劉欣萌

（西安航空學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 西安 710077）

基于ISM-Fuzzy AHP模型的軌道交通與常規(guī)公交銜接優(yōu)化研究

劉欣萌

（西安航空學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 西安 710077）

實(shí)現(xiàn)城市軌道交通與常規(guī)公交系統(tǒng)協(xié)調(diào)銜接，建設(shè)一體化公共交通，是提高公共交通服務(wù)水平的迫切需要，是公共交通系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略的內(nèi)在要求。本文分析了城市軌道交通發(fā)展在公交系統(tǒng)中的作用，用解析結(jié)構(gòu)模型建立軌道交通與常規(guī)公交接駁影響因素的多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)，采用模糊層次分析法確定各級(jí)因素權(quán)重向量，將定性與定量分析相結(jié)合對(duì)軌道交通與常規(guī)公交的銜接優(yōu)化進(jìn)行研究，最后以西安地鐵3號(hào)線為例對(duì)本文方法進(jìn)行實(shí)例分析。

城市軌道交通；公共交通系統(tǒng)；接駁；解析結(jié)構(gòu)模型；模糊層次分析法

城市公共交通系統(tǒng)包括城市常規(guī)公共交通和城市軌道交通。要真正提高整體運(yùn)輸效率和服務(wù)水平，關(guān)鍵之處不僅體現(xiàn)在需要城市交通線路成網(wǎng)、成規(guī)模，而且需要系統(tǒng)內(nèi)的銜接順暢，換乘方便，達(dá)到時(shí)間和空間上銜接的融合[1]。因此，城市常規(guī)公共交通和城市軌道交通的一體化研究，是城市一體化研究的重要環(huán)節(jié)[2]。林世生[3]對(duì)城市軌道交通與常規(guī)公交的銜接進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為公共汽車與軌道交通的銜接，需要在公共汽車的進(jìn)入路線、?？空九_(tái)、換乘站內(nèi)的行車路線以及車輛的班次等方面予以重視。謝玉潔,韓寶明,許惠花[4]探討了基于城市軌道交通的地面常規(guī)公共交通線路布局、城市軌道交通與地面常規(guī)公交客運(yùn)一體化的換乘布局、無(wú)縫換乘和票制協(xié)調(diào)問題。

Huo Yue等從交通功能、效益、建設(shè)實(shí)施的可行性、城市協(xié)調(diào)性4個(gè)角度，提出城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)方法[5]。Shi Jingjing，Xue Yunxia指出，利用傳統(tǒng)的DEA模型和層次分析法，或者將二者簡(jiǎn)單結(jié)合，在評(píng)價(jià)效果上會(huì)有所欠缺，故提出了一種基于三角模糊AHP和DEA超效率結(jié)合的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法[6]。

綜上所述，首先對(duì)軌道交通和常規(guī)公交銜接問題及其影響因素進(jìn)行分析，用三角模糊數(shù)形式給出互補(bǔ)判斷矩陣排序，計(jì)算各層次指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整措施，從而有效實(shí)現(xiàn)二者的接駁，提高居民出行的快捷性和可達(dá)性。

1 軌道交通與常規(guī)公交銜接制約因素研究

軌道交通與常規(guī)公交接駁是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，受到多重因素的制約，應(yīng)用解析結(jié)構(gòu)模型能夠?qū)⑦@些因素之間關(guān)系變得明確，層層推進(jìn)，找出制約軌道交通與常規(guī)公交銜接的根本原因，以便解決二者的接駁難題，有助于理解整個(gè)公共交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，為今后的城市交通整體規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。解析結(jié)構(gòu)模型（interpretative structural model，ISM）是用于分析和揭示復(fù)雜關(guān)系結(jié)構(gòu)的有效方法，它可將系統(tǒng)中各要素之間的復(fù)雜、零亂關(guān)系分解成清晰的多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)形式[7]，便于找到最直接最根本的影響因素。本文所采用的解析結(jié)構(gòu)模型求解步驟如圖1所示。

圖1 解析結(jié)構(gòu)模型求解步驟Fig.1 Solution procedure for the interpretative structure model

1.1 確定制約因素

本文列舉了制約二者銜接的詳細(xì)因素，并據(jù)此建立解析結(jié)構(gòu)模型，對(duì)因素之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析。制約因素根據(jù)實(shí)際情況以及參考文獻(xiàn)[8-10]整理得出，如表1所示。

表1 制約軌道交通與常規(guī)公交銜接的詳細(xì)因素Tab.1 Factors restricting the combination of urban rail and bus

