戰(zhàn)國會，齊 巖，譚先林，曹 佳，張 藝

(交通運輸部 規(guī)劃研究院，北京 100029)

基于物元分析-統(tǒng)計分析的城市公共交通樞紐站分級方法

戰(zhàn)國會，齊 巖，譚先林，曹 佳，張 藝

(交通運輸部 規(guī)劃研究院，北京 100029)

在分析既有城市交通樞紐分級方法的基礎(chǔ)上，基于物元分析與統(tǒng)計分析理論，提出了城市公共交通樞紐站分級方法。根據(jù)分級目的、要求，構(gòu)建了城市公共交通樞紐站分級指標可選集與評價指標體系，同時建立了分級指標的物元分析模型，確定最優(yōu)分級指標，然后通過統(tǒng)計分析，由頻率累積法確定具體的分級界限。最后，以公共汽電車樞紐分級為例，探討了該分級方法的可操作性。結(jié)果表明基于物元分析與統(tǒng)計分析的城市公共交通樞紐站分級方法客觀合理，具有較好的實用性。

交通運輸工程；城市公共交通樞紐站；分級；物元分析；統(tǒng)計分析；到達/發(fā)車位數(shù)

0 引 言

城市公共交通樞紐站是實現(xiàn)城市公共交通與公路、鐵路、水運、航空對外運輸方式銜接，或?qū)崿F(xiàn)不同城市公共交通方式之間相互銜接的城市公共交通場站，是促進綜合運輸體系建設(shè)、提升城市公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平的重要抓手,在國內(nèi)外均得到高度重視[1-2]。在我國最為常見的就是公共汽電車或者城市軌道交通(或者兩者兼具)與對外運輸方式銜接、或者只由這兩類運輸方式相互銜接構(gòu)成的樞紐站。

為實現(xiàn)樞紐站的精細化管理；充分發(fā)揮樞紐站的功能，就必須以一定的方法對城市公共交通樞紐站分級，再根據(jù)樞紐站級別確定相應(yīng)的管理方法。我國目前尚未形成統(tǒng)一、規(guī)范的城市公共交通樞紐站分級方法。在相關(guān)標準方面，目前我國綜合客運樞紐、城市公共交通樞紐站、公共汽電車首末站的分級方法差異較大?，F(xiàn)行相關(guān)行業(yè)標準、部分省市的地方標準如表1。在理論研究方面，何宗華[3]以相應(yīng)年限的最高日乘降客流和高峰小時乘降客流的預(yù)測值為依據(jù)對輕軌車站進行分級；覃矞[4]采用日集散客流量、日換乘客流量和軌道交通、常規(guī)公交線路條數(shù)為指標，對城市客運樞紐進行分級；漆凱等[5]從樞紐功能定位、能力、占地規(guī)模3方面對綜合客運樞紐分級。以上研究并未給出通用的分級指標選取方法、分級界線的確定方法。另外，還有一些學(xué)者對樞紐的某一方面，如換乘效率、選址、服務(wù)水平等，采用綜合權(quán)重多準則評估[6]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)[7]、多層析灰色評價法[8]、模糊評價法[9]、物元分析法[10]等進行研究。

表1 我國城市公共交通樞紐站等級劃分(部分省市)

Table 1 Classification of urban public traffic hub station in China (some provinces and cities)

注:①綜合客運樞紐指包括兩種及以上對外運輸方式的客運樞紐；②樞紐站與對外運輸方式銜接或者多條線路首末站匯集的公共汽電車場站；③公交樞紐站是多條公交線路匯集并有換乘需求的首末站；④公交樞紐站定義為客流集散、換乘的綜合樞紐站點；⑤該標準對公交總站的等級劃分主要用于指導(dǎo)設(shè)計。

為增強城市公共交通樞紐站分級方法在全國范圍內(nèi)的可操作性，分級指標應(yīng)精簡，且具代表性、方便可測，分級界線確定的方法應(yīng)合理科學(xué)。筆者基于物元分析-統(tǒng)計分析提出城市公共交通樞紐站分級方法。

