城市轨道交通单线服务水平评价方法与应用

郭延永, 刘 攀, 吴 瑶, 马超群

(1.东南大学 交通学院,江苏 南京 210096; 2. 英属哥伦比亚大学 土木工程系,加拿大 温哥华 V6T 1Z4; 3.长安大学 公路学院,陕西 西安 710064)

城市轨道交通单线服务水平评价方法与应用

郭延永1,2, 刘 攀1, 吴 瑶1, 马超群3

(1.东南大学 交通学院,江苏 南京 210096; 2. 英属哥伦比亚大学 土木工程系,加拿大 温哥华 V6T 1Z4; 3.长安大学 公路学院,陕西 西安 710064)

为了对城市轨道交通服务水平进行客观定量的评价,文章构建了城市轨道交通服务水平评价指标体系,提出了基于属性识别理论的城市轨道交通服务水平综合评价模型。将轨道交通服务水平划分为4级,应用变异系数法确定指标权重;根据单指标属性测度值与多指标综合属性测度值,利用置信度准则识别城市轨道交通服务水平。以西安市地铁2号线为对象,运用该模型对其服务水平进行了评价,结果表明,西安市轨道交通服务水平属于二级。利用所提出的评价模型,不仅可客观获得城市轨道交通服务水平级别,而且能鉴别影响城市轨道交通服务水平的限制因素,为城市轨道交通运营阶段提高服务水平提供理论支持。

交通工程;城市轨道交通;服务水平;属性识别;变异系数

0 引 言

城市轨道交通作为一种大运量、快速和安全的交通方式,吸引了大量的乘客。随着经济的发展和生活水平的提高,居民在选择出行方式时往往更加注重客运服务的整体质量,即对安全性、快捷性和舒适性等客运服务质量提出了更高的要求[1-2]。轨道交通服务水平的高低影响着乘客选择轨道交通的偏好,从而影响轨道交通客流量,并进一步影响到轨道交通运营方案。因此,轨道交通服务水平评价的研究具有十分重要的意义,优秀的服务水平将有利于改善轨道交通的运营服务及轨道交通的长远发展。

目前针对轨道交通服务水平的研究较少。文献[3-4]基于乘客满意度对轨道交通服务水平进行了研究,其研究中凭借人为主观判断确定的服务水平,忽视了轨道交通设施的特征和性能,不能真实反映轨道交通服务水平。已有相关研究大多是针对常规公共交通服务水平的评价,主要涉及评价指标体系和评价方法2个方面。评价指标体系研究是基于不同的角度构建合理的评价体系[5-7],主要有TCRP(Transit Cooperative Research Program)提出的用于评价常规公共交通服务、设施和系统服务质量及通行能力的技术方法,TCRP建立了服务水平评价体系[5]。此外,文献[6]建立了以可达性、出行时间、可靠性、直达系数、服务频率和客流密度等6项内容为主要指标的常规公共交通评价体系;文献[7]建立了5级乘客满意度轨道交通服务水平体系。在服务水平评价方法方面,主要是基于一定的数学方法构建评价模型,常见的有模糊评价、隶属度评价、灰色评价等[8-9]。例如文献[9]应用层次分析法和标度法,分析了乘客满意度评价指标的层次性和综合性特征,提出了基于模糊综合评价法的满意度评价模型。文献[10]对公共汽车服务质量中潜在、重要维数的集合识别进行了研究,其方法可以定量计算服务质量,并可比较不同公共汽车司机之间的服务水平差异。

综上所述,目前在公共交通服务水平方面的研究成果较多,并且有了专门针对公共交通通行能力和服务质量手册,然而针对轨道交通的研究很少。轨道交通是一种非盈利快速大运量的公共交通方式,无论其运营特征、附属设施,还是票制票价等都与常规公共交通相差悬殊。因此,常规公共交通服务质量评价指标体系不能单纯地应用于轨道交通服务水平评价研究中;而模糊评价方法会出现分类不清、结果不合理的问题,灰色关联分析则是依据服务水平指标比较序列与参考序列的关联度,得出与理想服务水平的远近程度,再用它来判断公共交通服务水平,评价结果并不能很好地反映现实情况。