1.2 建立鄰接矩陣求解可達(dá)矩陣

根據(jù)表1分析制約因素的直接關(guān)系，建立鄰接矩陣，由鄰接矩陣可以得到可達(dá)矩陣，可達(dá)矩陣用來(lái)表示各因素之間，通過一定的路徑可以到達(dá)的程度。在可達(dá)矩陣求出的基礎(chǔ)上，首先確定以下可達(dá)集合、先行集合和共同集合，用符號(hào)R（si），A（si），C（si）表示，結(jié)果如表2所示。

表2 可達(dá)集、先行集和共同集表Tab.2 R（si）、A（si）and C（si）

由表 2可知，先行集 B（si）={s1，s7，s8，s11，s12，s13，s14，s15，s16，s17，s18，s19，s21，s22，s23}，其中，{s1，s7，s8}，{s11，s12}，{s13，s14，s15，s16，s17，s18，s19}，{s21，s22，s23}分別屬于不同的區(qū)域。

從上述表中找出滿足C（si）=R（si）的要素，為2，6，9，這些元素表示與其可達(dá)集中的要素構(gòu)成回路，沒有更上一級(jí)的要素，即位于解析結(jié)構(gòu)模型中最頂層的要素。

1.3 級(jí)間分解得出結(jié)果

通過級(jí)間分解得出的各個(gè)要素的級(jí)別，可以確定出制約軌道交通與常規(guī)公交接駁的解析結(jié)構(gòu)模型，如圖2。

圖2 制約因素解析結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Interpretive structure modeling of restriction factors

通過分析可以得出，影響城市軌道交通與常規(guī)公交接駁最主要的制約因素是：規(guī)劃不同步、基礎(chǔ)設(shè)施不合理（包括路網(wǎng)和站點(diǎn)）、運(yùn)營(yíng)管理的欠缺。由于軌道交通與常規(guī)交通分屬不同的主管部門，發(fā)展階段也有所差異，因此沒能統(tǒng)籌規(guī)劃管理，對(duì)接運(yùn)線路和樞紐的建設(shè)各自為政。再加上二者技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征各有優(yōu)勢(shì)，部分線路重合，造成它們之間存在競(jìng)爭(zhēng)。在城市軌道交通發(fā)展初期，對(duì)接駁設(shè)施的建設(shè)重視程度不夠，給旅客換乘帶來(lái)不便。由于科學(xué)技術(shù)不夠先進(jìn)，接駁信息的發(fā)布不及時(shí)，乘客等車時(shí)間過長(zhǎng)，不少乘客不愿選擇換乘。這些都給軌道交通和常規(guī)公交的發(fā)展造成了阻礙。

2ISM-Fuzzy AHP分析

在上述所求出的解析結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，還需采用模糊層次分析法（Fuzzy AHP）對(duì)各影響因素進(jìn)行定量分析，求得表示各因素相對(duì)于各層其他因素重要程度的權(quán)重值。

模糊層次分析法是將模糊數(shù)學(xué)理論運(yùn)用到層次分析法中，在解決多準(zhǔn)則和多方案問題方面有著廣泛的運(yùn)用。它對(duì)于AHP的優(yōu)點(diǎn)在于判斷矩陣的模糊性，簡(jiǎn)化了人們判斷目標(biāo)相對(duì)重要性的復(fù)雜程度，并借助模糊判斷矩陣實(shí)現(xiàn)決策由定性向定量方便、快捷的轉(zhuǎn)化，直接由模糊判斷矩陣構(gòu)造模糊一致性判斷矩陣，使判斷的一致性得到解決。運(yùn)用該方法對(duì)軌道交通與常規(guī)公交銜接影響因素的解析結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析。

2.1 構(gòu)造三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣

判斷矩陣的作用是在上一層某元素的約束條件下對(duì)同層次元素之間的相對(duì)重要性進(jìn)行比較，考慮到人的模糊性，用三角模糊數(shù)M0.5，M0.6，M0.7，M0.8，M0.9以及M0.1，M0.2，M0.3，M0.4（如圖3）來(lái)定量表示因素間的兩兩比較判斷。

圖3 三角模糊函數(shù)的特征函數(shù)Fig.3 The characteristic function of triangular fuzzy function

2.2 計(jì)算初始權(quán)重（單層次因素綜合模糊值）

根據(jù)已建立的n×n階模糊判斷矩陣，進(jìn)行其單層次重要性權(quán)重計(jì)算，也稱為單層次排序，即同一層次相應(yīng)元素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的排序，該過程是某因素相對(duì)于更高層次其他因素重要性權(quán)重計(jì)算的基礎(chǔ)，假設(shè)第k層指標(biāo)i的初始權(quán)重為，則