1 物元分析-統(tǒng)計分析模型的構(gòu)建

物元分析把邏輯值從(0，1)擴展到(-∞，+∞)，可以綜合事物各種因素的全部信息，保證信息完整性，因此能夠全面分析評價對象屬于某集合的程度，克服主觀因素的影響，使評價結(jié)果更為精細，更符合客觀實際。統(tǒng)計分析方法基于實測數(shù)據(jù)，用以確定物元分析中的參數(shù)，進一步避免事物評價中的主觀性。

物元分析-統(tǒng)計分析模型的實質(zhì)，就是根據(jù)分級的目的、要求，確定城市公共交通樞紐站分級指標可選集與評價指標體系，然后通過物元分析法對分級指標進行比選，確定最適宜的一項分級指標，最后在抽樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過頻率累積分析來確定具體的分級界線。

1.1 確定分級比選指標

根據(jù)城市公共交通樞紐站分級目的、樞紐站特點，確定可以采用的分級指標全集{N}。將各個分級指標N視為比選對象，根據(jù)樞紐站分級方法的使用要求，確定對N比選所采用的比選指標{C}。

1.2 建立物元分析模型

假設(shè)樞紐分級指標N，關(guān)于比選指標C有量值V，則R=(N,C,V)構(gòu)成描述該分級指標的物元。若分級指標N比選考慮n個比選指標Ci(i=1,2,…,n)，且比選指標Ci對應(yīng)的量值是Vi，則該物元表達式如式(1)：

(1)

設(shè)各比選指標ci在某個量級N0j上的取值范圍為v0ji，v0ji=。比選指標各等級所取的數(shù)值范圍，即構(gòu)成經(jīng)典域Roj，如式(2)：

(2)

各比選指標ci對節(jié)域?qū)ο驨p所取的量值范圍為vpi，vpi=，各比選指標相應(yīng)構(gòu)成節(jié)域Rp，如式(3)：

(3)

通過關(guān)聯(lián)度函數(shù)計算分級指標與經(jīng)典域的距離，關(guān)聯(lián)度函數(shù)如式(4)：

(4)

式中：

通過熵權(quán)法、專家打分法等多種方法確定各個比選指標的權(quán)重ωi，進而計算該分級指標在各個等級上的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度準則確定該分級指標的具體評價等級。對比不同分級指標的評價等級，得出最優(yōu)的分級指標。

另外，若某一分級指標N具有多項比選指標C(C1,C2, …,Cn)，而實際工作中需要選出一項或者幾項具有代表性的指標來代替指標全體，此時一個可采用的方法就是依次計算各分級指標與其他分級指標的相關(guān)性，取相關(guān)性最大Cρmax(ρ表示總體相關(guān)性)的一項或者較大的幾項指標。實際上指標的具體數(shù)值往往難以獲得真實數(shù)據(jù)，需要根據(jù)抽樣理論對一個樣本反復(fù)多次量測或者對多個樣本進行來量測。當(dāng)信賴水準達到一定水平時，由樣本數(shù)據(jù)來代替真實數(shù)據(jù)進行分析，即取Cγmax(γ表示樣本相關(guān)性)。值得一提的是，上述方法在實際操作中往往還需同時考慮指標量測的簡易程度等其他因素，如果僅從統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身出發(fā)，不需要考慮其他因素，則還可以采用因子分析或者降維分析來簡化指標體系。

1.3 基于統(tǒng)計分析確定分級界限

城市公共交通樞紐站分級指標確定以后，可通過抽樣調(diào)查、收集城市公共交通樞紐站樣本的相關(guān)數(shù)據(jù)，對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行頻率累積分析，根據(jù)分級要求確定分級的累計頻率值，進而推算具體的指標數(shù)值，即為分級界線。

