馮輝紅， 盧祥花

(西南石油大學土木工程與測繪學院， 成都 610500)

“十四五”期間，在加快建設(shè)交通強國的要求下，國家公路運輸系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展機遇，與之配套的公路服務(wù)區(qū)項目也得到了前所未有的發(fā)展機會[1]。截至2020年底，中國配有服務(wù)區(qū)的公路達16.1×104km[2]，據(jù)中國公路服務(wù)區(qū)50 km標準間距估算，中國目前保有服務(wù)區(qū)約3 220對，與2010年相比，十年間增加近1 740對，增幅為117.6%[3]。雖然服務(wù)區(qū)在數(shù)量上取得了顯著成效，但隨著日益進步的社會和高速發(fā)展的經(jīng)濟，司乘人員的需求逐步多元化，既有公路服務(wù)區(qū)因其設(shè)施配置功能單一、設(shè)施老化、缺乏特色，漸漸難以滿足車乘人員現(xiàn)階段的功能需求[4-5]。故對既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性進行評價研究，意在找出設(shè)施配置的現(xiàn)存問題及優(yōu)化策略，為未來既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置改造與建設(shè)提供參考，更好地發(fā)揮服務(wù)區(qū)的“城市延伸”作用。

目前，對于既有公路服務(wù)區(qū)的研究，一方面是服務(wù)區(qū)的規(guī)模及停車位測算，包括從駛?cè)肼?、服?wù)設(shè)施周轉(zhuǎn)率、預(yù)測交通量、停留車輛數(shù)、服務(wù)區(qū)收益等影響因素出發(fā)，測算出服務(wù)區(qū)的合理規(guī)模[6-7]；考慮港口吞吐量、高峰停車需求、設(shè)施停留率、停車周轉(zhuǎn)率等因素，應(yīng)用FHWA(federal highway administration)模型、排隊理論對服務(wù)區(qū)停車位數(shù)進行測算[8-9]。另一方面集中在服務(wù)區(qū)的評價研究，有站在用戶角度，從環(huán)境、運營、人員服務(wù)、設(shè)施水平、功能布局等方面選取指標，對服務(wù)區(qū)的服務(wù)質(zhì)量進行綜合評價[10-11]；也有從功能完善程度、服務(wù)水平和用戶反饋等方面構(gòu)建評價指標體系，對服務(wù)區(qū)的服務(wù)水平進行評價[12]；還有以綠色環(huán)保為出發(fā)點，對綠色服務(wù)區(qū)進行綜合評價[13-14]。可以看出，上述研究不能完全適用于服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性的評價。

評價模型方面，常用的有灰靶模型[15]、模糊綜合評價法[16]、集對分析模型[17]等，而云模型作為模糊理論和概率統(tǒng)計中解決多屬性評價問題的方法之一，因其可實現(xiàn)定性定量互換、綜合考慮模糊性和隨機性等優(yōu)點，在工程領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用[18-19]。與很多評價模型一樣，指標權(quán)重也對云模型評價結(jié)果有重要影響，為克服單一賦權(quán)法的片面性，引入最小二乘法[20]，最小化組合權(quán)重與主客觀權(quán)重的誤差平方和，尋求權(quán)重的最佳函數(shù)匹配。主要研究既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標體系與評價模型。首先從設(shè)施狀況、服務(wù)水平、用戶體驗三方面構(gòu)建了評價指標體系；然后以層次分析法(analytical hierarchy process，AHP)、序關(guān)系分析法、熵權(quán)法、決策試驗與實驗評估法(decision making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)等單一賦權(quán)法為標準，利用最小二乘法獲取各指標的最優(yōu)組合權(quán)重，在此基礎(chǔ)上，建立改進云模型；最后利用所建評價指標體系和評價模型，對四川省某服務(wù)區(qū)進行了評價，以驗證指標體系與模型的適用性。

