廣州大學(xué)城生物島隧道服務(wù)水平評價分析

吳雨薇， 董潔霜 WU Yu-wei, DONG Jie-shuang

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院， 上海200093）

(Management School, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

0 引 言

廣州侖頭—生物島—大學(xué)城隧道于2010 年8 月正式建成通車， 這是廣州繼第一條過江隧道——珠江隧道建成后的又一條過江隧道， 隧道呈南北走向， 總長1 337.61m， 寬度約22.6m， 設(shè)計成雙向四車道， 設(shè)計速度為50km/h， 隧道穿過侖頭和官洲，將侖頭、 生物島、 大學(xué)城連成一線。 目前， 世界各國對于道路服務(wù)水平的劃分尚無統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)， 一般根據(jù)各國的國情具體劃分。 由于我國道路交通組成十分復(fù)雜， 考慮到影響道路服務(wù)水平因素復(fù)雜性和模糊性等特點(diǎn)， 決定采用模糊綜合分析法來對道路服務(wù)水平進(jìn)行評價。

1 服務(wù)水平評價指標(biāo)選擇及權(quán)重確定

1.1 評價指標(biāo)選擇。 城市道路服務(wù)水平是指道路使用者從道路狀況、 交通條件、 道路環(huán)境等能得到的服務(wù)程度和服務(wù)質(zhì)量，如可以提供的行車速度、 舒適、 便捷等方面所得到的實(shí)際效果與服務(wù)質(zhì)量。 為了科學(xué)全面進(jìn)行評價， 從城市干道服務(wù)水平評價的四個準(zhǔn)則層： 道路狀況、 運(yùn)行狀況、 交通設(shè)施狀況和交通安全狀況及大學(xué)城生物島隧道本身具有特性出發(fā)， 擬通過層次分析法從中篩選出較為重要的評價指標(biāo)作為城市干道服務(wù)水平進(jìn)行模糊評價的指標(biāo)集， 且確立權(quán)重。 生物島服務(wù)水平層次結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 評價指標(biāo)權(quán)重確定

1.2.1 構(gòu)造判斷矩陣。 在建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后，上下層次之間元素的隸屬關(guān)系就被確定了， 問題即轉(zhuǎn)化為層次中的排序計算方法。 在排序計算中，每一次的排序又可簡化為一系列成對因素的判斷比較， 并根據(jù)一定的比率標(biāo)度將判斷定量化， 形成比較判斷矩陣。 判斷矩陣表示A因素與下一層因素B1、B2……Bn之間的聯(lián)系， 在此要對B1、B2……Bn這N個因素之間相對重要性進(jìn)行比較， 以確定N×N階的判斷矩陣B=bij。

1.2.2 層次權(quán)重值的確定及一致性檢驗(yàn)。 以判斷矩陣B為例， 即是由BW=λW解出最大特征根λmax及對應(yīng)的特征向量W， 將λmax所對應(yīng)的最大特征向量歸一化， 就得到B1、B2……Bn相對于A的權(quán)重值， 在得到λmax后， 需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)， 檢驗(yàn)步驟為： （1） 計算一致性指標(biāo)該指標(biāo)可度量判斷矩陣偏離一致性。 （2） 確定平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I， 由于決策者判斷一致性的難道是隨著判斷矩陣的階數(shù)增加而增大的， 為了度量不同階判斷矩陣是否具有滿意的一致性， 需要引入判斷

矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)如表1 所示。 （3） 計算一致性比例CR，當(dāng)C.R＜0.1 時， 判斷矩陣的一致性可以接受。

表1 層次分析法一致性指標(biāo)

1.2.3 權(quán)重確定。 將意識形態(tài)的兩兩比較程度進(jìn)行數(shù)字化， 建立起各個指標(biāo)的判斷矩陣， 并運(yùn)用求和法， 計算各指標(biāo)在單一準(zhǔn)則下的相對權(quán)重， 最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)， 道路狀況準(zhǔn)則下的判斷矩陣見表2。

