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        基于物元可拓模型的城市群運(yùn)輸通道可靠性評價

        2014-01-03 09:51:10
        長沙大學(xué)學(xué)報 2014年2期
        關(guān)鍵詞:物元城市群可靠性

        鄒 浩

        (湖南財政經(jīng)濟(jì)學(xué)院工商管理系,湖南長沙410205)

        隨著我國城市化進(jìn)程的不斷深入,城市間經(jīng)濟(jì)交流、文化溝通更加廣泛,城市群的發(fā)展已成為城市空間組織形式的一種高級階段.城市群運(yùn)輸通道作為城際之間交通運(yùn)輸系統(tǒng)的主要載體,承擔(dān)著城市群內(nèi)大部分客貨運(yùn)輸,對促進(jìn)城市群區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著決定性作用.

        對城市群運(yùn)輸通道的可靠性進(jìn)行綜合評價,不僅能夠發(fā)現(xiàn)通道建設(shè)過程中存在的不足,而且能夠進(jìn)一步帶動城市群內(nèi)部整體的協(xié)調(diào)發(fā)展.近年來,已有不少學(xué)者利用不同的研究方法,從不同角度對其進(jìn)行了深入研究.劉丹青等[1]通過對基礎(chǔ)設(shè)施投入、運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)、資源環(huán)境約束、通道運(yùn)輸效益以及通道運(yùn)輸技術(shù)水平的分析,建立了基于AHP的城市群運(yùn)輸通道綜合評價模型;李艷紅等[2]運(yùn)用多目標(biāo)決策模糊優(yōu)化模型,從運(yùn)輸效率、運(yùn)輸質(zhì)量以及服務(wù)水平出發(fā),對運(yùn)輸通道的組合運(yùn)能進(jìn)行了綜合評價;薛茂炎[3]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)模型,基于安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、換乘便利性以及管理服務(wù)水平,對運(yùn)輸通道的運(yùn)輸方式進(jìn)行了綜合評價;李涵[4]基于AHP與DEA相結(jié)合的方法,將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)結(jié)合處理,對城市群運(yùn)輸通道進(jìn)行了綜合評價;皮安濤等[5]通過Logit模型對運(yùn)輸通道內(nèi)的交通方式進(jìn)行分配,并對運(yùn)輸通道未來情況做了預(yù)測;李曉佳等[6]基于運(yùn)輸通道內(nèi)運(yùn)輸方式運(yùn)量的空間分布特點(diǎn),采用動態(tài)交通分配模型,對運(yùn)輸通道內(nèi)各運(yùn)輸方式的運(yùn)量進(jìn)行了合理分配;楊海華[7]從運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)自身建設(shè)水平和滿足需求的水平出發(fā),建立了運(yùn)輸通道線網(wǎng)布局綜合評價指標(biāo)體系;蔡晨光[8]基于GP-DEA法,從通道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、通道運(yùn)輸效果以及通道投資力度著手,將公路運(yùn)輸通道與鐵路運(yùn)輸通道相結(jié)合,建立了城市群運(yùn)輸通道的適應(yīng)性評價模型.

        城市群運(yùn)輸通道可靠性評價涉及定性與定量指標(biāo),其中有些難以明確界定,考慮到可拓集合的物元評價法不僅能反映事物本身存在的狀態(tài),而且能從數(shù)量上對其狀態(tài)進(jìn)行界定[9],本文基于物元可拓理論,從通道基礎(chǔ)設(shè)施、通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通道運(yùn)輸水平、資源環(huán)境影響四個方面入手,建立了城市群運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)模型.

        1 城市群運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)體系

        1.1 運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)

        隨著城市群對運(yùn)輸需求的增長,運(yùn)輸通道不僅推動了城市群一體化的建設(shè),而且促進(jìn)了城市群產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理布局,對城市群及其周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都起到尤為重要的作用.對城市群運(yùn)輸通道進(jìn)行科學(xué)合理的評價,不僅能夠提升城市群運(yùn)輸通道的建設(shè)速度,而且能夠合理優(yōu)化城市群運(yùn)輸通道的結(jié)構(gòu)布局.參考相關(guān)文獻(xiàn),兼顧效益和安全,并結(jié)合城市群運(yùn)輸通道的相關(guān)因素,從通道基礎(chǔ)設(shè)施、通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通道運(yùn)輸水平、資源環(huán)境影響四個方面對城市群運(yùn)輸通道可靠性進(jìn)行評價分析,具體的城市群運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)系統(tǒng)如表1所示.