1 構(gòu)建既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標體系

遵循指標體系建立的層次性、系統(tǒng)性、適用性與可操作性等原則，從設(shè)施狀況、服務(wù)水平、用戶體驗三方面選取既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標，其中，設(shè)施狀況反映設(shè)施配置的建設(shè)情況；服務(wù)水平反映設(shè)施配置維持司乘人員基本需求的能力及提供便利的服務(wù)水平；用戶體驗反映司乘人員對設(shè)施配置的認知印象和回應(yīng)。建立的評價指標體系如表1所示，包括3個準則層和11個指標層。

表1 既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標體系Table 1 Existing suitability evaluation index system for facility allocation in highway service area

1.1 設(shè)施狀況

(1)設(shè)施完備率A1：包括基礎(chǔ)設(shè)施和輔助設(shè)施的完備率，其數(shù)學表達式為

(1)

式(1)中：Fi為第i項基礎(chǔ)設(shè)施完備情況(存在即Fi=1，否則Fi=0)；Fj為第j項輔助設(shè)施完備情況(存在即Fj=1，否則Fj=0)，設(shè)施的分類及功能如表2所示。

(2)信息化服務(wù)率A2：指服務(wù)區(qū)提供的信息化服務(wù)比例，其數(shù)學表達式為

(2)

式(2)中：Ti為第i項信息化服務(wù)存在狀況(存在即Ti=1，否則Ti=0)，信息化服務(wù)包括：天氣狀況、道路路況、配載信息、服務(wù)區(qū)局域網(wǎng)絡(luò)和其他信息化服務(wù)。

表2 設(shè)施配置的分類及功能Table 2 Classification and function of the facility configuration

(3)設(shè)備節(jié)能率A3：設(shè)施配置中節(jié)能型設(shè)備和總設(shè)備的數(shù)量之比。

1.2 服務(wù)水平

(1)平均擁堵程度B1：無法正常使用設(shè)施的用戶(排隊時間過長)與總用戶比值，其值越小，表明越多的用戶排隊時間少，則設(shè)施服務(wù)水平就越高，其數(shù)學表達式為

(3)

式(3)中：λ為平均到達率；μ為平均服務(wù)率；k為服務(wù)臺數(shù)。

(2)設(shè)施可達性B2：衡量到達某一服務(wù)設(shè)施的方便程度，其數(shù)學表達式為

(4)

式(4)中：Lij為從i設(shè)施到達j設(shè)施最短所需時間；N為設(shè)施數(shù)量。

(3)設(shè)施利用率B3：單位時間內(nèi)各設(shè)施服務(wù)利用的次數(shù)，該指標反映了觀測期內(nèi)該服務(wù)設(shè)施的平均利用情況，其數(shù)學表達式為

(5)

式(5)中：F為調(diào)查期間實際訪問量；Cservice為服務(wù)能力。

(4)服務(wù)供需差B4：服務(wù)設(shè)施的需求量與供給量之差與總供給量的比值，該指標反映服務(wù)設(shè)施的閑置情況，其數(shù)學表達式為

(6)

式(6)中：S為服務(wù)設(shè)施總供給；D為服務(wù)設(shè)施總需求。

1.3 用戶體驗

(1)價格滿意度C1：服務(wù)區(qū)內(nèi)的商品價格與市區(qū)內(nèi)超市商品價格比值，其數(shù)學表達式為

(7)

式(7)中：n為消費種類；Si為服務(wù)區(qū)第i項消費的價格；S′為市區(qū)超市正常的價格。

(2)環(huán)境滿意度C2：定性指標，指用戶對服務(wù)區(qū)內(nèi)外部環(huán)境整潔程度的評價，如光線是否良好、空氣是否清新、有無異味、地面是否潔凈、垃圾箱外表是否整潔等。定性指標難以量化，可采用德爾菲法對其進行評分，評分區(qū)間為[0,100]，等分成5個等級，如表3所示，其取值來源于向使用者發(fā)放的問卷調(diào)查。

表3 環(huán)境滿意度評分Table 3 Environmental satisfaction score

(3)文明服務(wù)度C3：定性指標，指用戶在使用設(shè)施或服務(wù)后，對其文明度的評價，如標準化作業(yè)、明碼標價、公平交易等，通過問卷調(diào)查的形式，將定性指標定量化，得到文明服務(wù)度指標值。

