基于熵權(quán)-TOPSIS模型的城市軌道交通與常規(guī)公交換乘綜合評價

唐銀青

為深入了解城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接的有效性，文章從換乘效率和換乘服務(wù)設(shè)施協(xié)調(diào)性兩個維度構(gòu)建城市軌道交通與常規(guī)公交換乘綜合評價體系，建立熵權(quán)-TOPSIS模型對換乘綜合水平進(jìn)行評價，并對南寧城市軌道交通1號線與常規(guī)公交換乘進(jìn)行實(shí)證分析。結(jié)果表明，熵權(quán)-TOPSIS評價模型在城市軌道交通與常規(guī)公交換乘綜合評價上具有合理性和可行性。

軌道交通;常規(guī)公交;換乘綜合評價;熵權(quán)-TOPSIS模型

U293.3+2A391394

0 引言

隨著城市空間擴(kuò)張和機(jī)動車保有量快速增長，城市道路擁堵現(xiàn)象日益加重，各大城市積極打造多層次、一體化的公共交通體系，構(gòu)建以城市軌道交通為骨架，多層次公交為主體，出租車和公共自行車為補(bǔ)充和延伸的公共交通體系，協(xié)調(diào)各種公共交通方式之間的便捷銜接，進(jìn)一步滿足城市居民的公共出行需求。如何更加有效地發(fā)揮城市軌道交通大運(yùn)量、快捷準(zhǔn)時的優(yōu)勢和常規(guī)公交通達(dá)末梢的優(yōu)勢，兩者的相互協(xié)調(diào)與有效銜接是實(shí)踐中亟須解決的問題。為深入了解影響城市軌道交通與常規(guī)公交協(xié)調(diào)銜接的因素，本文從換乘效率和換乘服務(wù)設(shè)施協(xié)調(diào)性兩個維度對城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接的有效性進(jìn)行定量化評價，為行業(yè)管理部門及時了解和掌握行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題提供參考。

國內(nèi)學(xué)者對城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接已有不少的研究，歸納起來主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）關(guān)于換乘模式研究，如王祿為[1]通過分析城市軌道交通與常規(guī)公交換乘的影響因素和四種不同換乘模式，運(yùn)用模糊綜合評價方法對北京軌道交通4號線的不同類型換乘樞紐站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)證分析，以驗(yàn)證換乘模式的適應(yīng)性。

（2）換乘接駁的線路優(yōu)化研究，如高悅爾[2]分析了城市軌道與常規(guī)公交共線的空間關(guān)系和換乘客流特性，評估站點(diǎn)的重要性，對公交線路進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

（3）換乘的影響因素分析及換乘效率評價，如黃怡斌[3]根據(jù)交通大數(shù)據(jù)分析了軌道交通與其他交通方式的換乘行為特征，研究影響其換乘效率的因素，使用灰色關(guān)聯(lián)評價方法對換乘效率進(jìn)行評價，提出換乘協(xié)調(diào)措施，以提高換乘效率。

熵權(quán)-TOPSIS方法在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用已有不少的研究。閆欣欣[4]運(yùn)用熵權(quán)-TOPSIS模型評價城市規(guī)劃中慢性交通與城市設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)性以及協(xié)調(diào)狀態(tài)的等級劃分，并結(jié)合邯鄲市南湖單元12個街區(qū)的規(guī)劃案例進(jìn)行實(shí)證分析，并驗(yàn)證模型的有效性和適用性;嚴(yán)少樂[5]在分析城市客運(yùn)交通樞紐客流銜接換乘基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)TOPSIS方法對城市客運(yùn)綜合交通樞紐規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評價，并驗(yàn)證評價模型的適應(yīng)性和可行性;肖杰[6]運(yùn)用離差-TOPSIS的評價模型對城市軌道交通運(yùn)營組織模式進(jìn)行評價，并以深圳城市軌道交通18號線的運(yùn)營組織方案進(jìn)行實(shí)例分析。本文在分析城市軌道交通與常規(guī)公交銜接換乘影響因素基礎(chǔ)上構(gòu)建換乘評價指標(biāo)體系，利用熵權(quán)法和TOPSIS評價方法的優(yōu)點(diǎn)建立換乘綜合評價模型，并通過對南寧市軌道交通與常規(guī)公交換乘進(jìn)行實(shí)例分析，研究熵權(quán)-TOPSIS模型在換乘綜合評價上的合理性和適用性。

