城市中小學(xué)生通學(xué)定制公交線路網(wǎng)模糊綜合評價

李文勇　唐月梅　廉冠

摘 要：通過分析影響定制公交評價的因素，建立一個城市中小學(xué)生通學(xué)的定制公交線網(wǎng)評價體系。利用TransCAD軟件構(gòu)建模型并計(jì)算評價指標(biāo)，采用模糊綜合評價方法，以南寧市的一項(xiàng)中小學(xué)通學(xué)定制公交線網(wǎng)規(guī)劃方案為例進(jìn)行實(shí)證評價。評價結(jié)果顯示，該方案的定制公交網(wǎng)絡(luò)等級為中等，從而驗(yàn)證了評價體系的實(shí)用性和操作性。

關(guān)鍵詞：城市中小學(xué)生通學(xué) 定制公交線網(wǎng)評價體系 TransCAD 模糊綜合評價法

1 引言

城市化加速，中小學(xué)生通學(xué)問題備受關(guān)注。定制公交是解決方案，提升了通學(xué)效率與安全，減輕了交通壓力，急需有效規(guī)劃與評價，滿足學(xué)生需求，成為迫切需求。

目前，多個城市已嘗試引入定制公交學(xué)生通學(xué)。北京市的一些定制公交案例表明，定制公交能有效提高學(xué)生的通學(xué)效率和安全[1]。然而，過去的定制公交評價研究主要關(guān)注成人通勤運(yùn)營和服務(wù)質(zhì)量。林青[2]以北京為例，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和灰色關(guān)聯(lián)度模型評價定制公交，結(jié)果顯示定制公交綜合得分優(yōu)于軌道交通和私家車。盧小林等[3] 利用層次分析法的灰色關(guān)聯(lián)度模型對濟(jì)南市131路模擬線路進(jìn)行綜合評價，結(jié)果顯示線路運(yùn)營良好，達(dá)到二級水平。李睿，陳堅(jiān)等[4] 使用ACSI模型研發(fā)了定制公交乘客滿意度模型，并發(fā)現(xiàn)在重慶市的中小學(xué)生定制公交中，感知質(zhì)量和感知價值對滿意度有正向影響，而乘客期望對滿意度有負(fù)面影響，同時滿意度明顯增強(qiáng)了乘客忠誠度。康浩等[5]從多方視角探討城市公共交通發(fā)展因素，構(gòu)建多層次公交線網(wǎng)指標(biāo)體系，利用TransCAD軟件和模糊評價方法促進(jìn)城市公共交通系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

盡管學(xué)者們已對定制公交進(jìn)行了深入研究，但由于實(shí)施時間較短且缺乏足夠的評價數(shù)據(jù)，城市通學(xué)定制公交的綜合評價研究相對較少。本文基于中小學(xué)生通學(xué)特征，分析了影響城市通學(xué)定制公交線網(wǎng)評價的因素，建立了評價體系，利用TransCAD搭建了公交線網(wǎng)模型，并運(yùn)用模糊綜合評價法對各指標(biāo)進(jìn)行了綜合評價。

2 通學(xué)定制公交評價概述

2.1 通學(xué)定制公交評價目的

通學(xué)定制公交評價聚焦服務(wù)有效性、安全性、高效性及滿足學(xué)生家長需求。它的首要任務(wù)是保障學(xué)生安全，提升服務(wù)效率、可靠性，保證學(xué)生準(zhǔn)時安全到達(dá)學(xué)校并此過程中提高服務(wù)質(zhì)量。

2.2 評價影響因素

通學(xué)定制公交是為滿足義務(wù)教育階段學(xué)生的特定出行需求而設(shè)計(jì)的，與傳統(tǒng)校車和常規(guī)公交有所不同。評價通學(xué)定制公交線路規(guī)劃時，應(yīng)從學(xué)生角度出發(fā)，考慮覆蓋范圍、線路效率、安全性、準(zhǔn)時性和舒適度等因素。

（1）覆蓋范圍：線網(wǎng)規(guī)劃是否能夠覆蓋主要的學(xué)生居住區(qū)，以及學(xué)校的分布情況。覆蓋面廣泛的規(guī)劃更能滿足大多數(shù)學(xué)生和家長的需求。