(4)設(shè)施易用性C4：定性指標，指用戶在使用服務(wù)區(qū)設(shè)施后，對其易用性的評價，如信息傳達方式、人性化設(shè)計、便捷服務(wù)等，通過問卷調(diào)查的形式，將定性指標定量化，得到設(shè)施易用性指標值。

2 建立評價模型

2.1 云模型概念

云模型是在傳統(tǒng)模糊集理論和概率統(tǒng)計理論的基礎(chǔ)上提出的一種專門研究復(fù)合不確定性的現(xiàn)代數(shù)學理論[21]，其定義為：設(shè)X為一個用數(shù)值表示的定量域，C為X上的定性概念。如果定量值x∈X，且x為定性概念C的一次隨機實現(xiàn)，x對C的隸屬度μ(x)∈[0,1]為隨機數(shù)，即

μ:X→[0,1],x∈X,X→μ(x)

(8)

則x在論域X上的分布稱為云模型，簡稱云，記為C(x)，每一個x稱為一個云滴。

云模型所表達概念的整體特性可以用云的數(shù)字特征反映，即用期望、熵、超熵3個數(shù)字特征表示，記作(Ex,En,He)。其中，期望Ex是云滴在評估區(qū)間分布的平均值，是定性概念定量表示的中心點，其隸屬度為1；熵En是定性概念的不確定性度量，在示意圖中表示云的跨度，熵越大，云的跨度也就越大；超熵He是熵的不確定性的度量，它能夠反映云的離散程度和厚度，超熵越大，云的離散程度和厚度越大，根據(jù)評價指標等級標準的實際情況進行取值，取值0.8。圖1(a)和圖1(b)為期望和超熵相同，熵不同的云示意圖；圖1(a)和圖1(c)為期望和熵相同，超熵不同的云示意圖。

圖1 云的數(shù)字特征示意圖Fig.1 Digital features of cloud model

2.2 云發(fā)生器

云的生成算法稱為云發(fā)生器，包括正向和逆向云發(fā)生器。正向云發(fā)生器實現(xiàn)定性概念到定量數(shù)值的轉(zhuǎn)化，逆向云發(fā)生器實現(xiàn)定量數(shù)值到定性概念的轉(zhuǎn)化，如圖2所示。

drop為云滴；xi為第i個定量值圖2 云發(fā)生器Fig.2 Cloud generator

正向云發(fā)生器算法步驟如下。

Step1生成以En為期望，He為標準差的隨機數(shù)En′；生成以Ex為期望，En′為標準差的隨機數(shù)Xi。

Step3形成具有確定度的一個云滴，即(xi,μi)。

Step4重復(fù)步驟1～3，直到產(chǎn)生N個云滴。

逆向云發(fā)生器算法步驟如下。

2.3 改進云模型實現(xiàn)流程

改進云模型是通過改進權(quán)重計算方法得到的，其實現(xiàn)流程為：首先，劃分評價等級，將評語集云化，得到指標標準云；其次，通過專家打分獲得專家評分樣本，運用逆向云發(fā)生器，進而得到專家評估云；再次，結(jié)合主客觀賦權(quán)及最小二乘法計算出各指標的最優(yōu)組合權(quán)重；最后，計算綜合評估云，得到評價結(jié)果。流程如圖3所示。

圖3 改進云模型實現(xiàn)流程圖Fig.3 Implementation process of improving cloud model

2.3.1 計算指標標準云

確定數(shù)字特征是采用云模型進行既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價的前提。評價指標按照性質(zhì)可劃分為定性指標和定量指標，定性指標評估值取值范圍為[0,100]；定量指標評估值取值范圍由《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D80—2006)[22]、《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01—2014)[23]確定，若取值范圍不是升序排列，則需將數(shù)據(jù)反序來計算標準云，若取值范圍是單邊約束，則根據(jù)區(qū)間上下限和實際情況取值。各評價等級都可以用云模型來表達，每個子區(qū)間對應(yīng)一個標準云Ci=(Exi,Eni,Hei)，其中i=1，2，…，5。云模型的數(shù)字特征可表示為

