城市交通干線的模糊綜合評價(jià)

張毅華,楊亞璪,鄭長江

(1.東南大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,南京210096;2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院,南京210098; 3.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣州510640)

城市交通干線的模糊綜合評價(jià)

張毅華1,2,楊亞璪3,鄭長江2

(1.東南大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,南京210096;2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院,南京210098; 3.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣州510640)

考慮行人過街的情況下,從城市交通干線的特性出發(fā),探討了與干線相關(guān)的各種影響因素。在交通功能、交通安全和交通環(huán)境影響三個(gè)準(zhǔn)則下,選取評價(jià)指標(biāo)。對相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了量化,建立城市交通干線的綜合評價(jià)體系。通過對評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行無量綱化處理,構(gòu)建了層次分析模型,并將層次分析法應(yīng)用到模糊綜合評價(jià)法中,即形成了AHP-模糊綜合評價(jià)方法。通過對實(shí)例的評價(jià)結(jié)果表明改進(jìn)方案明顯優(yōu)于現(xiàn)狀方案,干線的運(yùn)行狀況更加良好,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。

模糊;評價(jià);指標(biāo)選取;干線

城市交通干線是保證城市社會經(jīng)濟(jì)活動正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主動脈,其暢通與否對提高整個(gè)路網(wǎng)的行車速度及運(yùn)營效率都起著舉足輕重的作用。在城市交通干線的評價(jià)方面,已有許多學(xué)者做過深入的研究[1～5],但是這些研究成果或以干線關(guān)鍵交叉口為評價(jià)對象,或局限于單個(gè)或幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)的評價(jià),還不能綜合反映干線的整體運(yùn)行狀態(tài)。

對城市交通干線的綜合評價(jià)實(shí)質(zhì)上是對影響道路交通狀況的人、車、路及環(huán)境等各種要素作系統(tǒng)的綜合效應(yīng)分析。評價(jià)成果可用于對城市道路系統(tǒng)局部(如特定交叉口、特定路段)分析,評價(jià)其交通設(shè)施狀況、交通流特征及提供服務(wù)水平的情況,為尋求城市交通癥結(jié)點(diǎn)、優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及規(guī)劃未來路網(wǎng)提供科學(xué)依據(jù),因而提出一種實(shí)用的、科學(xué)的干線評價(jià)方法是很有必要的。

一、評價(jià)指標(biāo)體系

1.評價(jià)指標(biāo)的選取原則

評價(jià)是通過一些歸類的指標(biāo)按照一定的理論和方法,對評判對象從某個(gè)方面或多個(gè)方面的綜合狀況做出優(yōu)劣評定,辨別評判對象的優(yōu)劣程度并提出改進(jìn)方案,評價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)遵循以下原則:

(1)完整性原則

評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)力求從各個(gè)不同角度反映出被評價(jià)系統(tǒng)的主要特征和狀況,而且還要反映被評價(jià)系統(tǒng)的動態(tài)變化,體現(xiàn)該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

(2)科學(xué)性原則

評價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)建立在充分認(rèn)識和系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,即指標(biāo)的篩選與權(quán)重的確定、數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算與評估必須依據(jù)科學(xué)真理。

(3)可操作性原則

要充分考慮到指標(biāo)的量化及數(shù)據(jù)取得的難易程度和可靠性,并且要適于實(shí)際的推廣和應(yīng)用。

(4)可比性原則

考慮時(shí)間、空間變化的影響,評價(jià)指標(biāo)盡量建立在定量分析的基礎(chǔ)之上,以確保各方案的指標(biāo)可比性。

2.評價(jià)指標(biāo)體系的確立

評價(jià)指標(biāo)的篩選以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化通常以定性分析為主,通過向?qū)＜易鰡柧碚{(diào)查以及綜合分析達(dá)成。本文依據(jù)主體和目的構(gòu)造樹狀層次的方法確定評價(jià)指標(biāo)體系,即以交通干線的運(yùn)行狀況為最高層(目標(biāo)層),以交通功能、交通安全和環(huán)境影響三個(gè)準(zhǔn)則作為第二層(準(zhǔn)則層),各個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)作為第三層(指標(biāo)層),最后一層即為方案層,得到城市交通干線評價(jià)的指標(biāo)體系,如圖1所示。

圖1 城市交通干線綜合評價(jià)指標(biāo)體系

3.評價(jià)指標(biāo)指數(shù)的確定

由于各指標(biāo)間的量綱以及取值范圍不同,不能直接進(jìn)行比較,通常的方法是對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)固定的變化范圍中,參照文獻(xiàn)我們對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了界定和分級[6],表1是指標(biāo)P1和P2的界定與分級,其他指標(biāo)類似。