表2 道路準(zhǔn)則下判斷矩陣

利用MATLAB 來編寫小程序來求得該矩陣的最大特征根λmax的值和特征向量在MATLAB 中運(yùn)行即可求出λmax=3.06； 根據(jù)前述的檢驗(yàn)方法知C.I=0.03、 R.I=0.52、 C.R=0.058＜0.1， 則判斷矩陣的一致性可以接受； 運(yùn)行狀況準(zhǔn)則下同理求得λmax=3.009、C.I=0.0045、 R.I=0.52、 C.R=0.0087＜0.1， 則判斷矩陣的一致性可以接受。 交通設(shè)施狀況、 交通安全狀況準(zhǔn)則下、 生物島隧道服務(wù)水平總評下的C.R 均滿足條件， 則判斷矩陣一致性可以接受， 在道路狀況、 運(yùn)行狀況、 交通設(shè)施狀況以及交通安全狀況四個準(zhǔn)則下的各個影響因素的權(quán)重為

生物島隧道服務(wù)水平評價影響因素權(quán)重如表3 所示。

表3 生物島隧道服務(wù)水平評價影響因素權(quán)重

1.3 評價集確定。 一般情況下是將美國服務(wù)水平的六個等級劃分為四個等級， 一般為Ⅰ級、 Ⅱ級、 Ⅲ級、 Ⅳ級， 其中我國的Ⅰ級服務(wù)水平相當(dāng)于美國服務(wù)水平的A、 B 級， Ⅱ級、 Ⅲ級分別相當(dāng)于美國服務(wù)水平的C、 D 級， Ⅳ級相當(dāng)于美國服務(wù)水平的E、 F 級， 依據(jù)此類分析， 在生物島隧道服務(wù)水平的評價中， 我們?nèi)≡u價集為：V= ｛Ⅰ級， Ⅱ級， Ⅲ級， Ⅳ級 ｝。

2 生物島隧道服務(wù)水平評價分析

2.1 生物島隧道調(diào)查分析。 廣州國際生物島隧道大學(xué)城出口90 米處有左彎通道， 為了避免左轉(zhuǎn)彎時車輛減速的干擾， 選取了隧道出口長為28.3m 直線段作為測量車速的一個區(qū)間段， 對每個車道的不同車型在高峰小時（7:30～8:30） 進(jìn)出該區(qū)間進(jìn)行記錄。

2.2 生物島隧道交通數(shù)據(jù)處理分析。 數(shù)據(jù)分析時將三條車道劃分為1 號車道（靠近分隔帶的車道） 、 2 號車道、 3 號車道（最外緣的車道） ， 由于1 號車道在高峰小時內(nèi)總共才有20 輛車， 該隧道口實(shí)地觀察在高峰小時時間段內(nèi)并無排隊(duì)現(xiàn)象的出現(xiàn)， 是其他車道的二十分之一左右。

2.2.1 車速數(shù)據(jù)處理。 為求出區(qū)間段的車速， 統(tǒng)計好經(jīng)過該斷面的時間， 利用公式V=L/T來計算， 并且算出每一車道每5 分鐘內(nèi)的平均車速以及每一車道在7:30～8:30 的平均車速。

2.2.2 交通量處理。 利用已采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計， 統(tǒng)計不同車型的數(shù)量， 并且每5 分鐘不同車型全進(jìn)行車輛折算， 以小客車為標(biāo)準(zhǔn)車輛， 其處理結(jié)果如表4。

2.2.3 車頭時距處理。 根據(jù)采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選， 對于車頭時距太大的以及不是連續(xù)通過的車輛進(jìn)行刪減， 最后求出平均車頭時距第二車道平均車頭時距為2.45s， 第三車道平均車頭時距為2.57s， 兩車道基本通行能力為1 433 輛/h。

2.2.4 其他數(shù)據(jù)處理。 車道寬度b=3.50m， 隧道規(guī)劃控制寬度為60m， 設(shè)計行車速度為50km/h， 隧道單洞凈寬為10.5m， 一般路段最大縱坡為3%， 困難（出入口） 地段5%， 設(shè)計凈高≥5m， 主線最小曲線半徑200m， 匝道段最小曲線半徑為40m。

2.3 生物島隧道服務(wù)水平評價。 通過問卷調(diào)查及數(shù)理統(tǒng)計分析來確定評價對象對評價集元素的隸屬度， 測算出每個因素對應(yīng)四個答案的大致概率， 單因素評價矩陣為：

表4 第二、 三車道交通量以及平均車速處理結(jié)果

3 生物島隧道交通仿真模擬

在對不同路況進(jìn)行參數(shù)修正后， 背景圖輸入所調(diào)查的交通流量等數(shù)據(jù)， 然后進(jìn)行3D 連續(xù)及單步仿真。 通過一系列評價指標(biāo)對生物島隧道的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析和評價， 其輸出數(shù)據(jù)評價分析文件如表5 所示。

