大城市綜合交通適應(yīng)性評價

張培林， 吳宏宇， 莫楊輝， 夏 炎

(1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院， 湖北 武漢 430063；2.長江三峽通航管理局， 湖北 宜昌 443002)

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，中國涌現(xiàn)出許多大型城市。交通對城市的發(fā)展具有支撐和引領(lǐng)作用[1]。但是，中國的綜合交通難以緊跟城市發(fā)展的步伐，還可能成為制約城市發(fā)展的重要因素。科學(xué)評價綜合交通與大城市發(fā)展的適應(yīng)程度可為相關(guān)城市綜合交通規(guī)劃提供參考，對促進(jìn)城市與交通之間的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

目前，有關(guān)交通適應(yīng)性評價的研究分為2類：① 以單一的交通方式為切入點(diǎn)，研究其適應(yīng)性,包括：船舶通航適應(yīng)性、城際軌道交通網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性、城市公共交通適應(yīng)性及城市貨運(yùn)交通適應(yīng)性等[2-5]。② 將城市交通作為一個整體，研究其與城市發(fā)展的適應(yīng)性。這類研究大多通過建立適應(yīng)性評價指標(biāo)體系和模型來實(shí)現(xiàn)其適應(yīng)性分析和評價[6-8]。目前，關(guān)于交通適應(yīng)性評價的指標(biāo)體系和模型的研究仍處于探索階段。在相關(guān)的適應(yīng)性研究中，將城市綜合交通作為重點(diǎn)的較少，且所建立的評價指標(biāo)體系的合理性和評價模型的應(yīng)用還存在一定的爭議[9]。作者擬分析大城市綜合交通適應(yīng)性內(nèi)涵、特征及適應(yīng)性表現(xiàn)，建立大城市綜合交通適應(yīng)性評價指標(biāo)體系，并對傳統(tǒng)熵權(quán)TOPSIS模型加以改進(jìn)，以期為大城市綜合交通適應(yīng)性評價提供借鑒。

1 大城市綜合交通及其適應(yīng)性

1.1 大城市綜合交通適應(yīng)性的定義和內(nèi)涵

大城市綜合交通體系包括城市內(nèi)部交通和對外交通2個方面，涉及5種運(yùn)輸方式，由載體子系統(tǒng)、運(yùn)輸子系統(tǒng)及交通管理子系統(tǒng)等組成。其適應(yīng)性可認(rèn)為：在大城市的發(fā)展進(jìn)程中，滿足大城市發(fā)展對綜合交通需求的能力。大城市綜合交通與城市發(fā)展適應(yīng)性的內(nèi)涵體現(xiàn)為：

1) 綜合交通總量規(guī)模與城市發(fā)展相適應(yīng)。綜合交通總量規(guī)模很大程度上決定了綜合交通的供給能力，是適應(yīng)城市對客、貨運(yùn)需求的重要表現(xiàn)。

2) 綜合交通結(jié)構(gòu)與城市發(fā)展相適應(yīng)。綜合交通中各運(yùn)輸方式的比例、線路的等級結(jié)構(gòu)及載運(yùn)工具的結(jié)構(gòu)等是城市發(fā)展對綜合交通需求重要的一個方面。

3) 綜合交通服務(wù)水平與城市發(fā)展相適應(yīng)。城市的不斷發(fā)展派生出日益增長且日趨多樣的客、貨運(yùn)輸需求，交通運(yùn)輸服務(wù)需與之相匹配。

4) 綜合交通可持續(xù)性與城市發(fā)展相適應(yīng)。需不斷降低交通運(yùn)輸業(yè)的污染和排放，并加強(qiáng)平安交通的建設(shè)。

1.2 大城市綜合交通特征

大城市綜合交通特征有3個方面：① 綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)龐大。大城市往往是國家或一個地區(qū)內(nèi)的交通樞紐。因此，大城市綜合交通網(wǎng)絡(luò)不僅包括滿足城市內(nèi)部出行所需的公路和軌道交通的環(huán)線、支線，還包括其與外部溝通的高速公路、鐵路及航空等放射線。② 綜合運(yùn)輸體系復(fù)雜。大城市綜合運(yùn)輸體系往往涉及到地鐵、高鐵及飛機(jī)等運(yùn)輸方式，且不同運(yùn)輸方式間的銜接也較為復(fù)雜，這就對綜合交通樞紐提出了更高的要求。③ 交通擁堵狀況普遍。大城市人口密集，市民跨區(qū)出行的需求較大，綜合運(yùn)網(wǎng)難以完全滿足市民出行的需求。目前，中國多數(shù)大城市公共交通體系建設(shè)不夠完善，市民綠色出行觀念尚未形成，導(dǎo)致大城市普遍出現(xiàn)交通擁堵。

