為?！奔捶桨竍是最佳選擇，a次之，c 最差。4結論本文結合國內外現(xiàn)有評價指標體系使用情況，從城市軌道交通規(guī)劃三個評價主體角度分 別建立了城市軌道交通規(guī)劃評價指標體系，闡述了某些指標涵義，可以使它具有更廣泛 適用性。它建立，將為各大城市軌道交通規(guī)劃方案提供更科學評價依據，重點是應用模 糊多目標多人決策理論中引入權重庫克一塞福德距離函數(shù)方法，對城市軌道交通規(guī)劃方 案提供了一種可行評價方法。參考文獻：1樊建林.城市交通可持續(xù)發(fā)展評價指標體系研究力.上海鐵道大學學報， 1999, (9):57-632顧保南，方青青.城市軌道交通路網規(guī)劃評價指標體系研究J.城市軌道交通研 究,2000(1) :24273紀嘉倫,李福志.城市軌道交通網線規(guī)劃方案綜合評價指標體系研究JL系統(tǒng)工程理論與實踐.2004 (3): 129-1334陸化普.城市軌道交通規(guī)劃研究與實踐ML北京：中國水利水電出版社,20015李登峰.模糊多目標多人決策與對策M.北京：國防工業(yè)出版社,2003