        表1 城市群運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)體系

        1.2 運(yùn)輸通道可靠性評價指標(biāo)權(quán)重的確定

        指標(biāo)權(quán)重是表征各指標(biāo)在城市群運(yùn)輸通道評價中的重要度或影響程度,考慮到城市群運(yùn)輸通道評價指標(biāo)體系由定性與定量指標(biāo)組成,此處采用層次分析法對其權(quán)重進(jìn)行標(biāo)定.層次分析法一般是先確定系統(tǒng)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層,然后根據(jù)指標(biāo)之間的相對重要程度,采用1-9級標(biāo)度進(jìn)行專家調(diào)查,從而可以獲得城市群運(yùn)輸通道評價指標(biāo)的權(quán)重值,如表2所示.

        表2 城市群運(yùn)輸通道評價指標(biāo)權(quán)重表

        2 物元可拓評價模型

        2.1 物元矩陣定義

        在物元分析法中,為了對事物進(jìn)行定性與定量分析,通常都從事物本身、事物特征以及特征量值三個要素來加以描述,同時把事物本身、事物特征以及特征量值稱為物元三要素[10].其一般形式可以表述為:

        式中:R表示物元矩陣;N表示事物本身;C表示事物特征;X表示特征量值.若評價方案有a個,對應(yīng)的評價指標(biāo)有b個,則此時的物元矩陣為:

        2.2 經(jīng)典域物元矩陣的確定[11]

        根據(jù)物元矩陣的定義,并結(jié)合評價指標(biāo)體系指標(biāo)的取值范圍,對指標(biāo)出現(xiàn)概率進(jìn)行考察,就可以得到經(jīng)典域物元矩陣的表述形式:

        式中:R0表示經(jīng)典域物元矩陣;N0表示標(biāo)準(zhǔn)事物本身;Ci表示標(biāo)準(zhǔn)事物特征;X0i表示特征量值,其取值范圍為:X0i=(l0i,s0i).

        2.3 節(jié)域物元矩陣的確定

        結(jié)合城市群運(yùn)輸通道可靠性評價體系的特點(diǎn),考慮可以轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)事物的對象,將其與標(biāo)準(zhǔn)事物一起組合的矩陣即為節(jié)域物元矩陣,表述行為為:

        式中:Re表示節(jié)域物元矩陣;Ne表示標(biāo)準(zhǔn)事物本身與可以轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)事物的集合;Ci表示節(jié)域事物特征;Xei表示節(jié)域特征量值,其取值范圍為:Xei=(lei,sei).

        2.4 計算關(guān)聯(lián)函數(shù),排關(guān)聯(lián)序列[12]

        經(jīng)典域和節(jié)域都表征了各評價指標(biāo)的變動范圍,通過考察待評物元各指標(biāo)到經(jīng)典域和節(jié)域的距離,即可獲得待評物元各指標(biāo)的優(yōu)度關(guān)系,進(jìn)而結(jié)合指標(biāo)權(quán)數(shù)就可以對各評價方案的優(yōu)越性進(jìn)行排序.

        設(shè)X0i為經(jīng)典域特征量值,且X0i=(l0i,s0i),則待評物元指標(biāo)Xab到X0i的距離可以表示為:

        同理待評物元指標(biāo)Xab到節(jié)域特征量值Xei=(lei,sei)的距離可以表示為:

        因而可以求得待評物元Xab與經(jīng)典域和節(jié)域之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)為:

        考慮到待評物元各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)之間沒有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn),在對運(yùn)輸通道可靠性進(jìn)行評價時,需要進(jìn)行歸一化處理,使不同量綱的關(guān)聯(lián)函數(shù)具有可比性.其方法為:

        多條運(yùn)輸通道進(jìn)行可靠性比較時,待評物元指標(biāo)只能從單一方面進(jìn)行評價,在對通道的可靠性進(jìn)行綜合評價時,還需結(jié)合指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)處理.一般采用的方法為:

        其中,γi為方案Ni到經(jīng)典域和節(jié)域的關(guān)聯(lián)度;wdT為指標(biāo)層d相對于目標(biāo)層T的指標(biāo)權(quán)重向量;a為評價方案個數(shù);b為評價體系指標(biāo)個數(shù).根據(jù)γi的大小即可對運(yùn)輸通道的優(yōu)越性進(jìn)行排序,γi越大表明待評物元方案Ni與經(jīng)典域和節(jié)域的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng),也即城市群運(yùn)輸通道的可靠性更高.