1.3 大城市綜合交通適應(yīng)性等級劃分

適應(yīng)性等級劃分合理與否對適應(yīng)性評價結(jié)果的影響較大。適應(yīng)性評價等級劃分的方式較多，既有以優(yōu)、良、中及差進(jìn)行劃分，也有以很好、一般及很差[10]進(jìn)行劃分。本研究考慮到綜合交通的超前發(fā)展原則，在結(jié)合吳瑤[11]等人研究的基礎(chǔ)上，將大城市綜合交通適應(yīng)性劃分為超前、適應(yīng)及滯后3個方面，按7個等級進(jìn)行評判(見表1)。

表1 大城市綜合交通發(fā)展適應(yīng)性評判依據(jù)Table 1 Adaptability evaluation basis of comprehensive traffic development in large cities

1) 綜合交通超前于城市的發(fā)展

在城市的發(fā)展過程中，綜合交通起到引領(lǐng)城市發(fā)展的作用，其供給有一定的過剩。根據(jù)超前發(fā)展的程度，分為適度超前和過度超前2個等級。綜合交通適度超前是一種理想狀態(tài)。過度超前會對土地和資金等造成浪費(fèi)，無法發(fā)揮其最大效益。

2) 綜合交通與城市發(fā)展水平同步

綜合交通與城市保持同步發(fā)展，雖然綜合運(yùn)輸體系存在著諸多不足之處，但是綜合交通線網(wǎng)要滿足城市發(fā)展的需求，城市與綜合交通的發(fā)展相互促進(jìn)，分為適應(yīng)和基本適應(yīng)2個等級。

3) 綜合交通滯后于城市的發(fā)展

綜合交通落后于城市建設(shè)和發(fā)展的步伐，綜合運(yùn)輸體系無法滿足城市發(fā)展的運(yùn)輸需求，成為城市發(fā)展的瓶頸。根據(jù)滯后的程度，分為欠適應(yīng)、不適應(yīng)及極不適應(yīng)3個等級。

2 大城市綜合交通適應(yīng)性評價指標(biāo)體系

2.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

按照科學(xué)性、全面性及可操作性等原則，選取評價指標(biāo)[12]。根據(jù)大城市綜合交通的特征及內(nèi)

涵，從綜合交通總量規(guī)模、綜合交通結(jié)構(gòu)、綜合交通服務(wù)水平及綜合交通可持續(xù)發(fā)展4個方面著手，綜合考慮城市內(nèi)部交通和對外交通，采用鐵路、公路及航空3種城市運(yùn)輸方式，以智慧、綠色及平安交通等為重點(diǎn)，構(gòu)建大城市綜合交通適應(yīng)性評價指標(biāo)體系(見表2)。

2.2 評價指標(biāo)釋義

在所構(gòu)建的評價指標(biāo)體系中，大多數(shù)指標(biāo)釋義可參見參考文獻(xiàn),僅對部分指標(biāo)進(jìn)行釋義。

表2 大城市綜合交通適應(yīng)性評價指標(biāo)體系Table 2 Evaluation index system of comprehensive traffic adaptability in large cities

1) 綜合運(yùn)網(wǎng)聯(lián)合密度

反映綜合交通運(yùn)網(wǎng)的總體規(guī)模與水平。其計(jì)算式為：

(1)

式中：δ為路網(wǎng)聯(lián)合密度；A為區(qū)域土地面積，km2；P為區(qū)域人口，萬人；L為第I種運(yùn)輸方式的運(yùn)網(wǎng)里程，km。

2) 公路網(wǎng)平均技術(shù)等級

指公路網(wǎng)中各技術(shù)等級路段的加權(quán)平均值。該加權(quán)平均值越小，表明路網(wǎng)平均技術(shù)等級越高。其計(jì)算式為：

(2)

式中：G為公路網(wǎng)平均技術(shù)等級；gJ為J路段的技術(shù)等級，以0,1,2,3,4及5分別代表高速公路、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級及等外路。

