城市轨道线网规划评价决策方法研究

摘 要 针对轨道线网规划评价的特点,在对已有的现有评价 方法 适用性 分析 基础上,提出了一种组合的综合评价方法及指标体系。

关键词 城市轨道 交通 ,线网规划,指标体系,决策方法

1 引言

轨道线网规划的评价是对轨道线网规划方案的 网络 特性、技术指标以及 经济 、 社会 、环境等方面做出相对满意度的判断,是方案优选与决策的基础。 目前 对轨道线网评价较多采用线路总发送量、日均客流量、客流强度等评价指标。由于这些指标仅针对线网本身,而不是立足于城市整个公共交通系统乃至城市综合客运系统,就可能造成线网局部效应分析最优,而从整体角度分析未必最优的结果。

轨道交通线网评价有如下特点:第

一、轨道线网规划投资大,时间跨度长,通常远景目标年超过城市总体规划年限,属于不完全确定的状态;第

二、轨道线网的评价指标,有些可以定量,有些是无法量化的,如促进城市土地的合理开发,提高劳动生产率等;第

三、不同的评价主体所需达到的目标是多样的,有的目标是相互冲突的,如使用者希望出行费用低廉,而运营者重视经营收益性,希望票价高一些。

因此,对于轨道线网规划这样一种半结构化、非完全定量、多目标的复杂系统,不可能采用简单的项目评价法。本文提出一种轨道线网方案评价的组合综合评价方法及其评价指标体系。

2 轨道交通评价准则与目标

轨道交通系统的品质标准与目标,是改善居民出行可达性,推进城市结构的合理调整,扩展城市的 发展 空间,改善生活环境与生态环境。这些目标包括功能目标、经济目标、社会目标和环境目标。

1) 功能目标

主要涉及轨道线网交通质量,包括与城市规划的匹配程度、可达性、安全性、服务性以及满足交通需求的能力;

2) 经济目标

轨道线网的建设、运营、管理费用与运营收入的状况;

3) 社会目标

轨道线网对整个交通系统运营状况的改善以

及促进社会经济发展的程度等;

4) 环境目标

轨道线网对环境方面消极 影响 及对人类有用资源的耗费程度。

3 轨道线网评价指标体系

轨道线网的评价指标应能独立反映线网规划的某一具体方面的特征,并与轨道线网规划方案选优的目标相联系; 评价指标的数量应越少越好,且每一评价指标应具有可量测性,或者可以通过定量法获得,或者可以用定性分级比较的方法获得。评价指标应合理公正,不能以主观判断一种方案形式有利而另一种方案形式不利。本文在进行轨道线网评价时分两层次5 个方面建立指标体系。第一层次通过结构特征评价产生候选方案;第二层次是对候选方案进行交通功能、运营效益、社会效益及持续发展四方面 应用 组合的综合评价决策。

3. 1 候选方案产生

采用线网长度、中心区线网密度、非直线系数、换乘节点数、覆盖面积率以及与大型客流集散点衔接数量等指标,对轨道线网预选方案进行结构特征评价并产生候选方案。

(1) 轨道线网长度:规划区轨道线网各条线路长度之和。该项指标在功能相同条件下越短越好。

(2) 中心区线网密度:线网中心区轨道交通线网长度与中心区面积之比,反映轨道交通线网在中心区的服务水平。

(3) 非直线系数:轨道交通线路实际长度与轨道交通线路起终点空间直线长度之比,反映快速轨道交通线网各线的顺直程度。环线的此系数按主要集散点之间的实地距离与空间直线距离之比。

(4) 换乘节点数:轨道交通线网线路相交点的数量,反映快速轨道交通静态线网提供换乘的灵活程度。

(5) 覆盖面积率:在中心区按轨道交通沿线每侧750 m 范围的用地面积,在郊区按轨道交通沿线每侧1 000 m 范围的用地面积,两者之和为轨道线网覆盖面积。其与轨道线网规划区面积之比为轨道线网覆盖面积率。

(6) 与大型客流集散点衔接数量:轨道交通线网线路与大型客流集散点衔接的数量,反映轨道交通线网对大型客流集散点的覆盖性。

3. 2 候选方案评价的指标体系

(1) 交通功能评价

采用日均客运总量、换乘率、线网负荷强度以及轨道交通客运量占公交总客运量的比例等指标, 对轨道交通线网的交通功能进行评价。

① 日均客运总量:规划年度轨道交通线网各线客运量之和,以交通需求量分析结果为依据。

② 换乘率:轨道线网的换乘客运量与轨道线网总客运量之比,反映轨道交通线网对乘客出行直达的满足程度。

③ 线网负荷强度:轨道线网日均客流量与轨道线网总长度的比值,反映轨道交通线网单位长度承担的客流量,用以评价轨道线网的运营效率和经济性。

④ 轨道交通方式占公交方式的比例:轨道交通方式日均总客运量与公交方式总客运量的比值,用以评价轨道交通方式在公交方式中的地位。

(2) 运营效益评价

运营效益评价系统主要从建设费用、运营费用、运营收入等角度对轨道交通的财务收支情况进行评价。

① 建设费用:各种轨道方式每公里平均造价与该方式里程之积的总和。从中可了解工程难易程度并判断投资的可能性。

② 运营费用:客流周转量与每公里人均运营成本之积,反映线网客流度及建设管理水平。

③ 运营收入:为日均客流量与票价之积,反映经营者的经济利益。

(3) 社会效益评价

社会效益评价主要针对轨道交通方式引起整个公交方式服务水平的提高以及缓解城市道路拥挤程度的情况进行分析,如公交方式的出行比例、公交方式的平均出行时间、平均机动车速、居民平均出行时间、路网负荷均匀性等。

