宋 茜
湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 株洲 412001
隨著經(jīng)濟(jì)全球化和區(qū)域一體化,城市的發(fā)展不再局限于單個(gè)城市,逐漸形成了以中心城市為核心的城市群空間單元。區(qū)域綜合運(yùn)輸通道指城市群、經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi),為區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定、大量、高頻、同向的客貨運(yùn)輸需求提供運(yùn)輸服務(wù)的系統(tǒng)[1],而由城市群內(nèi)部經(jīng)濟(jì)紐帶所構(gòu)成的城市間客運(yùn)交通需求逐漸凸顯出來,但常規(guī)的交通運(yùn)輸方式又難以承載此類交通需求,因此,規(guī)劃建設(shè)城際鐵路已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要。
城際鐵路主要適用于短途且沿線都是人口密集的城市,城際鐵路的發(fā)展必然對(duì)區(qū)域綜合運(yùn)輸通道中的其他運(yùn)輸方式產(chǎn)生一定沖擊,或具有一定的替代性。這種替代性強(qiáng)弱如何,如何評(píng)價(jià)替代性是目前需要深入研究的問題。
2007年湖南省“3+5”城市群發(fā)展戰(zhàn)略措施布局以長沙、株洲和湘潭3市為中心,以輻射1.5 h車距為半徑,涵蓋常德、岳陽、益陽、婁底、衡陽5個(gè)市[2]。2015年《長江中游城市群發(fā)展規(guī)劃》實(shí)施后,“交通同網(wǎng)”被列為湖南省長株潭城市一體化“五同”的重要內(nèi)容之一,城際鐵路應(yīng)時(shí)而生。 長株潭城市群客運(yùn)通道位于長株潭城市群內(nèi),一端連接省會(huì)長沙,另一端連接株潭2市,運(yùn)輸方式以高速公路、普通公路、軌道交通運(yùn)輸為主。
長株潭城際鐵路全長104.36 km,全線共設(shè)24個(gè)站點(diǎn),于2016年12月26日開通運(yùn)營,其中城際株洲站于2021年1月28日改造完成開始營業(yè);長沙西至長沙西站為西延段,于2017年12月26日建成通車。長株潭城際鐵路最高設(shè)計(jì)速度200 km/h,運(yùn)行速度160 km/h。運(yùn)營初期使用5組動(dòng)車組共開行C字頭動(dòng)車組列車29對(duì),2021年5月,動(dòng)車組列車開行增至100.5對(duì),正式開啟“公交化”運(yùn)營探索模式。截至2021年底開行S字頭動(dòng)車組列車112.5對(duì)。
建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是開展評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)與前提。本文按圖1所示流程構(gòu)建城際鐵路在綜合運(yùn)輸通道中的替代性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
圖1 構(gòu)建指標(biāo)體系流程
由城際鐵路的功能定位分析,得到其在綜合運(yùn)輸通道中的替代性評(píng)價(jià)指標(biāo),包括定量指標(biāo)和定性指標(biāo),分為一級(jí)指標(biāo)層和二級(jí)指標(biāo)層。其中,一級(jí)指標(biāo)層包含社會(huì)效益指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)以及可持續(xù)發(fā)展指標(biāo),3個(gè)一級(jí)指標(biāo)可進(jìn)一步劃分為9個(gè)二級(jí)指標(biāo)(見表1)。
表1 城際鐵路在區(qū)域綜合運(yùn)輸通道中的替代性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
2.2.1 定量指標(biāo)的內(nèi)涵
本文中設(shè)置的定量指標(biāo)包括快速性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及占用土地。
1)快速性(C1)。從旅客的角度分析,時(shí)間的消耗是最終衡量快速性的指標(biāo)。
2)經(jīng)濟(jì)性(C2)。各種運(yùn)輸方式的費(fèi)用是乘客做出選擇的關(guān)鍵因素。嚴(yán)格地說,經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用屬性值包括出行過程中“門到門”的所有費(fèi)用,但考慮到換乘費(fèi)用所占比例較小,本文直接選取票價(jià)或者燃油費(fèi)作為反映經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算費(fèi)用。
3)安全性(C3)。安全性是旅客出行的必要條件,因此也是旅客選擇交通方式的重要因素。關(guān)于安全性屬性值的量化,采用各運(yùn)輸方式事故死亡率即每10億名旅客里程數(shù)的死亡人數(shù)來表示。城際鐵路、既有鐵路、公路客運(yùn)和私家車分別為0.1、0.1、0.2和2.6人。