1 城市軌道交通與常規(guī)公交換乘綜合評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

影響城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接的因素很多，部分因素之間還存在著相互影響的關(guān)系[7]。以乘客的角度考慮，換乘效率是首要考慮因素;以行業(yè)管理部門的角度考慮，換乘服務(wù)設(shè)施協(xié)調(diào)配合是首要考慮因素。城市公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行是以乘客效益最大化和公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)綜合效益最大化為最主要目標(biāo)的。為能夠全面反映城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接的有效性，本文在構(gòu)建換乘綜合評價指標(biāo)時遵循全面性、層次性、科學(xué)性、可量化的原則，從換乘效率和換乘服務(wù)設(shè)施協(xié)調(diào)性兩個方面選取評價指標(biāo)，同時借鑒國內(nèi)學(xué)者相關(guān)評價指標(biāo)體系，構(gòu)建城市軌道交通與常規(guī)公交換乘的綜合評價指標(biāo)體系（表1）。

2 基于熵權(quán)-TOPSIS的城市軌道交通與常規(guī)公交換乘評價模型建立

2.1 熵權(quán)-TOPSIS評價模型理論基礎(chǔ)

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，其利用原始數(shù)據(jù)計(jì)算各個評價指標(biāo)的信息熵，據(jù)此計(jì)算指標(biāo)權(quán)重;TOPSIS法是一種常用的綜合評價方法，也稱為逼近理想解排序方法，其通過找出評價方案正、負(fù)理想解，然后計(jì)算各評價方案與理想解的貼近度，以此對評價方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序。熵權(quán)-TOPSIS模型能夠充分利用原始數(shù)據(jù)的信息，客觀進(jìn)行權(quán)重賦值，其結(jié)果能客觀地反映各評價方案之間的差距。

2.2 熵權(quán)-TOPSIS模型計(jì)算步驟

根據(jù)已構(gòu)建城市軌道交通與常規(guī)公交換乘評價指標(biāo)體系，采用熵權(quán)-TOPSIS綜合評價模型評價換乘站點(diǎn)的換乘銜接水平。假設(shè)評價對象有n個換乘站點(diǎn)，換乘評價指標(biāo)體系包括6個指標(biāo)，建立原始數(shù)據(jù)矩陣如下：

X=x11x12x13x14x15x16x21x22x23x24x25x26xn1xn2xn3xn4xn5xn6（1）

式（1）中，xij為第i個換乘站點(diǎn)的第j個指標(biāo)值，i=1，2，3，…，n，j=1，2，3，4，5，6。

2.2.1 采用熵權(quán)法確定指標(biāo)客觀權(quán)重

（1）對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評價指標(biāo)具有不同的量綱和量綱單位，為消除指標(biāo)間數(shù)據(jù)量綱和數(shù)量級的影響，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無量綱化指標(biāo)值。本文采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對評價指標(biāo)進(jìn)行無綱量化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣如下：

U=u11u12u13u14u15u16u21u22u23u24u25u26un1un2un3un4un5un6（2）

正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為：

uij=xij-min{xj}max{xj}-min{xj}（3）

負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為：

uij=max{xj}-xijmax{xj}-min{xj}（4）

（2）確定評價指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)法的原理是根據(jù)指標(biāo)變異大小來確定客觀權(quán)重，能客觀反映其重要性。首先計(jì)算第j個評價指標(biāo)的特征值，再計(jì)算平均指標(biāo)信息熵e與信息效用值d，最后確定評價指標(biāo)權(quán)重wj。信息效用值越大，表明指標(biāo)越重要，計(jì)算公式為：

wj=dj∑nj=1dj（5）

式中，ej=-1lnn∑nj=1yijlnyij，稱為信息熵;yij=yij∑nj=1yij，稱為評價指標(biāo)特征值;dj=1-ej，稱為信息效用值。

2.2.2 熵權(quán)-TOPSIS模型綜合評價計(jì)算過程

（1）構(gòu)造換乘評價模型加權(quán)規(guī)范化矩陣。將無綱量化矩陣U=（uij）n×6與上述熵權(quán)法確定評價指標(biāo)權(quán)重w=[w1，w2，…wj]T相乘，構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化評價矩陣：

C=（Cij）n×6=wj·uij，i=1，2，…n;j=1，2，…6（6）

（2）確定理想解。根據(jù)上述構(gòu)建的加權(quán)規(guī)范矩陣，找出各項(xiàng)評價指標(biāo)的正負(fù)理想解。設(shè)正理想解C*的第j個屬性值為C*j，負(fù)理想解C0的第j個屬性值為C0j，則：