① 公交方式的出行比例:公交出行占全方式的比例,用以评价轨道交通线网对城市交通结构的改变。

② 公交方式的平均出行时间:城市居民以公交方式出行的平均出行时间,用以评价轨道交通线网对居民出行时间的改善程度。

③ 平均机动车速:城市中心区高峰数段道路机动车速的平均值,用以评价轨道交通对城市道路机动车速的影响。

④ 居民出行时间[2 ]: 路网出行总时间tT =

nn

∑∑Nijtij + thc,其中Nij 、tij 分别为( i , j) 点对之

i =1 j=1

间的客流量及出行时间; thc 为路网折算换乘总时间; tT 为路网中一天全部出行时间总和,包括折算换乘时间及路段出行时间。m i =1

m偏离平均负荷率ηT 的程度。其中qi 、ci 分别为第i 条种路段的客流量及客流容量;ηT= 1 ∑ηi, 为

m i =1

m所有路段负荷率的平均值; m 为轨道交通路段总数。ψ值越小,路网负荷均匀性越好,行车组织越经济,运营成本越低,路网能发挥的总体运能就越大。

(4) 持续发展评价

采用与土地利用吻合程度、沿线土地开发价值、线网发展适应性等指标对轨道线网持续发展特性作出评价。

① 与土地利用吻合程度:轨道交通线网与城市总体规划拟定的土地利用吻合程度,可用轨道交通吸引范围内的人口岗位数与同期全部的人口岗位的比例表示,以评价轨道交通线网与城市总体规划的一致性。

② 沿线土地开发价值:轨道交通沿线土地利用开发价值,以评价轨道交通线网对土地潜在开发能力的影响。

③ 线网发展适应性: 轨道交通线网的可调节性,以评价轨道交通线网适应城市发展变化的能力。

4 组合的综合评价法

对于多目标、多因素、多层次的复杂系统,其评价方法有层次分析法、层次熵分析法以及模糊聚类分析法。但如何建立一套切实可行,又能全面准确衡量轨道交通线网方案优劣的评价方法是一个值得 研究 的 问题 。

4. 1 已有评价 方法 分析

(1) 层次分析法(AHP)

层次分析法是一种决策思维方法,它将复杂的 问题 分解为各个组成因素,将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构,通过两两比较的方式确定层次中诸因素(指标) 的相对重要性,综合人的判断以决定诸因素相对重要性的顺序。

AHP 方法的根据是评价指标对象的层次性, 得出的结果是各决策方案相对于总目标的优先顺序,适用于方案各层次指标的排序及权重分析。

(2) 灰色关联系数法

它是通过确定各方案指标与相对方案指标的类似程度,进而确定各方案的优劣。具体步骤为:

① 选择各方案同类指标中的最佳值,形成 参考 ② 求关联系数:

min min |X0 (k) -Xi(k)|+ρmax max |X0 (k) -Xi(k) |

ik

ξi(k)= i k

|X0 (k) -Xi(k) |+ρmax max |X0 (k) -Xi(k) |

ik

(2)

③ 求关联度Ri :

1Ri= n ∑ξi(k)

(3)

nk=1

Ri 反映了方案与参考方案的关联程度。Ri 越大,方案越优。

灰色关联系数法在数据处理过程中没有掺入人的主观判断,而是对确定的定量指标进行比较与 计算 ,保证了结论的真实性。因此,该方法适用于轨道线网规划评价过程中对确定的定量指标的评价,

也适用于轨道线网初始方案比较后产生候选方案的评价。

(3) 模糊评价法

模糊综合评价法是将不确定的信息用定量的方法加以处理,变定性决策为定量决策,增加判断的直观性、准确性。

4. 2 一种组合评价方法

候选方案综合效益评价是对候选方案进行一次全面、详细的分析和考核,以谋求轨道线网系统整体功能的“最优”,而不仅仅是某一项或几项指标的“最大值”,并在系统整体优化过程中,不断向决策者提供各种关系信息。本文提出一种组合方法是将已有的系统决策方法运用其各自的优点进行有机结合的轨道 交通 线网的综合评价与决策方法。即:以多级模糊综合评价为框架,按评价指标类别, 利用层次分析法建立评价的多级权重;利用灰色关联系数法求运营效益指标的评价矩阵,采用模糊评价模型建立交通功能指标或运营效益指标的评价矩阵;利用专家系统或打分法建立持续 发展 指标的评价矩阵,采用多级模糊综合评判的步骤、算子及评判准则,分别计算轨道线网各预选方案的广义效用函数值,以效用值的大小对各方案进行排序和优选,为决策者提供决策的依据,实现轨道线网方案的评价决策。图1 为该方法的框架图。

广义效用函数计算方法是首先计算各子系统“效用值”:

n

ui = ∑wij ·fij

(7)

j=1

式中:fij — 表示第i 个子系统第j 个指标的效用值; wij 对应fij 的权重; n 表示第i 个子系统的指标总数。然后计算整个系统的“效用值”:

m

U= ∑Wi ·ui

(8)

i =1

式中: Wi 第i 个子系统的权重;

ui — 第i 个子系统的效用值;

m 表示子系统的总数。

图1 轨道线网方案组合评价方法的流程

参 考 文 献2 吕慎. 城市快速轨道线网布局规划研究: [ 学位论文] . 南京:东南大学,2000.

3 杨赛霓. 面向可持续发展的城市交通系统综合评价指标体系: [ 学位论文] . 南京:东南大学,2000.