4)占用土地(C7)。根據(jù)有關(guān)資料顯示,不同運(yùn)輸方式占用土地面積不同。城際鐵路、既有鐵路和公路分別占地40、25和32畝/km(1畝≈666.7 m2)。
2.2.2 定性指標(biāo)的內(nèi)涵
1)舒適性(C4)。舒適性是現(xiàn)代旅客對(duì)服務(wù)特性的追求之一,包括列車平穩(wěn)性、座椅舒適性、在列車上行動(dòng)的方便性、工作人員的服務(wù)態(tài)度等。
2)通達(dá)性(C5)。通達(dá)性主要表現(xiàn)在乘坐某種交通工具的地點(diǎn)與出行起訖點(diǎn)距離近。私家車輕便快捷,乘客使用時(shí)有很大的自主性;而城際鐵路與既有鐵路只能在固定地點(diǎn)乘坐,無法實(shí)現(xiàn)門到門運(yùn)輸,通達(dá)性較差。
3)準(zhǔn)時(shí)性(C6)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國民收入的提高,旅客的時(shí)間觀念越來越強(qiáng),旅客愿意選擇準(zhǔn)時(shí)性高的交通方式,以減小時(shí)間損失。
4)環(huán)境保護(hù)(C8)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),由交通運(yùn)輸產(chǎn)生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等有害氣體,是全球大氣污染主要源頭。由于運(yùn)載能力的差異,相同運(yùn)量下,不同運(yùn)輸方式造成的污染會(huì)有差異,其中私家車造成的污染最大。
5)發(fā)展?jié)摿?C9)。發(fā)展?jié)摿κ呛饬磕尺\(yùn)輸方式在未來發(fā)展中前景是否寬廣的重要指標(biāo)之一。
目前,用于對(duì)象評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法眾多,各種評(píng)價(jià)方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)[3],常用評(píng)價(jià)方法的比較見表2。
表2 常用評(píng)價(jià)方法比較
本文的研究目的是獲取城際鐵路對(duì)區(qū)域綜合運(yùn)輸通道中的其他運(yùn)輸方式的替代性程度,并對(duì)通道內(nèi)的各種運(yùn)輸方式進(jìn)行對(duì)比。由于所選取的指標(biāo)信息具有一定模糊性,本文采取了模糊物元評(píng)價(jià)模型對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理[4]。本文采用離散系數(shù)法計(jì)算權(quán)重。由于每個(gè)指標(biāo)的均方差能夠反映這個(gè)指標(biāo)的離散程度,從而可根據(jù)均方差大小確定這個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。另外,由于權(quán)重的大小差異可能會(huì)使評(píng)價(jià)指標(biāo)突變也存在不同程度的差異,因此引入突變理論處理這種突發(fā)情況,以提高傳統(tǒng)模糊物元法的準(zhǔn)確性。
3.3.1 模糊物元的數(shù)據(jù)處理
1)模糊物元概念。對(duì)于某一特定的事物M,它自身屬性的特征C有量值x衡量,因此可用R=(M,C,x)來描述這個(gè)事物,這樣的三元組叫物元。若量值x具有模糊性,則稱物元R是模糊物元。以Rmn表示m個(gè)事物的n維復(fù)合模糊物元,見表3。
表3 復(fù)合模糊物元Rmn
2)從優(yōu)隸屬度準(zhǔn)則。從優(yōu)隸屬度是指單項(xiàng)指標(biāo)值從屬于最優(yōu)方案中對(duì)應(yīng)指標(biāo)值的隸屬程度,從優(yōu)隸屬度通常為正值。為了能夠?qū)⒉煌烤V的數(shù)值進(jìn)行比較,要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)原始值進(jìn)行無量綱化處理。
Uij=(xij-minxij)/(maxxij-minxij),i=1,2,…,m,j為越大越好的指標(biāo)。
Uij=(maxxij-xij)/(maxxij-minxij),i=1,2,…,n,j為越小越好的指標(biāo)。
式中:maxxij和minxij分別為各事物第j項(xiàng)指標(biāo)中所有量值xij中最大值和最小值。對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,就可得到新的數(shù)據(jù)記為Uij,則可構(gòu)建從優(yōu)隸屬度模糊物元Rij’,如表4所示。
表4 從優(yōu)隸屬度模糊物元Rij’
3)標(biāo)準(zhǔn)模糊物元以及差平方復(fù)合模糊物元。求出標(biāo)準(zhǔn)模糊物元以及復(fù)合模糊物元中各項(xiàng)差的平方,則組成差平方復(fù)合模糊物元R*。其中標(biāo)準(zhǔn)模糊物元各項(xiàng)值為1,如表5所示。