        3 算例分析

        為考察三個城市群運(yùn)輸通道的可靠性,結(jié)合各個城市群自身的特點(diǎn)及運(yùn)輸通道的設(shè)計,從通道基礎(chǔ)設(shè)施、通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通道運(yùn)輸水平、資源環(huán)境影響四個指標(biāo)出發(fā),經(jīng)專家測算和評價,并采用功效系數(shù)法以60分對變換后的值進(jìn)行平移,可以得到規(guī)范化處理后的指標(biāo)值.

        3.1 經(jīng)典域和節(jié)域物元矩陣的確定

        根據(jù)專家對運(yùn)輸通道的測算和評價,本文的經(jīng)典域物元矩陣和節(jié)域矩陣可以分別表示為:

        3.2 待評物元矩陣的確定

        不同專家結(jié)合運(yùn)輸通道的具體情況,從自身領(lǐng)域研究出發(fā),也可以對三個城市群運(yùn)輸通道的可靠性進(jìn)行科學(xué)、合理的評價,其指標(biāo)規(guī)范化以后得到的待評物元矩陣如下所示:

        3.3 運(yùn)輸通道指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的計算及結(jié)果

        根據(jù)公式(7),可以得到運(yùn)輸通道N1中,X11與經(jīng)典域和節(jié)域之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)為:

        從而有:η1(Xab)=(0.36,0.5,-0.4,0.2,-0.25,0,0.46,0,0.17,0.2,0.37,0.12,0.4,0.33),再由公式(8)有:K1(Xab)=(0.72,1,-0.8,0.4,-0.5,0,0.92,0,0.34,0.4,0.74,0.24,0.8,0.66).進(jìn)而根據(jù)公式(9)可以得到運(yùn)輸通道N1到經(jīng)典域和節(jié)域的關(guān)聯(lián)度為:

        同理可得:

        因而有:γ1<γ2<γ3.γi越大,表明待評物元到經(jīng)典域和節(jié)域的關(guān)聯(lián)度越強(qiáng),也即優(yōu)越性更高,因此第三個城市群運(yùn)輸通道的可靠性比較高.

        基于以上分析,可以看出,運(yùn)輸通道基礎(chǔ)設(shè)施和通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對城市群運(yùn)輸通道的建設(shè)影響比較大.城市群運(yùn)輸通道作為城市之間客貨流通的紐帶,不僅要合理配置運(yùn)輸通道基礎(chǔ)設(shè)施,而且必須合理規(guī)劃,不斷提高運(yùn)輸通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這樣才能有效保證城市之間交通運(yùn)輸?shù)臅惩ǎ瑥亩龠M(jìn)城市群區(qū)域經(jīng)濟(jì)化的發(fā)展.

        4 結(jié)論

        結(jié)合城市群運(yùn)輸通道的現(xiàn)狀,從通道基礎(chǔ)設(shè)施、通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通道運(yùn)輸水平、資源環(huán)境影響四個方面對影響城市群運(yùn)輸通道可靠性的因素進(jìn)行了分析,考慮到評價指標(biāo)體系是定量與定性的結(jié)合,基于物元可拓理論,建立了相應(yīng)的城市群運(yùn)輸通道可靠性評價模型.并通過算例分析對模型的科學(xué)性和合理性進(jìn)行了驗(yàn)證.研究結(jié)論表明,運(yùn)輸通道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對城市群運(yùn)輸通道可靠性的影響較大,在城市群運(yùn)輸通道建設(shè)過程中,需加強(qiáng)通道基礎(chǔ)設(shè)施投入,合理規(guī)劃運(yùn)輸通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

        [1]劉丹青,田儀順,趙光輝,等.基于AHP的長株潭城市群運(yùn)輸通道綜合評價[J].公路與汽運(yùn),2012,(4):41-46.

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        [4]李涵.城市群運(yùn)輸通道綜合評價研究[D].長沙:長沙理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

        [5]皮安濤,魏軍,王剛毅.長株潭城市群運(yùn)輸通道配置研究[J].長沙大學(xué)學(xué)報,2012,(2):84-86.

        [6]李曉佳,李友好,施其洲.運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)配置中客流量分配模型及算法[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報,2007,(7):924-928.

        [7]楊海華.運(yùn)輸通道線網(wǎng)布局綜合評價指標(biāo)體系探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2004,(7):45-47.

        [8]蔡晨光.城市群運(yùn)輸通道適應(yīng)性評價與布局優(yōu)化研究[D].長沙:長沙理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

        [9]Cai W.The extension set and non-compatible problem[A].Advances Mathematics and Mechanics in China[C].Beijing:International Academic Publishers,1990.

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        [11]閻善郁,陳雪嬌.物元可拓法在地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力評價中的應(yīng)用[J].大連交通大學(xué)學(xué)報,2012,(3):18-20.

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