公路網建設項目序列安排方法初探

韓鵬

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安 710075)

目前我國經濟社會發展迅速，公路交通需求量大幅增長，公路投資增加迅猛。大量公路網項目的規劃建設實施，必然會導致規劃公路建設項目大于合理的資金投入，如何合理的利用建設資金，以最少的、合理的資金投入帶來最佳的經濟效益和對路網交通運行狀況的最大的改善效果成為公路網規劃中的重要課題。

另外，受國內集約化發展的思維，受宏觀經濟政策調控的影響和土地、環境等諸因素的制約，科學合理地安排公路規劃項目建設序列，優化資源配置，迫切需要一套智能化、數字化、信息化的智能決策支持系統，為各級交通部門提供科學的決策依據。

本文將通過對湖北省干線路網決策評價研究為例，對公路網建設項目序列安排方法做初步探討。

1 研究思路

首先分析湖北省交通發展形勢，通過實際調查全面了解湖北省“兩圈一帶”交通規劃和國省干線初步調整方案;然后以干線公路網為主體，從適應性的角度，運用定性與定量分析相結合的方法，評價包括國省道與高速公路的聯接，干線公路與產業功能區(旅游景區、產業園區、能源基地)、重要交通樞紐(港站場區)和“三口”(城市出口，省際接口，高速入口)的聯接。在此基礎上，結合專家和地方意見，從國省道和專題干線公路等方面構建干線路網改造建設項目庫，確定調整新增的干線公路;最后運用層次分析法分析各項目線路重要度，明確建設序列表(見圖1)。

圖1 研究思路

2 項目庫排序

2.1 排序方法分析

現階段國內外項目分類排序主流方法如下所述。

2.1.1 主成分分析法

主成分分析法的步驟如下:樣本數據的標準化處理→計算標準化矩陣的相關系數矩陣R→計算相關矩陣R的特征值和特征向量→選擇q(q＜p)個主成分→用主成分進行綜合排序。

2.1.2 灰色關聯度法

灰色關聯度法的步驟如下:確定比較數列和參考數列→指標的無量綱化→計算關聯系數→計算關聯度并排序。

2.1.3 模糊綜合排序法

建立公路網規劃方案模糊綜合排序模型步驟如下:

給出備選對象集X→找出因素集(判據集)U→建立排序矩陣R→綜合排序。

2.1.4 BP神經網絡排序法

用Matlab神經網絡工具箱進行公路網規劃排序的步驟如下:

指標的無量綱化→構建BP神經網絡→輸入訓練所用的樣本對→BP神經網絡的訓練并仿真驗證→對公路網規劃方案進行排序。

2.1.5 層次分析法

層次分析法的基本方法與步驟如下:

遞階層次結構的建立→構造兩兩比較判斷矩陣→單一準則下元素相對權重計算及一致性檢驗→計算各層元素對目標層的總排序向量→進行層次總排序。各排序方法適應性分析表見表1。

表1 各排序方法適應性分析表

2.2 排序層次的劃分

主要針對湖北省干線公路網規劃，考慮到湖北省的具體經濟、社會、公路網結構等特點，將湖北省干線公路網分為國道、省道、專題國省干線公路網三類，以下再根據具體情況將層次劃分為現有國道、調整增加國道、現有省道、調整增加省道、旅游景區聯接公路、港口集疏運通道、機場聯接路、火車站聯接路、物流園區聯接公路、公路客運站聯接公路、工業園區聯接公路、能源基地聯接公路、城市出口路、省際聯接路15類，并分類進行說明和相應指標的確定。

2.3 排序方法及流程

本次采用的排序方法為層次分析法。該方法是可以對復雜的決策問題從本質、影響因素及其內在關系等方面深入分析，利用較少的定量信息使目標問題數學化、模型化，從而提供簡便的決策方法。尤其適合于對決策結果難于直接準確計量的場合。

層次分析法在本次研究步驟如下:

1)建立層次結構模型。2)每一層次構造初始決策矩陣。3)計算初始決策矩陣的權向量。4)每一層次進行單排序。5)計算各層元素對目標層的總排序向量。6)進行層次總排序。

相應的根據上述的基本方法與步驟，本課題分析步驟也為上述六步驟，具體如下:1)將規劃項目排序層次劃分為現有國道、調整增加國道、現有省道、調整增加省道、旅游景區聯接公路、港口集疏運通道、機場聯接路、火車站聯接路、物流園區聯接公路、公路客運站聯接公路、工業園區聯接公路、能源基地聯接公路、城市出口路、省際聯接路15類;2)根據影響每一類型排序的重要因素確定每一類型內各項目的排序指標(人口數、GDP、經濟節點的級別等);3)根據資料搜集到的每一類型內各項目的排序指標，利用離差最大化法計算出每一類型內每個項目的每個指標的指標權重(aij);4)由每一類型內各項目的排序指標和相對應的指標權重對每一類型內各項目進行單排序;5)根據每一類型內各項目單排序情況確定層次間(類型間)排序系數(kij);6)進行所有層次類型內所有項目的總排序。排序方法及流程見圖2。

2.4 計算公式的確定

層次分析法和離差最大化法計算方法如下。

2.4.1 構建初始決策矩陣

建立公路規劃建設項目與評價指標關系模型，關系模型為公路項目總計分成15類，每類分n個項目，每個項目內有m個評價指標，形成n×m的決策矩陣。

2.4.2 指標的無量綱化(標準化)

圖2 排序方法及流程

考慮到項目內每個評價指標的含義和計算方法不同，量綱各異，應先對其進行標準化處理，去除量綱。標準化后的決策函數為n×m的矩陣。

2.4.3 應用離差最大化法確定指標權重

離差最大化方法的原理:在項目分類某一層次之中，假設某一個公路規劃建設項目Ai中的一個評價指標Gj的權重為wj，在其對應的權重族w=(w1，w2，…，wm)中，如果Gj與其對應指標族G={G1，G2，…，Gm}的差異越大，則wj值越小，反之亦然。特別地，若Gj與其對應指標族G={G1，G2，…，Gm}無差異，則權重為wj=0，說明評價指標Gj對評價對象排序將不起作用。

2.4.4 層次單排序

本項目將所有規劃項目分為15個層次，在結合以上步驟的基礎上，進行每個層次內部各個項目的單排序(Wij)。

2.4.5 層次總排序

對所分解的15個不同層次間的項目進行最小公倍數的計算，再根據最小公倍數與線路重要度的算術平均值之比，確定ki的值，結合每個項目已計算出的Wij值對所有規劃項目進行總排序(Aij)。

3 結語

本文通過實例說明了在干線公路網建設項目序列安排時，為了保證各項目的順利實施，對需要實施的項目庫構建數學模型。對于不同地區的、不同等級的公路網，由于其經濟、社會、路網結構等特點不同，在其層次劃分上具有不同的劃分結果，計算指標的確定也是不同的。但是無論劃分結果如何，其排序的方法和流程都可以不變，都可用層次分析法對項目庫進行層次的劃分，用離差最大化法對指標權重進行計算。

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