本文以属性识别理论为基础,提出城市轨道交通服务水平评价方法,从方便性、效率性、舒适性和经济性4个方面构建了城市轨道交通服务水平评价体系;引入属性识别理论,建立了基于属性理论的城市轨道交通服务水平评价模型;以西安市地铁2号线为例,运用该模型对其服务水平进行评价。

1 城市轨道交通服务水平评价指标

城市轨道交通服务水平概念不同于道路服务水平,道路服务水平主要关注对象是车辆的运行状况,将车辆以自由流状态行驶定义为高水平的服务,而轨道交通服务水平则更加关注其设施特性为乘客带来的舒适和便捷程度。因此,城市轨道交通服务水平评价指标的选取应从系统工程的角度出发,既考虑轨道交通车站、车辆、线路和其他附属设施对乘客的影响,又应考虑轨道交通时间价值等因素对乘客的影响。

目前轨道交通服务水平指标相关研究较少,本文在评价指标选取时借鉴国内外已有的公共交通服务水平评价指标[3-10],结合轨道交通系统自身特点,查阅和分析轨道交通相关规范和标准[11-13],并实地调研广州、北京、上海和西安等城市轨道交通系统,最终从方便性、效率性、舒适性和经济性4个方面构建了涵盖14项指标(定量与定性)的城市轨道交通服务水平评价指标体系,见表1所列。表1中,步行距离是指从家(单位)到轨道交通站点的距离;站立时间比是指乘客从上车开始到下车,其中站立时间占在车内时间的比例;时间价值比是指一定出行距离内选择轨道交通和选择小汽车出行所需要时间的比值。

(1) 方便性指标。该类指标描述乘客对轨道交通运营信息和指示信息发布及时、准确与否的满意程度,以及换乘设施和步行至地铁站距离对乘客乘坐地铁的方便性程度。选取的指标有信息发布服务、步行距离和换乘方便性。

(2) 效率性指标。轨道交通快速、准时的特点提高了乘客的出行效率,该类指标反映了轨道交通运营特征为乘客提高出行效率的程度。选取的指标有发车间隔、运营时间、旅行速度和准点率。

(3) 舒适性指标。该类指标反映轨道交通为乘客提供乘车环境的舒适程度。选取的指标有设施舒适性、立席密度、站立时间比、车内噪声等级和加减速变化率。

(4) 经济性指标。该类指标反映乘客对轨道交通的经济承载能力和时间价值的重视程度。选取的指标有票价合理性和时间价值比。

表1 城市轨道交通服务水平U评价指标体系

轨道交通服务水平等级划分和阈值确定是评价其服务水平的关键问题,本文借鉴TCRP中对公共交通服务水平的划分方法[5],将轨道交通服务水平分为4级(S1,S2,S3,S4)。本文对阈值的确定,采用专家建议法。通过对北京[14]、上海[15]和广州[16]轨道交通相关数据以及西安市[17]地铁2号线调查数据的分析,经过专家评估或打分确定每个指标相应服务水平的阀值,参与评估的专家涉及从事轨道交通规划、设计与施工的经验丰富的科研工作者和工程师等。

2 城市轨道交通服务水平评价方法

2.1 城市轨道交通服务水平评价原理

属性识别理论是对事物属性的定性描述进行定量化研究的数学理论[18],根据属性识别理论,属性综合评价模型由单指标属性测度分析、多指标综合属性测度分析、属性识别分析及评分准则3部分组成。本文将属性识别理论引入城市轨道交通服务水平评价。城市轨道交通服务水平由方便、效率、舒适和经济等指标综合确定。某一条轨道交通线路服务水平U由n个指标进行描述,指标集合为I=(I1,I2, …,In),分为4个等级{S1,S2,S3,S4}(S1>S2>S3>S4),这4个等级构成了属性空间F的一个有序分割类。已知轨道交通服务水平每个指标的评价分类标准(阈值)和其测量值,判断U属于哪一个等级服务水平;采用变异系数法确定每个指标的权重,通过属性识别理论确定单指标属性测度和多指标综合属性测度。采用属性识别理论综合评价轨道交通服务水平的流程如图1所示。

