GRAP和FUZZY集成城市軌道交通線網環境影響評價

王俊冬 陳建春

近年來,我國城市軌道交通迅速發展,“綠色交通”的理念已經在規劃階段被廣泛引入。建設一種適應人居環境發展趨勢的“綠色”城市軌道交通系統對于大中型城市而言尤為重要。現有的城市軌道交通線網規劃可行性研究報告和環境影響評價報告對環境因素的評價大多是對已實施方案或者規劃階段的推薦方案的環境影響進行評價,這在一定程度上忽視了環境因素在方案比選階段的指導作用,弱化了城市軌道交通設施與環境保護的協調性。另一方面,城市軌道交通線網環境影響是一個灰色系統的問題,在對其進行評價時若僅采用單一的評價方法,往往會更多的受到人為因素的影響,在一定程度上降低了整個評價的可靠性[1,2]。本文將采用GRAP和FUZZY集成的綜合評價方法對城市軌道交通線網不同方案的環境影響進行評價,優選出環境合理的方案。

1 基于GRAP和FUZZY集成的綜合評價方法

在模糊綜合評價中引入灰色關聯分析的方法,將被評判事物的數據序列作為母序列,將其影響因素的數據序列作為子序列,計算各子序列與母序列的關聯度,作為系統內各因素之間關聯性計量的測度,其值愈大,表明相應的子序列與母序列的關系愈緊密,因此這種關聯度在基本意義上與權重是相通的,可以對其做一定的處理來代替模糊評價中的權重,這樣既避免了定權過程中的主觀因素影響,又能很好的解決系統中的模糊性問題。

1.1 評價指標的無量綱化處理

本文采用極差規格化法對決策矩陣進行規范化,將其變換到區間[0,1]上,最優值為 1,最差值為0。記第 t個方案的第i項指標為yti,第 i項指標的最大值為ymaxi,最小值為ymini,規范化后的指標值為eti[4]。

對于定性指標[5],可以采用將指標進行分等級后讓專家評定的專家咨詢法(Delphi法),也可以采用專家咨詢法與集值統計法相結合的方法進行定量。

1.2 基于灰色關聯度的權重確定[3]

1.2.1 母序列與子序列的選定

按照各個評價因素的最優值選定一個理想方案作為母序列,記為{(0)},t=1,2,…,n。待評價的各個方案為子序列,考慮有 m個子因素(已經經過無量綱化的處理),記為(i)},t=1,2,…,n。

1.2.2 計算子序列與母序列之間的關聯度

計算出各子因素與母因素之間的絕對差值及其極值:

其中,i=1,2,…,m;t=1,2,…,n。利用下式計算出各子序列與母序列之間的關聯度:

其中,i=1,2,…,m;k∈(0.1,1),一般取0.5。由此可見,關聯度是一個有界的數值,其取值范圍在0.1～1之間,愈接近于1表明子因素對主因素的影響愈大,反之亦然。

1.2.3 由關聯度向權重的轉換

1.3 確定模糊關系矩陣,進行模糊綜合評判

1)確定評語集。對各因素的無量綱化指標值的區間進行模糊語言變量劃分 V={v1,v2,…,vl},模糊劃分的語言變量個數決定了最大可能的規則個數。

2)進行單因素評判,得到單因素評判集 R。對各個語言變量建立各自的模糊隸屬度函數,分別對評判對象的全體因素計算隸屬度函數值rml,由此構成單因素評判集合R,即一個評價對象的模糊關系矩陣R。其中隸屬度值的確定在模糊綜合評價中非常關鍵,確定隸屬度值通常采用的是專家咨詢法或主觀評測法,但這兩種方法都不可避免的會給整個評價結果帶來人為色彩,在一定程度上影響了評價的精度。本文將對0～1的區間上劃分為5個變量,構成評語集:V={很差,差,一般,好,很好},采用三角形隸屬度函數,計算出每個方案各個指標值隸屬于模糊語言變量的程度。

