基于多級可拓評價法的高鐵客運樞紐換乘評價

趙政宇，姚加林

(中南大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410075)

基于多級可拓評價法的高鐵客運樞紐換乘評價

趙政宇，姚加林

(中南大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410075)

為系統(tǒng)評價高鐵客運樞紐的換乘銜接水平，構建了全面的高鐵客運樞紐換乘銜接評價指標體系。采用基于AHP法與熵值法相結合的最優(yōu)組合賦權法確定指標權重，以彌補單一賦權方法的不足。同時，針對現(xiàn)有高鐵客運樞紐換乘銜接評價方法的缺陷，建立以可拓理論為核心的高鐵客運樞紐換乘銜接多級可拓評價模型。最后,以長沙南站為例，通過多級可拓評價確定其換乘銜接水平等級，針對評價結果提出改善長沙南站換乘銜接水平的有關對策。研究結果表明：該方法和模型在高鐵客運樞紐換乘銜接評價中有較好的可行性和適用性。

高鐵客運樞紐；換乘；最優(yōu)組合賦權；多級可拓評價法

高鐵客運樞紐是城市綜合交通系統(tǒng)新興的重要組成部分，是綜合交通網(wǎng)絡的重要節(jié)點[1]。它承擔著銜接各種交通方式、旅客中轉換乘、客流集疏散等重要功能，對城市綜合交通系統(tǒng)的高效運轉起著舉足輕重的作用。因此，如何通過對高鐵客運樞紐換乘銜接進行科學的評價，以更準確的認識換乘系統(tǒng)內(nèi)部的特征及其規(guī)律，為協(xié)調(diào)樞紐內(nèi)不同交通方式間的換乘組織及場站布局提供研究指標和決策依據(jù)，已成為我國高速鐵路科學發(fā)展的一個新的研究熱點。目前有關鐵路客運樞紐換乘銜接問題的研究已取得一定成果，但專門針對高鐵客運樞紐換乘評價的研究較少。周偉等[2]分別從換乘效率、換乘銜接組織、乘客滿意程度、智能化4個方面構建了大型客運樞紐換乘銜接的評價指標體系，但未形成一套完整的理論對客運樞紐的換乘綜合評價進行研究，且指標體系未考慮樞紐布局合理性及換乘設施設置對換乘的影響。梅麗等[3]建立了鐵路客運樞紐換乘銜接的綜合評價指標體系，并采用模糊綜合評價法對鐵路客運樞紐換乘評價進行研究，但該方法受人為主觀因素影響較大。馬擎等[4]采用灰色關聯(lián)度分析法對高鐵客運樞紐換乘設施布局進行評價，其理想指標序列構建是否合理直接影響到評價效果的好壞。林利安等[5]運用專家打分法計算指標權重，該方法評價指標的權重及排序主要依靠專家的經(jīng)驗和主觀性來確定。李成等[6]提出基于AHP法與模糊評價法的模糊層次分析法來確定指標權系數(shù)，雖具有一定的客觀性，但存在指標過多數(shù)據(jù)量大時賦權難以一致的問題。文獻[7]將序關系分析法與熵值法進行最優(yōu)組合確定指標權重，并結合多目標評價法對北京南站的換乘銜接進行評價，弱化了人為主觀因素對評價結果的影響。綜上所述，高鐵客運樞紐換乘評價的研究仍存在一定不足，主要體現(xiàn)在指標體系的不完整、權重的確定及評價方法的選擇不合理3個方面。

針對上述問題，在前人工作的基礎上，進一步完善了評價指標體系，使其能綜合反映高鐵客運樞紐的換乘總體水平；通過將主觀賦權法與客觀賦權法進行最優(yōu)化組合計算各評價指標權重，使指標權重的確定更合理；采用多級可拓評價法[8-9]對高鐵客運樞紐換乘水平進行綜合評價，該方法不需要根據(jù)專家經(jīng)驗判斷各指標關于各評價等級的隸屬度，減少了人為主觀因素對評價結果的影響，并且還能反映換乘水平的整體發(fā)展趨勢，為描述評價對象的動態(tài)變化帶來了方便。

1 高鐵客運樞紐換乘評價指標體系

評價指標體系應盡可能客觀全面地反映影響高鐵客運樞紐換乘水平的所有主要因素，其合理性直接關系到換乘水平的評價等級。這里根據(jù)系統(tǒng)性、獨立性和可操作性等原則[10]，以布局合理性、換乘效率、設施適應性、通暢性、服務水平5個方面作為1級指標，以運能匹配度、平均換乘距離和平均換乘時間等16個方面作為2級指標建立如圖1所示的高鐵客運樞紐換乘的評價指標體系[11]。

評價中，對每項指標都分成優(yōu)、良、中、差和很差5個等級。根據(jù)《鐵路旅客車站建筑設計規(guī)范》(GB 50226—2007)，《鐵路車站及樞紐設計規(guī)范》(GB50091—2006)和《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(GBJl37290)等規(guī)范及相關規(guī)定，結合實地調(diào)查資料及文獻[2-7]，確定各指標值范圍，如表1所示。