表5 差平方復(fù)合模糊物元R*
3.3.2 基于離散系數(shù)的權(quán)重計(jì)算
離散系數(shù)反映的是指標(biāo)在被評(píng)價(jià)對(duì)象上數(shù)據(jù)值的離散程度,進(jìn)而根據(jù)離散程度來確定該項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。若被評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)值離散程度較大,說明該項(xiàng)指標(biāo)能夠較好地區(qū)分各方案在該方面的情況,所以要賦予較大權(quán)數(shù);反之,則應(yīng)該賦予較小權(quán)數(shù)。具體計(jì)算方法見式(1)~(4)。
(1)
(2)
(3)
(4)
3.3.3 基于突變理論的模型優(yōu)化
本文采用離散系數(shù)確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重后,進(jìn)一步運(yùn)用突變理論對(duì)量化結(jié)果進(jìn)行修正。各個(gè)指標(biāo)權(quán)重之間有所差異,說明其受外界因素影響發(fā)生突變的可能性也有所差異。指標(biāo)權(quán)重越大,說明其在評(píng)價(jià)體系中所占比重越大,受重視程度越高,其發(fā)生突變的可能性越小;反之,權(quán)重越小,受重視程度越低,其發(fā)生突變可能性也相對(duì)較大。因此,本文引入突變理論將這種突變可能性反映出來,以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
1)突變類型。突變系統(tǒng)一共有7種類型,最常見的類型是燕尾突變。燕尾突變系統(tǒng)模型見式(5)。
(5)
式中:f(x)表示的是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)變量x的勢(shì)函數(shù);a,b,c,d是狀態(tài)變量x的系數(shù),其反映的是該狀態(tài)變量的控制變量。
2)分歧方程導(dǎo)出歸一公式。燕尾突變系統(tǒng)分解形式分歧點(diǎn)集方程見式(6)。
a=-6x2,b=8x3,c=-3x4
(6)
導(dǎo)出的歸一公式見式(7)。
(7)
式中:xa表示對(duì)應(yīng)a的x值,xb表示對(duì)應(yīng)b的x值;xc表示對(duì)應(yīng)c的x值。
3.3.4 貼近度和綜合評(píng)價(jià)
貼近度反映的是被評(píng)價(jià)方案與標(biāo)準(zhǔn)間的接近程度。貼進(jìn)度值越大表示兩者之間越接近。本文采用歐式距離法計(jì)算并建立貼近度復(fù)合模糊物元,根據(jù)計(jì)算出的各運(yùn)輸方式各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歐式貼近度對(duì)各運(yùn)輸方式進(jìn)行優(yōu)劣排序評(píng)價(jià),具體計(jì)算見式(8)。
(8)
式中:ρHi表示第i種運(yùn)輸方式的貼近度;di表示突變后的隸屬度。
結(jié)合長株潭區(qū)域綜合運(yùn)輸通道的情況,將城際鐵路,既有鐵路,公路客運(yùn),私家車分別設(shè)定為M1、M2、M3、M4。針對(duì)各定量評(píng)價(jià)指標(biāo),根據(jù)指標(biāo)內(nèi)涵中的計(jì)算公式以及實(shí)際調(diào)查,可得到定量指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。
表6 定量指標(biāo)值
其中,定量指標(biāo)快速性(C1)、經(jīng)濟(jì)性(C2)采用株洲火車站-長沙火車站之間不同交通方式的運(yùn)行時(shí)間、票價(jià)或油費(fèi)來定義。城際鐵路的快速性(C1)綜合鐵路12306軟件上顯示的S7924次(56 min),S7926次(56 min)等車次的運(yùn)營時(shí)刻確定為56 min,經(jīng)濟(jì)性(C2)為相應(yīng)車次的票價(jià)(20元);既有鐵路的經(jīng)濟(jì)性(C1)綜合K1348(39 min)、K9234(39 min)、Z230(39 min)等車次的運(yùn)營時(shí)刻確定為39 min,經(jīng)濟(jì)性(C2)為相應(yīng)車次的票價(jià)(11元);公路客運(yùn)快速性(C1)采用實(shí)際調(diào)查的長株潭專線快巴的常規(guī)運(yùn)行時(shí)間確定為80 min,經(jīng)濟(jì)性(C2)為相應(yīng)票價(jià)(23元);私家車的快速性(C1)根據(jù)高德地圖非擁堵時(shí)、避開高速的通用運(yùn)行時(shí)間確定為74 min,票價(jià)根據(jù)地圖推薦旅程54 km,近半年株洲地區(qū)油價(jià)平均值7.59元/L以及緊湊型小汽車平均百公里油耗7.54 L確定為31元。
