基于熵權-TOPSIS模型的城市軌道交通與常規公交換乘綜合評價

唐銀青

為深入了解城市軌道交通與常規公交換乘銜接的有效性，文章從換乘效率和換乘服務設施協調性兩個維度構建城市軌道交通與常規公交換乘綜合評價體系，建立熵權-TOPSIS模型對換乘綜合水平進行評價，并對南寧城市軌道交通1號線與常規公交換乘進行實證分析。結果表明，熵權-TOPSIS評價模型在城市軌道交通與常規公交換乘綜合評價上具有合理性和可行性。

軌道交通;常規公交;換乘綜合評價;熵權-TOPSIS模型

U293.3+2A391394

0 引言

隨著城市空間擴張和機動車保有量快速增長，城市道路擁堵現象日益加重，各大城市積極打造多層次、一體化的公共交通體系，構建以城市軌道交通為骨架，多層次公交為主體，出租車和公共自行車為補充和延伸的公共交通體系，協調各種公共交通方式之間的便捷銜接，進一步滿足城市居民的公共出行需求。如何更加有效地發揮城市軌道交通大運量、快捷準時的優勢和常規公交通達末梢的優勢，兩者的相互協調與有效銜接是實踐中亟須解決的問題。為深入了解影響城市軌道交通與常規公交協調銜接的因素，本文從換乘效率和換乘服務設施協調性兩個維度對城市軌道交通與常規公交換乘銜接的有效性進行定量化評價，為行業管理部門及時了解和掌握行業發展現狀和存在的問題提供參考。

國內學者對城市軌道交通與常規公交換乘銜接已有不少的研究，歸納起來主要體現在以下三個方面：

（1）關于換乘模式研究，如王祿為[1]通過分析城市軌道交通與常規公交換乘的影響因素和四種不同換乘模式，運用模糊綜合評價方法對北京軌道交通4號線的不同類型換乘樞紐站點進行實證分析，以驗證換乘模式的適應性。

（2）換乘接駁的線路優化研究，如高悅爾[2]分析了城市軌道與常規公交共線的空間關系和換乘客流特性，評估站點的重要性，對公交線路進行調整和優化。

（3）換乘的影響因素分析及換乘效率評價，如黃怡斌[3]根據交通大數據分析了軌道交通與其他交通方式的換乘行為特征，研究影響其換乘效率的因素，使用灰色關聯評價方法對換乘效率進行評價，提出換乘協調措施，以提高換乘效率。

熵權-TOPSIS方法在交通運輸領域的應用已有不少的研究。閆欣欣[4]運用熵權-TOPSIS模型評價城市規劃中慢性交通與城市設計之間的協調性以及協調狀態的等級劃分，并結合邯鄲市南湖單元12個街區的規劃案例進行實證分析，并驗證模型的有效性和適用性;嚴少樂[5]在分析城市客運交通樞紐客流銜接換乘基礎上，運用改進TOPSIS方法對城市客運綜合交通樞紐規劃方案進行綜合評價，并驗證評價模型的適應性和可行性;肖杰[6]運用離差-TOPSIS的評價模型對城市軌道交通運營組織模式進行評價，并以深圳城市軌道交通18號線的運營組織方案進行實例分析。本文在分析城市軌道交通與常規公交銜接換乘影響因素基礎上構建換乘評價指標體系，利用熵權法和TOPSIS評價方法的優點建立換乘綜合評價模型，并通過對南寧市軌道交通與常規公交換乘進行實例分析，研究熵權-TOPSIS模型在換乘綜合評價上的合理性和適用性。

1 城市軌道交通與常規公交換乘綜合評價指標體系的構建

影響城市軌道交通與常規公交換乘銜接的因素很多，部分因素之間還存在著相互影響的關系[7]。以乘客的角度考慮，換乘效率是首要考慮因素;以行業管理部門的角度考慮，換乘服務設施協調配合是首要考慮因素。城市公共交通運輸系統的運行是以乘客效益最大化和公共交通運輸系統綜合效益最大化為最主要目標的。為能夠全面反映城市軌道交通與常規公交換乘銜接的有效性，本文在構建換乘綜合評價指標時遵循全面性、層次性、科學性、可量化的原則，從換乘效率和換乘服務設施協調性兩個方面選取評價指標，同時借鑒國內學者相關評價指標體系，構建城市軌道交通與常規公交換乘的綜合評價指標體系（表1）。

