基于物元可拓模型的城市群運輸通道可靠性評價

鄒 浩

(湖南財政經濟學院工商管理系，湖南長沙410205)

隨著我國城市化進程的不斷深入，城市間經濟交流、文化溝通更加廣泛，城市群的發(fā)展已成為城市空間組織形式的一種高級階段.城市群運輸通道作為城際之間交通運輸系統(tǒng)的主要載體，承擔著城市群內大部分客貨運輸，對促進城市群區(qū)域內經濟的發(fā)展起著決定性作用.

對城市群運輸通道的可靠性進行綜合評價，不僅能夠發(fā)現(xiàn)通道建設過程中存在的不足，而且能夠進一步帶動城市群內部整體的協(xié)調發(fā)展.近年來，已有不少學者利用不同的研究方法，從不同角度對其進行了深入研究.劉丹青等［1］通過對基礎設施投入、運輸通道結構、資源環(huán)境約束、通道運輸效益以及通道運輸技術水平的分析，建立了基于AHP的城市群運輸通道綜合評價模型;李艷紅等［2］運用多目標決策模糊優(yōu)化模型，從運輸效率、運輸質量以及服務水平出發(fā)，對運輸通道的組合運能進行了綜合評價;薛茂炎［3］運用灰色關聯(lián)模型，基于安全性、經濟性、舒適性、換乘便利性以及管理服務水平，對運輸通道的運輸方式進行了綜合評價;李涵［4］基于AHP與DEA相結合的方法，將定性指標與定量指標結合處理，對城市群運輸通道進行了綜合評價;皮安濤等［5］通過Logit模型對運輸通道內的交通方式進行分配，并對運輸通道未來情況做了預測;李曉佳等［6］基于運輸通道內運輸方式運量的空間分布特點，采用動態(tài)交通分配模型，對運輸通道內各運輸方式的運量進行了合理分配;楊海華［7］從運輸網絡自身建設水平和滿足需求的水平出發(fā)，建立了運輸通道線網布局綜合評價指標體系;蔡晨光［8］基于GP－DEA法，從通道基礎設施建設、通道運輸效果以及通道投資力度著手，將公路運輸通道與鐵路運輸通道相結合，建立了城市群運輸通道的適應性評價模型.

城市群運輸通道可靠性評價涉及定性與定量指標，其中有些難以明確界定，考慮到可拓集合的物元評價法不僅能反映事物本身存在的狀態(tài)，而且能從數(shù)量上對其狀態(tài)進行界定［9］，本文基于物元可拓理論，從通道基礎設施、通道網絡結構、通道運輸水平、資源環(huán)境影響四個方面入手，建立了城市群運輸通道可靠性評價指標模型.

1 城市群運輸通道可靠性評價指標體系

1.1 運輸通道可靠性評價指標

隨著城市群對運輸需求的增長，運輸通道不僅推動了城市群一體化的建設，而且促進了城市群產業(yè)結構的合理布局，對城市群及其周邊地區(qū)經濟的發(fā)展都起到尤為重要的作用.對城市群運輸通道進行科學合理的評價，不僅能夠提升城市群運輸通道的建設速度，而且能夠合理優(yōu)化城市群運輸通道的結構布局.參考相關文獻，兼顧效益和安全，并結合城市群運輸通道的相關因素，從通道基礎設施、通道網絡結構、通道運輸水平、資源環(huán)境影響四個方面對城市群運輸通道可靠性進行評價分析，具體的城市群運輸通道可靠性評價指標系統(tǒng)如表1所示.

表1 城市群運輸通道可靠性評價指標體系

1.2 運輸通道可靠性評價指標權重的確定

指標權重是表征各指標在城市群運輸通道評價中的重要度或影響程度，考慮到城市群運輸通道評價指標體系由定性與定量指標組成，此處采用層次分析法對其權重進行標定.層次分析法一般是先確定系統(tǒng)的目標層、準則層和指標層，然后根據(jù)指標之間的相對重要程度，采用1－9級標度進行專家調查，從而可以獲得城市群運輸通道評價指標的權重值，如表2所示.

