基于空間距離模型的城市公交線路綜合評(píng)價(jià)

陳維亞，吳百珂

(中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

我國(guó)城市公共交通線網(wǎng)的發(fā)展通常是隨著城市的發(fā)展而逐步發(fā)展。公交線網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整在城市發(fā)展進(jìn)程中是必須面臨的實(shí)際問(wèn)題[1]，對(duì)城市居民出行、公交營(yíng)運(yùn)者收益以及城市交通狀況都有很大影響，在調(diào)整時(shí)需要科學(xué)謹(jǐn)慎。城市公交線路綜合評(píng)價(jià)是公交線網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)工作，需要通過(guò)客觀科學(xué)的方法對(duì)現(xiàn)有公交線路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為城市公交線路優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)[2-3]。針對(duì)城市公交線路評(píng)價(jià)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行過(guò)較多的研究。楊曉光等[4]基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)乘客出行特征和公交系統(tǒng)服務(wù)過(guò)程進(jìn)行了分析，提出公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的三維體系結(jié)構(gòu)。陳艷艷等[5]從客流平衡性、可靠性、效益性和布局合理性 4個(gè)方面構(gòu)建了公交線路“健康指數(shù)”評(píng)價(jià)模型。尹峰等[6]提出了公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)綜合指數(shù)及其計(jì)算方法。周雪梅等[7]建立了城鄉(xiāng)公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并用服務(wù)質(zhì)量差距模型和SPA綜合評(píng)價(jià)模型研究城鄉(xiāng)公交服務(wù)質(zhì)量。如上述針對(duì)公交線路的評(píng)價(jià)，多數(shù)聚焦在公交線路服務(wù)質(zhì)量和乘客滿意度評(píng)價(jià)上，但從公交線路優(yōu)化調(diào)整角度，需要從技術(shù)水平、營(yíng)運(yùn)水平、服務(wù)水平等多角度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。基于空間距離模型直觀、全面、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，本文將應(yīng)用空間距離模型對(duì)公交線路不僅從技術(shù)水平、服務(wù)水平和營(yíng)運(yùn)水平等不同維度分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，還將進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，作為公交線路優(yōu)化調(diào)整決策的參考依據(jù)。

1 空間距離模型的基本原理

空間距離模型是一種用于對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象或者一個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的多個(gè)組成部分進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。此方法由溫素彬[8]在《企業(yè)三重績(jī)效評(píng)價(jià)模型——空間幾何模型》一文中提出，文章從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì) 3個(gè)方面構(gòu)建了企業(yè)的三重績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后運(yùn)用空間幾何方法建立了一個(gè)企業(yè)三重績(jī)效評(píng)價(jià)模型。

在對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí)，以全面性、科學(xué)性、系統(tǒng)性和可比性為原則[9-10]，將主要評(píng)價(jià)因素分為相對(duì)獨(dú)立但密切相關(guān)的層面，再分別根據(jù)相關(guān)性、從屬性，在各個(gè)層面分別選取適量的合理指標(biāo)，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行較為具體的單目標(biāo)評(píng)價(jià)，最后在多個(gè)層面的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步得到評(píng)價(jià)對(duì)象的整體評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方法的三重評(píng)價(jià)層面一般形式表示如圖1。其中，每個(gè)層面的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量以3個(gè)為例，具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際問(wèn)題合理選取。

圖1 三重評(píng)價(jià)層面形式Fig. 1 Triple evaluation level

在對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，為了可以將評(píng)價(jià)結(jié)果及優(yōu)劣比較更加直觀形象的展示，將評(píng)價(jià)過(guò)程和評(píng)價(jià)結(jié)果以三維立方體的形式表現(xiàn)。其中，立方體的X軸、Y軸和Z軸分別代表評(píng)價(jià)的3個(gè)層面，在空間模型中稱為3個(gè)維度，經(jīng)計(jì)算得到的最優(yōu)點(diǎn)成為綜合評(píng)價(jià)點(diǎn)，根據(jù)此點(diǎn)在空間模型中的位置便可以判定評(píng)價(jià)對(duì)象綜合水平的優(yōu)劣，計(jì)算出現(xiàn)有水平與理想水平之差，評(píng)價(jià)對(duì)象的各個(gè)層面的優(yōu)劣也可以在此過(guò)程中顯現(xiàn)出來(lái)。三重空間距離模型如圖2。

