林 源,于定勇

(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100)

沿海城市群城际快速轨道交通系统评价方法研究及应用*

林 源,于定勇

(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100)

针对以交通客流预测结果为基础所提出的城市群城际快速轨道交通系统初步规划方案,通过建立基于系统效益、经济效益和社会环境效益等3个方面的指标体系,构建适合我国城市群交通发展现状和趋势的评价模型和方法,对城市群轨道交通系统的结构与功能进行衡量和评估,辨别系统发展程度,对规划线网进行评价,从总体上对城际轨道交通系统规划方案的可靠性与合理性进行验证。

城际快速轨道;交通系统;城市群;评价方法;

中国城市群的兴起和发展对交通运输系统提出了更高要求,大运量轨道交通能够适应城际客流特征,运输能力强,技术和经济优势明显。是解决都市带和城市群城际交通问题最为行之有效的方法,是构建城际快速运输系统的最佳选择,符合科学发展、可持续发展的战略,有利于城市群城市节点发挥区位优势。对城市群城际快速轨道交通系统进行规划,是从交通需求与供给情况、城际轨道交通的特性和客流特征出发,对轨道交通客流进行预测,提出线网初步规划方案[1]。对城市群快速轨道交通系统规划线网进行评价,本文旨在通过基于系统效益、经济效益和社会环境效益等3个方面的指标体系,建立适合我国交通发展现状和趋势的评价模型和方法,对城市群轨道交通系统的结构与功能进行衡量和评估,辨别系统的发展程度,对规划线网进行评价。其中,指标是反映系统要素或效益的数量概念和具体数字,指标体系是进行评价的基础,运用适当的评价方法,对城市群轨道交通系统规划方案的可靠性与合理性进行验证[2]。

1 城市群快速轨道交通系统综合评价指标

交通运输是人们出行、货物交流交换活动所依托的载体,不同运输方式在满足人们出行和货物位移中具有一定的可替代性,所满足的需求层次、对资源消耗量以及对社会的影响不同。交通运输的主导方式、供给结构、不同运输方式的便利程度、资源能源消耗和社会环境效用是影响选择决定的重要因素。使用交通运输是一种交通消费行为,在有多种方式可供选择以及越来越多的人们具有较高交通消费支付能力的情况下,采用不同的交通运输方式实际上是对资源占用和消耗量大小的选择,是人们对生活质量的追求与对社会资源消耗的态度、责任的平衡结果。建立交通评价体系、选取评价指标就要考虑这些因素。根据对国内外城际轨道交通现状的研究,结合有关理论研究文献,建立城市群快速轨道交通综合评价体系应包括系统效益、经济效益和社会环境效益等3个方面,并将其作为评价体系的一级指标,在一级指标下细化成15个不同的评价指标构成二级指标,形成1个完整的城市群快速轨道交通系统综合评价指标体系。具体见表1。

表1 城市群快速轨道交通系统综合评价指标Table 1 Comprehensive evaluation index of the inter-city express rail transportation system

2 城市群轨道交通系统评价方法研究

2.1 评价方法及标准

本文首先采用层次分析法确定评价指标的权重,然后以模糊数学为基础,将城际轨道交通模式选择评价指标定量化,建立综合评价模型。

2.2 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)是对一些较为复杂、模糊的问题作出决策的简易方法,是美国运筹学家托马斯.塞蒂(T.L.Saaty)教授于1970年代提出的1种实用的多方案或多目标的决策方法,作为1种半定量(或定性与定量结合)的方法,特别适用于难于完全定量分析的问题。AHP方法经过几十年的发展,许多学者针对其比较、判断过程中较为粗糙的缺点进行了改进和完善,形成了一些新理论和新方法,近几年群组决策、模糊决策和反馈系统理论等已成为该领域研究的新进展。

层次分析法将拟评价系统的有关替代方案的各种要素分解成若干层次,并以同一层次的各种要素按照上一层要素为准则,进行两两判断比较并计算出各要素的权重。具体可归纳为下列4个步骤:

