林 源,于定勇

(中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院,山東青島266100)

沿海城市群城際快速軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用*

林 源,于定勇

(中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院,山東青島266100)

針對(duì)以交通客流預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)所提出的城市群城際快速軌道交通系統(tǒng)初步規(guī)劃方案,通過(guò)建立基于系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益等3個(gè)方面的指標(biāo)體系,構(gòu)建適合我國(guó)城市群交通發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的評(píng)價(jià)模型和方法,對(duì)城市群軌道交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行衡量和評(píng)估,辨別系統(tǒng)發(fā)展程度,對(duì)規(guī)劃線網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià),從總體上對(duì)城際軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃方案的可靠性與合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

城際快速軌道;交通系統(tǒng);城市群;評(píng)價(jià)方法;

中國(guó)城市群的興起和發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)提出了更高要求,大運(yùn)量軌道交通能夠適應(yīng)城際客流特征,運(yùn)輸能力強(qiáng),技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。是解決都市帶和城市群城際交通問(wèn)題最為行之有效的方法,是構(gòu)建城際快速運(yùn)輸系統(tǒng)的最佳選擇,符合科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略,有利于城市群城市節(jié)點(diǎn)發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢(shì)。對(duì)城市群城際快速軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃,是從交通需求與供給情況、城際軌道交通的特性和客流特征出發(fā),對(duì)軌道交通客流進(jìn)行預(yù)測(cè),提出線網(wǎng)初步規(guī)劃方案[1]。對(duì)城市群快速軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃線網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià),本文旨在通過(guò)基于系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益等3個(gè)方面的指標(biāo)體系,建立適合我國(guó)交通發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的評(píng)價(jià)模型和方法,對(duì)城市群軌道交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行衡量和評(píng)估,辨別系統(tǒng)的發(fā)展程度,對(duì)規(guī)劃線網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中,指標(biāo)是反映系統(tǒng)要素或效益的數(shù)量概念和具體數(shù)字,指標(biāo)體系是進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),運(yùn)用適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法,對(duì)城市群軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃方案的可靠性與合理性進(jìn)行驗(yàn)證[2]。

1 城市群快速軌道交通系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

交通運(yùn)輸是人們出行、貨物交流交換活動(dòng)所依托的載體,不同運(yùn)輸方式在滿足人們出行和貨物位移中具有一定的可替代性,所滿足的需求層次、對(duì)資源消耗量以及對(duì)社會(huì)的影響不同。交通運(yùn)輸?shù)闹鲗?dǎo)方式、供給結(jié)構(gòu)、不同運(yùn)輸方式的便利程度、資源能源消耗和社會(huì)環(huán)境效用是影響選擇決定的重要因素。使用交通運(yùn)輸是一種交通消費(fèi)行為,在有多種方式可供選擇以及越來(lái)越多的人們具有較高交通消費(fèi)支付能力的情況下,采用不同的交通運(yùn)輸方式實(shí)際上是對(duì)資源占用和消耗量大小的選擇,是人們對(duì)生活質(zhì)量的追求與對(duì)社會(huì)資源消耗的態(tài)度、責(zé)任的平衡結(jié)果。建立交通評(píng)價(jià)體系、選取評(píng)價(jià)指標(biāo)就要考慮這些因素。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外城際軌道交通現(xiàn)狀的研究,結(jié)合有關(guān)理論研究文獻(xiàn),建立城市群快速軌道交通綜合評(píng)價(jià)體系應(yīng)包括系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益等3個(gè)方面,并將其作為評(píng)價(jià)體系的一級(jí)指標(biāo),在一級(jí)指標(biāo)下細(xì)化成15個(gè)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成二級(jí)指標(biāo),形成1個(gè)完整的城市群快速軌道交通系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。具體見表1。

表1 城市群快速軌道交通系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Comprehensive evaluation index of the inter-city express rail transportation system

2 城市群軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法研究

2.1 評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

本文首先采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,然后以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),將城際軌道交通模式選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)定量化,建立綜合評(píng)價(jià)模型。

2.2 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡(jiǎn)稱AHP)是對(duì)一些較為復(fù)雜、模糊的問(wèn)題作出決策的簡(jiǎn)易方法,是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯.塞蒂(T.L.Saaty)教授于1970年代提出的1種實(shí)用的多方案或多目標(biāo)的決策方法,作為1種半定量(或定性與定量結(jié)合)的方法,特別適用于難于完全定量分析的問(wèn)題。AHP方法經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,許多學(xué)者針對(duì)其比較、判斷過(guò)程中較為粗糙的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)和完善,形成了一些新理論和新方法,近幾年群組決策、模糊決策和反饋系統(tǒng)理論等已成為該領(lǐng)域研究的新進(jìn)展。