2 城市公共交通樞紐站分級模型

筆者以對全國城市公共交通樞紐站中的公共汽電車樞紐進行分級為例，來說明基于物元分析-統(tǒng)計分析理論的樞紐站分級方法。

2.1 基礎(chǔ)準備

抽樣調(diào)查、獲取樣本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是進行分級指標比選、確定分級界限的基礎(chǔ)。筆者在各省交通運輸廳(委)的協(xié)助下，對上海市、廣東省(廣州市、珠海市、佛山市)、廣西區(qū)(南寧市、柳州市、北海市)、湖北省(武漢市、宜昌市、黃石市)、江蘇省(南京市、無錫市、連云港市)、遼寧省(沈陽市、大連市、撫順市)、寧夏區(qū)(銀川市、石嘴山市)、四川省(成都市、樂山市、宜賓市)、新疆區(qū)(烏魯木齊市、伊犁市、喀什市)等省市開展函調(diào)調(diào)研，調(diào)研地點如圖1，共收集了88個城市公共交通樞紐站的數(shù)據(jù)資料。

圖1 調(diào)研城市分布Fig.1 Distribution of the investigated cities

2.2 確定分級指標可選集

城市公共交通樞紐站可采用的分級指標如表2。

表2 分級指標可選集

我國城市公共交通樞紐站分級應(yīng)符合以下原則：

核心性,所選擇的分級指標應(yīng)能夠反應(yīng)樞紐站的核心功能。

靜態(tài)性,分級方法應(yīng)能夠反應(yīng)樞紐站的內(nèi)在能力、使樞紐站的等級判定較為恒定。這在我國城市公共交通樞紐正處于大規(guī)模興建、客流仍處于培育期的特定階段而言，尤為重要。

全面性,分級方法應(yīng)能夠全面反應(yīng)樞紐站的等級特性。

實用性,所選擇的分級指標應(yīng)方便易得、且可準確量測。

根據(jù)分級原則，建立城市公共交通樞紐站分級指標評價的比選指標體系。

PRE=ρ(PM,PA)

(5)

(6)

(7)

C2：分級指標對于樞紐站車輛集散能力的反應(yīng)水平。由式(8)計算，其中VRE表示分級指標與樞紐站車輛集散能力的總體相關(guān)系數(shù)，VM表示實際觀測到的車輛集散能力，VA表示樞紐站最大集散能力。在實際計算中亦可采用樣本相關(guān)系數(shù)計算。

VRE=ρ(VM,VA)

(8)

C3：分級指標近3年的穩(wěn)定水平，由式(9)計算，其中Nb表示統(tǒng)計期第1年的指標數(shù)值，Nf表示統(tǒng)計期第3年的指標數(shù)值。

(9)

C4：分級指標在全國范圍內(nèi)的適用程度，可采用專家打分法,如表3。專家可包括行業(yè)管理者、公交運營企業(yè)負責(zé)人員等。

C5：分級指標可代表其他分級指標的能力，可通過與其他分級指標相關(guān)程度PRE由式(10)計算，Ci表示指標i的樣本數(shù)據(jù)序列，Cj表示指標j的樣本數(shù)據(jù)序列，n為分級指標總數(shù)量：

(10)

C6：分級指標數(shù)值量測的簡易程度，可通過專家根據(jù)表4打分確定。

C7：指標數(shù)值量測的準確程度，可通過專家根據(jù)表5打分確定。

表3 適用性評定

表4 量測簡易性評定表

表5 量測準確性評定表

2.3 建立物元分析模型

2.3.1 建立經(jīng)典域與節(jié)域

筆者將樞紐站分級指標的評價級別分為5級：一級(非常不適)、二級(比較不適)、三級(一般)、四級(比較適用)、五級(非常適用)，由此確定各個評價指標的經(jīng)典域、節(jié)域。城市公共交通樞紐站分級指標的經(jīng)典域與節(jié)域，如式(11)與式(12)：

(11)

(12)