2.2.1 建立层次结构模型 将问题所包含的因素分层,用层次框图描述层次的递阶结构和因素的从属关系。通常可划分为最高层、中间层和最底层。最高层表示要解决问题的目标。中间层为实现总目标而采取的策略、准则等。当上一层次的元素与下一层次的所有元素都有联系时称完全的层次关系;也可只与下一层次的部分元素有联系,此时称不完全的层次关系。各层次间也可以建立子层次,子层次从属于主层次中某个元素,又与下一层次的元素有联系。

2.2.2 构造判断矩阵 以A表示目标,ui表示评价因素,ui∈U(i=1,2,…,m),uij表示ui对uj的相对重要性数值即标度(j=1,2,…,m)。判断矩阵的标度值由专家打分法得出。标度值及其含义见表2。

表2 判断矩阵标度及其含义Table 2 Scale and meaning of judgment matrix

由上述标度值的意义得判断矩阵P(也称之为AU判断矩阵):

2.2.3 计算重要性排序 由A-U矩阵,求出最大特征值所对应的特征向量。所求单位特征向量即为各评价因素的权重,也就是所设定目标优先等级的权重。本文采用和积法计算:

①将判断矩阵每一列归一化,见式2:

②每一列经归一化后的判断矩阵按行相加:

③对向量w=(w1,w2,…,wm)做归一化处理:

即得所求权向量:w=(w1,w2,…,wm)

④计算最大特征值:

2.2.4 检验 对判断矩阵进行一致性检验,使用公式:

其中,CR-判断矩阵的随机一致性比率;

CI-判断矩阵的一般一致性指标;

RI-判断矩阵的平均随机一致性指标,对于1-11阶判断矩阵,RI的值列于表3。

表3 平均随机一致性指标Table 3 Mean random consistency index

检测准则:当CR<0.10时,即认为判断矩阵具有满意的一致性,说明权数分配合理;否则,就需要重新调整判断矩阵,直到具有满意的一致性为止。即若人们的主管判断与客观实际发生了偏差,则CR的值便显示出这种差别,以便及时调整判断矩阵。

2.3 模糊综合评价法

在现实世界中,很多事物之间的关系是不清晰的,是模糊的,如美和丑、胖和瘦、高和矮、年老和年轻、大和小等,它们之间没有绝对明确的界限,具有模糊性。在城际轨道交通规划方案的评价过程中,要准确描述1个目标,往往也较为困难,对这类目标实现效果的评价也具有模糊性。模糊评价法是运用模糊集理论对某一考核系统进行综合评价的1种方法。这种方法考核的对象可以是方案、产品或是各类人员(如管理人员、技术人员、生产工人等)。

模糊综合评价的数学模型如下:

(1)因素集U={u1,u2,…,um},m为因素个数;

(2)评价集V={v1,v2,…,vn},n为评语数;

(3)权重集A,运用比较法定权重系数,包括因素类权向量Ac和因素间权向量Af。其中Ac=(ac1,ac2,…,acs),Af=(af1,af2,…,afm)。

(4)一级模糊综合评判:

用μvj(ui)=rij表示就因素ui而言,被评价事物对第j个评价等级vj的隶属度,对于每一因素类ui,rij可表示为相应的评判矩阵Rg,见下式。

式中m,表示第g因素类中构成因素的个数。评判矩阵可通过模糊统计试验、专家评分或典型函数形式等途径得到,一级模糊综合评判矩阵为Bg。

式中,Bg是被评价事物对评价等级的隶属度向量,其中bgj是该事物对评价等级j的隶属度。B是整个系统对评价等级的矩阵。s为因素类的个数。上式中的模糊关系合成Af:Rg可以采用M(∧,∨)模型,也可以采用m(.,+)模型。

采用M(∧,∨)模型时,Bi的分量为:

采用M(.,+)模型时,Bg的分量为:

M(∧,∨)模型的Af并无权向量的含义,由于bgj只选min(agi,rgij中的最大值,而不考虑其他因素影响,故是1种“主因素突出型”的综合评判。

M(.,+)模型,由于要同时考虑所有因素,故各agj具有代表个因素重要性的权系数大的含义,因而应的要求。总之,这一模型是“加权平均型”的综合评判。在此模型中Af=(ag1,ag2,…,agm)具有权向量性质。

