（交通运输规划与管理专业论文）公路网规划综合评价的改进模型及其应用研究.pdf

摘要 公路交通设施是国家经济建设和国防建设的基础设施，也是衡量国家发展水 平的一个重要标志。为保证现今公路建设的快速健康发展，必须研究交通发展的 客观规律，采取先进的科学规划和综合评价方法。综合评价是公路网规划的重要 内容，对公路网规划项目的实施有着重要的决策支持作用。 本文分别对公路网规划综合评价的技术评价、经济评价和社会环境评价三种 评价指标进行了定量定性分析，对评价指标的筛选方法和无量纲化方法作了阐 述。在对常用的公路网规划综合评价方法，即主成分分析法、灰色关联度方法、 模糊综合评价法、b p 神经网络评价法和d e a 方法较深刻的理解基础上，提出了 基于组合权重的投影决策法和基于虚拟决策单元含有a h p 约束锥的d e a 法两种公 路网规划综合评价的改进模型，并将这两种改进模型和常用的公路网规划综合评 价方法应用于两个实例，对比各种方法得到的评价结果，逐个进行分析和研究， 总结各方法的适用性和优缺点，同时也进一步证明了提出模型方法的正确有效 性。 关键词：公路网规划综合评价投影决策法d e a 法 a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t i e so fh i g h w a yi st h ef o u n d a t i o no fn a t i o n a le c o n o m i ca n d d e f e n c ec o n s t r u c t i o n ，a n di sa l s ot h ei m p o r t a n ts y m b o lt ow e i g ht h ed e v e l o p m e n to f t h ec o u n t r y i no r d e rt oa s s u r et h eh i g h w a yc o n s t r u c t i o nt od e v e l o pi nar a p i da n d h e a l t h yw a y ，t h eo b j e c t i v er e g u l a t i o no ft h et r a n s p o r t a t i o nd e v e l o p m e n ts h o u l db e s t u d i e da n da d v a n c e ds c i e n c ep r o g r a m m i n ga n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d s s h o u l db ea d o p t e d c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni st h ei m p o r t a n tc o n t e n to ft h eh i i g h w a y n e t w o r k p l a n n i n g ，a n di tp l a y sad e c i s i o n m a k i n gr o l ei nt h ei m p l e m e n t o ft h ei t e m f i xq u a n t i f ya n d q u a l i t a t i v ea n a l y s i s o n t e c h n i q u ee v a l u a t i o n ，e c o n o m y e v a l u a t i o na n dc o m m u n i t ye n v i r o n m e n te v a l u a t i o no ft h eh i g h w a yn e t w o r kp l a n n i n g i sd o n ei n t h i sa l t i c l e f i l t r a t ea n dd i m e n s i o n l e s sm e t h o d0 ne v a l u a t ei n d e xa l ea l s o d i s c u s s e d b a s e do nt h ep r o f o u n dc o m p r e h e n s i o no np r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ， g r e yr a l a t i o nm e t h o d ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，b a c k p r o p a g a t i o nn e t w o r k a n dd e 九i m p r o v e dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l so fp r o j e c t i o nd e c i s i o n m a k i n g m e t h o db a s e do nc o m b i n e dw e i g h t e dc o e f f i c i e n ta n dd e am o d e lw i t ha h pr e s t r a i n t