彭 輝，趙亞軍

(長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安710064)

0 引 言

城市公交系統(tǒng)是城市綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，公交優(yōu)先戰(zhàn)略是解決城市道路擁堵問題最為有效的規(guī)劃理念。作為現(xiàn)代城市居民出行的重要交通方式，公交一直深受上學(xué)上班等有通勤需求的城市居民青睞。布局合理、出行高效的城市公交線網(wǎng)規(guī)劃方案，為居民提供了更加方便快捷、安全高效、經(jīng)濟舒適、準時準點的出行條件，同時，以常規(guī)公交作為城市交通規(guī)劃的研究導(dǎo)向，可優(yōu)化城市用地布局，提高道路利用效率、減少交通事故、減少環(huán)境污染，并且促進了城市社會經(jīng)濟的發(fā)展和提高了居民生活水平。

基于城市公交線網(wǎng)布局、公交運營情況及居民出行需求，根據(jù)當(dāng)前各城市歷年公交統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立評價指標(biāo)，通過分析不同年份的公交運營數(shù)據(jù)，計算出評價結(jié)果。評價內(nèi)容主要有城市現(xiàn)有公共交通的運行狀況及存在的問題、公共交通規(guī)劃方案是否滿足未來客運交通需求，如何校核公交規(guī)劃實施效果等。這種評價模型較為通用，但缺少與同規(guī)模城市或相似規(guī)模城市的效益比較，通過效益比較，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貒曳?wù)效率水平與效益較好的城市之間的差異與不足，有針對性的做出優(yōu)化調(diào)整，以實現(xiàn)當(dāng)?shù)氐墓幌到y(tǒng)效益最大化。為此，筆者根據(jù)調(diào)研及參閱相關(guān)資料，建立一套不同城市間的公交系統(tǒng)交通效益評價指標(biāo)體系和評價方法，對各市的公交的交通效益進行評價[1]。

以出行者、政府部門、公交公司為影響評價對象，以出行者、線網(wǎng)性能、運營情況為評價準則，對城市公交進行交通效益評價，選取合適的公交量化指標(biāo)建立綜合評價體系，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法(DEA)作為評價方法進行效率量化分析，以2016年全國8個城市的公交統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，評價各市公交系統(tǒng)運行效率。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

公交系統(tǒng)交通效益評價指標(biāo)的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)以該城市交通運行特征為基礎(chǔ)，所選取指標(biāo)應(yīng)具有最大化的代表意義，能全面、系統(tǒng)的反應(yīng)當(dāng)前城市公交的運行狀況以及所帶來的交通效益，指標(biāo)建立以系統(tǒng)性、全面性、科學(xué)性及可實施性為基本原則[2]，以出行者角度、線網(wǎng)性能指標(biāo)、運營指標(biāo)為準則層，選取城市公交日均客運量、萬人擁有率、公交線網(wǎng)密度、站點覆蓋率、居民出行公交分擔(dān)率、線路數(shù)、人均候車時間、平均換乘次數(shù)、非直線系數(shù)、尾氣排放10個方面構(gòu)建城市公交交通效益的綜合評價指標(biāo)體系[3-4]，如圖1。

根據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法模型建立的需要，將指標(biāo)層所有指標(biāo)分為兩類：一類是正向指標(biāo)，此類指標(biāo)為積極因素，越大越好；另一類是負向指標(biāo)，此類指標(biāo)為消極因素，越小越好。所選指標(biāo)量化值由相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、計算得到。

圖1 公交交通效益評價體系Fig. 1 Public traffic benefits evaluation system

1.1 統(tǒng)計及調(diào)查數(shù)據(jù)

在10項評價指標(biāo)中，日均客運量、萬人擁有率、公交線路數(shù)、人均候車時間、平均換乘次數(shù)和居民出行公交分擔(dān)率可通過相關(guān)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及各地居民出行調(diào)查得到。

其中，日均客運量為該市全年統(tǒng)計客運量與年份天數(shù)比值，所反映的是公交系統(tǒng)一天的客運能力，體現(xiàn)了公交運營水平；萬人擁有率是公共交通服務(wù)水平評定的重要指標(biāo)，是指公交線網(wǎng)所覆蓋范圍內(nèi)每萬人所擁有的公交車輛數(shù)；公交線路數(shù)由各地公交公司統(tǒng)計數(shù)據(jù)所得，所統(tǒng)計數(shù)據(jù)為該市當(dāng)前年所開設(shè)的所有線路數(shù)；人均候車時間及平均換乘次數(shù)均有各地居民出行調(diào)查所得；居民出行公交分擔(dān)率是指城市居民全天出行中，選擇公交出行作為主要出行方式的城市常暫住居民的出行比例，分擔(dān)率越高則證明城市公交服務(wù)人口的能力越大。