表1指標(biāo)P1和P2的界定與分級

二、模糊綜合評價(jià)法

模糊數(shù)學(xué)是美國加利福尼亞大學(xué)控制論專家扎德(L.A.Zadeh)于1965年首先提出的,目前該理論方法已被廣泛地應(yīng)用到自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。模糊綜合評價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的多因素決策方法,即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀隹傮w的評價(jià)。假設(shè)評價(jià)對象因素集U={u1u2…um}、評語集V={v1v2…vn},其中m表示被評價(jià)對象的m個(gè)因素,n為某一因素所處狀態(tài)下作出的n種判斷。以人們主觀賦權(quán)的不同為例,因而存在以下兩類模糊子集:一是由于評價(jià)因素集U中各元素其在人們心目中的側(cè)重點(diǎn)不同,需要對每個(gè)因素賦予不同權(quán)重,其可表示U上的一個(gè)模糊子集A=(a1a2…am);另一類是如果人們對每一個(gè)單因素Ui∈U都作出判斷,就可得到一個(gè)m×n模糊矩陣R,這兩類模糊子集體現(xiàn)了人們不同的價(jià)值觀念和偏好。通過模糊運(yùn)算,由此便得到模糊綜合評價(jià)集B=A·R=(b1b2…bm)。因此,模糊綜合評判是指尋找模糊子集A=(a1a2…am)∈F(U),以及從U到V的模糊變換f,即對某單因素ui作出一個(gè)判斷f(ui) =(ri1ri2…rim)∈F(V),i=1,2,…,m,由此得出模糊矩陣R=[rij]mn∈F(U×V),rij表示某單因素ui具有評語vj的程度。因此模糊評價(jià)集B =A·R=(b1b2…bm)∈F(V),其中bj表示vj對模糊綜合評價(jià)集B的隸屬程度。以下是模糊綜合評價(jià)方法的計(jì)算步驟:

1.準(zhǔn)備工作

(1)確定對象集和因素集

對象集即是將要評價(jià)的城市交通干線。圖1中列出的評價(jià)指標(biāo)集就是因素集。

(2)評判集

假定評語個(gè)數(shù)為m,則評判集V={V1V2…Vm},對應(yīng)于很差、差、…、很好等。

(3)權(quán)重集

權(quán)重的確定具有十分重要的意義,只有權(quán)重分配盡可能符合實(shí)際,才能合理地進(jìn)行綜合評判,本文采用一種改進(jìn)的層次分析法[7]來獲得各組因素的權(quán)重分配。

(4)確定模糊算子

模糊算子具有調(diào)整和改變運(yùn)算對象內(nèi)涵的功能,可采用加權(quán)平均型算子(·,⊕),它能對所有因素的權(quán)重大小均衡兼顧,較適用于要求整體指標(biāo)的情形。

2.一級評判

按照本文的思路,由于改進(jìn)的干線管理規(guī)劃方案下的指標(biāo)值將通過預(yù)測獲得,而且是定量化的,因此評價(jià)的任務(wù)就是在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對備選方案進(jìn)行排序、選優(yōu)。本文運(yùn)用模糊自評判模型來進(jìn)行一級評判[8],對每個(gè)子因素集Ci分別進(jìn)行評價(jià),權(quán)重分配Ai(即下層權(quán)重)由改進(jìn)的層次分析法確定,于是一級評判為:

上式表明:評價(jià)因素與被評價(jià)事物的模糊關(guān)系A(chǔ),通過模糊變換器R,形成了被評價(jià)事物與評價(jià)等級之間的模糊關(guān)系B。

3.二級綜合評判

在一級評判的基礎(chǔ)上,將每一個(gè)子集Ci作為一個(gè)元素,用Bi作為它的單因素評判,可以構(gòu)成單因素評判矩陣,即:

它是{C1,C2,C3}的單因素評判矩陣,于是有二級綜合評判為:

4.綜合評判值計(jì)算

綜合評判就是對多種因素所影響的事物或現(xiàn)象作出的總評價(jià),即對評判對象的全體根據(jù)所給的條件,給每個(gè)對象賦予一個(gè)非負(fù)實(shí)數(shù)——評語結(jié)果,再據(jù)此進(jìn)行排序擇優(yōu)。綜合評價(jià)值W= BCT,CT為評判集量化矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。