結(jié)合各項(xiàng)定性指標(biāo)的分析,本文采用調(diào)查方法對(duì)各運(yùn)輸方式的上述定性指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)分。選擇各種交通方式的主體是人,而人們對(duì)于各種定性指標(biāo)的選擇具有一定主觀性,但大量意見的反饋能得出普遍接近準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),因此,定性指標(biāo)采取調(diào)查法獲得。調(diào)查對(duì)象是乘客,以長沙和株洲為起訖點(diǎn)的私人小汽車擁有者,調(diào)查地點(diǎn)為火車站、長途客運(yùn)站,調(diào)查對(duì)象對(duì)各種運(yùn)輸方式的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表7所示,評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示。
表7 定性指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
表8 定性指標(biāo)評(píng)分值
1)建立復(fù)合模糊物元。根據(jù)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù),建立復(fù)合模糊物元Rmn如表9所示。
表9 復(fù)合模糊物元Rmn量值
2)建立從優(yōu)隸屬度復(fù)合模糊物元。對(duì)體系內(nèi)的指標(biāo)按越大越好以及越小越好進(jìn)行分類,則根據(jù)從優(yōu)隸屬度準(zhǔn)則,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,可得到從優(yōu)隸屬度復(fù)合物元Rmn’如表10所示。
表10 從優(yōu)隸屬度復(fù)合物元Rmn’
3)計(jì)算差平方復(fù)合模糊物元。如果按照無量綱化的處理標(biāo)準(zhǔn)模糊物元,則其各指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度均為1,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模糊物元與從優(yōu)隸屬度復(fù)合模糊物元各項(xiàng)指標(biāo)項(xiàng)差的平方,得到差平方復(fù)合模糊物元R*如表11所示。
表11 差平方復(fù)合模糊物元R*
利用離散系數(shù)法的公式計(jì)算權(quán)重,有關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表12所示。
表12 有關(guān)權(quán)重的參數(shù)計(jì)算
續(xù)表
在計(jì)算各個(gè)指標(biāo)整體權(quán)重的基礎(chǔ)上,可繼續(xù)計(jì)算二級(jí)指標(biāo)層的局部權(quán)重,如表13所示。
表13 局部權(quán)重的計(jì)算
由評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)和突變理論,可以進(jìn)一步優(yōu)化處理。下面以城際鐵路(M1)這種運(yùn)輸方式為例,具體操作如下。
1)二級(jí)指標(biāo)的優(yōu)化。社會(huì)效益指標(biāo)B1之下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)C4、C2、C3構(gòu)成燕尾突變,3個(gè)二級(jí)指標(biāo)的局部權(quán)重中,w(C3)>w(C2)>w(C4),即在指標(biāo)重要性上的排列為C3、C2、C4,與此對(duì)應(yīng)的燕尾突變后的隸屬度為X=[xC3,xC2,xC4]。因此:
XB1=[xC3,xC2,xC4][jwC3,jwC2,jwC4]=[01/2,0.202 51/3,0.001 61/4][0.706 2,0.166 8,0.126 9]=0.123 3
(9)
經(jīng)濟(jì)指標(biāo)B2之下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)C1、C5、C6構(gòu)成了燕尾突變,3個(gè)二級(jí)指標(biāo)的局部權(quán)重中,w(C6)>w(C1)>w(C5),即在指標(biāo)重要性的排列上為C6、C1、C5,與此相對(duì)應(yīng)的燕尾突變后的隸屬度X=[xC6,xC1,xC5]。因此:
XB2=[xC6,xC1,xC5][jwC6,jwC1,jwC5]=[0.001 61/2,0.168 11/3,0.041/4][0.479 4,0.415 1,0.105 6]=0.295 5
(10)