c o n eb a s e do nf i c t i t i o u sd m ua r ep u tu p a l lt h e s em o d e l sa l eu s e di nt w oe x a m p l e s a n dt h e i rr e s u l t sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e d ，a sw e l la st h e i ra p p l i c a b i l i t y , m e r i t sa n d d e m e r i t s t h ei m p r o v e dm o d e l sa r ep r o v e dt ob er i g h ta n dv a l i d k e y w o r d s ：h i g h w a yn e t w o r kp l a n n i n gc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n p r o j e c t i o n d e c i s i o n m a k i n gm e t h o d d e am o d e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 公路交通设施是国家经济建设和国防建设的基础设施，也是衡量国家发展水 平的一个重要标志。在党的十六大提出国家全面建设小康社会的新的历史阶段， 国家加大了包括公路在内的基础设施建设投资力度，基础设施建设速度明显加 快，公路建设也必将迈上新的台阶。“十五”期间我国新增公路里程3 4 万公里， 比“九五”增量增加近1 0 万公里，新增高速公路1 8 7 万公里，比“九五”增量增 加4 6 0 0 公里，高速公路通车里程跃居世界第二。2 0 0 5 年底公路总里程突破1 9 0 万公里，高速公路接近4 万公里，二级以上公路达到3 0 万公里“1 。我国横贯东 谣、直通南北的公路快速运输网基本形成。为保证公路建设的快速健康发展，必 须研究交通发展客观规律，采取科学规划和综合评价方法。 只有先期做好实施公路网规划，把握公路的未来发展态势，做出若干可行方 案并进行优化选择，合理安排公路建设项目序列，分清轻重缓急，摸清发展的规 律，才能取得预期的成效。公路网规划涉及社会经济、交通运输、工程技术、预 测方法、优化理论等多方面学科，是对公路建设进行宏观规划和决策提供重要支 持的复杂系统。1 ，是公路建设科学管理大系统中决策系统的重要环节，是国土规 划、综合运输网规划的重要组成部分，属于公路建设的前期工作。 综合评价是公路网规划的重要内容，对公路网规划项目的实施有着重要的决 策支持作用。评价是决策的前提，决策是评价的结果。综合评价通过对地理位置、 社会经济和交通运输的分析，综合评价公路网在国民经济和所在区域经济发展中 的地位、作用及发展条件，在各种运输方式中的作用，指出公路网的发展优势、 存在的问题和应注意研究的重大变化。1 。综合评价对于整个公路网规划工作是至 关重要的，因此对公路网规划综合评价进行研究是必须也是必然的。 本文正是基于此背景，重点对公路网规划综合评价方法的理论和应用进行了 研究，为今后的评价工作提供了参考。 1 2 国内外研究状况 完善有效的公路网规划评价体系一直是政府和公路规划管理部门的重要研 河海大学硕f ：学位论文 究问题，国内外的交通规划人员都对此做了大量的工作，提出了多种公路网规划 评价的方法，它们各有优缺点，都尚待进一步的完善。下面对国内外的研究状况 进行说明。 121 国外研究状况睁6 1 开现代科学评价之先河者“，当推艾奇沃斯( e d g e w o r t h ) ，他早在1 8 8 8 年就 在英国皇家统计学会的杂志上发表论文“考试中的统计学”，首次提出了评价加 权计算的概念。 国外最早应用于公路建设项目的评价方法是成本一效益分析法，是以美国的 8 e n j a m i af r a n k l i n 提出的工程经济中计算理论为基础，偏重于以单一货币单位 度量私有企业盈亏，没有考虑项目建设中一些难以货币化的效果。 2 0 世纪6 0 年代末至7 0 年代初，交通规划人员开始把大气质量、社团凝聚 力、财力、能耗的合理分配和经济发展等的难以货币化的因素影响也考虑在评价 中，并出现了加权图表法和分级评分法。但是加权图表法主观性比较强，而分级 评分法也未能对比较方案的相对效果及预期效益进行详尽分析。因此又有了成本 一效果分析法及修正成本效果法的出现，这些方法是综合评价的基础，它考虑 了非货币化影响，并紧密地与目标联系起来”1 ”。 随着各国公路建设的迅速发展，公路网规划理论的不断成熟，评价技术水平 也有了新的提高。目前国外一般都有专门的指导手册对评价目标、步骤、指标、 方法等进行详细的说明。其他领域的发展也不断渗入到综合评价中，出现以模糊 数学、多元统计分析、层次分析法、灰色理论等为基础的多种综合评价方法。 1 2 2 国内研究状况 改革开放前，我国评价活动主要运用的是单个指标通过简单比较而进行的， 政府宏观管理重视的是物质生产领域的产值、产量统计，非物质生产领域的统计 活动可以说几乎是一片空白，不可自b 进行较为复杂的评价。改革开放后，多指标、 多单元( 多地区、多单位) 的综合评价活动才得到迅速的发展。 我国公路网评价最初采用基于“有一无”规划方案的技术评价和经济评价， 后来增加了社会环境评价，现在多采用综合评价方法。