基于集對分析的區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局方案優(yōu)選

鮑陳希 上海鐵路局上海站

在區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局方案的優(yōu)選中，并不能對所有的評價指標進行準確定量的描述，總是存在一些具有相互交錯性和不確定性的定性指標。因此，本文基于集對分析原理，綜合考慮確定性因素和不確定性因素，對區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局的多方案進行比較，選出最優(yōu)方案，并通過算例進行驗證。

1 基于集對分析的多方案評價方法

集對分析理論是我國學者趙克勤先生提出的一種處理不確定問題的系統(tǒng)分析方法。該理論把系統(tǒng)的不確定性稱為“差異”，把確定性劃分為“同一”和“對立”。其基本思想是在一定的背景下，對組成集對的兩個集合特性做同一性、差異性和對立性的分析，并建立兩個集合的同、反、異聯(lián)系度表達式，從相互聯(lián)系、相互制約、在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化的同、反、異這三個方面對事物及其系統(tǒng)進行分析。集對分析具有信息全面、概念清晰和計算簡便的優(yōu)點。

設(shè)某問題 A 有A1，A2，…，Am共 m 個方案，每一方案有f1，f2，…，fn共n個指標。各指標的量綱可以相同，也可以不同，每個指標都有1個值，記為fij（i=l，2，…，m；j=l，2，…，n），表示第 i個方案的第j個指標的值，且有

1.1 構(gòu)建同一度決策矩陣

首先建立多方案評價決策矩陣H：

這些指標中，有些指標屬于成本型指標，指標值以最小為最優(yōu)；有些指標屬于效益型指標，指標值以最大為最優(yōu)。取m個方案中各指標的最優(yōu)值組成理想方案A0，即A0=（f01，f02，…，f0n）。其中，成本型指標f0j=min（fij），效益型指標f0j=max（fij），i=l，2，…，m；j=l，2，…，n。

計算被評價方案Ai（i=l，2，…，m）的各指標值fij與理想方案A0的各指標值f0j的同一度aij，即aij=fij/f0j（i=l，2，…，m；j=l，2，…，n） 。

由此組成各被評價方案指標與理想方案指標基于集對分析的不帶權(quán)的同一度矩陣Q，即

1.2 確定各評價指標的權(quán)重

由于換乘銜接設(shè)施布局評價的復雜性，呈現(xiàn)出多層次結(jié)構(gòu)，因此采用層次分析法進行研究。經(jīng)過專家打分、計算，得到判斷矩陣B、判斷矩陣特征向量W。

1.3 建立綜合評價模型

確定被評價方案Ai與理想方案A0的帶權(quán)同一度矩陣R，即R=WTQ。R的元素ai（i=l，2，…，m）就是被評價方案i與理想方案的帶權(quán)同一度的和，即

ai的大小排序即為各被評價方案的優(yōu)劣排序，ai最大者就是最優(yōu)方案。

2 區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局評價指標體系的建立

本文選擇“目標—準則—指標”層次結(jié)構(gòu)模式，建立區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局方案的評價指標體系，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。換乘設(shè)施布局的評價涉及諸多內(nèi)容，本文僅從各種銜接交通方式的協(xié)調(diào)運行出發(fā)，從換乘效率、換乘舒適性和經(jīng)濟及環(huán)境三個方面考慮，相應地提出換乘走行距離、換乘走行時間、運能匹配度、換乘安全性、換乘設(shè)施舒適性、投資額、用地規(guī)模及對環(huán)境影響等10個指標，建立評價指標體系如圖1所示。

圖1區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局評價指標體系

2.1 換乘效率指標

（1）最大換乘距離Smax：是指布局方案中，各種銜接交通方式與鐵路間換乘旅客的最遠換乘距離，即Smax=max{Si}。其中，Si表示第i種銜接交通方式站場與鐵路車站的距離，i=1，2，…，n。

（2）平均換乘距離Savg：是指布局方案中，所有銜接交通方式與鐵路間換乘旅客的換乘距離的平均值，即：

其中，qi表示第i種銜接交通方式與鐵路間的換乘旅客人數(shù)。

（3）最大換乘時間Tmax：根據(jù) G·布萊頓假設(shè)，步行距離和感到舒適的步行時間的函數(shù)關(guān)系為：T=K·Drr。其中，T為換乘步行時間（min），D為換乘步行距離（km），K、r為系數(shù)。考慮到換乘客流特征，可將G·布萊頓假設(shè)標定為：T=40.77D1.44，則最大換乘時間Tmax=max{ti}。

其中，ti為第i種銜接交通方式到鐵路車站的換乘時間。

（4）平均換乘時間Tavg

符號意義同前。

（5）運能匹配度B：指的是銜接交通方式與鐵路的運輸能力的匹配協(xié)同情況，可用鐵路列車密集到達期內(nèi)各銜接交通方式客流量與該交通方式運輸能力的比值來衡量，即：