層次分析法將擬評(píng)價(jià)系統(tǒng)的有關(guān)替代方案的各種要素分解成若干層次,并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則,進(jìn)行兩兩判斷比較并計(jì)算出各要素的權(quán)重。具體可歸納為下列4個(gè)步驟:

2.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型 將問(wèn)題所包含的因素分層,用層次框圖描述層次的遞階結(jié)構(gòu)和因素的從屬關(guān)系。通?？蓜澐譃樽罡邔?、中間層和最底層。最高層表示要解決問(wèn)題的目標(biāo)。中間層為實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)而采取的策略、準(zhǔn)則等。當(dāng)上一層次的元素與下一層次的所有元素都有聯(lián)系時(shí)稱完全的層次關(guān)系;也可只與下一層次的部分元素有聯(lián)系,此時(shí)稱不完全的層次關(guān)系。各層次間也可以建立子層次,子層次從屬于主層次中某個(gè)元素,又與下一層次的元素有聯(lián)系。

2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣 以A表示目標(biāo),ui表示評(píng)價(jià)因素,ui∈U(i=1,2,…,m),uij表示ui對(duì)uj的相對(duì)重要性數(shù)值即標(biāo)度(j=1,2,…,m)。判斷矩陣的標(biāo)度值由專家打分法得出。標(biāo)度值及其含義見表2。

表2 判斷矩陣標(biāo)度及其含義Table 2 Scale and meaning of judgment matrix

由上述標(biāo)度值的意義得判斷矩陣P(也稱之為AU判斷矩陣):

2.2.3 計(jì)算重要性排序 由A-U矩陣,求出最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量。所求單位特征向量即為各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重,也就是所設(shè)定目標(biāo)優(yōu)先等級(jí)的權(quán)重。本文采用和積法計(jì)算:

①將判斷矩陣每一列歸一化,見式2:

②每一列經(jīng)歸一化后的判斷矩陣按行相加:

③對(duì)向量w=(w1,w2,…,wm)做歸一化處理:

即得所求權(quán)向量:w=(w1,w2,…,wm)

④計(jì)算最大特征值:

2.2.4 檢驗(yàn) 對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),使用公式:

其中,CR-判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率;

CI-判斷矩陣的一般一致性指標(biāo);

RI-判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo),對(duì)于1-11階判斷矩陣,RI的值列于表3。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 3 Mean random consistency index

檢測(cè)準(zhǔn)則:當(dāng)CR<0.10時(shí),即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性,說(shuō)明權(quán)數(shù)分配合理;否則,就需要重新調(diào)整判斷矩陣,直到具有滿意的一致性為止。即若人們的主管判斷與客觀實(shí)際發(fā)生了偏差,則CR的值便顯示出這種差別,以便及時(shí)調(diào)整判斷矩陣。

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

在現(xiàn)實(shí)世界中,很多事物之間的關(guān)系是不清晰的,是模糊的,如美和丑、胖和瘦、高和矮、年老和年輕、大和小等,它們之間沒(méi)有絕對(duì)明確的界限,具有模糊性。在城際軌道交通規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)過(guò)程中,要準(zhǔn)確描述1個(gè)目標(biāo),往往也較為困難,對(duì)這類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)效果的評(píng)價(jià)也具有模糊性。模糊評(píng)價(jià)法是運(yùn)用模糊集理論對(duì)某一考核系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的1種方法。這種方法考核的對(duì)象可以是方案、產(chǎn)品或是各類人員(如管理人員、技術(shù)人員、生產(chǎn)工人等)。

模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型如下:

(1)因素集U={u1,u2,…,um},m為因素個(gè)數(shù);

(2)評(píng)價(jià)集V={v1,v2,…,vn},n為評(píng)語(yǔ)數(shù);

(3)權(quán)重集A,運(yùn)用比較法定權(quán)重系數(shù),包括因素類權(quán)向量Ac和因素間權(quán)向量Af。其中Ac=(ac1,ac2,…,acs),Af=(af1,af2,…,afm)。

(4)一級(jí)模糊綜合評(píng)判:

用μvj(ui)=rij表示就因素ui而言,被評(píng)價(jià)事物對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度,對(duì)于每一因素類ui,rij可表示為相應(yīng)的評(píng)判矩陣Rg,見下式。

式中m,表示第g因素類中構(gòu)成因素的個(gè)數(shù)。評(píng)判矩陣可通過(guò)模糊統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)、專家評(píng)分或典型函數(shù)形式等途徑得到,一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣為Bg。

式中,Bg是被評(píng)價(jià)事物對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度向量,其中bgj是該事物對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)j的隸屬度。B是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的矩陣。s為因素類的個(gè)數(shù)。上式中的模糊關(guān)系合成Af:Rg可以采用M(∧,∨)模型,也可以采用m(.,+)模型。