（2）線路效率：線路是否最短化、時間最優(yōu)化，即學(xué)生從家到學(xué)校的通勤時間是否被合理縮短，同時避免不必要的繞行。

（3）安全性：安全性是家長和學(xué)生最關(guān)心的問題。公交車的安全措施、司機(jī)的駕駛技能和服務(wù)態(tài)度直接影響到學(xué)生的安全和家長的滿意度。

（4）準(zhǔn)時性：通學(xué)公交是否能夠準(zhǔn)時到達(dá)，早上不延誤學(xué)生上學(xué)，下午及時送學(xué)生回家，對評價影響很大。

（5）舒適度：車內(nèi)的清潔程度、溫度適宜性、座位的舒適度等因素也會影響學(xué)生和家長對通學(xué)公交的評價。

意思這些影響因素共同決定了通學(xué)定制公交線網(wǎng)規(guī)劃的成功與否，優(yōu)秀的線網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)該綜合考慮這些因素，以提供安全、高效、便利、經(jīng)濟(jì)的通學(xué)交通服務(wù)。

2.3 評價指標(biāo)構(gòu)建原則

評價指標(biāo)體系的構(gòu)建是評價活動的關(guān)鍵步驟，它為決策提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)和衡量標(biāo)準(zhǔn)。在構(gòu)建評價指標(biāo)時，應(yīng)遵循以下原則：

（1）全面性原則：評價指標(biāo)應(yīng)涵蓋定制公交服務(wù)的所有關(guān)鍵方面，如服務(wù)可達(dá)性、準(zhǔn)時性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)境影響等。

（2）科學(xué)性原則：評價指標(biāo)的選取應(yīng)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，確保指標(biāo)具有清晰的界定和目標(biāo)，并使用可靠的資料來源和科學(xué)的處理方法。

（3）可比性原則：在選擇和建立評價指標(biāo)時，應(yīng)采用國際公認(rèn)的術(shù)語、概念和量化手段，以確保指標(biāo)具有可比性。

（4）簡潔性原則：評價指標(biāo)應(yīng)既全面又簡潔，避免過多的冗余，確保每個指標(biāo)都具有重要影響和代表意義。

3 通學(xué)定制公交評價指標(biāo)和評價模型構(gòu)建

3.1 評價指標(biāo)體系建立

本文建立了基于城市中小學(xué)生通學(xué)的定制公交線網(wǎng)評價指標(biāo)體系，這些指標(biāo)又可分為定量評價指標(biāo)和定性評價指標(biāo)，見圖1所示。其中，由于定性指標(biāo)無法直接計(jì)算值，我們通過專家經(jīng)驗(yàn)打分取加權(quán)平均分作為指標(biāo)值。

3.2 評價方法

模糊綜合評價法（FCE）利用模糊數(shù)學(xué)對不確定性和模糊性問題進(jìn)行綜合評估。通過量化處理評價指標(biāo)，并運(yùn)用模糊變換和最大隸屬度原則，全面考慮相關(guān)指標(biāo)對目標(biāo)方案進(jìn)行評估[9]。本研究以城市中小學(xué)生的定制公交線網(wǎng)為案例，運(yùn)用FCE對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析。

3.3 模糊綜合評價的具體步驟

模糊綜合評價主要通過模糊關(guān)系合成，將影響決策的各因素綜合考慮，以得出最終評價結(jié)果。其基本步驟包括：

（1）建立因素集，即評價指標(biāo)體系U={u1， u2， …， un}。

（2）確定不同指標(biāo)的相對重要度，即權(quán)重集，其中，確定權(quán)重的方法有專家判斷法、層次分析法和主成分分析法等，本文采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

（3）確定評價基準(zhǔn)及相應(yīng)的價值量，即評價集{“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“很差”}。

（4）進(jìn)行單指標(biāo)評價，即對指標(biāo)層內(nèi)單個指標(biāo)的評價。

（5）為待評估的方案，確定其在每個指標(biāo)上的隸屬度向量Ri（i=1，2，…，n）。

（6）構(gòu)造關(guān)于總目標(biāo)的隸屬度矩陣R，并求該方案關(guān)于總目標(biāo)的隸屬度向量B=W·R。

4 具體算例分析

4.1 研究區(qū)域概述

TransCAD軟件具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析能力，因此在評價指標(biāo)中，一些與空間數(shù)據(jù)有關(guān)的指標(biāo)適合用軟件來計(jì)算[8]。以南寧市某中小學(xué)生通學(xué)定制公交線網(wǎng)規(guī)劃方案為例，基于前文所述的城市中小學(xué)生通學(xué)定制公交線網(wǎng)評價指標(biāo)體系，利用TransCAD軟件搭建公共線網(wǎng)規(guī)劃模型，如圖2所示。

