城市干道立體過街設施布局多目標評價

塔 建 胡勁松 王俊輝

(廣州市交通規劃研究院 廣州 510230)

0 引 言

立體過街設施從根本上實現了人車分離，提高了行人過街的安全性，減少了機動車延誤時間，近年來大中城市普遍開展立體過街設施項目布局規劃設計工作.立體過街設施建設投資較大，一旦建成，后期維護、管理成本較高，為避免立體過街設施建成后出現無人走的情況，有必要對立體過街設施布局方案進行綜合評價，分析各個立體過街設施布局方案存在的問題，判斷出最優的立體過街設施布局方案.

Holland等[1]研究了不同年齡組、不同性別的人員、駕駛員和非駕駛員在三種預設情景中的過街行為.Araujo等[2]從連續性、安全度、舒適度等角度評估了信號交叉口的人行過街設施，并對其影響因素的重要程度從行人角度進行了排序.Landis等[3]根據現場調查得到人行過街設施服務水平的影響因素，通過多元回歸確定了過街設施服務等級的量化評價模型.Dixon[4]通過選擇一些經驗豐富的專家學者對行人設施進行打分獲得指標權重，對設施系統進行了綜合評價.李娟等[5]從行人過街特點的角度，通過分析國內外行人過街設施間距、行人交通特性，提出了立體過街設施選址模型，這為過街設施合理布局的研究分析提供了思路.王志[6]以立體過街設施服務性能為總體目標，考慮設施的規劃布置、功能設計、管理維護等方面因素，采用模糊綜合評價法對西安市部分立體過街設施進行了評價.劉貴謙[7]構建了立體過街設施服務性能合理性、協調性、方便性、舒適性4個準則層指標體系，采用熵值法對哈爾濱市部分立體過街設施的服務性能進行了評價.

現有研究成果多側重對平面過街設施布局和立體過街設施服務性能進行評價，有關立體過街設施布局方案綜合評價研究分析的成果較少.對立體過街設施進行評價的研究，評價指標體系尚不完善，需要對指標體系進行結構優化；指標權重系數的確定常通過專家評分法獲得，評價精度較差，存在較大的主觀性，缺少主客觀相結合的量化綜合評價模型.

本文擬系統地梳理立體過街設施布局評價指標，構建多目標評價指標體系；采用AHP和熵值法相結合的方法確定指標權重，并基于灰關聯TOPSIS法對布局方案進行綜合比較分析和排序，得到逼近于理想解的布局方案.

1 評價指標體系構建

布局，文獻[8]將其解釋為對建設等事物的設計規劃，如工業布局、建設小區布局等.過街設施布局是指統籌安排設施在路網的位置，并確定設施方式(人行橫道、天橋、地道)、設置型式(結構型式、平面型式、外觀造型)，以及相關配套設施(附屬設施、無障礙設施等)規劃設計等內容.為合理規劃立體過街設施在城市干道的布局方案，提出人性化設計指引，對現狀立體過街設施布局方案進行綜合評價十分必要.遵照指標選擇的綜合性、代表性、可操作性原則，考慮立體過街設施布局方案的合理性[9]、便捷性、協調性、舒適性和安全性[10]等5個方面，同時結合行人對過街設施的選擇偏好，提出立體過街設施布局多目標評價指標體系，見表1.

評價指標體系包括5個維度25項指標，指標獲取方式包括觀測統計和意愿調查兩種.觀測統計是指通過現場觀測立體過街設施現狀信息，統計得到相關指標值.意愿調查是慢行交通規劃中體現行人和騎車者意愿和特征的一項重要規劃技術，本次調查采用“體驗-響應”的意愿調查方法，來獲取行人對立體過街設施現狀布局的評判信息.該調查方法是在對行人過街過程跟蹤觀測的基礎上，進行攔截問詢調查，這樣有效避免了RP調查中由于被調查者并非過街人群或行人記憶模糊而導致調查結果與實際感受相差較大的弊端，提高調查問卷的有效性.調查得到相關布局指標后，采用5分制對指標進行賦值.

2 設施布局多目標評價方法

2.1 AHP法與熵值法結合確定指標綜合權重

1) AHP法賦權 AHP法是一種定量與定性分析相結合的多準則的決策方法，通過模擬人在解決復雜問題時的決策思維和判斷過程，利用專家的主觀意見得到指標權重.AHP法基本思路是首先將問題分解為若干組成要素，并將這些要素按支配關系形成有序的遞階層次結構；然后通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，構造判斷矩陣，并進行一致性檢驗；最后綜合各層次要素的重要程度，得到各個要素的綜合權重.

表1 評價指標體系

注：(1)020為“1”.

(2)00.9為“1”.

(3)賦值區間“5”-非常好、非常協調；“4”-好、協調；“3”-一般；“2”-不好、不協調；“1”-非常不好、非常不協調.

2) 熵值法賦權 熵值法是以信息論中信息熵的原理為基礎，根據評價數據中評價指標信息的大小賦于評價指標相應的權重[13].由于熵值法是一種客觀賦權法，因此大多數專家學者認為熵值法是一種較為可靠計算權重的方法，通過熵值確定指標權重，可以提高評價精度[14].熵值法對評價對象進行評價的一般步驟如下.

步驟1定義評價矩陣 設共有m個評價對象，n個評價指標，定義原始評價矩陣為

X=(xij)mn1≤i≤m；1≤j≤n

(1)

式中：xij為評價者對第i個評價對象的第j個指標的評價值.