(9)

式(9)中：Sxmaxi和Sxmini分別為某指標的數(shù)量特征對應(yīng)于某一評價等級的上限值和下限值，Ex、En可以通過兩者計算確定；K為常數(shù)。

將評價等級劃分為優(yōu)、良、一般、差、很差5個評價等級，利用式(9)計算指標標準云，分別為：(7.03, 2.37, 0.80)、(20.02, 1.96, 0.80)、(31.89, 2.00, 0.80)、(44.18, 2.09, 0.80)、(62.55, 4.03, 0.80)，云模型圖如圖4所示。

圖4 指標標準云圖Fig.4 Diagram of evaluation standard cloud

圖5 指標權(quán)重計算流程Fig.5 Weight calculation process of indexes

2.3.2 計算專家評估云

2.3.3 計算最優(yōu)組合權(quán)重

(1)計算主客觀權(quán)重。

采用AHP法、序關(guān)系分析法、熵權(quán)法和DEMATEL法4種方法來確定各項指標的主、客觀權(quán)重值，計算流程如圖5所示。

(10)

式(10)中：H(W)為主客觀權(quán)重與最優(yōu)組合權(quán)重偏差的平方和；Uj為第j個指標的主觀權(quán)重；Vj為第j個指標的客觀權(quán)重。

求解此模型，作Langrange函數(shù)為

(11)

式(11)中:λ為待定變量。

令：

(12)

(13)

解矩陣方程[式(13)]，得最優(yōu)組合權(quán)重為

2.3.4 計算綜合評估云

(14)

3 實例應(yīng)用

選取四川省成南高速公路某服務(wù)區(qū)R為實例研究對象，該服務(wù)區(qū)距成都47 km，兩側(cè)占地約80畝(1畝=666.67 km2)，采取A、B對稱設(shè)置，設(shè)有休息、餐飲、超市、加油、充電樁、車輛維修、停車休閑等服務(wù)項目，如圖6、圖7所示。

圖6 服務(wù)區(qū)R平面圖Fig.6 Plane of service area R

圖7 服務(wù)區(qū)R平面布置圖(南-成方向)Fig.7 Layout plane of service area R (Nanchong-Chengdu direction)

3.1 專家評估云

邀請司乘人員及專家對服務(wù)區(qū)R的設(shè)施配置打分，本次共計發(fā)放問卷118份，其中，實地發(fā)放92份，網(wǎng)絡(luò)發(fā)放26份，回收有效問卷106份。由逆向云發(fā)生器，得到各指標的專家評估云，計算結(jié)果如表4所示。

表4 專家評估云Table 4 Evaluate the cloud results by experts

3.2 最優(yōu)組合權(quán)重

根據(jù)圖5及式(10)～式(14)，計算得到各指標的主客觀及最優(yōu)組合權(quán)重，繪制指標權(quán)重折線圖，如圖8所示，其中，最小二乘法所示為最優(yōu)組合權(quán)重折線。各準則層指標對應(yīng)的最優(yōu)組合權(quán)重分別為：A準則層指標：A1(0.131 9)、A2(0.068 6)、A3(0.072 7)；B準則層指標：B1(0.100 7)、B2(0.110 9)、B3(0.081 0)、B4(0.068 0)；C準則層指標：C1(0.115 0)、C2(0.079 5)、C3(0.073 6)、C4(0.097 9)。

圖8 指標權(quán)重折線圖Fig.8 Weight line graph of indexes

3.3 綜合評估云

根據(jù)式(14)，計算服務(wù)區(qū)R設(shè)施配置適宜性的綜合評估云為(24.23, 2.79, 0.26)，將指標標準云與綜合評估云合并，如圖9所示。

紅色“*”狀的云表示服務(wù)區(qū)R的綜合評估云圖9 綜合評估云圖Fig.9 Diagram of integrated evaluation cloud