2 最優(yōu)組合賦權法確定指標權重

不同評價指標對評價對象影響程度不同。為體現(xiàn)各評價指標在高鐵樞紐換乘評價中的相對重要程度，必須確定各級評價指標的權重。目前確定指標權重的方法主要包括主觀賦權法和客觀賦權法，其中，主觀賦權法通過專家對指標評分來確定權重，受人為主觀因素影響較大。客觀賦權法客觀性強，但過度依賴于客觀數(shù)據(jù)，而忽視了專家經(jīng)驗在權重確定中的重要性，具有一定局限性。主觀賦權法中的層次分析(AHP)法應用最為廣泛，理論最成熟。同時，客觀賦權法中的熵值法能夠通過信息熵值深刻反映評價指標的效用價值。因此，為了使對評價指標權重的確定達到主觀與客觀的統(tǒng)一，進而使評價結果更加準確、可靠，將主觀賦權法中的層次分析法(AHP) 與客觀賦權法中的熵值法進行優(yōu)化組合，采用最優(yōu)組合賦權法得到各級評價指標權重值，使其取值更為科學合理。

表1 評價指標分級Table 1 Grading of the evaluation Index

首先由主觀賦權法中的AHP法計算出各級評價指標的主觀權重pi，具體步驟參見文獻[12-13]。再由客觀賦權法中的熵值法計算出各級評價指標的主觀權重qi，具體步驟參見文獻[14]。最后由最優(yōu)組合賦權法對AHP法與熵值法進行線性組合，求出最優(yōu)組合權重。具體步驟如下：

已知有m個對象，n個因子，設最優(yōu)組合賦權系數(shù)向量W=(w1,w2,…,wn)T，令wi=x1pi+x2qi(i=1,2,…,n)，其中x1和x2為組合系數(shù)，且滿足約束條件：

(1)

根據(jù)線性加權法，由組合賦權系數(shù)向量W計算而得到的第i個對象的多指標綜合評價值可以表示為：

(2)

在多指標評價中，為體現(xiàn)不同評價指標之間的差異性，在確定組合賦權系數(shù)W過程中，應使各指標的綜合評價值Di盡可能地分散，因此最優(yōu)組合賦權方法可轉化為以下最優(yōu)化問題：

(3)

(4)

則最優(yōu)組合權重為：

W=x″1pi+x″2qi

(5)

3 多級可拓評價模型

可拓理論[15]將可拓集合理論和物元理論相結合，以形式化手段，從定性和定量的角度研究復雜問題的規(guī)律和解決方法。在構建高鐵客運樞紐換乘評價指標體系的基礎上，引入可拓理論，建立高鐵客運樞紐換乘多級可拓評價模型。

3.1 確定經(jīng)典域與節(jié)域

令

(6)

令

(7)

3.2 確定待評物元

對待評價對象即高鐵客運樞紐換乘水平U，將經(jīng)過調(diào)查分析或?qū)＜掖蚍值玫降闹笜藬?shù)據(jù)，用物元Ri表示：

(8)

式中，vik為待評對象U關于cik的量值，且vik∈Vip。k=1,2,…,n，n為2級指標個數(shù)。

3.3 關聯(lián)函數(shù)的計算

計算各2級評價指標cik關于各個等級的關聯(lián)度，公式如下：

(9)

(10)

3.4 1級評價

(11)

3.5 2級評價

由各1級指標的權重向量wi與一級指標關于各評價等級的關聯(lián)度矩陣Kij(ci)相乘確定待評價對象U關于各評價等級的關聯(lián)度矩陣Kj(U)，公式如下：

(12)

(13)

則U的級別變量特征值j′為

(14)

4 實例分析

以長沙南站為評價對象U，通過資料調(diào)查分析、數(shù)據(jù)計算、換乘旅客調(diào)查問卷以及專家打分等方式，分別確定換乘評價指標體系的定性與定量指標，實際分值如表1所示。同時基于最優(yōu)組合賦權法確定的各指標權重，利用多級可拓評價模型，對長沙南站換乘水平進行綜合評價，來檢驗該方法的可行性及合理性。

4.1 確定權重

以1級指標權重確定過程為例。首先，由8位鐵路運輸行業(yè)專家構造判斷矩陣(限于篇幅，這里未將各判斷矩陣列出)，由于計算過程較復雜，運用Matlab軟件進行編程處理，計算出各1級指標的主觀權重系數(shù)為：

根據(jù)各級指標的實際分值和數(shù)據(jù)，運用Matlab軟件編程計算，得到由熵值法確定的各指標客觀權重系數(shù)為：

根據(jù)公式(1)～(4)建立最優(yōu)組合權系數(shù)模型，求解最優(yōu)化模型得

x″1=0.725，x″2=0.275

4.2 多級可拓評價

以c3及其2級指標為例，給出具體計算過程，其余1，2級指標關聯(lián)度及其有關內(nèi)容以此類推。

1)根據(jù)公式(6)～(7)確定c3的經(jīng)典域R1(c3)，R2(c3)，R3(c3)，R4(c3)，R5(c3)和節(jié)域R(c3)