圖2 空間距離模型三維立體圖Fig. 2 Three-dimensional schemes of the spatial distance model

2 公交線路綜合評(píng)價(jià)的空間距離模型

2.1 公交線路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

在應(yīng)用空間距離模型對(duì)城市公交線路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)前，需要首先建立合理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。面向公交線路優(yōu)化調(diào)整的公交線路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該涉線路調(diào)整的多個(gè)影響因素，指標(biāo)的選取應(yīng)該具有系統(tǒng)性、客觀性、科學(xué)性、可操作性和協(xié)調(diào)統(tǒng)一性[11]。參考現(xiàn)有研究[12-14]，結(jié)合城市公交線路優(yōu)化調(diào)整的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)分為技術(shù)水平、服務(wù)水平和營(yíng)運(yùn)水平3個(gè)方面，根據(jù)重要性和相關(guān)性，應(yīng)用AHP—Delphi法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重進(jìn)行確定[15]，最后得到了3個(gè)方面共16個(gè)指標(biāo)及其權(quán)重，見表1。

表1 城市公交線路評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 1 Urban public transportation route evaluation index weight

2.2 城市公交線路綜合評(píng)價(jià)空間距離模型的計(jì)算步驟

在建立了城市公交線路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之后，根據(jù)體系中的3個(gè)層面：技術(shù)水平、服務(wù)水平、營(yíng)運(yùn)水平，對(duì)應(yīng)建立空間距離模型的3個(gè)維度，如圖3所示?？臻g距離模型的實(shí)際過(guò)程就是將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的 3個(gè)評(píng)價(jià)層面的評(píng)價(jià)結(jié)果換算成空間點(diǎn)，直觀立體地展示在三維立體空間模型中。具體的計(jì)算步驟如下。

圖3 城市公交線路綜合評(píng)價(jià)的空間距離模型Fig. 3 Spatial distance model for comprehensive evaluation of urban bus lines

步驟1： 根據(jù)城市公交線路評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，到現(xiàn)場(chǎng)獲取真實(shí)數(shù)據(jù)。為了將得到的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一比較的意義，將所有原始數(shù)據(jù)根據(jù)無(wú)量綱化公式進(jìn)行處理。這里取區(qū)間為[1, 5]，正向指標(biāo)無(wú)量綱化公式為：

其中：Xij為無(wú)量綱化后的指標(biāo)；xij為評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)；xmin和 xmax為所調(diào)查所有對(duì)象中該指標(biāo)的最小值、最大值。但在評(píng)價(jià)指標(biāo)中的線路長(zhǎng)度和平均站距這 2項(xiàng)指標(biāo)，《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范GB50220—95》有明確標(biāo)準(zhǔn)，因此，xmin和 xmax分別為規(guī)定中的最小值和最大值。

同時(shí)，對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)中的逆向指標(biāo)如非直線系數(shù)、高峰滿載率和百km油耗，無(wú)量綱化公式為：

如此，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)都轉(zhuǎn)換為正向指標(biāo)，并且指標(biāo)數(shù)值范圍在[1, 5]之內(nèi)。

步驟2： 計(jì)算項(xiàng)目的技術(shù)水平、服務(wù)水平和營(yíng)運(yùn)水平。

其中：i為項(xiàng)目的各方面水平(i=1，2，3)；P1，P2和P3為分別表示項(xiàng)目的技術(shù)水平、服務(wù)水平和營(yíng)運(yùn)水平；Kij為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

步驟 3： 根據(jù)空間距離法測(cè)算項(xiàng)目的綜合水平。此時(shí)，公交線路所有可能的水平點(diǎn)P' (P1'，P2'，P3') 都落入一個(gè)邊長(zhǎng)為 4 的效益正方體中。正方體的頂點(diǎn)U(5, 5, 5)是項(xiàng)目的理想化的最優(yōu)效益點(diǎn)，頂點(diǎn) V(1, 1, 1)是項(xiàng)目可能達(dá)到的最差效益點(diǎn)，如圖4。