表2 城市群運輸通道評價指標權重表

2 物元可拓評價模型

2.1 物元矩陣定義

在物元分析法中，為了對事物進行定性與定量分析，通常都從事物本身、事物特征以及特征量值三個要素來加以描述，同時把事物本身、事物特征以及特征量值稱為物元三要素［10］.其一般形式可以表述為:

式中:R表示物元矩陣;N表示事物本身;C表示事物特征;X表示特征量值.若評價方案有a個，對應的評價指標有b個，則此時的物元矩陣為:

2.2 經典域物元矩陣的確定［11］

根據(jù)物元矩陣的定義，并結合評價指標體系指標的取值范圍，對指標出現(xiàn)概率進行考察，就可以得到經典域物元矩陣的表述形式:

式中:R0表示經典域物元矩陣;N0表示標準事物本身;Ci表示標準事物特征;X0i表示特征量值，其取值范圍為:X0i=(l0i，s0i).

2.3 節(jié)域物元矩陣的確定

結合城市群運輸通道可靠性評價體系的特點，考慮可以轉化為標準事物的對象，將其與標準事物一起組合的矩陣即為節(jié)域物元矩陣，表述行為為:

式中:Re表示節(jié)域物元矩陣;Ne表示標準事物本身與可以轉化為標準事物的集合;Ci表示節(jié)域事物特征;Xei表示節(jié)域特征量值，其取值范圍為:Xei=(lei，sei).

2.4 計算關聯(lián)函數(shù)，排關聯(lián)序列［12］

經典域和節(jié)域都表征了各評價指標的變動范圍，通過考察待評物元各指標到經典域和節(jié)域的距離，即可獲得待評物元各指標的優(yōu)度關系，進而結合指標權數(shù)就可以對各評價方案的優(yōu)越性進行排序.

設X0i為經典域特征量值，且X0i=(l0i，s0i)，則待評物元指標Xab到X0i的距離可以表示為:

同理待評物元指標Xab到節(jié)域特征量值Xei=(lei，sei)的距離可以表示為:

因而可以求得待評物元Xab與經典域和節(jié)域之間的關聯(lián)函數(shù)為:

考慮到待評物元各指標的關聯(lián)函數(shù)之間沒有統(tǒng)一的度量標準，在對運輸通道可靠性進行評價時，需要進行歸一化處理，使不同量綱的關聯(lián)函數(shù)具有可比性.其方法為:

多條運輸通道進行可靠性比較時，待評物元指標只能從單一方面進行評價，在對通道的可靠性進行綜合評價時，還需結合指標權重進行加權處理.一般采用的方法為:

其中，γi為方案Ni到經典域和節(jié)域的關聯(lián)度;wdT為指標層d相對于目標層T的指標權重向量;a為評價方案個數(shù);b為評價體系指標個數(shù).根據(jù)γi的大小即可對運輸通道的優(yōu)越性進行排序，γi越大表明待評物元方案Ni與經典域和節(jié)域的關聯(lián)性更強，也即城市群運輸通道的可靠性更高.

3 算例分析

為考察三個城市群運輸通道的可靠性，結合各個城市群自身的特點及運輸通道的設計，從通道基礎設施、通道網絡結構、通道運輸水平、資源環(huán)境影響四個指標出發(fā)，經專家測算和評價，并采用功效系數(shù)法以60分對變換后的值進行平移，可以得到規(guī)范化處理后的指標值.

