李廣路， 朱 海， 呂 明

(西南交通大學交通運輸與物流學院，四川成都 610031)

0 引言

綜合運輸通道是地域經(jīng)濟的重要組成部分和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的命脈，合理地規(guī)劃運輸通道對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展有重要意義。節(jié)點重要度評價是通道規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，它關系到節(jié)點分層和通道規(guī)劃的節(jié)點可達性，因此，客觀、準確地評價節(jié)點重要度對運輸通道規(guī)劃至關重要。

楊濤［1］提出以人口、工業(yè)產(chǎn)值和商品零售總額三項指標作為規(guī)劃節(jié)點重要度的定量分析指標，并對各指標主觀賦權進行重要度評價。王元慶等［2］提出以“人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、農(nóng)民人均收入等”作為指標進行線性加權來進行農(nóng)村公路網(wǎng)規(guī)劃的節(jié)點重要評價。張生瑞 等［3］選取區(qū)域GDP、人口等經(jīng)濟社會指標，以層次分析法確定指標權重評價節(jié)點重要度。宋新生、王嘯嘯等［4］以人口、GDP、人均收入等為指標，采用以因子分析法進行重要度評價。

總結前人關于交通規(guī)劃中節(jié)點重要度的評價方法可發(fā)現(xiàn)，節(jié)點評價指標選取相對單調(diào)，對如何系統(tǒng)地構建綜合評價指標體系研究較少;節(jié)點重要度評價中，賦權方法多單獨采用客觀賦權或主觀賦權，未見有效地兼顧兩者?；趯C合運輸通道需求的分析，系統(tǒng)地、分層次地構建評價指標體系，兼顧主客觀進行權重確定，并對TOPSIS模型進行改進，不僅得出節(jié)點重要度排序，還可以同時得到節(jié)點分層，對后續(xù)通道規(guī)劃有重要參考意義。

1 節(jié)點選取及重要度評價指標體系

城市是經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)集聚地區(qū)，也是大量人口、信息集中轉(zhuǎn)換的場所和交通匯聚中心，因此通道規(guī)劃宜以城市為節(jié)點。交通規(guī)劃學者和經(jīng)濟地理學者大都把運輸通道作為一種結點間特定空間域和時間域的運輸聯(lián)系而研究其需求的分布和流動規(guī)律。節(jié)點運輸需求的根源是社會經(jīng)濟發(fā)展、資源利用條件等因素，通道依托于一定的經(jīng)濟實體，分布于經(jīng)濟發(fā)達、人口密集、城市分布集中的經(jīng)濟走廊并覆蓋節(jié)點，實現(xiàn)通道功能。運輸通道中節(jié)點的交通需求是社會活動和經(jīng)濟結構布局的派生性需求，故通道節(jié)點的指標選取應從以下幾方面入手:

(1)經(jīng)濟實力。社會經(jīng)濟的發(fā)展提高了交通需求的頻率和質(zhì)量，體現(xiàn)了地方工農(nóng)業(yè)等發(fā)展水平，從而也體現(xiàn)了節(jié)點的交通需求強弱。經(jīng)濟總量直接反映出區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達程度，進而決定了居民的交通消費能力和機動車保有量。衡量地區(qū)經(jīng)濟總量的一般性指標有地方財政收入、固定資產(chǎn)投資總額、社會消費品零售總額、財政支出、GDP;經(jīng)濟結構反映出地方經(jīng)濟發(fā)展的經(jīng)濟構成，由于不同的經(jīng)濟發(fā)展模式對于交通依賴性和選擇性都有所不同，所以經(jīng)濟結構也在宏觀上制約著交通需求的結構。反映地區(qū)經(jīng)濟結構的指標有第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值。以上各指標的單位都是億元。

(2)社會實力。影響交通需求的顯性因素是人口，節(jié)點覆蓋區(qū)域人口的增加使得出行總量直接增大，從根本上決定了交通需求的規(guī)模。區(qū)域年末人口總量(萬人)反映區(qū)域總的出行規(guī)模，人口密度(人每平方千米)則反映區(qū)域出行強度;交通需求有意義的前提是具有支付能力，區(qū)域人口的生活質(zhì)量是居民出行支付能力的最直觀的體現(xiàn)。衡量這一方面的指標主要是農(nóng)村居民人均純收入(元);城鎮(zhèn)人均可支配收入(元)。

