城市交通干线的模糊综合评价

张毅华,杨亚璪,郑长江

(1.东南大学经济管理学院,南京210096;2.河海大学土木与交通学院,南京210098; 3.华南理工大学土木与交通学院,广州510640)

城市交通干线的模糊综合评价

张毅华1,2,杨亚璪3,郑长江2

(1.东南大学经济管理学院,南京210096;2.河海大学土木与交通学院,南京210098; 3.华南理工大学土木与交通学院,广州510640)

考虑行人过街的情况下,从城市交通干线的特性出发,探讨了与干线相关的各种影响因素。在交通功能、交通安全和交通环境影响三个准则下,选取评价指标。对相关的评价指标进行了量化,建立城市交通干线的综合评价体系。通过对评价指标体系进行无量纲化处理,构建了层次分析模型,并将层次分析法应用到模糊综合评价法中,即形成了AHP-模糊综合评价方法。通过对实例的评价结果表明改进方案明显优于现状方案,干线的运行状况更加良好,并提出了相应的改进方案。

模糊;评价;指标选取;干线

城市交通干线是保证城市社会经济活动正常运转的主动脉,其畅通与否对提高整个路网的行车速度及运营效率都起着举足轻重的作用。在城市交通干线的评价方面,已有许多学者做过深入的研究[1～5],但是这些研究成果或以干线关键交叉口为评价对象,或局限于单个或几个技术指标的评价,还不能综合反映干线的整体运行状态。

对城市交通干线的综合评价实质上是对影响道路交通状况的人、车、路及环境等各种要素作系统的综合效应分析。评价成果可用于对城市道路系统局部(如特定交叉口、特定路段)分析,评价其交通设施状况、交通流特征及提供服务水平的情况,为寻求城市交通症结点、优化路网结构以及规划未来路网提供科学依据,因而提出一种实用的、科学的干线评价方法是很有必要的。

一、评价指标体系

1.评价指标的选取原则

评价是通过一些归类的指标按照一定的理论和方法,对评判对象从某个方面或多个方面的综合状况做出优劣评定,辨别评判对象的优劣程度并提出改进方案,评价指标的选取应遵循以下原则:

(1)完整性原则

评价指标体系应力求从各个不同角度反映出被评价系统的主要特征和状况,而且还要反映被评价系统的动态变化,体现该系统的发展趋势。

(2)科学性原则

评价指标的选择应建立在充分认识和系统研究的基础上,即指标的筛选与权重的确定、数据的处理、计算与评估必须依据科学真理。

(3)可操作性原则

要充分考虑到指标的量化及数据取得的难易程度和可靠性,并且要适于实际的推广和应用。

(4)可比性原则

考虑时间、空间变化的影响,评价指标尽量建立在定量分析的基础之上,以确保各方案的指标可比性。

2.评价指标体系的确立

评价指标的筛选以及结构的优化通常以定性分析为主,通过向专家做问卷调查以及综合分析达成。本文依据主体和目的构造树状层次的方法确定评价指标体系,即以交通干线的运行状况为最高层(目标层),以交通功能、交通安全和环境影响三个准则作为第二层(准则层),各个评价准则对应的评价指标作为第三层(指标层),最后一层即为方案层,得到城市交通干线评价的指标体系,如图1所示。

图1 城市交通干线综合评价指标体系

3.评价指标指数的确定

由于各指标间的量纲以及取值范围不同,不能直接进行比较,通常的方法是对数据进行无量纲化处理,将数据统一到一个固定的变化范围中,参照文献我们对各个指标进行了界定和分级[6],表1是指标P1和P2的界定与分级,其他指标类似。

表1指标P1和P2的界定与分级

二、模糊综合评价法

模糊数学是美国加利福尼亚大学控制论专家扎德(L.A.Zadeh)于1965年首先提出的,目前该理论方法已被广泛地应用到自然科学和社会科学的各个领域当中。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的多因素决策方法,即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出总体的评价。假设评价对象因素集U={u1u2…um}、评语集V={v1v2…vn},其中m表示被评价对象的m个因素,n为某一因素所处状态下作出的n种判断。以人们主观赋权的不同为例,因而存在以下两类模糊子集:一是由于评价因素集U中各元素其在人们心目中的侧重点不同,需要对每个因素赋予不同权重,其可表示U上的一个模糊子集A=(a1a2…am);另一类是如果人们对每一个单因素Ui∈U都作出判断,就可得到一个m×n模糊矩阵R,这两类模糊子集体现了人们不同的价值观念和偏好。通过模糊运算,由此便得到模糊综合评价集B=A·R=(b1b2…bm)。因此,模糊综合评判是指寻找模糊子集A=(a1a2…am)∈F(U),以及从U到V的模糊变换f,即对某单因素ui作出一个判断f(ui) =(ri1ri2…rim)∈F(V),i=1,2,…,m,由此得出模糊矩阵R=[rij]mn∈F(U×V),rij表示某单因素ui具有评语vj的程度。因此模糊评价集B =A·R=(b1b2…bm)∈F(V),其中bj表示vj对模糊综合评价集B的隶属程度。以下是模糊综合评价方法的计算步骤:

1.准备工作

(1)确定对象集和因素集

对象集即是将要评价的城市交通干线。图1中列出的评价指标集就是因素集。

(2)评判集

假定评语个数为m,则评判集V={V1V2…Vm},对应于很差、差、…、很好等。

(3)权重集

权重的确定具有十分重要的意义,只有权重分配尽可能符合实际,才能合理地进行综合评判,本文采用一种改进的层次分析法[7]来获得各组因素的权重分配。

(4)确定模糊算子

模糊算子具有调整和改变运算对象内涵的功能,可采用加权平均型算子(·,⊕),它能对所有因素的权重大小均衡兼顾,较适用于要求整体指标的情形。

2.一级评判

按照本文的思路,由于改进的干线管理规划方案下的指标值将通过预测获得,而且是定量化的,因此评价的任务就是在这些数据的基础上,对备选方案进行排序、选优。本文运用模糊自评判模型来进行一级评判[8],对每个子因素集Ci分别进行评价,权重分配Ai(即下层权重)由改进的层次分析法确定,于是一级评判为:

上式表明:评价因素与被评价事物的模糊关系A,通过模糊变换器R,形成了被评价事物与评价等级之间的模糊关系B。

3.二级综合评判

在一级评判的基础上,将每一个子集Ci作为一个元素,用Bi作为它的单因素评判,可以构成单因素评判矩阵,即:

它是{C1,C2,C3}的单因素评判矩阵,于是有二级综合评判为:

4.综合评判值计算

综合评判就是对多种因素所影响的事物或现象作出的总评价,即对评判对象的全体根据所给的条件,给每个对象赋予一个非负实数——评语结果,再据此进行排序择优。综合评价值W= BCT,CT为评判集量化矩阵的转置矩阵。

三、应用实例与分析

运用模糊综合评价法本节给出对南京市城市交通干线太平北路(珠江路—北京东路段)评价的计算示例,该路段全长843.3m,道路设计等级较高,双向六车道,路段上只有一座行人过街天桥,其余均为平面交叉口。车流高峰期,各交叉口都很繁忙,车辆延误较大,对该路段(图2)进行综合评价,找出现状管理方案的不足并提出改进方案,以改善干线的运行状况是很有必要的。

图2 太平北路(珠江路—北京东路段)道路布局示意图

1.干线管理方案的分析

通过实地调研发现太平北路(珠江路—北京东路段)交通现状管理方案主要存在干线交通信号协调不尽合理、珠江路口北进口道左转信号不足、行人过街对驶入干线的车流干扰严重、公交停靠站点设置不合理等问题,我们采用干线信号的协调方法[9～10]改善其他的交通管理措施形成了两套改进的干线管理方案,通过东南大学交通学院王炜教授主持研发的城市交通管理决策支持软件“交运之星—Transtar”(交通管理版),对改进方案下的交通流重新分布进行了模拟,以定量的形式获取评价指标值,不足的指标值采用Delphi法咨询获得,得到的指标值如表2所示:

2.数据的准备

(1)因素集

表2三种方案下各项评价指标的评价指数

5.综合评判结果

经过上面的运算已经能够比较方案的优劣了,如改进方案二对“很好”的隶属度为0.73,大于现状方案的0.107和改进方案一的0.455。为了使各方案的排序更加直观,我们取C={60, 70,80,90,100},于是可以用Wi=60B1+70B2+ 80B3+90B4+100B5来计算综合评价值:

现状方案:W1=64

改进方案一:W2=81

改进方案二:W3=93

评价结果表明改进方案明显优于现状方案,干线的运行状况更加良好。

四、结 论

提出的城市交通干线评价模型科学实用,可以对城市道路网中的某交通干线进行综合评价时,同时还可以因决策部门的不同,评价目的的不同灵活选取评价指标,并根据评价结果找出干线运行中存在的问题,提出相应的改进措施。

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[3]罗石贵,周伟.路段交通冲突技术研究[J].公路交通科技,2001,17(1):65-68.

[4]管晓伟,肖贵平.基于TCT的平面交叉口灰色聚类评价方法[J].华北科技学院学报,2006,6(3):21-24.

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[8]王炜,等.城市交通管理规划指南[M].北京:人民交通出版社,2003:78-125.

[9]郑长江,王炜,陈淑燕.行人过街信号与交叉口信号的协调控制[J].交通运输工程学报,2004,4(4):106 -109.

[10]刘智勇.智能交通控制理论及其应用[M].北京:科学出版社,2003:115-168.

Fuzzy Eva lua tingM ethod for C ity Tra ffic Cen tra l A r tery

ZHANG Yi-hua1,2,YANG Ya-zao3,ZHENG Chang-jiang2

(1.Schoo lof Econom ics andM anagem ent,SoutheastUniversity,Nan jing 210096,China;2.Schoo lof Civil Engineering and Transportation,HehaiUniversity,Nanjing 210098,China;3.Schoo lof Civil Engineering and Transportation,South ChinaUniversity of Techno logy,Guangzhou 510640,China)

Taking the situation that peop le are crossing the street into consideration,various influence factors are discussed based on the characteristics of urban arterial highway.Evaluation indexes are selected acco rding to traffic function, safety and environm ent influence to select indexes.Through dealingw ith the data in a dim ension lessway,the authors constructan evaluation system of the urban traffic central artery,use fuzzy comp rehensive assessmentp rocess to evaluate it and estab lish an AHP-fuzzy evaluationm ethod in thispaper.The results show that the im p roved schem e is better than the cu rren t one and the operation condition of arterial highways is also better compared w ith the currentone.

fuzzy;evaluation;indexes choice;arterial highw ay

F57

A

1009-1971(2010)04-0083-05

[责任编辑 张大勇]

2010-04-30

教育部博士点基金(20060286005)

张毅华(1975-),男,湖南永州人,副研究员,博士,从事系统工程、复杂系统建模在交通领域的应用研究;杨亚璪(1981-),男,山西大同人,博士研究生,从事运输物流研究;郑长江(1966-),男,安徽滁州人,副教授,博士,从事智能交通控制、交通规划与管理研究。