2 基于熵權-TOPSIS的城市軌道交通與常規公交換乘評價模型建立

2.1 熵權-TOPSIS評價模型理論基礎

熵權法是一種客觀賦權方法，其利用原始數據計算各個評價指標的信息熵，據此計算指標權重;TOPSIS法是一種常用的綜合評價方法，也稱為逼近理想解排序方法，其通過找出評價方案正、負理想解，然后計算各評價方案與理想解的貼近度，以此對評價方案的優劣進行排序。熵權-TOPSIS模型能夠充分利用原始數據的信息，客觀進行權重賦值，其結果能客觀地反映各評價方案之間的差距。

2.2 熵權-TOPSIS模型計算步驟

根據已構建城市軌道交通與常規公交換乘評價指標體系，采用熵權-TOPSIS綜合評價模型評價換乘站點的換乘銜接水平。假設評價對象有n個換乘站點，換乘評價指標體系包括6個指標，建立原始數據矩陣如下：

X=x11x12x13x14x15x16x21x22x23x24x25x26xn1xn2xn3xn4xn5xn6（1）

式（1）中，xij為第i個換乘站點的第j個指標值，i=1，2，3，…，n，j=1，2，3，4，5，6。

2.2.1 采用熵權法確定指標客觀權重

（1）對原始數據進行標準化處理

由于評價指標具有不同的量綱和量綱單位，為消除指標間數據量綱和數量級的影響，將原始數據轉換為無量綱化指標值。本文采用極差標準化法對評價指標進行無綱量化處理，得到標準化矩陣如下：

U=u11u12u13u14u15u16u21u22u23u24u25u26un1un2un3un4un5un6（2）

正向指標標準化處理公式為：

uij=xij-min{xj}max{xj}-min{xj}（3）

負向指標標準化處理公式為：

uij=max{xj}-xijmax{xj}-min{xj}（4）

（2）確定評價指標權重

熵權法的原理是根據指標變異大小來確定客觀權重，能客觀反映其重要性。首先計算第j個評價指標的特征值，再計算平均指標信息熵e與信息效用值d，最后確定評價指標權重wj。信息效用值越大，表明指標越重要，計算公式為：

wj=dj∑nj=1dj（5）

式中，ej=-1lnn∑nj=1yijlnyij，稱為信息熵;yij=yij∑nj=1yij，稱為評價指標特征值;dj=1-ej，稱為信息效用值。

2.2.2 熵權-TOPSIS模型綜合評價計算過程

（1）構造換乘評價模型加權規范化矩陣。將無綱量化矩陣U=（uij）n×6與上述熵權法確定評價指標權重w=[w1，w2，…wj]T相乘，構造加權規范化評價矩陣：

C=（Cij）n×6=wj·uij，i=1，2，…n;j=1，2，…6（6）

（2）確定理想解。根據上述構建的加權規范矩陣，找出各項評價指標的正負理想解。設正理想解C*的第j個屬性值為C*j，負理想解C0的第j個屬性值為C0j，則：

正理想解C*j=maxi Cij，j為效益型屬性

mini Cij，j為成本型屬性

j=1，2，…6

負理想解C0j=mini Cij，j為效益型屬性maxi Cij，j為成本型屬性j=1，2，…6

（3）計算各換乘站點分別與正理想解和負理想解的距離。即：

正理想值D+i=∑nj=1（Cij-C*j）2，i=1，2，…，n（7）

負理想值D-i=∑nj=1（Cij-C0j）2，i=1，2，…，n（8）

（4）計算各換乘站點的綜合評價指數與理想解的相對接近度。根據相對接近度大小，對評價對象進行排序，f*i值越大表明第i個城市軌道交通站點與常規公交換乘水平越優，即換乘的效率越高，換乘服務設施的協調性越好，計算公式如下：

f*i=D-iD-i+D+i，i=1，2，…n（9）

3 實例研究

采用上述熵權-TOPSIS評價模型，對南寧市城市軌道交通1號線和常規公交換乘綜合評價進行實證分析。本文選擇南寧市城市軌道交通1號線16個站點作為評價對象，收集各軌道交通站點與其周邊500 m范圍內常規公交站換乘過程中所需要的步行距離、步行時間、換乘通道布局和換乘服務設施等方面的數據，結合實地調研和問卷調查，運用本文所建立的評價指標體系和綜合評價方法，對城市軌道交通與常規公交換乘進行綜合評價，以驗證本文所述方法的科學性和可行性，并根據評價結果提出相關對策和建議。

