城市軌道交通單線服務水平評價方法與應用

郭延永, 劉 攀, 吳 瑤, 馬超群

(1.東南大學 交通學院,江蘇 南京 210096; 2. 英屬哥倫比亞大學 土木工程系,加拿大 溫哥華 V6T 1Z4; 3.長安大學 公路學院,陜西 西安 710064)

城市軌道交通單線服務水平評價方法與應用

郭延永1,2, 劉 攀1, 吳 瑤1, 馬超群3

(1.東南大學 交通學院,江蘇 南京 210096; 2. 英屬哥倫比亞大學 土木工程系,加拿大 溫哥華 V6T 1Z4; 3.長安大學 公路學院,陜西 西安 710064)

為了對城市軌道交通服務水平進行客觀定量的評價,文章構建了城市軌道交通服務水平評價指標體系,提出了基于屬性識別理論的城市軌道交通服務水平綜合評價模型。將軌道交通服務水平劃分為4級,應用變異系數法確定指標權重;根據單指標屬性測度值與多指標綜合屬性測度值,利用置信度準則識別城市軌道交通服務水平。以西安市地鐵2號線為對象,運用該模型對其服務水平進行了評價,結果表明,西安市軌道交通服務水平屬于二級。利用所提出的評價模型,不僅可客觀獲得城市軌道交通服務水平級別,而且能鑒別影響城市軌道交通服務水平的限制因素,為城市軌道交通運營階段提高服務水平提供理論支持。

交通工程;城市軌道交通;服務水平;屬性識別;變異系數

0 引 言

城市軌道交通作為一種大運量、快速和安全的交通方式,吸引了大量的乘客。隨著經濟的發展和生活水平的提高,居民在選擇出行方式時往往更加注重客運服務的整體質量,即對安全性、快捷性和舒適性等客運服務質量提出了更高的要求[1-2]。軌道交通服務水平的高低影響著乘客選擇軌道交通的偏好,從而影響軌道交通客流量,并進一步影響到軌道交通運營方案。因此,軌道交通服務水平評價的研究具有十分重要的意義,優秀的服務水平將有利于改善軌道交通的運營服務及軌道交通的長遠發展。

目前針對軌道交通服務水平的研究較少。文獻[3-4]基于乘客滿意度對軌道交通服務水平進行了研究,其研究中憑借人為主觀判斷確定的服務水平,忽視了軌道交通設施的特征和性能,不能真實反映軌道交通服務水平。已有相關研究大多是針對常規公共交通服務水平的評價,主要涉及評價指標體系和評價方法2個方面。評價指標體系研究是基于不同的角度構建合理的評價體系[5-7],主要有TCRP(Transit Cooperative Research Program)提出的用于評價常規公共交通服務、設施和系統服務質量及通行能力的技術方法,TCRP建立了服務水平評價體系[5]。此外,文獻[6]建立了以可達性、出行時間、可靠性、直達系數、服務頻率和客流密度等6項內容為主要指標的常規公共交通評價體系;文獻[7]建立了5級乘客滿意度軌道交通服務水平體系。在服務水平評價方法方面,主要是基于一定的數學方法構建評價模型,常見的有模糊評價、隸屬度評價、灰色評價等[8-9]。例如文獻[9]應用層次分析法和標度法,分析了乘客滿意度評價指標的層次性和綜合性特征,提出了基于模糊綜合評價法的滿意度評價模型。文獻[10]對公共汽車服務質量中潛在、重要維數的集合識別進行了研究,其方法可以定量計算服務質量,并可比較不同公共汽車司機之間的服務水平差異。

綜上所述,目前在公共交通服務水平方面的研究成果較多,并且有了專門針對公共交通通行能力和服務質量手冊,然而針對軌道交通的研究很少。軌道交通是一種非盈利快速大運量的公共交通方式,無論其運營特征、附屬設施,還是票制票價等都與常規公共交通相差懸殊。因此,常規公共交通服務質量評價指標體系不能單純地應用于軌道交通服務水平評價研究中;而模糊評價方法會出現分類不清、結果不合理的問題,灰色關聯分析則是依據服務水平指標比較序列與參考序列的關聯度,得出與理想服務水平的遠近程度,再用它來判斷公共交通服務水平,評價結果并不能很好地反映現實情況。