4.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

本文基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process， AHP）確定各指標(biāo)的權(quán)重，AHP是美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty于20世紀(jì)70年代初期提出的[9]。該方法的核心在于首先根據(jù)問題需求構(gòu)建一個反映系統(tǒng)功能或特性的分層結(jié)構(gòu)，然后設(shè)定評價準(zhǔn)則，并為每一級創(chuàng)建評價矩陣，以此計(jì)算下一級對上一級元素的權(quán)重。具體步驟如下：

（1）將評價矩陣M按列作歸一化處理，得

（2）將歸一化后的M按行相加， 即

（3）對Wi進(jìn)行歸一化處理， 即

（4）求最大特征值：

（5）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)， 其步驟如下：

偏差一致性要求：應(yīng)滿足CI>0.1

RI取1.49，則CR=CI/RI，如果CR<0.1則認(rèn)為建立的評判矩陣的一致性較好， 可以接受。

根據(jù)上述權(quán)重確定方法，計(jì)算得出各指標(biāo)權(quán)重向量Wi=（0.2638，0.1696，0.0982，0.0938，0.0734，0.0862，0.0654，0.0589，0.0474，0.0434）。

4.3 評價指標(biāo)隸屬度計(jì)算

隸屬度是一種用于描述評價對象對某個模糊集合的歸屬程度的概念。在模糊綜合評價中，隸屬度被用來表示評價對象對評價等級的歸屬程度[10]。首先，對前文構(gòu)建的指標(biāo)體系中的各指標(biāo)進(jìn)行分類，根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)分為“偏大型”評價指標(biāo)、“中間型”評價指標(biāo)和“偏小型”評價指標(biāo)。對于“偏小型”評價指標(biāo)我們采用降半梯形隸屬度；對于“偏大型”評價指標(biāo)，我們采用升半梯形隸屬度函數(shù)；對于中間型評價指標(biāo)，我們采用三角隸屬度函數(shù)。上半梯形加三角隸屬度函數(shù)特征圖如圖3所示；降半梯形加三角隸屬度函數(shù)特征圖如圖4所示。

三種類型隸屬度特征函數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式分別如公式（5）～（7）所示

式中，a，b，c分別是評價等級臨界值。

利用TransCAD軟件建立通學(xué)定制公交線網(wǎng)模型，計(jì)算定量指標(biāo)值，并匯總定性指標(biāo)得分值。根據(jù)實(shí)際路網(wǎng)情況，評價指標(biāo)采用的評價等級分類臨界值如表1所示。

依據(jù)模糊綜合評價方法進(jìn)行計(jì)算，該中小學(xué)生通學(xué)定制公交線網(wǎng)規(guī)劃方案評價指標(biāo)隸屬度矩陣計(jì)算結(jié)果為：

4.3 綜合評價

在完成指標(biāo)層的評價之后，通過對各指標(biāo)評價結(jié)果的匯總和綜合，形成對于最高級目標(biāo)層的總體評價，從而得到綜合評價隸屬度向量B=W·R，最終的評價結(jié)果如下：

B=（0.2638，0.1696，0.0982，0.0938，0.0734，0.0862，0.0654，0.0589，0.0474，0.0434）·R=（0.1038，0.1646，0.4957，0.2359，0.0000）

通過綜合評價各項(xiàng)指標(biāo)，確定城市中小學(xué)生通學(xué)定制公交線網(wǎng)規(guī)劃方案的評價等級為“中”（V3），以最大隸屬度原則為依據(jù)。該方法可用于多方案比較，選出最佳方案。

5 結(jié)語

本文構(gòu)建了一個綜合考量公交線路長度、線網(wǎng)密度、公交線路非直系數(shù)等因素的通學(xué)定制公交線網(wǎng)評價體系，旨在科學(xué)、實(shí)際地評估通學(xué)定制公交的狀況和優(yōu)勢。通過探討中小學(xué)生利用定制公交通學(xué)代替家長接送的可行性，有望為緩解城市交通擁堵問題提供指導(dǎo)。

基金項(xiàng)目：1.國家自然科學(xué)基金（61963011）；2.廣西青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2021GXNSFBA075022）。

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