图1 城市轨道交通服务水平综合评价流程

2.1.1 单指标属性测度分析

考虑单个指标Ii、服务水平Sk,设mi为第i个指标Ii的测量值,当mi∈Sk时,表示mi属于Sk,且具有属性Sk的测度uik=u(mi∈Sk)满足:

(1)

其中,1≤i≤14;1≤k≤4;i、k为整数。

若每个指标服务水平阈值已知,则城市轨道交通服务水平分类标准矩阵为:

(2)

其中,ai1ai2>…>ai5;1≤i≤14。

属性测度的计算是属性综合评价模型的关键,轨道交通服务水平各指标评价属性测度的变化复杂,分段线性测度函数不能反映其特点,而正态分布函数的评价精度要高于线性函数,本文选择正态分布函数作为属性测度函数。构建的正态分布属性测度如图2所示。设aik～ai(k+1)为城市轨道交通服务水平体系第i个指标的第k级服务水平取值区间。

图2 正态分布形式属性测度函数

设城市轨道交通服务水平第i个指标处于S1水平的正态分布属性测度值ui1=u(mi∈S1)为:

(3)

其中,t、μ为待估参数,t>0。

(4)

对于由(4)式确定的属性测度值uik,为保证采用以下归一化方法,归一化属性测度值uik′ 为:

(5)

2.1.2 多指标综合属性测度

对于城市轨道交通服务水平U,已知各个单指标Ii(1≤i≤14)的属性测度uik=u(mi∈Sk),采取加权和的方法,由uik综合成U的属性测度uk,即由单指标属性测度经加权求和得到综合属性测度。设指标相对于目标层的权重向量w=(w1,w2,…,w14),根据单指标属性测度,城市轨道交通服务水平U具有属性Sk的多指标综合属性测度为:

(6)

2.1.3 属性识别分析及评分准则

属性识别分析的目的是由综合属性测度uk对城市轨道交通服务水平级别做出判断。根据置信度准则,由于(S1,S2,S3,S4)为有序分割,且S1>S2>S3>S4,对置信度λ(0.5<λ<0.6),若

(7)

则认为城市轨道交通服务水平属于Sk0级别,即识别规则要求是强类应占较大的比例。

2.2 评价指标权重

变异系数法是直接利用各项指标所包含的信息,通过计算得到指标的权重,是一种客观赋权的方法。采用变异系数法赋权就是根据各个指标在所有被评价对象上分级标准值的变异程度大小来进行赋权,具体步骤如下。

(1) 利用评价指标分级标准中值建立矩阵B=(bik)14×4(i=1, 2, …, 14;k=1, 2, 3, 4),由于不同指标的量纲不同,需要对指标进行归一化处理,得到无量纲化标准矩阵D=(dik)14×4。其中对于效益型指标,有

(8)

对于成本型指标，有

(9)

(2) 计算矩阵各行向量的均值与标准差,即

(10)

(11)

(3) 计算变异系数,即

(12)

(4) 将变异系数归一化后得到各指标的权重,即

(13)

3 实例应用

以西安地铁2号线为例,应用本文方法对其服务水平进行评价。西安市地铁2号线于2011年9月16日投入运营,全长约20.50 km,设17座地下车站。

根据本文提出的轨道交通服务水平评价体系,数据采集分为2个部分:

(1) 从西安市地铁运营公司收集相关运营数据,包括发车间隔、运营时间、旅行速度和车辆加速度。

(2) 通过实地调查和问卷调查方式获取。

实地调查数据包括发车间隔、旅行速度、车内噪声等级和列车准点率。问卷调查采用RP(revealed preference)调查和SP(stated preference)调查相结合的方式,RP调查内容包括乘客的性别、年龄和工作等基本信息,以及乘客从家(单位)到地铁站点的步行距离,乘客在车厢中的站立面积、乘客从上车到下车时间内站立的时间和有座位的时间;SP调查中假定车站信息发布、换乘方便性、设施舒适性和票价合理性具有不同等级,乘客根据自己体验选择不同的等级进行打分,同时假设乘客在出行一定距离内,自己开车和乘坐地铁分别需要的时间。

调查统计整理结果见表2所列。

表2中,运营时间指标的均值并非严格数学意义上数值,而是地铁在工作日的稳定运营时间;最小值是由于地铁初始运营期间,部分车站装修工作未完成需要赶工造成的;最大值是由于节假日(如圣诞节)客流量非常大,需要延长运营时间。采用各个指标的均值作为评价其服务水平的测量值。

本文采用上述获取的数据,利用提出的属性识别模型对其服务水平进行评价。

(1) 根据(4)式、(5)式,计算得到各指标属性测度,见表3所列。

(2) 根据(8)～(13)式,计算得到各指标的权重,见表3所列。

(3) 根据(6)式和表3中单指标属性测度,计算准则层多指标综合属性测度,见表4所列。

(4) 依据(7)式,判定西安市地铁2号线的服务水平级别。

取λ为0.5,根据置信度准则可得出西安市地铁2号线服务水平为二级(S2),并且接近一级服务水平;各准则层属性中,方便性为二级(S2),效率性为二级(S2),舒适性为二级(S2),经济性为一级(S1)。

表2 西安市地铁2号线服务水平参数

表3 单指标属性测度与权重计算结果

表4 城市轨道交通服务水平综合评价结果

从各评价指标综合属性测度分析可以发现制约其服务水平的因素如下:影响方便性的限制因素是换乘方便性;影响效率性的限制因素是运营时间;影响舒适性的限制因素是车内噪声;影响经济性的限制因素是票价合理性。

以上结果符合西安市实际情况。西安市地铁2号线由于刚开通运营,轨道交通没有形成网络化效应,步行距离较长,换乘也不方便;并且在开通初期,由于个别车站需要装修等问题,其运营时间比较短,发车间隔也不稳定;另一方面为了吸引客流,其票价为起步2元(6个区间),全程5元,这一票价在西安市是普遍可以接受的。从以上几方面分析,西安市地铁2号线属于二级服务水平,但随着轨道交通网络化的形成,步行距离将会减小,更多的换乘站点也会使换乘越来越方便,节省时间作用会越来越突出,其服务水平将逐渐转向一级。

4 结 论

(1) 从方便性、效率性、舒适性和经济性4个方面构建了涵盖14项指标的城市轨道交通服务水平评价体系,并结合调查分析和专家打分确定每个指标的阈值。

(2) 通过引入属性理论,建立了基于属性识别理论的城市轨道交通服务水平综合评价模型。该模型不仅可以客观地评价轨道交通服务水平级别,还可以鉴别影响城市轨道交通服务水平的限制因素。

(3) 以西安市地铁2号线为例,应用本文提出的方法对其服务水平进行了评价。结果表明,西安市地铁2号线服务水平为二级,影响方便性的限制因素是换乘方便性,影响效率性的限制因素是运营时间,影响舒适性的限制因素是车内噪声,影响经济性的限制因素是票价合理性。该模型得出的结论符合西安实际情况,说明了模型的有效性与实用性。

(4) 本文仅是对单线轨道交通服务水平的评价,随着轨道交通的网络化,其不同线路之间相互作用,服务水平评价将不单单依靠本文的指标体系和方法,这将是今后研究的重点;另外安全性评价将是城市轨道交通服务水平中一个重要的组成部分,在未来研究中需进一步考虑。

[1] 蒋育红,过秀成.基于绿色交通理念的城市交通发展策略[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(7):1086-1090.

[2] 陈芳,龙建成.基于双层规划的城市公交专用道优化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2016,39(3):296-302,379.