圖4 公交線路綜合水平的空間距離Fig. 4 Comprehensive spatial distance of bus lines

顯然，P'點(diǎn)離U點(diǎn)的距離越近，建設(shè)項(xiàng)目的綜合效益越好，| P' U |∈[0,43]。為了符合人們的思維習(xí)慣，將綜合效益的距離公式正向化，則項(xiàng)目的綜合效益距離DP的計(jì)算公式為：

DP即項(xiàng)目的綜合效益值。DP∈[0,43]，DP值越大，項(xiàng)目的綜合效益越好。

步驟4： 為了進(jìn)一步比較不同項(xiàng)目的各方面效益，將效益正方體進(jìn)一步劃分。用3個(gè)球面將正方體分割成4個(gè)空間：A，B，C和D。4個(gè)區(qū)域的區(qū)域直觀圖見圖5。

再用正方體對(duì)角線和直線L1(P1=P2=5)，L2(P2=P3=5)，L3(P1=P3=5)構(gòu)成的面將每塊空間分成3個(gè)部分，整個(gè)效益正方體共分為12個(gè)部分，4個(gè)區(qū)域的透視圖見圖6。

圖5 4個(gè)區(qū)域直觀圖Fig. 5 Dimensional view of four partitions

圖6 4個(gè)區(qū)域透視圖Fig. 6 Perspective view of four partitions

2.3 城市公交線路綜合評(píng)價(jià)空間距離模型的空間分區(qū)特征

根據(jù)上述步驟4的空間劃分，將公交線路綜合評(píng)價(jià)的效益空間分區(qū)各部分的特征及效益含義表述如表2所示。

3 實(shí)例應(yīng)用

選取位于株洲市城區(qū)的5條主要公交線路：T1路，T2路，T19路，T23路和T45路，采用本文的空間距離模型對(duì)每條線路進(jìn)行實(shí)例評(píng)價(jià)分析。5條線路的原始指標(biāo)數(shù)據(jù)如表3。

表2 效益空間分區(qū)的特征及含義Table 2 Characteristics and meaning of benefit spatial partition

表3 實(shí)例公交線路指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 3 Index values of the 5 example bus lines

進(jìn)行歸一化處理后的各指標(biāo)數(shù)值如表4。

經(jīng)過(guò)空間距離模型計(jì)算得到的5條線路的技術(shù)水平、服務(wù)水平、營(yíng)運(yùn)水平及綜合水平結(jié)果如表5。

從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出：T2處于優(yōu)秀空間，綜合水平優(yōu)秀，營(yíng)運(yùn)水平相對(duì)較高，技術(shù)水平相對(duì)較低；T1，T19和T23處于良好空間，綜合水平較好，有上升空間，其中 T1營(yíng)運(yùn)水平相對(duì)較高、服務(wù)水平相對(duì)較低，T19服務(wù)水平相對(duì)較高、營(yíng)運(yùn)水平相對(duì)較低，T23技術(shù)水平相對(duì)較高，營(yíng)運(yùn)水平相對(duì)較低；T45處于問(wèn)題空間，綜合水平較差，問(wèn)題較多，但服務(wù)水平相對(duì)較高、技術(shù)水平最低。

表4 歸一化處理后線路指標(biāo)數(shù)值Table 4 Normalized index values of the bus lines

表5 基于空間距離模型的公交線路評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of the 5 bus lines using the spatial distance model

4 結(jié)論

1) 基于空間距離模型的公交線路評(píng)價(jià)方法可以得到城市公交線路技術(shù)水平、服務(wù)水平、營(yíng)運(yùn)水平各方面的評(píng)價(jià)結(jié)果，運(yùn)用科學(xué)方法對(duì)權(quán)重進(jìn)行處理后還可以得到一個(gè)綜合評(píng)價(jià)值，便于對(duì)比分析。

2) 空間距離模型通過(guò)空間分區(qū)對(duì)公交線路的評(píng)價(jià)更加直觀、全面和科學(xué)，有利于找到城市公交線路發(fā)展過(guò)程中存在的不利因素，明確調(diào)整方向，可以作為公交線路優(yōu)化調(diào)整決策的參考依據(jù)。

3) 空間距離模型操作簡(jiǎn)便，具有較強(qiáng)的適用性，可以將該方法推廣到類似的評(píng)價(jià)領(lǐng)域。

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