2) 確定待評物元。換乘評價指標體系中的定性指標采用專家打分法和換乘旅客調(diào)查問卷確定具體分數(shù)，定量指標的分值根據(jù)表1所示的評價指標等級區(qū)間劃分標準及資料調(diào)查、分析計算所確定。根據(jù)指標的實際分值和公式(8)，確定待評物元Ri為

3)根據(jù)式(9)～(10)，計算c3下屬2級指標對應各等級的關聯(lián)度，見表2。

4) 進行1級評價，根據(jù)式(11)確定c3對各換乘水平等級的關聯(lián)度：

K(c3)=(0.69,0.15,0.07,0.09)·

同理，可得其他1級指標對各等級的關聯(lián)度K(ci) (i=1,2,3)，見表3。

5)進行2級評價，根據(jù)式(12)～(14)確定待評對象對各1級指標等級的關聯(lián)度，評價結果見表3。

表2 各級評價指標權重及2級指標關聯(lián)度Table 2 Evaluation index weight and the correlation degree of second index

表3 目標層可拓評價結果Table 3 Multi-level extensible evaluation of target layer

4.3 評價結果分析

評價結果顯示長沙南站換乘總體水平等級為j0=2，即評定結論為“良”。且其級別特征變量j′=2.18，表明換乘總體水平處于2級與3級之間，更偏向于2級，即“良”級，這也符合該高鐵客運樞紐實際情況。

由表3可知，長沙南站在設施適應性(c3)方面有著突出的體現(xiàn)，其換乘水平等級為1級，評論結論為“優(yōu)”。樞紐布局的合理性(c1)、換乘效率(c2)、通暢性(c4)和服務水平(c5)評價等級均為2級，即評定結論為“良”，但由表3可知，其子系統(tǒng)中的換乘時間(c21)與運能匹配度(c42)的評價等級為3級，評定結論為“中”，仍有很大的改進和提升空間。長沙南站應根據(jù)樞紐內(nèi)高峰時段旅客集散情況，進一步優(yōu)化換乘客流組織，完善樞紐內(nèi)換乘設施，以縮短旅客換乘時間。同時針對運能匹配度過大問題，應加快發(fā)展公共交通，尤其是大運量的城市軌道交通及其配套設施的建設，以提高樞紐內(nèi)城市公共交通的集疏散能力。目前到達長沙南站的地鐵線路為2號線，應加快規(guī)劃中的4號線、11號線和磁懸浮線路的建設，以滿足樞紐旅客的集散需求。

5 結論

1)根據(jù)鐵路站場的建設與運營規(guī)范，結合高鐵客運樞紐運營的實際情況，從布局合理性、換乘效率、換乘設施適應性、換乘通暢性以及換乘服務水平5個方面構建高鐵客運樞紐換乘評價的指標體系。

2)建立最優(yōu)組合賦權模型，將經(jīng)層次分析法得到的主觀權重值與熵值法得到的客觀權重值進行最優(yōu)化組合，計算出組合權重值，既兼顧專家經(jīng)驗的重要性，又增強了評價的客觀性。在此基礎上，通過分析文獻[2-7]評價方法的不足，根據(jù)高鐵客運樞紐換乘評價的要求和特點，引入可拓理論，建立高鐵客運樞紐換乘的多級可拓評價模型。通過實例分析，證明了該方法在高鐵客運樞紐換乘評價中有著很好的適用性。

3)結合長沙火車南站的實際情況，采用多級可拓評價方法進行實例分析，確定其換乘水平等級為2級，評定結論為“良”。針對評價結果，提出改善其換乘水平的措施，可為高鐵客運樞紐設計和換乘評價提供參考。

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Evaluation of transfer at high-speed railway passengerterminal based on multi-level extensible method

ZHAO Zhengyu，YAO Jialin

(School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075,China)

To systematically evaluate the transfer level of high-speed railway passenger terminal, an index system for high-speed railway passenger terminal is established. To overcome the weaknesses of single assigning weight method, the weight coefficient was determined by putting analysis hierarchy process(AHP) and entropy method into optimal combination. Meanwhile, in order to address the defects of existing assessment methods for transfer level of high-speed railway passenger terminal, the multi-level extensible evaluation model for transfer level of high-speed railway terminal is developed with the extension method as the core. Finally, taking Changsha southern station for an example, some improvement opinions for transfer are put forward based on the evaluation result of transfer level determined by the multi-level extensible evaluation molel. The research results show that the new method is applicable and feasibility to the transfer level evaluation of high-speed railway passenger terminal. Key words: high-speed railway passenger terminal; transfer; optimal weights combination; multi-level theory of extension

2016-02-17

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2014X009-D)

姚加林(1961-)，男，湖南婁底人，副教授，從事鐵路運營組織優(yōu)化、軌道交通規(guī)劃等研究；E-mail: yaojialn@csu.edu.cn

U291

A

1672-7029(2016)12-2347-08