采用M(∧,∨)模型時(shí),Bi的分量為:

采用M(.,+)模型時(shí),Bg的分量為:

M(∧,∨)模型的Af并無(wú)權(quán)向量的含義,由于bgj只選min(agi,rgij中的最大值,而不考慮其他因素影響,故是1種“主因素突出型”的綜合評(píng)判。

M(.,+)模型,由于要同時(shí)考慮所有因素,故各agj具有代表個(gè)因素重要性的權(quán)系數(shù)大的含義,因而應(yīng)的要求?？傊?這一模型是“加權(quán)平均型”的綜合評(píng)判。在此模型中Af=(ag1,ag2,…,agm)具有權(quán)向量性質(zhì)。

(5)二級(jí)模糊綜合評(píng)判

在一級(jí)模糊綜合評(píng)判的基礎(chǔ)上,對(duì)各類因素的影響進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判,二級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣為:

其中,s為因素類的個(gè)數(shù)。

2.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

根據(jù)專家意見法,對(duì)城市群快速軌道交通系統(tǒng)的評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行了分類和賦分,見表4和表5。

表4 評(píng)價(jià)級(jí)別賦分表Table 4 Assignment of evaluation grade

表5 綜合得分與評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)照Table 5 Control of comprehensive score and evaluation grade

表5中,等級(jí)高(>90)表示該系統(tǒng)很好,能夠滿足社會(huì)的需求;等級(jí)較高(80～90)表示該系統(tǒng)的系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益評(píng)價(jià)較好;等級(jí)一般(60～79)表示該系統(tǒng)能夠基本滿足系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益的要求,可以考慮在進(jìn)一步優(yōu)化的前提下發(fā)展;等級(jí)較低(40～59)表示該系統(tǒng)在系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益或社會(huì)環(huán)境效益方面存在明顯的不足,不適合大力發(fā)展;等級(jí)低(<40)表示該系統(tǒng)在系統(tǒng)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益方面無(wú)法滿足社會(huì)正常需求,需要進(jìn)行重新規(guī)劃。

3 山東半島城市群城際軌道線網(wǎng)規(guī)劃方案研究

以山東半島城市群各城市之間現(xiàn)狀鐵路OD、公路OD為基礎(chǔ),通過(guò)出行生成、出行分布,尋找半島城鎮(zhèn)群客流主通道,初步確定規(guī)劃線路,然后通過(guò)綜合分析各線路沿線的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸情況以及不同線網(wǎng)的適應(yīng)性,確定城際軌道交通線路[3]。

根據(jù)預(yù)測(cè)年度(見圖1)全社會(huì)客流示意圖可以看出,山東半島城市群間,濟(jì)南-淄博、濟(jì)南-青島、濰坊-青島、青島-煙臺(tái)、青島-威海、煙臺(tái)-威海城際交流量較大,濟(jì)南-德州、濟(jì)南-泰安、青島-日照的交流量相對(duì)次之,其余城際間交流量較小。

圖1 山東半島城市群2015年客流期望線示意圖Fig.1 2015 passenger expectation line of Shandong peninsula urban agglomerations

綜合各城市間交流量大小,考慮某些城市對(duì)交通流使用共同通道等因素,確定客流主通道為:濟(jì)南-淄博-濰坊-青島、青島-煙臺(tái)-威海、德州-濟(jì)南-泰安-濟(jì)寧[4]。

根據(jù)規(guī)劃年度各交通方式劃分以及前期的客流預(yù)測(cè)結(jié)果,以及各規(guī)劃年度的城際線路客流分配狀況,規(guī)劃山東半島城市群軌道交通采取“主軸+支線+環(huán)線”路網(wǎng)方案,以2條主軸線為骨架,在這個(gè)骨架的基礎(chǔ)上,通過(guò)建設(shè)以濟(jì)南、青島、煙臺(tái)為中心的城際鐵路支線,以及青島經(jīng)膠東半島沿海乳山、海陽(yáng)、即墨到榮城的環(huán)線城際鐵路,形成聯(lián)絡(luò)山東半島城市群的路網(wǎng),使各主要城市間溝通、換乘更為便捷。該方案規(guī)劃線網(wǎng)長(zhǎng)度1 458 km,其中新建1 076 km。

表6 線網(wǎng)規(guī)劃主骨架線路一覽表Table 6 Main frame of network planning

4 軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用——對(duì)山東半島城市群軌道交通規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)

按照軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法對(duì)山東半島城市群軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià):

4.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

4.1.1 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重的確定 運(yùn)用相關(guān)評(píng)價(jià)理論,得出判斷矩陣為最大特征值為3.054;

最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.474,0.150,0.376)T,即為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.200,0.169,0.120,0.080,0.292,0.083,0.056)T,即為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

一致性檢驗(yàn):