1.2 線網(wǎng)密度

城市公交線網(wǎng)密度是衡量一個城市公交網(wǎng)絡(luò)布局是否合理的一項重要指標(biāo)，該指標(biāo)是指單位用地面積上公交線路的總長度，筆者根據(jù)各市公交統(tǒng)計數(shù)據(jù)，相應(yīng)的線網(wǎng)密度計算公式如下，即：

(1)

式中：ρ為線路密度，km/km2；L為公交線路長度，km；S為用地面積，km2。

1.3 非直線系數(shù)

公交線路非直線系數(shù)是公交線路實際長度與起訖點空間距離的比值，該指標(biāo)反映了全市公交線路的直達和快捷的程度。

(2)

式中：β為非直線系數(shù)；l實際為公交線路的實際長度，km；l直線為首末站的空間直線距離，km。

1.4 站點覆蓋率

站點覆蓋率是指公共交通車站周圍一定半徑范圍之內(nèi)的面積占城市用地面積的比率，反映了城市公共交通的服務(wù)范圍，是反映城市居民乘坐公交出行方便程度的一項重要指標(biāo)，站點覆蓋率一般以500 m半徑計算。

(3)

式中：f為公交站點覆蓋率，%；n為公交站點的總數(shù)量，個；Sl為各個公交站點的覆蓋總面積，km2；A為覆蓋區(qū)域面積，km2。

1.5 尾氣排放

城市汽車尾氣排放是空氣質(zhì)量變差的主要污染源，公交車作為城市居民的綠色出行方式，可大大降低機動車尾氣排放量，但其日均尾氣排放量仍是公交系統(tǒng)交通效益評價的一項重要指標(biāo)，參照《城市機動車污染排放測算方法》[5]，機動車年排放量化測算模型如式(4)：

(4)

式中：EQjw為第j類型車及w種污染物的年排放量，t；EQw為所有車型w種污染物的年排放量，t；j、n分別為車型和車型總和數(shù)；Pj為統(tǒng)計年份j類型車保有量；Mj為j類型車平均行駛里程，km；Efjw為j類型車及w種污染物的排放因子，g/km-1。

根據(jù)研究需要，筆者中所涉及車型只保留公交車輛作為研究車型，采用2016年每個城市所有地面常規(guī)公交運營統(tǒng)計數(shù)據(jù)，依據(jù)上式測得該市所有常規(guī)公交車輛的年合計排放量，并在最后得到所有車輛的日均排放量。

2 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法(data envelopment analysis)，以相對效率概念為分析基礎(chǔ)，根據(jù)已知數(shù)據(jù)，用以評價具有相同類型的多輸入、多產(chǎn)出的決策單元之間相對有效性或者效益評價的一種非參數(shù)統(tǒng)計方法[6]，根據(jù)研究需要，筆者選取C2R模型來進行研究。

假設(shè)有n個相同類型的單位(稱為決策單元，即DMU)，每個單元都有m種類型的輸入指標(biāo)和p種類型的產(chǎn)出指標(biāo)，根據(jù)建立的標(biāo)價指標(biāo)體系，以負向指標(biāo)作為輸入指標(biāo)，以正向指標(biāo)作為產(chǎn)出指標(biāo)。選取xij表示第j個決策單元的第i項輸入量，yrj表示第j個決策單元的第r項產(chǎn)出量。記輸入向量Xj=(x1j，x2j，x3j，…xmj)；輸出向量Yj=(y1j，y2j，y3j，…ypj)，其中j=1,2，…n。其決策單元的輸入產(chǎn)出情況如表1。

表1 決策單元輸入指標(biāo)[6]Table 1 Decision-making unit input index

表2 決策單元產(chǎn)出指標(biāo)[6]Table 2 Decision-making unit output index

對第j0個決策單元進行評價的超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型，其結(jié)果最小有效性為：

(5)

將上式轉(zhuǎn)化為標(biāo)準型如下：

(6)