本文以屬性識別理論為基礎,提出城市軌道交通服務水平評價方法,從方便性、效率性、舒適性和經濟性4個方面構建了城市軌道交通服務水平評價體系;引入屬性識別理論,建立了基于屬性理論的城市軌道交通服務水平評價模型;以西安市地鐵2號線為例,運用該模型對其服務水平進行評價。

1 城市軌道交通服務水平評價指標

城市軌道交通服務水平概念不同于道路服務水平,道路服務水平主要關注對象是車輛的運行狀況,將車輛以自由流狀態行駛定義為高水平的服務,而軌道交通服務水平則更加關注其設施特性為乘客帶來的舒適和便捷程度。因此,城市軌道交通服務水平評價指標的選取應從系統工程的角度出發,既考慮軌道交通車站、車輛、線路和其他附屬設施對乘客的影響,又應考慮軌道交通時間價值等因素對乘客的影響。

目前軌道交通服務水平指標相關研究較少,本文在評價指標選取時借鑒國內外已有的公共交通服務水平評價指標[3-10],結合軌道交通系統自身特點,查閱和分析軌道交通相關規范和標準[11-13],并實地調研廣州、北京、上海和西安等城市軌道交通系統,最終從方便性、效率性、舒適性和經濟性4個方面構建了涵蓋14項指標(定量與定性)的城市軌道交通服務水平評價指標體系,見表1所列。表1中,步行距離是指從家(單位)到軌道交通站點的距離;站立時間比是指乘客從上車開始到下車,其中站立時間占在車內時間的比例;時間價值比是指一定出行距離內選擇軌道交通和選擇小汽車出行所需要時間的比值。

(1) 方便性指標。該類指標描述乘客對軌道交通運營信息和指示信息發布及時、準確與否的滿意程度,以及換乘設施和步行至地鐵站距離對乘客乘坐地鐵的方便性程度。選取的指標有信息發布服務、步行距離和換乘方便性。

(2) 效率性指標。軌道交通快速、準時的特點提高了乘客的出行效率,該類指標反映了軌道交通運營特征為乘客提高出行效率的程度。選取的指標有發車間隔、運營時間、旅行速度和準點率。

(3) 舒適性指標。該類指標反映軌道交通為乘客提供乘車環境的舒適程度。選取的指標有設施舒適性、立席密度、站立時間比、車內噪聲等級和加減速變化率。

(4) 經濟性指標。該類指標反映乘客對軌道交通的經濟承載能力和時間價值的重視程度。選取的指標有票價合理性和時間價值比。

表1 城市軌道交通服務水平U評價指標體系

軌道交通服務水平等級劃分和閾值確定是評價其服務水平的關鍵問題,本文借鑒TCRP中對公共交通服務水平的劃分方法[5],將軌道交通服務水平分為4級(S1,S2,S3,S4)。本文對閾值的確定,采用專家建議法。通過對北京[14]、上海[15]和廣州[16]軌道交通相關數據以及西安市[17]地鐵2號線調查數據的分析,經過專家評估或打分確定每個指標相應服務水平的閥值,參與評估的專家涉及從事軌道交通規劃、設計與施工的經驗豐富的科研工作者和工程師等。

2 城市軌道交通服務水平評價方法

2.1 城市軌道交通服務水平評價原理

屬性識別理論是對事物屬性的定性描述進行定量化研究的數學理論[18],根據屬性識別理論,屬性綜合評價模型由單指標屬性測度分析、多指標綜合屬性測度分析、屬性識別分析及評分準則3部分組成。本文將屬性識別理論引入城市軌道交通服務水平評價。城市軌道交通服務水平由方便、效率、舒適和經濟等指標綜合確定。某一條軌道交通線路服務水平U由n個指標進行描述,指標集合為I=(I1,I2, …,In),分為4個等級{S1,S2,S3,S4}(S1>S2>S3>S4),這4個等級構成了屬性空間F的一個有序分割類。已知軌道交通服務水平每個指標的評價分類標準(閾值)和其測量值,判斷U屬于哪一個等級服務水平;采用變異系數法確定每個指標的權重,通過屬性識別理論確定單指標屬性測度和多指標綜合屬性測度。采用屬性識別理論綜合評價軌道交通服務水平的流程如圖1所示。

圖1 城市軌道交通服務水平綜合評價流程

2.1.1 單指標屬性測度分析

考慮單個指標Ii、服務水平Sk,設mi為第i個指標Ii的測量值,當mi∈Sk時,表示mi屬于Sk,且具有屬性Sk的測度uik=u(mi∈Sk)滿足:

(1)

其中,1≤i≤14;1≤k≤4;i、k為整數。

若每個指標服務水平閾值已知,則城市軌道交通服務水平分類標準矩陣為:

(2)

其中,ai1ai2>…>ai5;1≤i≤14。

屬性測度的計算是屬性綜合評價模型的關鍵,軌道交通服務水平各指標評價屬性測度的變化復雜,分段線性測度函數不能反映其特點,而正態分布函數的評價精度要高于線性函數,本文選擇正態分布函數作為屬性測度函數。構建的正態分布屬性測度如圖2所示。設aik～ai(k+1)為城市軌道交通服務水平體系第i個指標的第k級服務水平取值區間。

圖2 正態分布形式屬性測度函數

設城市軌道交通服務水平第i個指標處于S1水平的正態分布屬性測度值ui1=u(mi∈S1)為:

(3)

其中,t、μ為待估參數,t>0。

(4)

對于由(4)式確定的屬性測度值uik,為保證采用以下歸一化方法,歸一化屬性測度值uik′ 為:

(5)

2.1.2 多指標綜合屬性測度

對于城市軌道交通服務水平U,已知各個單指標Ii(1≤i≤14)的屬性測度uik=u(mi∈Sk),采取加權和的方法,由uik綜合成U的屬性測度uk,即由單指標屬性測度經加權求和得到綜合屬性測度。設指標相對于目標層的權重向量w=(w1,w2,…,w14),根據單指標屬性測度,城市軌道交通服務水平U具有屬性Sk的多指標綜合屬性測度為:

(6)

2.1.3 屬性識別分析及評分準則

屬性識別分析的目的是由綜合屬性測度uk對城市軌道交通服務水平級別做出判斷。根據置信度準則,由于(S1,S2,S3,S4)為有序分割,且S1>S2>S3>S4,對置信度λ(0.5<λ<0.6),若

(7)

則認為城市軌道交通服務水平屬于Sk0級別,即識別規則要求是強類應占較大的比例。

2.2 評價指標權重

變異系數法是直接利用各項指標所包含的信息,通過計算得到指標的權重,是一種客觀賦權的方法。采用變異系數法賦權就是根據各個指標在所有被評價對象上分級標準值的變異程度大小來進行賦權,具體步驟如下。

(1) 利用評價指標分級標準中值建立矩陣B=(bik)14×4(i=1, 2, …, 14;k=1, 2, 3, 4),由于不同指標的量綱不同,需要對指標進行歸一化處理,得到無量綱化標準矩陣D=(dik)14×4。其中對于效益型指標,有

(8)

對于成本型指標，有

(9)

(2) 計算矩陣各行向量的均值與標準差,即

(10)

(11)

(3) 計算變異系數,即

(12)

(4) 將變異系數歸一化后得到各指標的權重,即

(13)

3 實例應用

以西安地鐵2號線為例,應用本文方法對其服務水平進行評價。西安市地鐵2號線于2011年9月16日投入運營,全長約20.50 km,設17座地下車站。

根據本文提出的軌道交通服務水平評價體系,數據采集分為2個部分:

(1) 從西安市地鐵運營公司收集相關運營數據,包括發車間隔、運營時間、旅行速度和車輛加速度。

(2) 通過實地調查和問卷調查方式獲取。

實地調查數據包括發車間隔、旅行速度、車內噪聲等級和列車準點率。問卷調查采用RP(revealed preference)調查和SP(stated preference)調查相結合的方式,RP調查內容包括乘客的性別、年齡和工作等基本信息,以及乘客從家(單位)到地鐵站點的步行距離,乘客在車廂中的站立面積、乘客從上車到下車時間內站立的時間和有座位的時間;SP調查中假定車站信息發布、換乘方便性、設施舒適性和票價合理性具有不同等級,乘客根據自己體驗選擇不同的等級進行打分,同時假設乘客在出行一定距離內,自己開車和乘坐地鐵分別需要的時間。

調查統計整理結果見表2所列。

表2中,運營時間指標的均值并非嚴格數學意義上數值,而是地鐵在工作日的穩定運營時間;最小值是由于地鐵初始運營期間,部分車站裝修工作未完成需要趕工造成的;最大值是由于節假日(如圣誕節)客流量非常大,需要延長運營時間。采用各個指標的均值作為評價其服務水平的測量值。