其中，q下為鐵路在密集到達期的下客量（人次／h），ai為其中換乘銜接交通方式i的旅客所占總下客量的比例，ci為銜接交通方式 i的運輸能力（人次／h），βi為鐵路換乘銜接交通方式i的客流占該交通方式上客量的比例（%），qi為鐵路換乘銜接交通方式i的客流量，qi上為銜接交通方式i總的上客量。

2.2 換乘舒適性指標

（1）換乘安全性

換乘安全性包括換乘客流與其他交通流線交叉干擾程度，以及為保證旅客換乘安全而設(shè)置的隔離設(shè)施、消防設(shè)備、緊急疏散通道等的有效度。換乘安全性很難用科學、準確的計算公式作出完整的描述，可以請專家進行評估打分。

（2）換乘設(shè)施舒適性

換乘舒適性指的是換乘客流從信息引導標志、通道設(shè)置等各項設(shè)備設(shè)施中獲取服務的舒適程度。該指標反映的是換乘過程中旅客的心理感受，也屬于定性指標，可以用專家打分法或旅客調(diào)查問卷對其進行評估。

2.3 經(jīng)濟及環(huán)境指標

（1）投資額Mall：指的是為興建該布局方案各項設(shè)備設(shè)施所花費的全部費用，可用各設(shè)計方案的投資估算來衡量。

其中，Mi是第i種銜接交通方式設(shè)施投資額。

（2）用地規(guī)模Aall：土地是不可再生資源，因此希望布局方案能完成既定集散換乘目標的同時減少用地規(guī)模Aall。

其中，Ai為第i種銜接交通方式站場用地面積。

（3）對環(huán)境的影響度。

主要指建設(shè)前期引起的拆遷量、建設(shè)過程中對周圍交通的影響及建成投入使用后對城市造成的分割。這一指標涵蓋的內(nèi)容較多且具有不確定性，屬于定性指標，可通過專家打分來賦予評價值。

3 算例分析

R市新建鐵路客運車站選址已定，規(guī)劃中與其銜接的公共交通方式有城市軌道交通和常規(guī)公交兩種。現(xiàn)有三個布局方案：

圖2換乘銜接設(shè)施布局方案A

方案A：城市軌道交通線路布置在鐵路客運站站前廣場地下，在廣場設(shè)進出口；在站前廣場外設(shè)公交停車場。

圖3換乘銜接設(shè)施布局方案B

方案B：城市軌道交通線路高架設(shè)置，與鐵路車站候車室有通道直接相連；在站前廣場前道路旁設(shè)公交車站。

圖4換乘銜接設(shè)施布局方案C

方案C：在地下設(shè)置城市軌道交通線路，在鐵路車站正下方設(shè)站，并在鐵路車站地下?lián)Q乘大廳設(shè)置進出口；在站前廣場旁設(shè)公交停車場，在廣場前道路旁設(shè)公交停靠站。

3.1 評價指標計算

假設(shè)：①旅客站臺上位置的分布隨機；②鐵路與市內(nèi)公共交通之間的雙向換乘客流大小相等。

根據(jù)前述計算方法，結(jié)合專家打分，得到數(shù)據(jù)如表1所示：

表1各方案評價指標計算結(jié)果

3.2 應用集對分析對各方案進行評價

依據(jù)上表，建立決策矩陣H：

顯然，可以得到理想方案

同一度矩陣Q

根據(jù)專家判斷打分，計算得出判斷矩陣的特征向量W。

最大特征根λmax=10.6748，

隨機一致性比率CR=0.05042＜0.1，滿足一致性要求。由此，可以計算得出設(shè)計方案與理想方案的帶權(quán)同一度矩陣R：

得到方案優(yōu)劣排序為：方案A＜方案B＜方案 C。因此方案C為最優(yōu)方案。

4 結(jié)束語

本文在區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局方案研究中，基于集對分析原理，建立了綜合評價指標體系，確定了各指標的取值、權(quán)重的計算方法，構(gòu)建了統(tǒng)一度決策矩陣，實現(xiàn)了定量與定性指標的綜合，解決了各指標量綱不統(tǒng)一的問題，降低了主觀評判的不確定性，并避免了復雜的建模及計算等，具有一定的可行性和可靠性。本文通過計算比較發(fā)現(xiàn)，在區(qū)域公交化旅客運輸換乘設(shè)施布局中，將在鐵路車站正下方設(shè)軌道交通車站、在站前廣場旁設(shè)公交停車場、在廣場前道路旁設(shè)公交停靠站較為合理。