喬建剛，程 璨

(河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401)

交通規(guī)范編制序列是指根據(jù)交通發(fā)展需求確定相關(guān)交通規(guī)范的編制時(shí)間計(jì)劃，這對(duì)統(tǒng)籌安排規(guī)范的制定、全面提升交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化水平、促進(jìn)交通運(yùn)輸科學(xué)發(fā)展都具有十分重要的作用。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)規(guī)范編制方面的研究較少。石彥琴等[1]用層次結(jié)構(gòu)和三維坐標(biāo)表示了農(nóng)業(yè)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)架；孫智等[2]基于標(biāo)準(zhǔn)維度序列優(yōu)先規(guī)則，提出了構(gòu)建工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的新方法；舒印彪等[3]根據(jù)中國(guó)現(xiàn)行電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不足，指出未來發(fā)展方向。這些研究者從不同方提出各行業(yè)規(guī)范的規(guī)劃建設(shè)，但都未從編制序列方面進(jìn)行研究。目前，規(guī)范制定序列的確定多采用專家座談方式，受參與人員主觀因素的影響較大，因此采用一種科學(xué)的決策方法對(duì)規(guī)范編制序列進(jìn)行系統(tǒng)安排，對(duì)提高規(guī)范制定的專業(yè)性和效率具有實(shí)際意義。

1 交通規(guī)范編制序列算法

1.1 多屬性決策VIKOR法

多屬性決策的具體方法較多，側(cè)重方面也有所區(qū)別。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要針對(duì)各種方法改進(jìn)和不同領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了研究[4-8]?？紤]到通過問卷形式參與決策的專家數(shù)量較多，且由于各專家對(duì)待規(guī)范編制序列問題的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，所以可把參與調(diào)查的專家作為一個(gè)屬性集，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行多屬性決策，以確定交通規(guī)范編制序列。這樣一來模糊分析、法灰色聚類等確定各屬性權(quán)重方法在此便不再適用。而TOPSIS法和VIKOR法根據(jù)不同規(guī)范相對(duì)理想解和非理想解距離對(duì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序方法可適用于此。

多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序(VIKOR法)是南斯拉夫?qū)W者S.OPRICOVIC等[9]提出的一種基于理想點(diǎn)解的折衷排序法。其基本思想是在確定正理想解和負(fù)理想解基礎(chǔ)上，根據(jù)各方案評(píng)價(jià)值與理想方案接近程度對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選排序。

從綜合角度來說，VIKOR法采用了Lpj-mertic發(fā)展而來的聚合函數(shù)，如式(1)：

(1)

式中：1≤p≤∞；j=1,2,…,J表示備選方案?jìng)€(gè)數(shù)；測(cè)度Lp為方案aj到理想解的距離。

1.2 二元語(yǔ)義

由于規(guī)范編制序列問題的復(fù)雜性和不確定性，以及決策主體的主觀因素影響，各專家往往不能給出一個(gè)具體的編制年份，而是使用自然語(yǔ)言(如：急需、不需要等)的形式來表達(dá)自己意愿。近年來不確定語(yǔ)言多屬性決策問題已引起了許多學(xué)者重視。楊山亮等[10]和A.SHEMSHADI等[11]分別提出了采用直覺和梯形模糊數(shù)擴(kuò)展VIKOR法的多屬性群決策模型，但模糊數(shù)計(jì)算方法繁瑣且與語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)關(guān)系存在主觀性；劉培德等[12]和李磊等[13]分別針對(duì)指標(biāo)權(quán)重未知多屬性決策問題和鐵路突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案評(píng)估問題，將語(yǔ)言評(píng)估值轉(zhuǎn)化為二元語(yǔ)義參與計(jì)算，這較好解決了語(yǔ)言轉(zhuǎn)換過程的失真問題。綜上所述，專家們將自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為二元語(yǔ)義信息，并應(yīng)用于VIKOR法中。

二元語(yǔ)義是西班牙學(xué)者F.HERRERA等[14]于2000年首次提出的。其語(yǔ)言評(píng)價(jià)信息與二元語(yǔ)義之間轉(zhuǎn)化、比較和距離關(guān)系可利用以下定義和規(guī)則：

定義1：設(shè)S為預(yù)先設(shè)定好的由奇數(shù)個(gè)元素l構(gòu)成的有序自然語(yǔ)言評(píng)價(jià)集；β是一個(gè)位于[0,l-1]中的數(shù)。則與β對(duì)應(yīng)的二元語(yǔ)義可由式(2)得到：

Δ：[0，l-1]→S×[-0.5,0.5]

Δ(β)=(si,ai)

(2)

式中：i=round(β)，round為四舍五入取整算子；ai=β-i，a∈[-0.5, 0.5]。

則存在逆函數(shù)Δ-1，將二元語(yǔ)義轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值，如式(3)：