2.3 去模糊化計(jì)算各指標(biāo)的最終權(quán)重

由于獲得的三角模糊權(quán)重還不是所需的因素權(quán)重信息的完全確知狀態(tài)，還要把各因素的初始模糊權(quán)重進(jìn)行兩兩比較建立可能度矩陣P=（pij）n×n，其中的可能度，即對(duì)于三角模糊數(shù)和

其中λ∈[0，1]，當(dāng)λ＞0.5時(shí)，稱決策者是追求風(fēng)險(xiǎn)的；λ=0.5時(shí)，稱決策者是風(fēng)險(xiǎn)中立的；當(dāng)λ＜0.5時(shí)，稱決策者是風(fēng)險(xiǎn)厭惡的（本文取λ=0.5）。

這樣對(duì)三角模糊數(shù)進(jìn)行排序就轉(zhuǎn)化為求解可能度矩陣的排序向量ω=（ω1，ω2，…，ωn）T，ωi可以按式（4）計(jì)算[11]：

2.4 各層次相對(duì)指標(biāo)權(quán)重

由于在解析結(jié)構(gòu)模型中，不同的影響因素之間通過層級(jí)關(guān)系產(chǎn)生相互影響，因此對(duì)于某一影響因素，還需計(jì)算該因素對(duì)其他任意目標(biāo)層的其他因素的相對(duì)權(quán)重，即計(jì)算組合權(quán)向量。

設(shè)第k層包含nk個(gè)影響因素，其相對(duì)于k-1層某一影響因素Aik-1的層次單排序權(quán)重分別為ω1ik，ω2ik，…，ωnkik（當(dāng)Aik與Aik-1無(wú)關(guān)聯(lián)時(shí)，Aijk=0），同理k-1層影響因素相對(duì)于k-2層影響因素Aik-2的層次單排序權(quán)重分別為 ω1xk-1，ω2xk-1，…，ωnk-1xk-1，則第k層各影響因素相對(duì)于第k-2層影響因素Ajk-2的權(quán)重按式（5）計(jì)算：

3 西安地鐵3號(hào)線與公交換乘實(shí)例分析

根據(jù)西安市城市快速軌道交通建設(shè)規(guī)劃調(diào)整（2013—2021年）方案，到2021年，將形成7條運(yùn)營(yíng)線路（1～6號(hào)線及臨潼線）、總長(zhǎng)243.2 km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。目前西安共開通地鐵3條，總長(zhǎng)91.2 km，西安地鐵2號(hào)線開通5年，1號(hào)線開通3年，西安地鐵3號(hào)線于2016年11月正式運(yùn)營(yíng)，總長(zhǎng)39.9 km。城市軌道交通投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)，根據(jù)ISM-Fuzzy AHP分析，建立該3個(gè)因素之間的模糊判斷矩陣如表3所示。

按照以上步驟對(duì)該矩陣進(jìn)行計(jì)算處理， 得到第 1層 3個(gè)影響因素的最終權(quán)重為：（ω12，ω16，ω19，）=（0.359，0.592，0.049），因此對(duì)于西安地鐵和公交換乘的影響因素6相比于影響因素2和9來(lái)說作用更大。按照同樣的方法，對(duì)其他因素采用專家咨詢意見構(gòu)造模糊判斷矩陣進(jìn)行分析得到的各因素對(duì)于其上一級(jí)的權(quán)重 分 別 為 ：（ω21，ω28，ω28，）=（0.384，0.539，0.077），（ω23，ω24，ω25，）=（0.516，0.119，0.365），（ω211，ω212，ω210，）=（0.316，0.516，0.167），（ω313，ω314，ω315，）=（0.612，0.076，0.312），（ω315，ω316，ω317，）=（0.516，0.316，0.167），（ω318，ω319）=（0.71，0.29），（ω320，ω321）=（0.625，0.375），（ω422，ω423）=（0.744，0.256）， 由于第一層的權(quán)重排序?yàn)?ω16，ω12，ω19，，通過公式（5）還可計(jì)算出第3層因素相對(duì)于因素6的權(quán)重如表4所示。

根據(jù)表4中的結(jié)果，可以找出對(duì)于因素6的主要影響因素是公交站點(diǎn)設(shè)置等基礎(chǔ)設(shè)施布局方面，并建議采用以下調(diào)整措施：

表3 3個(gè)因素之間的模糊判斷矩陣Tab.3 Fuzzy judgment matrix among the three factors

表4 第3層因素相對(duì)于因素6權(quán)重排序Tab.4 The third-layer weights in factor 6

1）對(duì)于與3號(hào)線重合站點(diǎn)數(shù)不超過3個(gè)、與3號(hào)線屬于交叉關(guān)系的公交線路，應(yīng)予以保留。如41，503，508、教育專線等。