(3)資源條件。通過節(jié)點的通道覆蓋區(qū)域面積決定了通道的輻射強度，并對沿線交通需求的產(chǎn)生起到帶動作用，覆蓋面積的增大可將更多的運輸需求納入到經(jīng)過節(jié)點中來，故選擇土地總面積作為評價指標，單位平方千米;礦產(chǎn)資源儲量是地區(qū)經(jīng)濟實力的一個重要體現(xiàn)，無論是區(qū)域內(nèi)銷還是外運都需要強大的運輸能力作為基礎，故以礦產(chǎn)資源儲量為評價指標。此處礦產(chǎn)資源指以煤炭為主的能源礦產(chǎn)和鐵礦石等各種金屬礦產(chǎn)，單位億噸。

2 評價模型建立

2.1 基于熵權法的指標權重確定及修正

熵值法是由評價指標值來確定指標權重的一種方法［5］。在信息論中，熵值是對系統(tǒng)無需程度的表達，表現(xiàn)為系統(tǒng)的某項指標的變異度［6］。建模過程如下:

(1)將m個可行方案的n個指標值的原始數(shù)據(jù)xij(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)組成初始矩陣X，進行數(shù)據(jù)標準化處理得到然后計算各指標的熵Ej

(2)計算評價指標的熵權ωj

(3)為避免熵值法在客觀計算上的缺陷，考慮通道規(guī)劃中的具體情況，以本文提出的指標體系為基礎，采用 AHP法請專家打分，得到修正系數(shù) λj，其中進而計算修正的指標熵權

2.2 基于TOPSIS模型的節(jié)點綜合評價方法

2.2.1 傳統(tǒng)的 TOPSIS 綜合評價法［7］

(1)基于2.1中的計算，構建加權標準化決策矩陣。

(2)確定理想解和負理想解。理想解A+表示最偏好方案，負理想解A－反之。

(3)計算節(jié)點與理想解的相對接近度，并根據(jù)各方案與負理想解的距離在解集中所處位置來確定方案排序。每個方案與理想解與負理想解的距離分別為

式中，vj+是集合A+中對應的元素;vj－是A－中對應的元素。

2.2.2 TOPSIS 法的改進

傳統(tǒng)的TOPSIS評價方法僅可得到各方案基于理想解接近度的節(jié)點排序，而通道規(guī)劃過程需要基于建設條件對節(jié)點進行分層。為克服傳統(tǒng)TOPSIS模型的缺點，對其進行改進。

在得到理想解與負理想解的基礎上，基于區(qū)域運輸通道規(guī)劃的要求進行節(jié)點分層，參考可拓思想對各評價指標下的目標區(qū)間進行劃分，并賦予這些區(qū)間相應的重要度評語集。目標區(qū)間即為各方案的理想解與負理想解構成的極值區(qū)間。

在針對區(qū)域范圍的運輸通道規(guī)劃中，區(qū)域節(jié)點選擇是一個節(jié)點重要度對比的過程，在權重約束下的相對比較中，絕對量的區(qū)間劃分對評價結果影響不大。且全國不同區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平差異顯著，所以并不適宜確定統(tǒng)一的節(jié)點重要度評價指標的評語參考區(qū)間值。一般采用兩種方式處理:

第一種是對各統(tǒng)計指標的極值區(qū)間進行等距劃分，構建重要度等級區(qū)間。這種方法比較簡單，且不易造成指標數(shù)據(jù)突出參考區(qū)間的漂移現(xiàn)象，已在實際工程中應用并取得良好效果。

第二種是采用擬合逆推法，實質(zhì)是一種基于統(tǒng)計分析的重要度區(qū)間匡算方法。統(tǒng)計區(qū)域范圍內(nèi)所有節(jié)點的實際對外客貨運量，并將年度客貨運量與各經(jīng)濟指標進行擬合，求出其函數(shù)關系。然后構建區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點的客貨運量極值區(qū)間并均勻劃分，由客貨運量逆推相應評價指標的區(qū)間值。擬合方法包括線性回歸法、彈性系數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、支持向量機法等。

