基于層次分析法和熵值法對高鐵站選址的研究

王海玥　焦琳致

摘要：隨著我國高鐵快速發(fā)展，高鐵站在各個城市運營，其快速運輸能力有目共睹，但由于車站選址不同，會給車站運營與城市發(fā)展帶來不同程度的影響。為了給高鐵選址提供科學(xué)合理的建議，用層次分析法與熵值法相結(jié)合，考慮多種因素，構(gòu)建適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)評價體系，降低主觀判斷因素，運用MATLAB計算權(quán)重，建立了高鐵選址的數(shù)學(xué)模型，分析了遼寧省已建成的高鐵站選址，確定目前最成功的選址案例。

關(guān)鍵詞：層次分析法;熵值法;高鐵站選址;MATLAB

一、引言

隨著我國高鐵技術(shù)日益成熟，高鐵已經(jīng)在全國范圍內(nèi)推廣，中國全面進(jìn)入高鐵時代。遼寧省的高鐵建設(shè)也愈加成熟，高鐵站選址成了提升高鐵便利性的瓶頸。高鐵站作為城市綜合交通樞紐，不僅需要滿足交通運輸?shù)幕疽螅鼘Τ鞘械拈L遠(yuǎn)發(fā)展有著巨大的作用。政府對高鐵站的選址考慮了諸多因素，目前多數(shù)站址位于城市的邊緣，但城市配套設(shè)施短期內(nèi)難以得到完善，從而限制高鐵站功能的充分發(fā)揮，大幅削弱了高鐵的性價比。因此，在高鐵站的選址建設(shè)方面，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)實用性與科學(xué)性。

在我國許多學(xué)者對高鐵站選址進(jìn)行了研究，其中沈海燕，賀曉玲（2011）提出了較為全面的高速鐵路綜合評價指標(biāo)體系，改進(jìn)了傳統(tǒng)模糊評價方法。孫娜（2016）以大連和鞍山高鐵站為例對城市規(guī)模差異和遠(yuǎn)郊高鐵站周邊地區(qū)發(fā)展進(jìn)行比較研究。楊曉姍等人（2018）通過模糊合成進(jìn)行綜合評價，以成都東客站為實例進(jìn)行分析。

本文基于高鐵站選址問題進(jìn)行研究，采用層次分析法和熵值法相結(jié)合，考慮多種因素，建立指標(biāo)評價體系，通過MATLAB模擬，建立了高鐵站選址的數(shù)學(xué)模型，為科學(xué)選址提供定量依據(jù)。

二、高鐵站選址的影響因素

根據(jù)現(xiàn)有研究成果與普遍認(rèn)識，擬選取高鐵站選址的關(guān)鍵因素如下。

（一）協(xié)調(diào)性

如今，高鐵站遍布全國，所以高鐵站的選址應(yīng)充分考慮多方面因素，配合該城市中長期規(guī)劃的要求，盡量減少對該城市居民生活的干擾，盡可能保護(hù)相關(guān)環(huán)境，達(dá)到協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二）可持續(xù)發(fā)展性

結(jié)合該高鐵站未來客流變化情況，以及該城市未來發(fā)展要求，并且在大數(shù)據(jù)的支撐下，從不同空間尺度，針對高鐵沿線城市發(fā)展等方面進(jìn)行考量，為城市將來的發(fā)展留下余地。

（三）功能性

高鐵站應(yīng)最大程度滿足旅客集散要求，由于人們對社會服務(wù)的要求不斷提高，高鐵站應(yīng)該盡可能提供多元化、人性化的服務(wù)，以保證人們可以處在一個方便舒適的環(huán)境之中。

（四）效益性

效益包括社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，由于高鐵的諸多優(yōu)點，高鐵站的建設(shè)有利于帶動城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由于高鐵站的建設(shè)需要大量資金和資源，還要考慮當(dāng)?shù)氐牡孛蔡卣鳎砸x擇便于實施且經(jīng)濟(jì)可行的方案。

（五）便利性

高鐵站的選址更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)其實用性，如果忽視客流自主選擇性，將高鐵站建設(shè)的遠(yuǎn)離市區(qū)，則不能與城市公共交通充分結(jié)合，難以達(dá)到預(yù)期效果，所以高鐵站的建立應(yīng)結(jié)合城市交通，便于乘客完成各種交通方式之間的轉(zhuǎn)化。

三、評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于上述因素，通過資料搜索和實例分析，建立高鐵站的選址的評價體系如表1。