正理想解C*j=maxi Cij，j為效益型屬性

mini Cij，j為成本型屬性

j=1，2，…6

負(fù)理想解C0j=mini Cij，j為效益型屬性maxi Cij，j為成本型屬性j=1，2，…6

（3）計(jì)算各換乘站點(diǎn)分別與正理想解和負(fù)理想解的距離。即：

正理想值D+i=∑nj=1（Cij-C*j）2，i=1，2，…，n（7）

負(fù)理想值D-i=∑nj=1（Cij-C0j）2，i=1，2，…，n（8）

（4）計(jì)算各換乘站點(diǎn)的綜合評價指數(shù)與理想解的相對接近度。根據(jù)相對接近度大小，對評價對象進(jìn)行排序，f*i值越大表明第i個城市軌道交通站點(diǎn)與常規(guī)公交換乘水平越優(yōu)，即換乘的效率越高，換乘服務(wù)設(shè)施的協(xié)調(diào)性越好，計(jì)算公式如下：

f*i=D-iD-i+D+i，i=1，2，…n（9）

3 實(shí)例研究

采用上述熵權(quán)-TOPSIS評價模型，對南寧市城市軌道交通1號線和常規(guī)公交換乘綜合評價進(jìn)行實(shí)證分析。本文選擇南寧市城市軌道交通1號線16個站點(diǎn)作為評價對象，收集各軌道交通站點(diǎn)與其周邊500 m范圍內(nèi)常規(guī)公交站換乘過程中所需要的步行距離、步行時間、換乘通道布局和換乘服務(wù)設(shè)施等方面的數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研和問卷調(diào)查，運(yùn)用本文所建立的評價指標(biāo)體系和綜合評價方法，對城市軌道交通與常規(guī)公交換乘進(jìn)行綜合評價，以驗(yàn)證本文所述方法的科學(xué)性和可行性，并根據(jù)評價結(jié)果提出相關(guān)對策和建議。

3.1 熵權(quán)-TOPSIS模型的城市軌道交通與常規(guī)公交換乘評價實(shí)證研究

3.1.1 采用熵權(quán)法確定各項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重

以上述建立的城市軌道交通與常規(guī)公交換乘評價指標(biāo)體系的原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，構(gòu)建換乘評價的原始矩陣X=（xij）16×6，其中換乘步行距離C1、平均換乘時間C2和換乘通道擁擠度C3是負(fù)向指標(biāo)，代入式（4）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;換乘公交線路數(shù)量C4、自動設(shè)施滿意度C5和換乘標(biāo)志識別度C6是正向指標(biāo)，代入式（3）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到各項(xiàng)評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)采用熵權(quán)法計(jì)算其權(quán)重，利用式（5）計(jì)算指標(biāo)的熵值和熵權(quán)，各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重如表2所示。

3.1.2 運(yùn)用TOPSIS模型對各換乘站點(diǎn)進(jìn)行綜合評價

根據(jù)TOPSIS方法的計(jì)算步驟，結(jié)合表2熵權(quán)法所確定的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值，構(gòu)造加權(quán)規(guī)范矩陣，并根據(jù)公式確定正、負(fù)理想解，測算南寧城市軌道交通1號線16個站點(diǎn)與常規(guī)公交換乘水平與理想解的相對接近度和綜合評價指數(shù)，如下頁表3所示。

3.2 評價結(jié)果及分析

由表3可以看出各站點(diǎn)換乘的綜合評價指數(shù)的排名情況，在南寧城市軌道交通1號線站點(diǎn)周邊500 m范圍內(nèi)，麻村站、魯班路站和新民路站與周邊的常規(guī)公交站點(diǎn)的換乘銜接最好，換乘效率高及換乘服務(wù)設(shè)施的協(xié)調(diào)較好，周邊接駁的公交車站布局合理，換乘步行距離短，換乘的線路數(shù)量較多。其次是石埠站、南湖站、民族廣場站、金湖廣場站、萬象城站、火車站和會展中心站等站點(diǎn)與常規(guī)公交的銜接較好，其中石埠站的換乘效率也很高，但由于換乘接駁的公交線路太少影響總體換乘水平，而金湖廣場站、萬象城站、火車站和會展中心站換乘銜接的公交線路比較多，但周邊公交站點(diǎn)較為分散，換乘的步行距離較長和通道較為擁擠等方面影響總體換乘水平。與常規(guī)公交換乘銜接較差的是火車東站、朝陽廣場站、西鄉(xiāng)塘客運(yùn)站和廣西大學(xué)站，這些站點(diǎn)作為軌道交通線路站內(nèi)換乘樞紐，方便與其他軌道交通線路換乘或者與其他交通方式銜接，與地面常規(guī)公交換乘時站內(nèi)通道步行距離、站點(diǎn)設(shè)施的布局和換乘信息引導(dǎo)和識別等方面影響換乘綜合水平。

4 結(jié)語

本文在總結(jié)國內(nèi)關(guān)于城市軌道交通與常規(guī)公交換乘銜接研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從換乘效率和換乘設(shè)施協(xié)調(diào)性兩個方面建立城市軌道交通與常規(guī)公交換乘綜合評價指標(biāo)體系，建立基于熵權(quán)-TOPSIS模型對城市軌道交通與常規(guī)公交換乘進(jìn)行綜合評價的模型，并對南寧城市軌道交通1號線16個站點(diǎn)與其周邊常規(guī)公交換乘進(jìn)行實(shí)證分析。結(jié)果表明，所選取評價指標(biāo)及模型在換乘綜合評價方法上是合理可行的。

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