此處引入分層域重合度的概念，用以描述各節(jié)點在加權標準化決策矩陣中對應元素與各評語區(qū)間的貼近度。假設劃分的節(jié)點層次數(shù)為S，則將加權標準化決策矩陣各列的極值區(qū)間等距劃分為S層，每層的分層域為 V'jt=(x'jt，y'jt)，j=1，2，…，n;t=1，2，…，S。各 V'jt共同組成權標準化決策矩陣 V 的各列的值域［vj－，vj+］，j=1，2，…，n。則標準化決策矩陣V中各方案對應元素與相應分層域的分層域重合度為

則各指標下方案的加權分層域重合度為

式中，Ni表示節(jié)點，以所在等級j0作為節(jié)點Ni的評價等級。其中

在某些情況下，有可能會出現(xiàn)兩種及以上方案處于同一評價等級中，為了將這兩種方案區(qū)別開來，可通過計算其層次特征值j'來加以區(qū)分。

3 案例分析

3.1 用改進的熵權法計算權重

以江蘇省為例進行案例計算，評價指標中的數(shù)據(jù)來源為江蘇省統(tǒng)計年鑒2010版［8］。由于篇幅原因，此處暫以經(jīng)濟實力指標中經(jīng)濟總量指標層的數(shù)據(jù)作為示例在矩陣中展示，但在權重確定及后續(xù)計算中考慮了所有指標，且指標順序為GDP、地方財政收入、固定資產(chǎn)投資總額、社會消費品零售總額、財政支出、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)值、區(qū)域年末人口總量、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均可支配收入、人口密度、土地總面積、礦產(chǎn)資源儲量。矩陣各行分別代表南京、無錫、徐州、常州、蘇州、南通、連云港、淮安、鹽城、揚州、鎮(zhèn)江、泰州、宿遷的指標數(shù)據(jù)。

(1)將經(jīng)濟總量的指標數(shù)據(jù)構成初始矩陣X，并進行標準化得到Pij。

(2)利用公式(2)計算所有指標的熵權 ω = ［0.091 6 0.102 4 0.082 4 0.108 5 0.085 2 0.110 0 0.098 1 0.065 9 0.054 2 0.027 6 0.027 0 0.024 5 0.059 8 0.062 9］。

由層次分析法進行專家打分，進行數(shù)據(jù)處理可得各指標熵權修正系數(shù) λj=［0.174 1 0.052 3 0.040 0 0.052 3 0.061 0 0.055 7 0.069 6 0.017 4 0.174 1 0.066 2 0.043 5 0.048 8 0.087 1 0.057 8］。

由公式(3)可得修正的熵權系數(shù)ω0，并計算加權標準化決策矩陣V

3.2 基于改進TOPSIS法的節(jié)點重要度綜合評價

基于3.1中計算，以公式(4)求得加權標準化決策矩陣，再根據(jù)公式(5)可得各指標的理想解:v1+=0.052 27，v2+=0.017 78，v3+=0.010 62，v4+=0.021 74，v5+=0.016 83，v6+=0.011 15，v7+=0.017 73，v8+=0.003 01，v9+=0.027 06，v10+=0.002 81，v11+=0.001 85，v12+=0.001 64，v13+=0.013 14，v14+=0.007 43;同理可計算各指標的負理想解。

在通道規(guī)劃過程中，初步假設將節(jié)點分為4層，即S=4，則將區(qū)域中所有節(jié)點等距離劃分為4層。以 GDP 指標為例，由于 v1+=0.052 27，v1－=0.003 85，劃分可得4 個分層域:V'11= ［0.003 9，0.016 0］，V'12= ［0.016 0，0.028 1］，V'13= ［0.028 1，0.040 2］，V'14= ［0.040 2，0.052 3］。這4 個分層域分別代表節(jié)點的4種重要度等級，按重要度由輕到重命名為一級節(jié)點、二級節(jié)點、三級節(jié)點、四級節(jié)點。其他評價指標也按照這種方法劃分分層域。

以無錫市為例，由公式(9)計算可得無錫的加權分層域重要度為:G(無錫) =［0.989 4 0.994 5 0.997 5 0.993 8］，因為故無錫是三級節(jié)點。由公式(10)得