由于國內(nèi)暫時無統(tǒng)一的評判服務(wù)水平的方法， 利用VISSIM 仿真， 并參考《 美國通行能力手冊》 提出的城市道路服務(wù)水平計算方法和上海馬京輝等人關(guān)于《 采用HCM2000 新方法計算城市道路服務(wù)水平淺析》 文章， 利用仿真數(shù)據(jù)對大學(xué)城生物島隧道的服務(wù)水平進(jìn)行評價。

大學(xué)城生物島隧道全長1 337.61m， 是城市道路一級主干道， 設(shè)計車速為50km/h， 通過仿真得到的平均行程車速在52km/h，該隧道是機(jī)非分隔雙向4 車道形式， 路側(cè)干擾較少， 能夠達(dá)到實(shí)際路段形式速度， 依據(jù)文獻(xiàn)[10]知道該隧道的行程速度在服務(wù)水平C 級， 也就是現(xiàn)在設(shè)定評價集的Ⅱ級與利用模糊綜合評價方法所得到結(jié)論相一致。

4 結(jié) 論

鑒于城市道路的復(fù)雜因素， 若運(yùn)用傳統(tǒng)的平均行程速度、 平均延誤等來對服務(wù)水平評價因素量化， 難以準(zhǔn)確評價服務(wù)水平， 對于城市道路服務(wù)水平的復(fù)雜性難以進(jìn)行評價工作， 利用模糊綜合評價法可以解決該問題， 可以將復(fù)雜問題簡單化， 并且簡單易操作。 本文通過對廣州大學(xué)城生物島隧道的影響因素的復(fù)雜性及模糊性特點(diǎn)出發(fā)， 研究生物島隧道的服務(wù)水平評價， 采用模糊綜合評價思想和層次分析方法結(jié)合起來對服務(wù)水平進(jìn)行評價， 并且通過VISSIM 仿真模擬大學(xué)城生物島隧道車輛運(yùn)行狀況并以此采用《 美國通行能力手冊》 （HCM2000） 對于服務(wù)水平的評價方法對生物島隧道的模擬結(jié)果進(jìn)行服務(wù)水平評價， 最后將評價結(jié)果與模糊綜合評價結(jié)果作對比， 驗(yàn)證仿真結(jié)果的精度并證明仿真的真實(shí)可靠性。

表5 評價文件導(dǎo)出評價數(shù)據(jù)

[1] 裴玉龍， 徐秋實(shí). 層次分析法在地方公路網(wǎng)技術(shù)評價中的應(yīng)用[C]//2004 年學(xué)術(shù)年會論文集. 北京： 中國公路學(xué)會， 2004.

[2] 熊烈強(qiáng)， 李杰， 商蕾,等. 路段通行能力及其服務(wù)水平指標(biāo)的研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版） ， 2004(4):511-514.

[3] 徐以群， 陳茜. 城市公共交通服務(wù)水平的指標(biāo)體系[J]. 城市交通， 2006(6):42-46.

[4] 朱吉雙， 張寧. 可變需求結(jié)構(gòu)下城市路網(wǎng)的通行能力與服務(wù)水平模型[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐， 2000(6):170-176.

[5] 侯立文， 蔣馥. 基于路網(wǎng)可靠性的路網(wǎng)服務(wù)水平[J]. 系統(tǒng)工程理論方法應(yīng)用， 2003(3):248-252.

[6] 劉運(yùn)通. 道路交通安全宏觀模糊評價模型[J]. 中國公路學(xué)報， 1995(S1):169-175.

[7] 李相勇， 蔣葛夫. 城市道路服務(wù)水平的模糊綜合評判[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息， 2002(3):48-50,55.

[8] 楊露萍. 混合交通條件下信號交叉口服務(wù)水平研究[D]. 北京： 北京交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文） ， 2008.

[9] 張鵬. 基于蒙特卡羅模擬的交叉口服務(wù)水平的綜合評價[D]. 哈爾濱： 東北林業(yè)大學(xué)（碩士學(xué)位論文） ， 2006.

[10] 馬京輝. 采用HCM2000 新方法計算城市道路服務(wù)水平淺析[J]. 城市道橋與防洪， 2009(7):32-34,252.