3) 交通信息服務(wù)方式種類

包括：網(wǎng)站、電視、廣播、手機(jī)短信、手機(jī)APP、微博賬號及可變情報(bào)板7種。

3 大城市綜合交通適應(yīng)性評價及案例分析

適應(yīng)性評價是一個多指標(biāo)綜合評價的過程。本研究采用熵權(quán)TOPSIS法，構(gòu)建大城市綜合交通適應(yīng)性評價模型。由于傳統(tǒng)的熵權(quán)TOPSIS法在適應(yīng)性評價時將樣本中各指標(biāo)的最優(yōu)值作為理想值，未考慮“超前發(fā)展型”，且忽略了各樣本中部分指標(biāo)可能均未達(dá)到理想狀態(tài)的情況。為更加合理地評價大城市綜合交通適應(yīng)性，本研究對傳統(tǒng)熵權(quán)TOPSIS模型加以改進(jìn)。

3.1 城市樣本的選取

假設(shè)建立的評價指標(biāo)體系的指標(biāo)數(shù)為m，選取城市的樣本數(shù)為n(包含理想城市)，各項(xiàng)評價指標(biāo)為yij，(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。中國共有19個副省級及以上城市，這些城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大。其中：北京和上海等一線城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況普遍優(yōu)于其他城市的，而哈爾濱等副省級城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r較差。該評價指標(biāo)體系未涉及到城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r是影響綜合交通建設(shè)投入的關(guān)鍵因素之一。本研究選取天津、武漢、沈陽、南京、濟(jì)南、杭州、大連、青島、廈門及寧波這10個城市作為樣本，并以2014年為基準(zhǔn)年。通過查閱相關(guān)的年鑒及計(jì)算，得到各城市評價指標(biāo)(見表3)。

表3 10個樣本城市評價指標(biāo)Table 3 Evaluation index of 10 samples of large cities

注：沈陽、南京及大連的交通事故10萬人口死亡率為2012年的數(shù)據(jù)；市民滿意度指標(biāo)為公共交通滿意度指標(biāo)，來源于《公共服務(wù)藍(lán)皮書：中國城市基本公共服務(wù)力評價(2014版)》。

3.2 構(gòu)建虛擬理想城市

適應(yīng)性評價不同于運(yùn)用TOPSIS法解決其他問題,其理想解并非所選樣本中各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值。為更加合理地評價大城市綜合交通適應(yīng)性，本研究構(gòu)建一虛擬城市，其各項(xiàng)指標(biāo)均為理想狀態(tài)，即適度超前狀態(tài)。各項(xiàng)指標(biāo)理想值的確定以國家相關(guān)規(guī)范、意見為主，結(jié)合定性分析，并征求專家意見，最終確定理想值。

以公共交通占機(jī)動化出行比例、綜合運(yùn)網(wǎng)聯(lián)合密度及交通事故10萬人口死亡率為例，確定理想城市各指標(biāo)。根據(jù)2013年中國國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導(dǎo)意見》中的要求，大城市公共交通占機(jī)動化出行比例應(yīng)達(dá)約60%，故將公共交通占機(jī)動出行比例的理想值確定為60%；綜合運(yùn)網(wǎng)聯(lián)合密度是考慮了城市面積和人口、反映綜合交通規(guī)模的指標(biāo)。中國部分城市在建設(shè)和發(fā)展過程中，高度重視交通的建設(shè)和發(fā)展，將交通作為引領(lǐng)城市發(fā)展的關(guān)鍵因素，所以允許樣本中個別城市處于超前狀態(tài)，結(jié)合專家意見，將綜合運(yùn)網(wǎng)聯(lián)合密度的理想值確定為54.00 km/(km2·萬人)1/2；中國交通安全狀況較差，雖然近些年平安交通建設(shè)取得了一定的成果，但中國的萬車交通事故數(shù)和交通事故10萬人口死亡率等指標(biāo)仍遠(yuǎn)高于部分發(fā)達(dá)國家的。因此，結(jié)合各樣本城市指標(biāo)，將交通事故10萬人口死亡率的理想值確定為3.00人/(10萬人)。同理，可得到城市其他各項(xiàng)指標(biāo)的理想值：人均道路面積22.00 m2/人，城市軌道交通線密度為0.02 km/km2，航空港航線為220條，公路網(wǎng)平均技術(shù)等級為3.00，城市萬人公共交通車輛擁有量為13.00輛，交通信息服務(wù)方式種類為7種，市民滿意度60%，交通運(yùn)輸業(yè)單位換算周轉(zhuǎn)量碳排放0.03 kg/(t·km)。