Δ-1：S×[-0.5,0.5]→[0，l-1]

Δ-1(si,ai)=i+ai=β

(3)

定義2：假設(shè)(si,ai)、(sk,ak)為兩個(gè)二元語(yǔ)義，關(guān)于二元語(yǔ)義之間的比較有如下規(guī)定：

若i>k，則(si,ai)>(sk,ak)；

定義3：設(shè)(sδ,aδ)、(sγ,aγ)為兩個(gè)二元語(yǔ)義，則其距離如式(4)：

d(sδ,aδ),(sγ,aγ)=Δ-1(sδ,aδ)-Δ-1(sγ,aγ)

(4)

1.3 二元語(yǔ)義改進(jìn)VIKOR算法

根據(jù)以上論述，用二元語(yǔ)義可改進(jìn)VIKOR法，使其適用于交通規(guī)范的編制序列確定。通過二元語(yǔ)義的定義1，可解決專家評(píng)價(jià)的自然語(yǔ)言信息轉(zhuǎn)化問題，構(gòu)建專家評(píng)價(jià)矩陣，用于VIKOR法中；通過二元語(yǔ)義的定義2，可確定理想解和負(fù)理想解；通過二元語(yǔ)義的定義3，可分別計(jì)算VIKOR法中最大群體效應(yīng)值S、個(gè)體遺憾最小值R和所有備選方案的折衷值Q，并根據(jù)所得結(jié)果進(jìn)行排序，最后根據(jù)Q值得變化及VIKOR中的折衷方案確定交通規(guī)范編制序列。

2 二元語(yǔ)義改進(jìn)VIKOR法的應(yīng)用

天津地區(qū)瀕臨渤海，其中天津港是我國(guó)北方的第一大港，具有港口貨運(yùn)量大、堆積物品多、重型車量多、降雨量大、對(duì)周圍環(huán)境影響大等特點(diǎn)；天津市內(nèi)河流較多，貨運(yùn)和客運(yùn)量較大，跨河橋梁數(shù)量多、種類差別大；加之天津地區(qū)具有多雨多霧、空氣中鹽分含量大、多分布有軟土地基等地區(qū)特征。針對(duì)這些特點(diǎn)，筆者對(duì)22項(xiàng)待編標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)研分析。

待編制的22項(xiàng)規(guī)范用ai表示，對(duì)水運(yùn)行業(yè)不同專業(yè)方向的42位同等水平專家進(jìn)行調(diào)研，構(gòu)成屬性集B={bj}，j=1,2,…,42，且專家決策權(quán)重相同。

2.1 第1步

專家按“急需1年”～“急需5年”、“一般”、“暫緩”和“不需要”等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各規(guī)范編制時(shí)序進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)式(2)將專家語(yǔ)言評(píng)價(jià)值轉(zhuǎn)化為二元語(yǔ)義形式，構(gòu)建二元語(yǔ)義評(píng)價(jià)矩陣，如式(5)：

(5)

式中：基本語(yǔ)言評(píng)價(jià)集S=(s0=“不需要”，s1=“暫緩”，s2=“一般”，s3=“急需”，s4=“十分急需”)；其中，s3對(duì)應(yīng)“急需3～5年”，s4對(duì)應(yīng)“急需1～2年”。

2.2 第2步

在確定正理想解和負(fù)理想解時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)是一致的，故正負(fù)理想解相應(yīng)就是在確定語(yǔ)言評(píng)價(jià)集情況下最高級(jí)和最低級(jí)評(píng)價(jià)所對(duì)應(yīng)的二元語(yǔ)義。

利用定義2確定正負(fù)理想解，如式(6)：

(6)

2.3 第3步

根據(jù)式(3)、(4)，計(jì)算所有規(guī)范最大群體效應(yīng)值S和個(gè)體遺憾最小值R，如式(7)：

(7)

2.4 第4步

計(jì)算所有備選方案的折衷值Qi，如式(8)：

(8)

就規(guī)范編制序列問題而言，群體效應(yīng)應(yīng)占主要位置，但考慮到個(gè)體可能會(huì)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出不同結(jié)果，也要適當(dāng)減小個(gè)體遺憾。因此筆者計(jì)算了υ=0.7和υ=0.8這兩種情況，結(jié)果如式(9)、(10)：

(9)

(10)

2.5 第5步

確定排列順序，按Ri值從小到大排序，方案排在前面的比后面的需要更早制定標(biāo)準(zhǔn)。并將排序后的Ri值繪制成散點(diǎn)圖。分別就υ=0.7和υ=0.8所得Q值進(jìn)行排序，得表1；排序后的Qi值繪制成圖1。

表1 Q值排序(υ=0.7、υ=0.8)Table 1 Q values sorting table (υ=0.7,υ=0.8)