小說(shuō)這種文體常常體制宏大,在語(yǔ)篇上頗具兼容性,有時(shí)即可表現(xiàn)為非均質(zhì)語(yǔ)篇。含有一定量完整書信的小說(shuō),整體文本屬于非均質(zhì)語(yǔ)篇,不同層級(jí)語(yǔ)篇或者語(yǔ)域滲透、語(yǔ)體交叉,抑或語(yǔ)層互文、語(yǔ)值融通?，F(xiàn)代作家柔石的小說(shuō)《二月》內(nèi)嵌有一定量的書信,頗具特色,在我們看來(lái),整體上是較為典型的非均質(zhì)語(yǔ)篇。

最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.361,0.463,0.176)T,即為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

4.1.4 社會(huì)環(huán)境效益指標(biāo)權(quán)重的確定 得出判斷矩陣為:

最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.329,0.102,0.208,0.224,0.137)T,即為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

4.2 山東半島城市群軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)

利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型,得出城市群間快速軌道交通系統(tǒng)各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配及模糊關(guān)系綜合矩陣,并計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分。

表7 城際軌道交通系統(tǒng)各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配及其模糊關(guān)系綜合矩陣Table 7 Evaluation index weight distribution and fuzzy relation matrix of inter-city express rail transportation system

得出城市群間快速軌道交通系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)矩陣為:

查表7,可得城市群間快速軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)總得分為:

F=25×0.019+50×0.047+65×0.127+80×0.395+95×0.412=81.82

根據(jù)表5,得出山東半島城市群間快速軌道交通系統(tǒng)等級(jí)為“較高”。事實(shí)上,該路網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施后,山東半島、濟(jì)南都市圈50萬(wàn)人以上城市、主要航空港均可實(shí)現(xiàn)城際快速軌道交通的連接,規(guī)劃區(qū)域所在縣(區(qū))的城際鐵路覆蓋率可達(dá)70.2%,規(guī)劃線網(wǎng)長(zhǎng)度、密度、客運(yùn)承擔(dān)量等,與國(guó)內(nèi)同類地區(qū)相比均處于領(lǐng)先水平,和山東半島城市群的經(jīng)濟(jì)、城市發(fā)展水平相匹配,滿足交通量增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及城際旅客快捷出行的需要。

5 結(jié)論

(1)城際快速軌道交通是城市群主要城市節(jié)點(diǎn)間以客運(yùn)為主的快速、便捷、大運(yùn)量的公交化軌道交通,是未來(lái)交通發(fā)展的一種趨勢(shì)。它與高速公路、水運(yùn)、短途航空共同構(gòu)成城際交通網(wǎng)絡(luò),可消除城際交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)缺陷,使區(qū)域各城市資源、人才、信息、資金實(shí)現(xiàn)共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),強(qiáng)化各城市之間的聯(lián)系與合理分工,促進(jìn)整個(gè)區(qū)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和優(yōu)化,提高城市群經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力[5]。

(2)本文提出了適合我國(guó)城市群軌道交通系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法:通過(guò)建立基于系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)擬建的城際快速軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行賦分,得出評(píng)價(jià)等級(jí),確定系統(tǒng)規(guī)模建設(shè)結(jié)論。

(3)山東半島城市群既是全省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū),城市化水平進(jìn)入加快發(fā)展的階段,為城際交通的建設(shè)和發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。根據(jù)本文提出的城際快速軌道交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型和方法,對(duì)在交通客流預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上得出的山東半島城市群城際快軌主骨架路網(wǎng)方案進(jìn)行評(píng)價(jià),得出系統(tǒng)發(fā)展水平等級(jí)較高,證明山東半島城市群快速軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃方案具有種種優(yōu)勢(shì),快速軌道交通系統(tǒng)是半島城市群適宜選擇的城際交通模式。

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Study on the Evaluation Method of the Inter-City Express Rail Transportation System

LIN Yuan,YU Ding-Yong
(College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

Based on the passenger volume prediction,the primary planning scheme of Inter-City Express Rail System could be carried out.This paper presented the evaluation model and method which was adapted to the current transportation development situation and trend of China.The evaluation model and method based on the system benefit,economic benefit and social environment benefit could measure and evaluate the structure and function of Inter-City Express Rail System,judge the development level and put forward the adjustment measure.Thereby we can generally verify the feasibility and reasonability of Inter-City Express Rail System planning scheme.

inter-city express rail;transport system;city group;evaluation method

U412

A

1672-5174(2011)03-105-06

山東省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2007RKB031)資助

2010-06-22;

2010-09-28

林 源(1967-),男,博士生,山東省工程咨詢?cè)貉芯繂T,主要研究方向?yàn)楦劭谝?guī)劃和交通運(yùn)輸模式研究。E-mail:manwua@163.com

責(zé)任編輯 陳呈超