(5)二级模糊综合评判

在一级模糊综合评判的基础上,对各类因素的影响进行二级模糊综合评判,二级模糊综合评判矩阵为:

其中,s为因素类的个数。

2.4 评价标准的建立

根据专家意见法,对城市群快速轨道交通系统的评价等级进行了分类和赋分,见表4和表5。

表4 评价级别赋分表Table 4 Assignment of evaluation grade

表5 综合得分与评价等级对照Table 5 Control of comprehensive score and evaluation grade

表5中,等级高(>90)表示该系统很好,能够满足社会的需求;等级较高(80～90)表示该系统的系统效益、经济效益和社会环境效益评价较好;等级一般(60～79)表示该系统能够基本满足系统效益、经济效益和社会环境效益的要求,可以考虑在进一步优化的前提下发展;等级较低(40～59)表示该系统在系统效益、经济效益或社会环境效益方面存在明显的不足,不适合大力发展;等级低(<40)表示该系统在系统效益、经济效益和社会环境效益方面无法满足社会正常需求,需要进行重新规划。

3 山东半岛城市群城际轨道线网规划方案研究

以山东半岛城市群各城市之间现状铁路OD、公路OD为基础,通过出行生成、出行分布,寻找半岛城镇群客流主通道,初步确定规划线路,然后通过综合分析各线路沿线的社会经济和交通运输情况以及不同线网的适应性,确定城际轨道交通线路[3]。

根据预测年度(见图1)全社会客流示意图可以看出,山东半岛城市群间,济南-淄博、济南-青岛、潍坊-青岛、青岛-烟台、青岛-威海、烟台-威海城际交流量较大,济南-德州、济南-泰安、青岛-日照的交流量相对次之,其余城际间交流量较小。

图1 山东半岛城市群2015年客流期望线示意图Fig.1 2015 passenger expectation line of Shandong peninsula urban agglomerations

综合各城市间交流量大小,考虑某些城市对交通流使用共同通道等因素,确定客流主通道为:济南-淄博-潍坊-青岛、青岛-烟台-威海、德州-济南-泰安-济宁[4]。

根据规划年度各交通方式划分以及前期的客流预测结果,以及各规划年度的城际线路客流分配状况,规划山东半岛城市群轨道交通采取“主轴+支线+环线”路网方案,以2条主轴线为骨架,在这个骨架的基础上,通过建设以济南、青岛、烟台为中心的城际铁路支线,以及青岛经胶东半岛沿海乳山、海阳、即墨到荣城的环线城际铁路,形成联络山东半岛城市群的路网,使各主要城市间沟通、换乘更为便捷。该方案规划线网长度1 458 km,其中新建1 076 km。

表6 线网规划主骨架线路一览表Table 6 Main frame of network planning

4 轨道交通系统评价方法应用——对山东半岛城市群轨道交通规划方案的评价

按照轨道交通系统评价指标体系和方法对山东半岛城市群轨道交通系统进行评价:

4.1 层次分析法确定指标权重

4.1.1 一级指标权重的确定 运用相关评价理论,得出判断矩阵为最大特征值为3.054;

最大特征值对应的特征向量为(0.474,0.150,0.376)T,即为对应评价指标的权重。

最大特征值对应的特征向量为(0.200,0.169,0.120,0.080,0.292,0.083,0.056)T,即为对应评价指标的权重。

一致性检验:

小说这种文体常常体制宏大,在语篇上颇具兼容性,有时即可表现为非均质语篇。含有一定量完整书信的小说,整体文本属于非均质语篇,不同层级语篇或者语域渗透、语体交叉,抑或语层互文、语值融通。现代作家柔石的小说《二月》内嵌有一定量的书信,颇具特色,在我们看来,整体上是较为典型的非均质语篇。

最大特征值对应的特征向量为(0.361,0.463,0.176)T,即为对应评价指标的权重。

4.1.4 社会环境效益指标权重的确定 得出判断矩阵为:

最大特征值对应的特征向量为(0.329,0.102,0.208,0.224,0.137)T,即为对应评价指标的权重。

4.2 山东半岛城市群轨道交通系统规划方案评价

利用模糊数学评价数学模型,得出城市群间快速轨道交通系统各层次评价指标的权重分配及模糊关系综合矩阵,并计算综合评价得分。

表7 城际轨道交通系统各层次评价指标的权重分配及其模糊关系综合矩阵Table 7 Evaluation index weight distribution and fuzzy relation matrix of inter-city express rail transportation system

得出城市群间快速轨道交通系统综合评价矩阵为:

查表7,可得城市群间快速轨道交通系统评价总得分为:

F=25×0.019+50×0.047+65×0.127+80×0.395+95×0.412=81.82

根据表5,得出山东半岛城市群间快速轨道交通系统等级为“较高”。事实上,该路网规划实施后,山东半岛、济南都市圈50万人以上城市、主要航空港均可实现城际快速轨道交通的连接,规划区域所在县(区)的城际铁路覆盖率可达70.2%,规划线网长度、密度、客运承担量等,与国内同类地区相比均处于领先水平,和山东半岛城市群的经济、城市发展水平相匹配,满足交通量增长、经济社会发展以及城际旅客快捷出行的需要。

5 结论

(1)城际快速轨道交通是城市群主要城市节点间以客运为主的快速、便捷、大运量的公交化轨道交通,是未来交通发展的一种趋势。它与高速公路、水运、短途航空共同构成城际交通网络,可消除城际交通运输结构缺陷,使区域各城市资源、人才、信息、资金实现共享和优势互补,强化各城市之间的联系与合理分工,促进整个区域的产业升级和优化,提高城市群经济竞争力[5]。

(2)本文提出了适合我国城市群轨道交通系统的评价方法:通过建立基于系统、经济和环境效益构建的评价指标体系,对拟建的城际快速轨道交通系统进行赋分,得出评价等级,确定系统规模建设结论。

(3)山东半岛城市群既是全省经济最发达的地区,城市化水平进入加快发展的阶段,为城际交通的建设和发展奠定了重要基础。根据本文提出的城际快速轨道交通系统评价模型和方法,对在交通客流预测基础上得出的山东半岛城市群城际快轨主骨架路网方案进行评价,得出系统发展水平等级较高,证明山东半岛城市群快速轨道交通系统规划方案具有种种优势,快速轨道交通系统是半岛城市群适宜选择的城际交通模式。

[1] 林源.城际快速轨道交通系统的发展及应用研究[J].山东交通学院学报,2008,16(3):18-22.

[2] 边可东.京津冀地区城际快速铁路网形成要素分析[J].铁道工程学报,2006(5):9-13.

[3] 蒋玉琨.轨道交通路网规划中联络线布局方法[J].中国铁道科学,2006,27(5):122-126.

[4] 铁道部第三勘察设计院.环渤海地区山东半岛城市群城际轨道交通线网规划[EB/OL].[2010-06-07],[2010-06-22].http:∥blog.sina.com.cn

[5] 林源.以城际轨道为主干构建快速交通系统的经济性分析[J].山东经济,2008(3):35-39.

Study on the Evaluation Method of the Inter-City Express Rail Transportation System

LIN Yuan,YU Ding-Yong
(College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

Based on the passenger volume prediction,the primary planning scheme of Inter-City Express Rail System could be carried out.This paper presented the evaluation model and method which was adapted to the current transportation development situation and trend of China.The evaluation model and method based on the system benefit,economic benefit and social environment benefit could measure and evaluate the structure and function of Inter-City Express Rail System,judge the development level and put forward the adjustment measure.Thereby we can generally verify the feasibility and reasonability of Inter-City Express Rail System planning scheme.

inter-city express rail;transport system;city group;evaluation method

U412

A

1672-5174(2011)03-105-06

山东省软科学研究计划项目(2007RKB031)资助

2010-06-22;

2010-09-28

林 源(1967-),男,博士生,山东省工程咨询院研究员,主要研究方向为港口规划和交通运输模式研究。E-mail:manwua@163.com

责任编辑 陈呈超