3.3 建立標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

1) 建立原始矩陣

根據(jù)城市評價指標(biāo)體系，建立原始矩陣：

(3)

2) 對各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理

對于成本型指標(biāo)，令

(4)

對于效益型指標(biāo)，令

(5)

在[0,1]區(qū)間內(nèi)，指標(biāo)yij經(jīng)過無量綱化后變?yōu)閞ij。對于處理后的指標(biāo)rij，其值越大越好。

3) 建立標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

根據(jù)式(3)～(5)，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：

(6)

3.4 權(quán)重的確定

1) 指標(biāo)i中，第j個待選方案所占比重為：

(7)

2) 第i項(xiàng)指標(biāo)的熵為：

(8)

3) 指標(biāo)i的熵權(quán)為：

(9)

4) 各指標(biāo)熵權(quán)矩陣為：

(10)

3.5 適應(yīng)性分析

1) 確定加權(quán)規(guī)范化矩陣

設(shè)加權(quán)規(guī)范化矩陣為：

Z=(zij)m×n=(rijwi)m×n。

(11)

2) 確定大城市綜合交通適應(yīng)性邊界

確定大城市綜合交通的正理想方案A+和大城市綜合交通的負(fù)理想方案A-。

(12)

(13)

(14)

(15)

3) 計(jì)算相對貼近度

(16)

(17)

(18)

4) 適應(yīng)性評價結(jié)果

根據(jù)式(14)～(18)，得到各樣本城市綜合交通發(fā)展適應(yīng)性情況。設(shè)理想城市的綜合交通適應(yīng)度為1.00，對2014年各城市的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算。那么，天津、武漢、沈陽、南京、濟(jì)南、杭州、大連、青島、廈門及寧波等大城市綜合交通適應(yīng)度分別為0.67,0.46,0.54,0.67,0.31,0.34,0.62,0.39,0.47及0.42。在選取的10個大城市中，僅南京、天津及大連的適應(yīng)度分別為0.67,0.67及0.62，處于基本適應(yīng)狀態(tài)。表明：這3個城市的綜合交通雖然存在著不足，但是總體上能夠滿足城市發(fā)展的需求，綜合交通與城市發(fā)展較為協(xié)調(diào)。沈陽、廈門、武漢及寧波的適應(yīng)度分別為0.54,0.47,0.46及0.42，處于欠適應(yīng)狀態(tài)。表明：這4個城市的綜合交通的發(fā)展落后于城市的發(fā)展，在某些方面不能滿足城市對綜合交通的需求。青島、杭州及濟(jì)南的適應(yīng)度分別為0.39,0.34及0.31，處于不適應(yīng)狀態(tài)。表明：這3個城市的綜合交通建設(shè)較為落后，在今后的發(fā)展中要更加重視對綜合交通建設(shè)的投入。

4 結(jié)論

對大城市綜合交通適應(yīng)性評價進(jìn)行了研究，得到的結(jié)論為：

1) 研究了大城市綜合交通的特征，并劃分了適應(yīng)性等級。在大城市綜合交通發(fā)展適應(yīng)性內(nèi)涵分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了大城市綜合交通適應(yīng)性評價指標(biāo)體系。

2) 構(gòu)建了基于熵權(quán)TOPSIS的適應(yīng)性評價模型。對傳統(tǒng)的TOPSIS模型進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合大城市綜合交通適應(yīng)性評價實(shí)際，引入“理想城市”，并完善了相對貼近度的計(jì)算。

3) 選取天津等10個大城市進(jìn)行案例分析。確定理想城市各指標(biāo)后，對天津、武漢、沈陽、南京、濟(jì)南、杭州、大連、青島、廈門及寧波等10個大城市綜合交通適應(yīng)性進(jìn)行了評價，得知：南京、天津和大連綜合交通處于基本適應(yīng)狀態(tài)；沈陽、廈門、武漢和寧波綜合交通處于欠適應(yīng)狀態(tài)；青島、杭州和濟(jì)南綜合交通處于不適應(yīng)狀態(tài)。

本研究在確定“理想城市”部分指標(biāo)時具有主觀性的缺陷，以后將研究客觀確定理想值的方法。