四、綜合集成賦值法確定權(quán)重分配向量

因為層次分析法容易受到主觀因素的影響，所以無法避免評價人員的主觀片面性，導(dǎo)致該方法不能進(jìn)行較高精度的過程評價。所以本文將層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合，以降低主觀因素。首先分別用層次分析法與熵權(quán)法求出權(quán)重，并且按照以下公式（1）進(jìn)行合成，這樣既充分保留了各種指標(biāo)傳遞的信息，又可通過知識經(jīng)驗對客觀權(quán)重加以修正。

五、實例分析

遼寧省已建成的高鐵站有16個，其中8個是高鐵普鐵混用車站，另外8個則是高鐵專用車站，即為了城市需要重新修建的車站。

本題從協(xié)調(diào)性、可持續(xù)發(fā)展性、功能性、效益型和便利性五個角度進(jìn)行分析，并利用上述數(shù)學(xué)模型，判斷出遼寧省已建的高鐵站中，哪個選址最為成功。

由上述計算結(jié)果知準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的比較判斷矩陣通過一致性檢驗，接下來繼續(xù)方案層對準(zhǔn)則層的分析。

記準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)向量為ω=（0.263，0.475，0.055，0.090，0.110）T

根據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)模型，來求方案層對準(zhǔn)則層的權(quán)向量。通過對周圍環(huán)境的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可以得到方案層對U1（協(xié)調(diào)性）的成對比較矩陣。經(jīng)計算，最大特征根為：λ1m=16.9446

權(quán)向量：ω1=（0.1213，0.1213，0.1213，

0.1783，0.1783，0.0595，0.0146，0.0146，0.0150，0.0330，0.0330，0.0146，0.0330，0.0330，0.0146，0.0146）

通過對高鐵沿線城市的發(fā)展定位、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)、土地利用、綜合交通等方面的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可得到方案層對U2（可持續(xù)發(fā)展性）的成對比較矩陣。經(jīng)計算，最大特征根為：λ2m=19.4186

權(quán)向量：ω2=（0.1883，0.01883，0.0951，

0.1883，0.0568，0.0352，0.0291，0.0075，0.0251，0.0137，0.0192，0.0346，0.0626，0.0066，0.0093，0.0405）

通過對車站客流量和站內(nèi)服務(wù)設(shè)施的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可得到方案層對U3（功能性）的成對比較矩陣。經(jīng)計算，最大特征根為：λ3m=18.5543

權(quán)向量：ω3=（0.2220，0.3055，0.0146，

0.0744，0.0291，0.0648，0.0117，0.0097，0.0084，0.0348，0.0697，0.0327，0.0171，0.0500，0.0230）

通過對車站周圍商業(yè)區(qū)發(fā)展程度的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可得到方案層對U4（效益性）的成對比較矩陣。經(jīng)計算，最大特征根為：λ4m=17.8778

權(quán)向量：ω4=（0.1814，0.0908，0.0116，

0.2204，0.0231，0.0122，0.1286，0.0114，0.1300，0.0100，0.0100，0.0536，0.0385，0.0128，0.0551，0.0105）

通過對車站周圍的公共交通設(shè)施和與市中心距離的調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可得到方案層對U5（便利性）的成對比較矩陣。經(jīng)計算，最大特征根為：λ5m=17.4154

權(quán)向量：ω5=（0.1580，0.0552，0.0552，

0.1580，0.0552，0.0354，0.0930，0.0263，0.0916，0.0100，0.0141，0.0900，0.0900，0.0101，0.0423，0.0155）

層次總排序的結(jié)果見表4。

六、結(jié)論

經(jīng)過以上數(shù)學(xué)模型的計算，并對遼寧省的高鐵站選址進(jìn)行實證分析，遼寧省已建成的高鐵站中，最成功的是大連站。經(jīng)計算結(jié)果看出：第一、從生活便利方面看，充分考慮客流的自主選擇性，結(jié)合居民生活實際，便民利民，讓高鐵站發(fā)揮交通樞紐的作用;第二、從區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面來看，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)高鐵站內(nèi)及周邊的公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，規(guī)劃周邊商業(yè)發(fā)展，以此帶動城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展;第三、從可持續(xù)發(fā)展方面來看，應(yīng)當(dāng)充分考慮城市未來變化，順應(yīng)時代發(fā)展，合理利用土地，優(yōu)化城市布局。本文建立的數(shù)學(xué)模型對未來高鐵站的選址提供了決策依據(jù)。

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（作者單位：遼寧師范大學(xué)）