說明從特征值角度講，無錫處于節(jié)點分層的第二層和第三層之間，且靠近第三層。同理可得其他所有節(jié)點的加權分層域重合度和層次特征值，如表1所示。

表1 節(jié)點重要度評價結果

由結果可知，江蘇省13個節(jié)點的重要度評價排名為南京市＞無錫市＞蘇州市＞常州市＞南通市＞徐州市＞淮安市＞揚州市＞鎮(zhèn)江市＞鹽城市＞連云港市＞泰州市＞宿遷市。

由節(jié)點等級分層情況可知，南京、無錫、蘇州、常州為重要節(jié)點，在通道規(guī)劃中應優(yōu)先考慮，重點保證這4個發(fā)達節(jié)點的通道覆蓋以及與廣域運輸通道的便捷連接;南通、徐州、淮安、揚州、鎮(zhèn)江、鹽城、連云港這7個城市為較重要節(jié)點，在通道規(guī)劃過程中應將其作為該區(qū)域(省域)運輸通道骨架的支點，支撐起區(qū)域通道網(wǎng)絡，實現(xiàn)通道網(wǎng)絡在省域范圍內(nèi)的廣泛覆蓋;泰州和宿遷為一般節(jié)點，在通道網(wǎng)中起到輔助作用。在進行宏觀運輸通道備選節(jié)點的選取時，可將低層次的節(jié)點刪除。將本算例的節(jié)點重要度排序與文獻［9］基于2009年數(shù)據(jù)的計算的節(jié)點排序?qū)Ρ?，結果基本一致;與江蘇省城鎮(zhèn)體系規(guī)劃文獻［10］的都市圈規(guī)劃和城鎮(zhèn)聚合軸(通道)規(guī)劃方案對比，本算例的節(jié)點排序與分層情況與規(guī)劃內(nèi)容高度符合。

4 結論

針對以往關于通道節(jié)點評價指標體系研究的不足，本文基于通道需求分析，系統(tǒng)地構建了節(jié)點重要度評價指標體系;提出基于修正熵權改進TOPSIS法的區(qū)域運輸通道節(jié)點重要度評價方法，修正熵權法結合了主觀與客觀兩方面因素，使評價結果更合理;通過引入分層域重合度概念改進TOPSIS法，克服了傳統(tǒng)TOPSIS法只能單一排序的缺陷，使評價結果反映出節(jié)點的分層情況，為運輸通道規(guī)劃提供了重要的參考資料。最后通過案例計算并與相關文獻對比，結果表明本方法適用性強，結論清晰，對合理地規(guī)劃區(qū)域運輸通道具有重要意義。

［1］楊濤.公路網(wǎng)規(guī)劃［M］.北京:人民交通出版社，2004:85.

［2］王元慶.重要度區(qū)位聯(lián)合農(nóng)村公路網(wǎng)布局法［J］.中國公路學報，2002，15(4):86-89.

［3］張生瑞，周偉.公路網(wǎng)規(guī)劃理論與方法［M］.北京:中國鐵道出版社，2009:175.

［4］宋新生.城市群區(qū)域公路網(wǎng)節(jié)點重要度評估方法研究［J］.交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2011，11(2):84-89.

［5］宋志慧，宋志艷.基于熵理論的河北省可持續(xù)發(fā)展水平評價研究［J］.石家莊鐵道大學學報:社會科學版，2012，6(2):12-17.

［6］陳偉珂，龍昭琴.基于熵權和可拓理論在評標中的應用［J］.石家莊鐵道大學學報:社會科學版，2011，5(3):5-10.

［7］向隅.基于三角模糊數(shù)的TOPSIS評價方法在新建鐵路線路選擇中的應用［J］.石家莊鐵道大學學報:自然科學版，2011，24(2):56-60.

［8］江蘇省統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局江蘇調(diào)查總隊.江蘇統(tǒng)計年鑒［M］.北京:中國統(tǒng)計出版社，2010:1-890.

［9］孟國連.區(qū)域性運輸通道布局規(guī)劃方法及應用研究［D］.北京:北京交通大學交通運輸學院，2010.

［10］江蘇省建設廳.江蘇省城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2001～2020)［R］.南京:江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳，2002.