3)進行模糊合成,做出決策。選擇合適的模糊算子,將各方案的模糊關系矩陣R與指標權重集A合成得到各被評對象的模糊綜合評價結果向量B,即模糊綜合評價向量B=A?R={b1,b2,…,bl}。其中,運算“?”在因素個數大于4個時,通常采用普通矩陣乘法運算。對得到的每一個方案的模糊綜合評價向量B,均可以通過最大隸屬度原則、加權平均原則或模糊向量單值化原則來確定被評方案的優劣等級,最終優選出最佳方案。

2 實例分析

本文選取文獻[2]中西安市城市軌道交通線網規劃的實例,并對評價指標進行適當的調整,采用基于灰色和模糊理論集成的方法進行環境影響綜合評價。

2.1 各方案指標值的無量綱化處理

按照上述方法,將各個方案的指標值分別進行無量綱化處理,處理結果見表1。

表1 各方案指標值的無量綱化數值

2.2 基于灰色關聯度的指標權重確定

由上述無量綱化數據,理想方案的指標集取:

由此得到關聯度矩陣為:

~ξ16×1={0.510 0.524 0.628 0.74 0.671 0.538 0.703 0.5 0.525 0.647 0.68 0.708 0.706 0.535 0.645 0.645},對關聯度矩陣進行歸一化處理后,各因素的權重集為:

~A=[0.052 0.053 0.063 0.075 0.068 0.054 0.071 0.05 0.053 0.065 0.069 0.071 0.071 0.054 0.065 0.065],由上述三角形隸屬度函數可以得到每個方案對應的單因素隸屬度矩陣R,如Ⅰ方案的隸屬度矩陣為:

同理可得到另外三個方案的隸屬度值矩陣。

2.3 模糊合成

選擇普通矩陣的乘法為模糊算子,進行模糊矩陣的合成運算,得到各方案的模糊綜合評價向量 B。如,B1=A·R(1)T={0.281 0.049 0.122 0.280 0.269},同理可得到其他方案的模糊綜合評價向量,B2={0.500 0.110 0.087 0.122 0.180};B3={0.584 0.064 0.164 0.029 0.158};B4={0.158 0 0.043 0.100 0.699}。對于模糊合成的各方案的評價向量,采用模糊向量單值化處理,即給很差、差、一般、好、很好5個語言變量分別賦以分值1,2,3,4,5,組成矩陣 V={1 2 3 4 5},由綜合評判值Z=B·VT,可以分別得到四個方案的綜合評判值:Z1=3.207;Z2=2.371;Z3=2.114;Z4=4.182,因此方案排序的結果為:Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ。

3 結語

1)與文獻[2]中采用單一灰色評價模型的計算結果相比,本文的計算結果包含的信息量更為豐富,各方案的綜合評判值之間差異性更明顯,更易于優選出合理方案。2)本文采用的綜合評價模型在模糊綜合評價中引入灰色關聯度模型,指標定權時充分利用了已有的定量化數據,盡可能的降低了評價過程中的主觀因素的影響,提高了整個評價結果的可靠程度。計算結果表明,這種集成模型在評價城市軌道交通線網環境影響這類同時具有灰色性和模糊性的問題時,能夠充分發揮兩種評價方法的優勢,各取所長,且定量化程度高,計算簡單,具有更強的實用性。

[1]白 雁,魏慶朝,邱青云.基于綠色交通的城市交通發展探討[J].北京交通大學學報(社會科學版),2006,5(2):10-14.

[2]覃路燕.城市軌道交通線網規劃環境影響評價指標體系應用研究[D].西安:長安大學,2009.

[3]杜 棟,龐慶華,吳 炎.現代綜合評價方法與案例精選[M].北京:清華大學出版社,2008:198-203.

[4]冉茂平,吳小萍.基于灰色關聯系數法的鐵路建設項目社會經濟環境影響評價[J].水土保持研究,2006,13(1):173-175.

[5]吳小萍,詹振炎.基于灰色和模糊集理論的鐵路方案多目標綜合評價方法及模型研究[J].鐵道學報,2001,23(5):107-113.

[6]黃 衛,劉新旺.基于模糊推理的公路工程質量評定模型[J].系統工程理論與實踐,2001(9):109-113.