2）為了方便乘客換乘，地鐵3號(hào)線站點(diǎn)位于公交站兩站中間的公交，建議將公交站調(diào)整延伸至地鐵站，如地鐵北池頭站現(xiàn)在位于41路西影路公交站和觀音廟公交站中間。

3）對(duì)于以3號(hào)線站點(diǎn)為起訖點(diǎn)向兩側(cè)輻射的中、長(zhǎng)距離公交線路，保留為接運(yùn)公交線路。如：21，22，106，313，509，410，504，204，K631，224，715等。

4）對(duì)于重合部分公交線路站距較短，可以方便3號(hào)線站點(diǎn)間短途出行的線路，予以保留。如14，34，400，24，716，環(huán)1，環(huán)2，604等。

此外，用相同的辦法可以對(duì)因素2和9進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，對(duì)于因素2，第2層影響因素7對(duì)因素2影響最大，占0.539，對(duì)于因素9，第2層的因素11影響程度最大，占0.516，而第4層的因素22，所占權(quán)重僅為0.078。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出以下綜合改進(jìn)建議：

1）主管部門協(xié)作，統(tǒng)籌規(guī)劃管理。只有這樣才能把軌道交通和常規(guī)公交各自的發(fā)展置于整個(gè)城市交通體系中，充分考慮制約因素，提高工作效率，從宏觀上把握二者的順利接駁。

2）對(duì)現(xiàn)有常規(guī)公交的線路和站點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

3）開通接運(yùn)公交。方便地鐵站點(diǎn)2 km范圍內(nèi)的居民出行換乘，并在高峰時(shí)刻增加發(fā)車頻率，滿足人們的出行需求，減輕車內(nèi)擁擠情況。

4）地鐵站附近設(shè)置自行車停放處。鼓勵(lì)人們選擇自行車，特別是公共自行車出行，方便自行車與軌道交通的換乘。而且能夠減輕交通壓力，節(jié)能環(huán)保。

5）加快信息流通，及時(shí)發(fā)布接駁信息。例如在地鐵站內(nèi)設(shè)置大屏幕，提示附近可換乘的公交站點(diǎn)、距離、平均候車時(shí)間、途徑站點(diǎn)等信息，方便人們選擇最優(yōu)的線路，節(jié)省出行時(shí)間。

6）改善常規(guī)公交的候車環(huán)境。設(shè)置必要的遮風(fēng)擋雨設(shè)施，盡量避免人流車流混亂。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通與常規(guī)公交都是城市公共交通的重要組成部分，本文在了解了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)工程中的解析結(jié)構(gòu)模型和模糊層次分析法，對(duì)城市軌道交通與常規(guī)公交的銜接做了系統(tǒng)而全面的分析。主要的工作和結(jié)論有：

1）對(duì)國(guó)內(nèi)外城市軌道交通與常規(guī)公交的研究現(xiàn)狀做了分析與總結(jié)，提倡借鑒國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展我國(guó)的城市公共交通。

2）用ISM模型對(duì)軌道交通與常規(guī)公交接駁中的影響因素進(jìn)行分析，建立了因素之間的解析層級(jí)結(jié)構(gòu)，使各因素間的影響關(guān)系明確化。

3）以西安地鐵3號(hào)線與常規(guī)公交換乘為例，定量分析了二者之間影響因素的各級(jí)權(quán)重，并根據(jù)實(shí)際的地鐵規(guī)劃布局對(duì)現(xiàn)有公交線路進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)二者有效協(xié)調(diào)銜接，以便更好地發(fā)揮城市公共交通的運(yùn)輸能力，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求。

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Rail Transit and Bus Interface Optimization Based on ISM-Fuzzy AHP Model

Liu Xinmeng
（School of Economic Management，Xi’an Aeronautical University，Xi’an 710077，China）

It is urgent to improve public transportation service level with the organic combination of urban rail system and bus transit system as well as public traffic integration,which meets the request of transit priority policy in cities in China.This paper analyzed the role of the development of urban rail transit in public transportation system,built up the multilevel hierarchical structure for the factors affecting the connection between rail transit and conventional bus using interpretative structure model,and determined the weight vector for each level using fuzzy analytic hierarchy process.Combining the qualitative analysis with the quantitative analysis,it researched the optimization of connection between rail transit and conventional bus and verified the method with the practical example of Xi’an Metro Line 3.

urban rail transit；public transportation system；connection；interpretative structure model；fuzzy analytic hierarchy process

U116.2

A

1005-0523（2017）03-0066-07

（責(zé)任編輯 劉棉玲）

2016－11－27

西安航空學(xué)院校級(jí)科研基礎(chǔ)基金項(xiàng)目（2017KY2233）

劉欣萌（1991—），女，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸現(xiàn)代組織管理理論與方法。