式中：θ表示結(jié)果的有效性；S-為產(chǎn)出不足松弛變量,反映交通效益的投入產(chǎn)出與前沿生產(chǎn)相比較的不足產(chǎn)出量；S+為輸入冗余松弛變量，反映交通效益的投入產(chǎn)出與前沿生產(chǎn)相比較的多余投入量。

3 實例分析

筆者以近年全國8個大中城市各類公交統(tǒng)計、調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，選取西寧、太原、晉中、寶雞、汕頭、十堰、吉林和西安作為不同決策單元，將各個城市的10個評價指標(biāo)分為4個負向指標(biāo)(即輸入指標(biāo))，包括人均候車時間、平均換乘次數(shù)、非直線系數(shù)、日均尾氣排放量，以及6個正向指標(biāo)(即產(chǎn)出指標(biāo))包括日均客運量、萬人擁有率、線網(wǎng)密度、站點覆蓋率、居民出行公交分擔(dān)率及線路數(shù)。將上述指標(biāo)處理后得到各決策單元數(shù)據(jù)結(jié)果，如表3。評價不同決策單元的公交交通效益、效率值。

將表3中的數(shù)據(jù)按照表1、2的數(shù)據(jù)形式進行輸入,得到各DMU輸入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)的數(shù)據(jù)模型如表4。

表4 各DMU數(shù)據(jù)輸入結(jié)果Table 4 Data input results of each DMU

根據(jù)表4中各決策單元數(shù)據(jù)輸入結(jié)果，建立輸入向量與輸出向量，將得到的向量計算式輸入至數(shù)學(xué)規(guī)劃軟件Lingo，在軟件中利用程序代碼對待評估的DMU數(shù)據(jù)進行超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析計算，得到計算結(jié)果，并進行各DMU的超效率分析，得到超效率分析計算結(jié)果如下表[7-9]：

表5 超效率分析計算結(jié)果Table 5 Calculation results of the super-efficiency analysis

根據(jù)上表分析，結(jié)果表明，依據(jù)所建立的評價指標(biāo)體系，通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，DMU8(西安)效率值最大為1.122，其相對有效，則交通效益最大；DMU5(汕頭)效率值最小為0.634，則交通效益最小。由分析結(jié)果可知，由于西安城市常規(guī)公交規(guī)劃布局相對完善，城市居民公交出行率較高，日均客運量較高，并且西安市已開通3條地鐵線路，是對地面常規(guī)公交的有效補充，因而公交交通效益較大。汕頭市作為東部沿海城市，氣候適宜，摩托電動車因方便、快捷及受約束少等優(yōu)點成為當(dāng)?shù)剌^為受歡迎的出行方式，因此造成城市常規(guī)公交利用率較低，萬人擁有率以及日均客運量較其他城市低，致使公交交通效益較小[10]。另外，西寧、太原、吉林3座同類規(guī)模城市公交交通效益值大致相當(dāng)。西寧和寶雞同屬川道河谷型城市，在城市主要的交通走廊內(nèi)，公交出行方式承擔(dān)了大量的客流需求，其交通效益也頗為相似。

4 結(jié) 語

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法是評價具有類似類型單位之間相對有效性的一種十分有效的方法，同時對于處理多目標(biāo)決策評價問題也較為完善，該方法無需預(yù)估參數(shù)，避免主觀因素影響，較少評價誤差。

筆者根據(jù)研究需要，建立評價準則層及指標(biāo)體系，通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法建立評價模型，深入分析以上8個大中城市公交系統(tǒng)交通效益相對大小，分析結(jié)果表明：利用DEA方法對各城市公交系統(tǒng)的交通效益最終得出各DMU的超效率值，根據(jù)不同城市間公交運營情況的不同效益值，找出導(dǎo)致各城市公交交通效益較低的根本原因，并可參照效益好的城市公交系統(tǒng)建設(shè)情況，提出具有針對性的優(yōu)化措施。面對未來城市常規(guī)公交系統(tǒng)的發(fā)展要求以及城市居民的出行需求，為有效提高未來各市的公共交通系統(tǒng)的整體服務(wù)水平、運營效率以及城市綜合交通系統(tǒng)的組織優(yōu)化，合理兼顧統(tǒng)籌各類公交資源的輸入和產(chǎn)出，進而有針對性的整合城市交通資源，優(yōu)化城市公共交通網(wǎng)絡(luò)并且為公交規(guī)劃及各類公交政策的出臺提供支撐依據(jù)。