圖1 Qi值排序散點(diǎn)圖Fig. 1 Qi value sorting scatter plot

2.6 第6步

根據(jù)Q值得變化及VIKOR折衷方案確定交通規(guī)范的編制序列規(guī)劃。

張志剛[15]結(jié)合城市交通發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和輕重緩急原則，提出規(guī)范編制的時(shí)間分為近期、中期和長(zhǎng)期的規(guī)劃原則。筆者引用此方法確定了交通規(guī)范編制序列。

由表1和圖1可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)υ=0.7和υ=0.8時(shí)，序列順序除2與4對(duì)調(diào)外，其他完全相同，總體變化規(guī)律也基本一致。筆者分析不同υ值差異：當(dāng)υ=0.7時(shí)，在序列8、9之間出現(xiàn)了一個(gè)較大跳躍，其對(duì)應(yīng)規(guī)范為18和20，專家評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)如圖2。

圖2 規(guī)范18和規(guī)范20專家評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 2 Expert evaluation results of standard 18 and 20

可發(fā)現(xiàn)：這兩者差距不大，規(guī)范20出現(xiàn)較大跳躍是因?yàn)橄噍^規(guī)范18存在兩個(gè)“不需要”評(píng)價(jià)。說明υ=0.7與υ=0.8相比較，其過度考慮個(gè)體遺憾最小情況，出現(xiàn)了一定偏差，因此取υ=0.8情況下的排序確定水運(yùn)規(guī)范編制序列是合適的。

根據(jù)Ri變化規(guī)律：序列1～4以相似斜率遠(yuǎn)離理想解，序列4與序列5之間出現(xiàn)一個(gè)較大跳躍，考慮VIKOR法折衷解確定方法，因此把序列1～4所對(duì)應(yīng)的規(guī)范歸入近期計(jì)劃；同理，把序列5～16所對(duì)應(yīng)規(guī)范歸入中期計(jì)劃；17～22所對(duì)應(yīng)規(guī)范歸入長(zhǎng)期計(jì)劃。最終得到了天津水運(yùn)規(guī)范編制序列，如表3。

表3 天津水運(yùn)規(guī)范編制序列Table 3 Compilation sequence of water transportation in Tianjin

3 TOPSIS法比較分析

為驗(yàn)證模型可行性和實(shí)用性，筆者采用二元語(yǔ)義改進(jìn)TOPSIS法(逼近理想解)對(duì)文中決策矩陣進(jìn)行分析，并與VIKOR算法結(jié)果進(jìn)行比較。在TOPSIS法中，利用各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與理想解和非理想解相對(duì)貼近度c確定規(guī)范序列，c值越大則說明時(shí)序越早，見圖3。

圖3 c值排序散點(diǎn)圖Fig. 3 c value sorting scatter plot

根據(jù)c值斜率變化，可看出序列1～4斜率相近，將其對(duì)應(yīng)規(guī)范列入近期計(jì)劃，之后斜率變化不大，但序列16和17的c值差相對(duì)較大，故以其為分界點(diǎn)分別將其對(duì)應(yīng)規(guī)范列入中期和長(zhǎng)期計(jì)劃。對(duì)比基于二元語(yǔ)義的TOPSIS法和VIKOR法所得結(jié)果完全一致，說明改進(jìn)VIKOR法完全可行。這兩種方法不同編制時(shí)間計(jì)劃間斜率及差值比較見圖4。

由圖4可看出：相比TOPSIS法，VIKOR法不同序列間斜率變化率更加明顯，提高率達(dá)到了70.8%；其差值更大，提高率達(dá)86.4%和76.0%。VIKOR法能更顯著區(qū)分不同序列間的區(qū)別，對(duì)規(guī)劃制定者而言辨識(shí)度更高，而且VIKOR法中關(guān)于折衷解定義，使規(guī)范編制時(shí)間規(guī)劃更加科學(xué)。同時(shí)VIKOR法在時(shí)序制定過程中可根據(jù)評(píng)估情況和專家水平不同，設(shè)置不同的決策機(jī)制系數(shù)υ，考慮群體效益和個(gè)別遺憾相互妥協(xié)，得到更為合理的編制序列。

圖4 兩種方法對(duì)比Fig. 4 Comparison of two methods

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者提出了采用二元語(yǔ)義改進(jìn)VIKOR法確定交通規(guī)范編制序列的思路。用二元語(yǔ)義將專家語(yǔ)言評(píng)價(jià)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其可用于計(jì)算，之后根據(jù)各規(guī)范距離理想解和非理想解的距離，結(jié)合VIKOR折衷解確定方法和規(guī)范編制時(shí)間計(jì)劃，得到交通規(guī)范編制序列。

以天津地區(qū)水運(yùn)規(guī)范編制序列為例，確定了規(guī)范編制序列，并使用TOPSIS法進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析，驗(yàn)證了該方法準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為各地區(qū)交通標(biāo)準(zhǔn)編制序列的確定提供了一種新方法。

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