步驟2計算比重 第i個評價對象的第j個指標的比重為

(2)

步驟3計算熵值.對于某項評價指標，不同對象的指標值差距越大，則該指標在評價中所起的作用就越大.第j個評價指標的熵值為

(3)

式中：hj為第j個評價指標的熵值，0≤hj≤1；k為調節系數，k=1/lnm.

步驟4計算熵權.根據熵值法原理，第j個評價指標的熵權為：

(4)

(5)

2.2 基于灰關聯TOPSIS法的綜合評價

逼近于理想解法(TOPSIS法)是一種逼近于理想解的排序法，僅要求各效用函數具有單調遞増(或遞減)性，通過檢測評價對象與最優解、最劣解的距離來進行排序，若評價對象最靠近最優解同時又最遠離最劣解，則為最優；其中最優解的各指標值都達到各評價指標的最優值，最劣解的各指標值都達到各評價指標的最差值.灰色關聯分析法是根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度，作為衡量因素間關聯程度的一種方法，也稱灰色關聯度法；灰色關聯分析法是典型的系統分析方法，對于一個系統發展變化態勢提供了量化度量，且對樣本量要求較小，非常適合對不同方案進行相對意義上的比較分析.本文采用基于灰色關聯度理論的TOPSIS評價方法，能夠有效解決立體過街設施布局方案樣本量不足的問題，在確定樣本量的前提下得到逼近于理想解的立體過街設施布局方案.

通過分析各布局方案與理想方案的貼近程度，即如果布局方案與負理想方案的相對貼近度值越小，代表方案與負理想方案越不相關，即越貼近正理想方案，則方案越優.通過TOPSIS法尋求最優解方案，步驟如下.

步驟1定義正負理想方案.設為決策矩陣的正理想方案，為決策矩陣的負理想方案.其中，，表示第j個指標的最優值，，表示第j個指標的最差值.

步驟2計算相關系數.定義為方案Si與正理想方案R+關于第j個指標的正相關系數，定義為方案Si與負理想方案R-關于第j個指標的負相關系數，由灰色關聯度理論計算得到布局方案到正負理想方案的相關系數分別為

(6)

(7)

式中：λ為分辨系數，0≤λ≤1，取λ=0.5.

(8)

(9)

步驟4計算貼近度.各布局方案Si的相對貼近度δi為

(10)

δi越小，表示與負理想方案關聯性越弱，則方案Si越優.

3 實例分析

天河核心區是廣州市商貿、金融、行政、生活居住的高度集聚之地，擁有地鐵、BRT、常規公交等多層次城市交通體系，是廣州市人口集中度最高的區域之一，同時也是機動車交通密度最高的區域之一.總體上天河核心區現狀過街設施布局水平相對較好，但受高強度機動車交通的影響，行人過街仍存在諸多不便.通過在天河核心區選取10處典型立體過街設施，分析其存在的問題，將不同方案排列出優劣次序，分析挑選相對較優方案作為布局規劃標準方案.

2017年6月，項目組對天河核心區過街行人開展了過街意愿調查.調查地點為天河核心區10處典型立體過街設施，包括路段人行天橋四處，路段人行地道二處，交叉口人行天橋二處，交叉口人行地道二處.采用“體驗-響應”的攔截問詢法進行，每處立體過街設施保證有效問卷200份及以上.通過現場觀測統計和意愿調查結果，統計分析得到10處立體過街設施布局方案評價指標值(意愿調查結果為平均值)，依據式(2)～(4)得到熵值法確定的各評價指標權重.同時采用AHP法確定指標權重.為減少主觀因素對評價結果的影響，本文將主觀偏好系數確定為0.4，進一步得到綜合權重.熵值法和AHP法確定的指標權重對比結果見圖1，總體上AHP法確定的權重和熵值法確定的權重基本相符，但在指標q11，q22和q41上相差較大，說明各布局方案尚且不夠合理，仍存在行人違章橫穿馬路現象，同時布局方案未設置電梯或自動扶梯、頂棚也比較常見，影響方案的便捷性和舒適性.

圖1 AHP法和熵值法確定的權重對比

依據式(6)～(10)得到各布局方案到正負理想方案的關聯度及方案相對貼近度，并進行方案優劣排序，見表2.

表2 布局方案評價結果

由表2可知，10處立體過街設施布局方案中，中山大道(師大暨大BRT站中端)天橋布局最接近正理想方案，其次是華夏路與金穗路交叉處地道，廣園快速路(省農科院南側)天橋布局最接近負理想方案.通過實地調查發現行人對中山大道(師大暨大BRT站中端)天橋的滿意度較高，最符合行人期望的設置位置，景觀綠化效果及與周邊建筑協調性較好，自動扶梯、頂棚、導向標志、標線、盲道、非機動車坡道等設置情況良好，而廣園快速路(省農科院南側)天橋未設置自動扶梯、頂棚等，行人過街相對不夠便捷，這是正負理想方案最大的區別.

4 結 束 語

構建了立體過街設施布局方案5個維度25項指標的評價指標體系.提出了一種基于AHP法、熵值法和灰關聯TOPSIS法的城市干道立體過街設施布局多目標評價方法.通過實例分析表明，本文提出的評價方法減少了AHP法確定權重時主觀判斷影響，得到更加合理的主客觀相結合的指標權重，實現方案優劣排序，確定逼近于理想方案的布局方案.但受意愿調查數據所限及研究區域樣本本身發展的不均衡性，本次僅對天河核心區干道系統10處典型立體過街設施布局方案進行了綜合性評價.應用結果表明，本方法具備一定的可行性和實用性，可為立體過街設施布局方案評價提供一定的參考和借鑒.