[3] FENG Yunqing,LI Xuemei,LI Xuewei,et.al.Interrelations among the urban rail service quality,passenger satisfaction and loyalty[C]//Transportation Research Board 94th Annual Meeting.Washington，D.C.:TRB,2015:1-16.

[4] 向兵,孙有望.城市轨道交通乘客服务水平评价方法研究[J].城市轨道交通研究,2008,11(9):15-18.

[5] KITTELSON P B,QUADE K,HUNTER-ZAWORSKI K M.Transit capacity and quality of service manual [M].Washington,D.C.:National Academy Press,2003:624.

[6] MORELAND K,OGLE J,CHOWDHURY M,et al.Transit-system evaluation process:from planning to realization [J].ITE Journal,2011,81(10):33-39.

[7] 金宁,隽志才.基于顾客满意度的城市公交服务水平 [J].吉林大学学报(工学版),2008,38(增刊1):63-66.

[8] HASSAN M N,HAWAS Y E,AHMED K.A multi-dimensional framework for evaluating the transit service performance[J].Transportation Research Part A:Policy and Practice,2013,50:47-61.

[9] 武荣桢,翟栋栋,郗恩崇,等.城市公共交通服务满意度评价模型 [J].交通运输工程学报,2009,9(4):65-70.

[10] HENSHER D A,STOPHER P,BULLOCK P.Service quality developing service quality index in the provision of commercial bus contracts [J].Transportation Research Part A:Policy and Practice,2003,37(6):499-517.

[11] 中华人民共和国交通运输部.城市轨道交通运营管理规范:GB/T 30012—2013[S].北京:中国标准出版社,2014:28.

[12] 北京市规划委员会.地铁设计规范:GB 50157—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2014:612.

[13] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通技术规范:GB 50490—2009[S].北京:中国建筑工业出版社,2009:5.

[14] 皋琴,李卫军,饶培伦,等.北京地铁服务质量评价[J].城市轨道交通研究,2011,14(2):42-48.

[15] 尹聪聪,蒲琪,吴妍燕,等.城市轨道交通客运服务质量评价[J].城市轨道交通研究,2015,18(6):16-20.

[16] 史海欧,孙元广.地铁系统能力和服务水平的若干设计标准探讨[J].城市轨道交通研究,2012,15(6):23-28.

[17] 陈宽民.缓解南-北中轴线道路交通压力发挥地铁2号线大运量客运能力措施与建议[R].西安:长安大学,2012.

[18] 程乾生.属性集和属性综合评价系统[J].系统工程理论与实践,1997,17(9):1-8.

(责任编辑 张淑艳)

Evaluation method for service level of urban rail transit and its application

GUO Yanyong1,2, LIU Pan1, WU Yao1, MA Chaoqun3

(1.School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2.Dept. of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver V6T1Z4, Canada; 3.School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

In order to evaluate the level of service(LOS) of urban rail transit, the LOS evaluation system of urban rail transit was constructed, and a comprehensive evaluation model for LOS evaluation of urban rail transit based on attribute recognition theory was proposed. LOS of urban rail transit was divided as four levels, and the weight of each index was decided by variation coefficient method. The LOS of urban rail transit was determined on the basis of the attribute measures of both single and multiple indexes by using the confidence criterion. The evaluation model was used to evaluate the LOS of Xi’an Metro Line 2. The result shows that the LOS of Xi’an Metro Line 2 belongs to the second level. The proposed evaluation model not only provides the LOS of urban rail transit, but also identifies the limitation factors of it. The findings can provide theoretical support for improving the LOS of urban rail transit at the operational phase.

traffic engineering; urban rail transit; level of service(LOS); attribute recognition; variation coefficient

2015-09-09；

2016-12-28

国家自然科学基金资助项目(51322810)

郭延永(1985-),男,河北邢台人,东南大学博士,英属哥伦比亚大学博士后访问学者; 刘 攀(1979-),男,江苏扬州人,博士,东南大学教授,博士生导师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.03.018

U491.17

A

1003-5060(2017)03-0384-06