三、應(yīng)用實(shí)例與分析

運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法本節(jié)給出對南京市城市交通干線太平北路(珠江路—北京東路段)評價(jià)的計(jì)算示例,該路段全長843.3m,道路設(shè)計(jì)等級較高,雙向六車道,路段上只有一座行人過街天橋,其余均為平面交叉口。車流高峰期,各交叉口都很繁忙,車輛延誤較大,對該路段(圖2)進(jìn)行綜合評價(jià),找出現(xiàn)狀管理方案的不足并提出改進(jìn)方案,以改善干線的運(yùn)行狀況是很有必要的。

圖2 太平北路(珠江路—北京東路段)道路布局示意圖

1.干線管理方案的分析

通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)太平北路(珠江路—北京東路段)交通現(xiàn)狀管理方案主要存在干線交通信號協(xié)調(diào)不盡合理、珠江路口北進(jìn)口道左轉(zhuǎn)信號不足、行人過街對駛?cè)敫删€的車流干擾嚴(yán)重、公交停靠站點(diǎn)設(shè)置不合理等問題,我們采用干線信號的協(xié)調(diào)方法[9～10]改善其他的交通管理措施形成了兩套改進(jìn)的干線管理方案,通過東南大學(xué)交通學(xué)院王煒教授主持研發(fā)的城市交通管理決策支持軟件“交運(yùn)之星—Transtar”(交通管理版),對改進(jìn)方案下的交通流重新分布進(jìn)行了模擬,以定量的形式獲取評價(jià)指標(biāo)值,不足的指標(biāo)值采用Delphi法咨詢獲得,得到的指標(biāo)值如表2所示:

2.數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備

(1)因素集

表2三種方案下各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)指數(shù)

5.綜合評判結(jié)果

經(jīng)過上面的運(yùn)算已經(jīng)能夠比較方案的優(yōu)劣了,如改進(jìn)方案二對“很好”的隸屬度為0.73,大于現(xiàn)狀方案的0.107和改進(jìn)方案一的0.455。為了使各方案的排序更加直觀,我們?nèi)={60, 70,80,90,100},于是可以用Wi=60B1+70B2+ 80B3+90B4+100B5來計(jì)算綜合評價(jià)值:

現(xiàn)狀方案:W1=64

改進(jìn)方案一:W2=81

改進(jìn)方案二:W3=93

評價(jià)結(jié)果表明改進(jìn)方案明顯優(yōu)于現(xiàn)狀方案,干線的運(yùn)行狀況更加良好。

四、結(jié) 論

提出的城市交通干線評價(jià)模型科學(xué)實(shí)用,可以對城市道路網(wǎng)中的某交通干線進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí),同時(shí)還可以因決策部門的不同,評價(jià)目的的不同靈活選取評價(jià)指標(biāo),并根據(jù)評價(jià)結(jié)果找出干線運(yùn)行中存在的問題,提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

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Fuzzy Eva lua tingM ethod for C ity Tra ffic Cen tra l A r tery

ZHANG Yi-hua1,2,YANG Ya-zao3,ZHENG Chang-jiang2

(1.Schoo lof Econom ics andM anagem ent,SoutheastUniversity,Nan jing 210096,China;2.Schoo lof Civil Engineering and Transportation,HehaiUniversity,Nanjing 210098,China;3.Schoo lof Civil Engineering and Transportation,South ChinaUniversity of Techno logy,Guangzhou 510640,China)

Taking the situation that peop le are crossing the street into consideration,various influence factors are discussed based on the characteristics of urban arterial highway.Evaluation indexes are selected acco rding to traffic function, safety and environm ent influence to select indexes.Through dealingw ith the data in a dim ension lessway,the authors constructan evaluation system of the urban traffic central artery,use fuzzy comp rehensive assessmentp rocess to evaluate it and estab lish an AHP-fuzzy evaluationm ethod in thispaper.The results show that the im p roved schem e is better than the cu rren t one and the operation condition of arterial highways is also better compared w ith the currentone.

fuzzy;evaluation;indexes choice;arterial highw ay

F57

A

1009-1971(2010)04-0083-05

[責(zé)任編輯 張大勇]

2010-04-30

教育部博士點(diǎn)基金(20060286005)

張毅華(1975-),男,湖南永州人,副研究員,博士,從事系統(tǒng)工程、復(fù)雜系統(tǒng)建模在交通領(lǐng)域的應(yīng)用研究;楊亞璪(1981-),男,山西大同人,博士研究生,從事運(yùn)輸物流研究;鄭長江(1966-),男,安徽滁州人,副教授,博士,從事智能交通控制、交通規(guī)劃與管理研究。