3.1 經典域和節(jié)域物元矩陣的確定

根據(jù)專家對運輸通道的測算和評價，本文的經典域物元矩陣和節(jié)域矩陣可以分別表示為:

3.2 待評物元矩陣的確定

不同專家結合運輸通道的具體情況，從自身領域研究出發(fā)，也可以對三個城市群運輸通道的可靠性進行科學、合理的評價，其指標規(guī)范化以后得到的待評物元矩陣如下所示:

3.3 運輸通道指標關聯(lián)度的計算及結果

根據(jù)公式(7)，可以得到運輸通道N1中，X11與經典域和節(jié)域之間的關聯(lián)函數(shù)為:

從而有:η1(Xab)=(0.36，0.5，－0.4，0.2，－0.25，0，0.46，0，0.17，0.2，0.37，0.12，0.4，0.33)，再由公式(8)有:K1(Xab)=(0.72，1，－0.8，0.4，－0.5，0，0.92，0，0.34，0.4，0.74，0.24，0.8，0.66).進而根據(jù)公式(9)可以得到運輸通道N1到經典域和節(jié)域的關聯(lián)度為:

同理可得:

因而有:γ1＜γ2＜γ3.γi越大，表明待評物元到經典域和節(jié)域的關聯(lián)度越強，也即優(yōu)越性更高，因此第三個城市群運輸通道的可靠性比較高.

基于以上分析，可以看出，運輸通道基礎設施和通道網絡結構對城市群運輸通道的建設影響比較大.城市群運輸通道作為城市之間客貨流通的紐帶，不僅要合理配置運輸通道基礎設施，而且必須合理規(guī)劃，不斷提高運輸通道網絡結構，這樣才能有效保證城市之間交通運輸?shù)臅惩ǎ瑥亩龠M城市群區(qū)域經濟化的發(fā)展.

4 結論

結合城市群運輸通道的現(xiàn)狀，從通道基礎設施、通道網絡結構、通道運輸水平、資源環(huán)境影響四個方面對影響城市群運輸通道可靠性的因素進行了分析，考慮到評價指標體系是定量與定性的結合，基于物元可拓理論，建立了相應的城市群運輸通道可靠性評價模型.并通過算例分析對模型的科學性和合理性進行了驗證.研究結論表明，運輸通道基礎設施建設和通道網絡結構對城市群運輸通道可靠性的影響較大，在城市群運輸通道建設過程中，需加強通道基礎設施投入，合理規(guī)劃運輸通道網絡結構.

［1］劉丹青，田儀順，趙光輝，等.基于AHP的長株潭城市群運輸通道綜合評價［J］.公路與汽運，2012，(4):41－46.

［2］李艷紅，袁振州，陳靜云，等.基于多目標決策的綜合運輸通道組合運能優(yōu)化［J］.吉林大學學報，2011，(6):1480－1485.

［3］薛茂炎.基于灰色關聯(lián)度的客運通道運輸方式競爭力研究［J］.道路交通與安全，2010，(1):28－30.

［4］李涵.城市群運輸通道綜合評價研究［D］.長沙:長沙理工大學碩士學位論文，2012.

［5］皮安濤，魏軍，王剛毅.長株潭城市群運輸通道配置研究［J］.長沙大學學報，2012，(2):84－86.

［6］李曉佳，李友好，施其洲.運輸通道結構配置中客流量分配模型及算法［J］.同濟大學學報，2007，(7):924－928.

［7］楊海華.運輸通道線網布局綜合評價指標體系探討［J］.交通標準化，2004，(7):45－47.

［8］蔡晨光.城市群運輸通道適應性評價與布局優(yōu)化研究［D］.長沙:長沙理工大學碩士學位論文，2012.

［9］Cai W.The extension set and non－compatible problem［A］.Advances Mathematics and Mechanics in China［C］.Beijing:International Academic Publishers，1990.

［10］王軍武，劉淑娟.基于模糊物元的大型建設項目績效評價［J］.華中科技大學學報，2010，(1):22－26.

［11］閻善郁，陳雪嬌.物元可拓法在地鐵突發(fā)事件應急能力評價中的應用［J］.大連交通大學學報，2012，(3):18－20.

［12］周愛蓮，李旭宏，毛海軍.基于模糊物元可拓的物流中心選址方案綜合評價方法［J］.中國公路學報，2009，(6):111－115.