本文采用上述獲取的數據,利用提出的屬性識別模型對其服務水平進行評價。

(1) 根據(4)式、(5)式,計算得到各指標屬性測度,見表3所列。

(2) 根據(8)～(13)式,計算得到各指標的權重,見表3所列。

(3) 根據(6)式和表3中單指標屬性測度,計算準則層多指標綜合屬性測度,見表4所列。

(4) 依據(7)式,判定西安市地鐵2號線的服務水平級別。

取λ為0.5,根據置信度準則可得出西安市地鐵2號線服務水平為二級(S2),并且接近一級服務水平;各準則層屬性中,方便性為二級(S2),效率性為二級(S2),舒適性為二級(S2),經濟性為一級(S1)。

表2 西安市地鐵2號線服務水平參數

表3 單指標屬性測度與權重計算結果

表4 城市軌道交通服務水平綜合評價結果

從各評價指標綜合屬性測度分析可以發現制約其服務水平的因素如下:影響方便性的限制因素是換乘方便性;影響效率性的限制因素是運營時間;影響舒適性的限制因素是車內噪聲;影響經濟性的限制因素是票價合理性。

以上結果符合西安市實際情況。西安市地鐵2號線由于剛開通運營,軌道交通沒有形成網絡化效應,步行距離較長,換乘也不方便;并且在開通初期,由于個別車站需要裝修等問題,其運營時間比較短,發車間隔也不穩定;另一方面為了吸引客流,其票價為起步2元(6個區間),全程5元,這一票價在西安市是普遍可以接受的。從以上幾方面分析,西安市地鐵2號線屬于二級服務水平,但隨著軌道交通網絡化的形成,步行距離將會減小,更多的換乘站點也會使換乘越來越方便,節省時間作用會越來越突出,其服務水平將逐漸轉向一級。

4 結 論

(1) 從方便性、效率性、舒適性和經濟性4個方面構建了涵蓋14項指標的城市軌道交通服務水平評價體系,并結合調查分析和專家打分確定每個指標的閾值。

(2) 通過引入屬性理論,建立了基于屬性識別理論的城市軌道交通服務水平綜合評價模型。該模型不僅可以客觀地評價軌道交通服務水平級別,還可以鑒別影響城市軌道交通服務水平的限制因素。

(3) 以西安市地鐵2號線為例,應用本文提出的方法對其服務水平進行了評價。結果表明,西安市地鐵2號線服務水平為二級,影響方便性的限制因素是換乘方便性,影響效率性的限制因素是運營時間,影響舒適性的限制因素是車內噪聲,影響經濟性的限制因素是票價合理性。該模型得出的結論符合西安實際情況,說明了模型的有效性與實用性。

(4) 本文僅是對單線軌道交通服務水平的評價,隨著軌道交通的網絡化,其不同線路之間相互作用,服務水平評價將不單單依靠本文的指標體系和方法,這將是今后研究的重點;另外安全性評價將是城市軌道交通服務水平中一個重要的組成部分,在未來研究中需進一步考慮。

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(責任編輯 張淑艷)

Evaluation method for service level of urban rail transit and its application

GUO Yanyong1,2, LIU Pan1, WU Yao1, MA Chaoqun3

(1.School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2.Dept. of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver V6T1Z4, Canada; 3.School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

In order to evaluate the level of service(LOS) of urban rail transit, the LOS evaluation system of urban rail transit was constructed, and a comprehensive evaluation model for LOS evaluation of urban rail transit based on attribute recognition theory was proposed. LOS of urban rail transit was divided as four levels, and the weight of each index was decided by variation coefficient method. The LOS of urban rail transit was determined on the basis of the attribute measures of both single and multiple indexes by using the confidence criterion. The evaluation model was used to evaluate the LOS of Xi’an Metro Line 2. The result shows that the LOS of Xi’an Metro Line 2 belongs to the second level. The proposed evaluation model not only provides the LOS of urban rail transit, but also identifies the limitation factors of it. The findings can provide theoretical support for improving the LOS of urban rail transit at the operational phase.

traffic engineering; urban rail transit; level of service(LOS); attribute recognition; variation coefficient

2015-09-09；

2016-12-28

國家自然科學基金資助項目(51322810)

郭延永(1985-),男,河北邢臺人,東南大學博士,英屬哥倫比亞大學博士后訪問學者; 劉 攀(1979-),男,江蘇揚州人,博士,東南大學教授,博士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.03.018

U491.17

A

1003-5060(2017)03-0384-06