2.3.2 確定分級指標的物元

結(jié)合統(tǒng)計分析理論、專家打分等方法確定各分級指標對各個評價指標的具體數(shù)值，即待評物元：

2.3.3 確定評價指標的權(quán)重

評價指標權(quán)重的計算方法可靈活采用，筆者采用專家打分法確定權(quán)重系數(shù)：

由式(4)計算各指標的隸屬函數(shù)，如表6。

表6 分級指標隸屬度計算表

注：標“*”的為該分級指標對應(yīng)的評價等級。

由此確定采用到達/發(fā)車位數(shù)作為城市公共交通樞紐站分級指標：

2.4 基于統(tǒng)計分析確定分級界限

對于等級劃分的數(shù)量，如果等級數(shù)量過少，則難于有效發(fā)揮全國范圍內(nèi)的行業(yè)指導(dǎo)作用，如果等級過多，則分級過于復(fù)雜、不便應(yīng)用。參照其他相關(guān)行業(yè)標準、地方標準，筆者將城市公共交通樞紐站劃分為3個等級。

在分級界線論證方面，總體上采用樣本分析法，即對全國城市公共交通樞紐站進行廣泛調(diào)研，并將其視為全國所有樞紐站的樣本。在此基礎(chǔ)上，對調(diào)研數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用頻率累積法，即取對應(yīng)于一定頻率值的指標數(shù)值作為等級劃分的界線。文中取累積頻率達50%，80%作為一級、二級、三級之間區(qū)分的界線，即一級、二級、三級樞紐所占的比例分別為20%，30%，50%，如圖2。

圖2 累積頻率取值示意Fig.2 Sketch map of the cumulative frequency values

對調(diào)研數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，如圖3。確定一級城市公共交通樞紐站公共汽電車到達/發(fā)車位數(shù)應(yīng)大于等于20個，二級應(yīng)滿足到達/發(fā)車位數(shù)大于等于10個且小于20個，到達/發(fā)車位數(shù)小于10個的則為三級。

圖3 城市公共交通樞紐站公共汽電車調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析Fig.3 Statistical analysis on the bus/trolley bus survey data at urban public traffic hub stations

3 結(jié) 語

城市公共交通樞紐站是我國目前促進綜合運輸體系建設(shè)、提升城市公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平的重要抓手,但是尚未建立完善的等級劃分方法。筆者在分析既有城市交通樞紐分級方法的基礎(chǔ)上,基于物元分析與統(tǒng)計分析理論,建立城市公共交通樞紐站分級模型。根據(jù)分級目的、要求,構(gòu)建城市公共交通樞紐站分級指標比選集與評價指標體系,建立分級指標的物元分析模型,確定最優(yōu)分級指標；在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過統(tǒng)計分析,由頻率累積法確定具體的分級界限；并以公共汽電車樞紐分級為例,探討該分級方法的可操作性。筆者提出的城市公共交通樞紐站分級方法基于物元分析、統(tǒng)計分析理論,有效降低分級評價中的主觀性,提出的分級方法簡單可行,在全國具有較好的實用性。

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Classification Method of Urban Public Traffic Hub Station Based on Matter Element Analysis and Statistical Analysis

ZHAN Guohui, QI Yan, TAN Xianlin, CAO Jia, ZHANG Yi

(Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100029, P.R.China)

On the base of analysis on the current classification methods of urban public traffic hub station, a classification method of urban public traffic hub station based on the theory of matter element analysis and statistical analysis was proposed. Firstly, according to the classification purposes and requirements, the evaluation index system of urban public traffic hub station was established with a set of alternative classification indexes. Secondly, the matter element analysis model of classification was formulated to determine the optimal classification indexes. Thirdly, through statistical analysis, the classification threshold was determined by using cumulative frequency method. Finally, the feasibility of the proposed system was discussed by the case study of the classification of public bus and trolleybus terminal. The result shows that the proposed classification method of urban public traffic hub station on basis of matter element analysis and statistical analysis is reasonable and practical.

traffic and transportation engineering; urban public traffic hub station; classification; matter element analysis; statistical analysis; arrival-departure parking spaces

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.24

2014-11-23；

2015-03-03

戰(zhàn)國會(1985—)，男，遼寧朝陽人，工程師，主要從事客運樞紐規(guī)劃與設(shè)計方面的研究。E-mail：zjuzgh@163.com

U115

A

1674-0696(2016)03-115-06