3.1 熵權-TOPSIS模型的城市軌道交通與常規公交換乘評價實證研究

3.1.1 采用熵權法確定各項評價指標權重

以上述建立的城市軌道交通與常規公交換乘評價指標體系的原始數據為依據，構建換乘評價的原始矩陣X=（xij）16×6，其中換乘步行距離C1、平均換乘時間C2和換乘通道擁擠度C3是負向指標，代入式（4）進行標準化處理;換乘公交線路數量C4、自動設施滿意度C5和換乘標志識別度C6是正向指標，代入式（3）進行標準化處理，得到各項評價指標的標準化數值。經過標準化處理的數據采用熵權法計算其權重，利用式（5）計算指標的熵值和熵權，各項指標的權重如表2所示。

3.1.2 運用TOPSIS模型對各換乘站點進行綜合評價

根據TOPSIS方法的計算步驟，結合表2熵權法所確定的各項指標權重值，構造加權規范矩陣，并根據公式確定正、負理想解，測算南寧城市軌道交通1號線16個站點與常規公交換乘水平與理想解的相對接近度和綜合評價指數，如下頁表3所示。

3.2 評價結果及分析

由表3可以看出各站點換乘的綜合評價指數的排名情況，在南寧城市軌道交通1號線站點周邊500 m范圍內，麻村站、魯班路站和新民路站與周邊的常規公交站點的換乘銜接最好，換乘效率高及換乘服務設施的協調較好，周邊接駁的公交車站布局合理，換乘步行距離短，換乘的線路數量較多。其次是石埠站、南湖站、民族廣場站、金湖廣場站、萬象城站、火車站和會展中心站等站點與常規公交的銜接較好，其中石埠站的換乘效率也很高，但由于換乘接駁的公交線路太少影響總體換乘水平，而金湖廣場站、萬象城站、火車站和會展中心站換乘銜接的公交線路比較多，但周邊公交站點較為分散，換乘的步行距離較長和通道較為擁擠等方面影響總體換乘水平。與常規公交換乘銜接較差的是火車東站、朝陽廣場站、西鄉塘客運站和廣西大學站，這些站點作為軌道交通線路站內換乘樞紐，方便與其他軌道交通線路換乘或者與其他交通方式銜接，與地面常規公交換乘時站內通道步行距離、站點設施的布局和換乘信息引導和識別等方面影響換乘綜合水平。

4 結語

本文在總結國內關于城市軌道交通與常規公交換乘銜接研究現狀的基礎上，從換乘效率和換乘設施協調性兩個方面建立城市軌道交通與常規公交換乘綜合評價指標體系，建立基于熵權-TOPSIS模型對城市軌道交通與常規公交換乘進行綜合評價的模型，并對南寧城市軌道交通1號線16個站點與其周邊常規公交換乘進行實證分析。結果表明，所選取評價指標及模型在換乘綜合評價方法上是合理可行的。

[1]王祿為.城市軌道交通與常規公交的換乘模式分析與評價[D].北京：北京交通大學，2014.

[2]高悅爾.基于站點重要度的軌道交通沿線常規公交線路調整[J].長安大學學報（自然科學版），2020（11）：97-106.

[3]黃怡斌.城市軌道交通與常規公交的換乘需求分析及效率評價[D].北京：北京工業大學，2018.

[4]閆欣欣.基于熵權-TOPSIS模型的慢性交通與城市設計協調評價方法[J].公路交通科技，2018（9）：107-114.

[5]嚴少樂.基于改進TOPSIS的城市客運綜合交通樞紐評價[J].綜合運輸，2021（2）：80-83.

[6]肖 杰.基于離差-TOPSIS的城市軌道交通運營組織模式評價[J].綜合運輸，2020（12）：59-63.

[7]顏文華.基于模糊綜合評價的城市軌道交通與常規公交銜接評價[J].浙江交通職業技術學院學報，2017（2）：63-67，81.

[8]任美君.軌道交通換乘站換乘設施服務水平評價指標與標準研究[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2019（12）：70-76.

[9]招曉菊.城市軌道交通與常規公交協調換乘評價指標體系的研究[J].交通標準化，2010（10）：23-26.

[10]馬 蘭.城市商業區軌道交通與常規公交換乘協調評價研究[J].交通科技與經濟，2019（1）：38-42.

[11]孫 俊.軌道交通的無縫換乘規劃[J].鐵道運輸與經濟，2004（2）：22-24.