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      基于灰色關(guān)聯(lián)和層次分析法的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價★

      2014-11-09 11:46:38張文會趙軍芳李德才
      山西建筑 2014年31期
      關(guān)鍵詞:公路網(wǎng)關(guān)聯(lián)度分析法

      張文會 趙軍芳 李德才*

      (東北林業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱 150040)

      0 引言

      隨著社會的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,交通運(yùn)輸需求逐年增長,運(yùn)力結(jié)構(gòu)和規(guī)劃路網(wǎng)均呈多元化增長趨勢。但是,由于路況衰減、車流量較大以及設(shè)施不完善等原因,部分路段或線路常年擁堵,從而使整個路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和服務(wù)水平較低。因此,需要建立反映路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合評價指標(biāo)體系和科學(xué)合理的評價方法,為確定公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等級,提高公路網(wǎng)的管理水平以及提出管理決策提供理論依據(jù)。

      公路網(wǎng)是由多層面、多指標(biāo)組成的動態(tài)系統(tǒng),影響運(yùn)行狀態(tài)的因素較多,本文建立了由道路使用特性、道路安全設(shè)施和道路交通環(huán)境組成的指標(biāo)體系,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)與層次分析相結(jié)合的方法來確定公路網(wǎng)的運(yùn)行等級。

      1 灰色關(guān)聯(lián)和層次分析法

      1.1 層次分析法

      層次分析法(AHP)是一種將定性與定量結(jié)合的多目標(biāo)決策分析法,適合求解層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)的權(quán)重[1],其分析過程為:

      1)構(gòu)造判斷矩陣。

      構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣:

      構(gòu)造判斷矩陣,其中bij滿足條件:bij=1(i=j時);bij=1/bji。矩陣中bij取值依據(jù)見表1。

      表1 判斷矩陣bij取值

      2)確定指標(biāo)權(quán)重。

      由判斷矩陣A確定權(quán)重Wi的方法很多,本文用方根法,首先計算權(quán)重向量的近似值:

      將結(jié)果進(jìn)行歸一化處理,得到判斷矩陣的權(quán)重向量:

      其中,k為準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的個數(shù)。

      3)最大特征值和一致性檢驗。

      計算最大特征值λmax:

      檢驗判斷矩陣的一致性:

      檢驗系數(shù):

      其中,RI為一致性指標(biāo),其取值見表2。

      表2 一致性指標(biāo)RI取值表

      若CR<0.1,則通過一致性檢驗,上述計算結(jié)果有效。

      1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析法

      公路網(wǎng)是一個動態(tài)系統(tǒng),有些運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)存在一定的不確定度,數(shù)據(jù)采集過程中難免存在一定的灰度,因此用灰色關(guān)聯(lián)分析法處理信息不完全明確的情況[2]。

      其分析過程為:

      1)確定比較數(shù)據(jù)序列與參考序列。

      假設(shè)有n個評價對象,每個對象有m個評價指標(biāo),先建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)序列,表示為{X0=X0(1),X0(2),…,X0(n)},其中i=1,2,3,…,n。

      2)評價指標(biāo)規(guī)范化。

      對評價指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理:

      3)計算關(guān)聯(lián)度系數(shù)。

      Xi和X0關(guān)于第h個元素的關(guān)聯(lián)度系數(shù)為:

      其中:

      ρ為分辨系數(shù),一般取0.5。

      4)計算關(guān)聯(lián)度。

      第i個評價指標(biāo)與理想評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度為:

      2 公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)體系

      從道路使用特性、道路安全設(shè)施和道路交通環(huán)境三個方面,建立公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)體系[3],見表3。

      3 實例應(yīng)用

      3.1 評價指標(biāo)的權(quán)重

      1)專家調(diào)查。

      采用德爾菲法,邀請專家確定公路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)各指標(biāo)間的關(guān)系,準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的判斷矩陣為:

      表3 公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)

      2)計算各指標(biāo)的權(quán)重。

      利用式(1)計算上述矩陣的近似值WA得:

      WA1,WA2,WA3同理解之。

      利用式(2)對上述結(jié)果進(jìn)行歸一化處理,得:

      其中,k為準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的個數(shù)。

      3)進(jìn)行一致性檢驗。

      根據(jù)式(3),式(4)和表2中RI的取值,得:

      因此,滿足一致性檢驗。

      4)邀請專家根據(jù)黑龍江省公路網(wǎng)的運(yùn)行情況,給每個指標(biāo)進(jìn)行打分,從而確定參評數(shù)據(jù),打分情況以及黑龍江省公路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)的權(quán)重見表4。

      表4 黑龍江省公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)權(quán)重及比較數(shù)據(jù)序列與參考序列

      3.2 計算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

      1)確定比較數(shù)據(jù)序列與參考序列,其結(jié)果見表5。

      2)根據(jù)式(5)對指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理:

      X2,X3同理解之。

      3)關(guān)聯(lián)度的計算:

      a.由差序列公式分別得:

      最大差為:η1=0.388 9;最小差為:μ1=0。

      同理:η2=0.352 9,η3=0.357 1;最小差為:μ2=0,μ3=0。

      b.由式(6)得關(guān)聯(lián)度系數(shù)為:

      ξ2,ξ3同理解之。

      c.由式(7)得關(guān)聯(lián)度分別為:

      γ1=(0.532,0.768,0.764,0.508,0.383),說明公路網(wǎng)的道路交通使用特性為Ⅱ級。

      γ2=(0.569,0.933,0.649,0.432,0.340),說明公路網(wǎng)的道路交通安全設(shè)施為Ⅱ級。

      γ3=(0.455,0.671,0.570,0.532,0.382),說明公路網(wǎng)的道路交通環(huán)境為Ⅱ級。

      3.3 黑龍江省公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等級確定

      黑龍江省國省干線公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)的準(zhǔn)則層權(quán)重及關(guān)聯(lián)度見表5。

      表5 準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重和灰色關(guān)聯(lián)度

      根據(jù)式(7)可得到黑龍江省國省干線公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的灰色關(guān)聯(lián)度為:

      所以黑龍江省國省干線公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等級為Ⅱ級。

      4 結(jié)語

      1)建立了灰色關(guān)聯(lián)分析法和層次分析法相結(jié)合的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價模型,利用層次分析法確定各層級指標(biāo)的權(quán)重,利用灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)度,最后根據(jù)最大隸屬度原則確定評價等級;

      2)建立了公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)體系,準(zhǔn)則層為道路使用特性、道路安全設(shè)施和道路交通環(huán)境,指標(biāo)層為公路網(wǎng)平均車速等13個指標(biāo);

      3)利用所建模型和評價指標(biāo)體系對黑龍江省國省干線公路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評價,得到公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)度,判定運(yùn)行狀態(tài)等級為Ⅱ級。

      [1]楊海榮,肖 慎,殷兆進(jìn).高速公路網(wǎng)評價指標(biāo)體系及優(yōu)化方法研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2006(6):71-75.

      [2]鄧宗竹,劉德俊,姜東方.灰色關(guān)聯(lián)和層次分析法在加油站安全評價中的應(yīng)用[J].油氣儲運(yùn),2011,30(11):811-815.

      [3]羅 毅,周創(chuàng)立,劉向杰.多層次灰色關(guān)聯(lián)分析法在火電機(jī)組運(yùn)行評價中的應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(17):97-103.

      [4]田智慧,曾 琦.區(qū)域公路網(wǎng)技術(shù)評價指標(biāo)體系研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報,2008,31(4):372-375.

      [5]韓 直.公路網(wǎng)評價的指標(biāo)體系與方法[J].公路交通技術(shù),2000(1):41-47.

      [6]朱 茵,孟志勇,闞叔愚.用層次分析法計算權(quán)重[J].北方交通大學(xué)學(xué)報,1999,23(5):120-122.

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