3.4 評價結(jié)果及建議

3.4.1 評價結(jié)果

由專家評估云可知，設(shè)施狀況評價中，A2評價等級為一般，該服務(wù)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，但缺乏WIFI、通訊查詢等輔助設(shè)施，信息化服務(wù)有待提高；服務(wù)水平評價中，B1評價等級為一般，衛(wèi)生間、停車場等場所擁堵程度較高，長假期間的服務(wù)承載力更顯不足，車輛的進出與停放受到影響與限制；用戶體驗評價中，C2、C4評價等級為一般，公共場區(qū)的衛(wèi)生狀況較差，垃圾存放點距離較遠不能完全滿足司乘人員投放垃圾的需求。

組合權(quán)重前5的指標依次為：A1(0.131 9)、C1(0.115 0)、B2(0.110 9)、B1(0.100 7)、C4(0.097 9)，累積權(quán)重達56%，由此可見：設(shè)施狀況中關(guān)鍵指標為A1，服務(wù)水平中關(guān)鍵指標為B1、B2，用戶體驗中關(guān)鍵指標為C1、C4。

由圖9可知，綜合評估云與指標標準云的“良”最接近，即服務(wù)區(qū)R設(shè)施配置適宜性的評價等級為“良”，該結(jié)果符合專家預(yù)期及項目實際情況。為分析評價結(jié)果的可信性和合理性，采用實例中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參照文獻[25]，按正態(tài)云模型的方法對服務(wù)區(qū)R進行了評價。計算得到的云相似度為(0.023 9, 0.098 5, 0.042 6, 0.020 0, 0.000 1)，評價等級為“良”，此結(jié)果與基于改進云模型的服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價結(jié)果一致，這也表明所運用的評價方法是合理、可信的，評價模型具有實用性和可操作性。

3.4.2 建議

根據(jù)服務(wù)區(qū)R的設(shè)施配置適宜性評價結(jié)果，提出該服務(wù)區(qū)項目優(yōu)化設(shè)施配置的針對性建議如下。

(1)合理利用外部資源。成都不僅旅游資源豐富，且文化底蘊深厚，服務(wù)區(qū)作為成都的“入口”，可整合成都文化和特色產(chǎn)品，挖掘旅游開發(fā)潛力，充分發(fā)揮其資源優(yōu)勢服務(wù)當?shù)亟?jīng)濟，實現(xiàn)服務(wù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)服務(wù)區(qū)的文化價值。

(2)提高信息化服務(wù)水平。嚴格保證商品和服務(wù)的質(zhì)量同時，結(jié)合智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)信息，讓司乘人員實時了解路況信息及服務(wù)區(qū)的設(shè)施服務(wù)狀態(tài)，為司乘人員提供方便快捷的信息化服務(wù)，提升服務(wù)區(qū)的整體口碑。

(3)加強服務(wù)區(qū)內(nèi)部環(huán)境整治。在公共場區(qū)多設(shè)置垃圾投放點，并做好垃圾分類管理，有利于營造一個干凈良好的外在環(huán)境，提升服務(wù)區(qū)整體形象感觀。另一方面，在滿足停車、飲食、休息等功能需求的基礎(chǔ)上，提高人性化設(shè)施的管理，增加服務(wù)區(qū)吸引力。

4 結(jié)論

(1)重點研究了既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標體系和評價模型，一方面從設(shè)施狀況、服務(wù)水平、用戶體驗3個方面，構(gòu)建了既有公路服務(wù)區(qū)設(shè)施配置適宜性評價指標體系；另一方面建立了改進云模型，該模型有機地將云模型同基于最小二乘的主客觀賦權(quán)法結(jié)合，以此優(yōu)化指標權(quán)重，做出最終評判。

(2)與其他數(shù)學模型相比，該模型在保證結(jié)果準確的同時，考慮到指標的隨機性、模糊性以及指標相關(guān)性，從而獲得不同評價指標耦合作用下的評價結(jié)果。四川省某服務(wù)區(qū)實例結(jié)果表明：所建評價指標體系和模型具有可靠性和適用性。

(3)需要特別說明的是，基于最小二乘法求得組合權(quán)重雖然協(xié)調(diào)了多種主客觀賦權(quán)法，但其需要提取各專家的評價信息，故主觀因素對評價結(jié)果的影響并不能忽略，須在今后的研究中改進。