可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)B3之下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)C7、C8、C9構(gòu)成燕尾突變,3個(gè)二級(jí)指標(biāo)的局部權(quán)重中,w(C9)>w(C8)>w(C7),即在指標(biāo)重要性的排列上為C9、C8、C7,與此相對(duì)應(yīng)的燕尾突變后的隸屬度X=[xC9,xC8,xC7]。因此:
XB3=[xC9,xC8,xC7] [jwC9,jwC8,jwC7]=[01/2,01/3,11/4][0.410 5,0.354 8,0.234 6]=0.234 6
(11)
綜上,M1這種運(yùn)輸方式一級(jí)指標(biāo)突變后的隸屬度值為:
XB=[xB1,xB2,xB3]=[0.123 3,0.295 5,0.234 6]
(12)
2)一級(jí)指標(biāo)的優(yōu)化。由上文可知一級(jí)指標(biāo)下屬二級(jí)指標(biāo)權(quán)重累加可計(jì)算出一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重如下:
WB=[wB1,wB2,wB3]=[0.604,0.186,0.21]
(13)
2個(gè)一級(jí)指標(biāo)構(gòu)成尖點(diǎn)突變,而從權(quán)重可看出wB1>wB3>wB2,即在指標(biāo)重要性上的排列順序是B1、B3、B2。與此對(duì)應(yīng)的尖點(diǎn)突變隸屬度XB=[xB1,xB3,xB2]。
d1=[xB1,xB3,xB2][wB1,wB3,wB2]=[0.123 31/2,0.295 51/3,0.234 61/4][0.604,0.186,0.21]=0.482 1
(14)
即M1(城際鐵路)的突變隸屬度為0.482 1。
3)貼近度計(jì)算。同理,可求出其他4種運(yùn)輸方式的突變隸屬度,并求出它們的貼近度,如表14所示。
表14 各運(yùn)輸方式突變后隸屬度及貼近度
本文建立了離散突變-模糊物元模型,對(duì)城際鐵路在綜合運(yùn)輸通道中的替代性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算,得到以下結(jié)論。
1)對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的整體權(quán)重分析可知,社會(huì)效益指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)的權(quán)重分別為0.604、0.186和0.21,社會(huì)效益指標(biāo)權(quán)重最大,即在長株潭城市群綜合客運(yùn)通道的構(gòu)建中應(yīng)該對(duì)運(yùn)輸?shù)氖孢m性、經(jīng)濟(jì)性、安全性給予更多的關(guān)注與考慮。
2)在對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中,由從優(yōu)隸屬度的計(jì)算可知:城際鐵路在安全性、環(huán)境保護(hù)、發(fā)展?jié)摿Ψ矫嬲紦?jù)明顯優(yōu)勢(shì),環(huán)境污染小,發(fā)展?jié)摿Υ?在舒適性和準(zhǔn)時(shí)性方面也有一定優(yōu)勢(shì)。
3)運(yùn)用突變理論的相關(guān)方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,可得到以下結(jié)論。社會(huì)效益指標(biāo)中,舒適性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的局部權(quán)重分別為0.126 9、0.166 8和0.706 2,則說明人們十分關(guān)注運(yùn)輸方式的安全性,其發(fā)生突變的可能性較低。技術(shù)指標(biāo)中,快速性、通達(dá)性和準(zhǔn)時(shí)性的局部權(quán)重為0.415 1,0.105 6,0.479 4,則說明人們較關(guān)注運(yùn)輸方式的準(zhǔn)時(shí)性,其發(fā)生突變的可能性較小。可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)中,占用土地、環(huán)境保護(hù)和發(fā)展?jié)摿Φ木植繖?quán)重分別為0.234 6、0.354 8和0.410 5,則說明人們較關(guān)注運(yùn)輸方式的發(fā)展?jié)摿?其發(fā)生突變的可能性較低。
最終得到城際鐵路、既有鐵路、公路客運(yùn)和私家汽車4種交通方式的貼近度分別為0.305 7、0.274 5、0.203 4和0.028 5,反映出城際鐵路在4種交通方式中綜合評(píng)分得分最高,表明城際鐵路在長株潭城市群客運(yùn)通道中對(duì)其他運(yùn)輸方式具有較強(qiáng)的替代性。
從整個(gè)計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果可知,城際鐵路在長株潭城市群客運(yùn)通道具有較強(qiáng)的替代性,且在安全性、環(huán)境保護(hù)和發(fā)展?jié)摿Φ确矫嬲紦?jù)優(yōu)勢(shì)。