综合评价方法的研究呈多 样性。 西安公路交通大学根据公路网的道路与交通特征参数指标，评价公路网规划 第一章绪论 方案优劣，建立了多对模糊算子的二级综合评价模型1 ，并结合运用a h p 法( 层次 分析法) 来确定评价指标权重。另外还提出了一种基于模糊理论和神经网络技术 的综合评价方法“，并对神经网络输入、输出指标属性值的量化方法进行了讨论。 东南大学提出了多层次关联分析法“”，该方法将灰色系统理论中的关联分析 法用于多层次的综合评价中，即通过层次分析法确定各层次各指标的权系数，考虑 到各元素的重要性不同把按乘法法则并合而得的各指标权系数加入关联度的计 算，即由各元素下的关联系数取平均值而改进为取加权平均，从而较好地克服了关 联分析法对各评价因素主次不分的不足。 吉林大学利用d e a ( 数据包络分析) 的原理与方法建立了公路网综合评价 的非均一模型“1 它是以相对效率概念为基础的一种目标决策方法。它针对每一 个待评价方案试图寻求最优的指标权重分配，因此评价对象不同，权重分配各异， 评价结果合理公正。另外文献【1 4 】中提出基于虚拟决策单元的d e a 公路网综合 评价模型，引入一个虚拟决策单元，使得原来的各决策单元相对于这个虚拟决策 单元变得更为有效，从而弥补了传统d e a 方法不能有效区分有效决策单元的不 足。 1 2 3 国内公路网规划综合评价存在的问题 通过分析理解国内公路网规划综合评价理论，提出以下几点看法： ( 1 ) 目前公路网规划综合评价多注重评价指标的概念定量分析，对指标选 取过程中的筛选及指标间的相关性没有太详尽的研究。 ( 2 ) 对公路网规划综合评价的研究多是限于单一方法或是两种方法的对比 研究，没有对多种方法进行系统比较分析。 ( 3 ) 虽然目前出现了多种综合评价的方法，但并不意味着综合评价理论和 方法已十分完善，多种评价方法有其自身的特点，还需我们进一步的探索研究其 模型理论、方法及应用。 1 3 本文的研究内容 在对公路网规划综合评价常用方法较深刻理解的基础上，对现有的投影决策 法和d e a 法进行了改进，提出基于层次分析法( a h p ) 及熵权组合权重的投影决 策法和基于虚拟决策单元的含a h p 约束锥d e a 方法，并首次应用于公路网规划综 合评价中，实例分析证明这两种方法正确、有效。 河海人学硕士学位论文 文献【1 6 】从矢量投影的角度，建立了投影法模型，计算出各决策方案在理想 方案上的投影值，根据投影值大小对各方案进行排序比较，方法概念清楚，含义 明确。在文献 1 7 】中提出基于熵的投影决策法对水资源开发利用进行了综合评 价，用熵法定权来避免人为因素带来的偏差。在此基础上，基于矢量投影法的原 理，提出基于层次分析法( a h p ) 和熵权组合权重的投影决策法用于公路网规划 综合评价，同时考虑主客观因素定权，既参照专家的主观经验，又从指标数据本 身统计特性得到权重信息，确定组合权重能够使评价结果更符合实际。 在文献 1 4 l o p 提出基于虚拟决策单元的d e a 方法用于公路网规划综合评价， 引入一个虚拟决策单元，弥补传统d e a 方法不能有效区分有效决策单元的不足。 在文献1 1 5 提出的带有a h p 约束锥的d e a 模型中，加入评价决策者对各指标重 要性的偏好，利用层次分析法( a h p ) 偏于主观判断的特点，建立含a h p 约束锥 的d e a 模型“”。本文吸取这两种d e a 方法的优点，对它们进行组合，提出了 基于虚拟单元的含a h p 约束锥的d e a 模型用于公路网规划综合评价。 公路网规划综合评价包含指标体系和评价方法两个要素。公路网规划是个复 杂的系统，在综合评价上还有许多理论和实践问题尚待解决，因此本文结合国内 现有技术的不足，从这两个角度出发，对公路网规划综合评价中的指标筛选方法 进行了介绍，又对目前常用的公路网规划综合评价方法进行回顾，并提出基于组 合权重的投影决策法和基于虚拟决策单元含a h p 约束锥的d e a ( 数据包络分析) 两种模型方法，通过两个实例对所有这些方法进行比较分析，总结各种方法的适 用性和优缺点。具体分以下五个章节： 第一章绪论。首先论述了本文的研究背景，其次介绍公路网规划评价在国 内外研究的现状并提出不足，最后介绍了本文的研究内容。 第二章评价指标体系综述。本章先介绍了公路网规划综合评价的内容和步 骤，又分析了公路网规划评价指标的选取原则和筛选方法，然后重点对技术评价、 经济评价和社会环境评价三种评价指标进行了定量定性分析计算，最后介绍了评 价指标无量纲化方法。 第三章公路网规划综合评价方法。首先阐述了常用的公路网规划综合评价 方法，即主成分分析法、灰色关联度方法、模糊综合评价法和b p 神经网络评价 法的步骤，其次提出两种综合评价改进模型方法，即基于组合权重的投影决策法 4 第一章绪论 和基于虚拟决策单元的含a h p 约束锥d e a 。 第四章实例分析。将以上六种方法应用于两个实例，对比各种方法得到的 评价结果，逐个进行分析和研究，总结了各方法的适用性和优缺点，同时也进一 步证明了改进模型方法的正确有效性。 第五章结论与展望。概述了本文的主要结论，提出了今后需要迸一步研究 的问题。 5 河海大学硕士学位论文 第二章公路网规划评价指标 2 1 公路网规划评价综述 2 1 1 公路网规划评价的内容。1 1 所谓评价，般是指按照明确目标测定对象的属性，并把它变为主观效用( 满 足主体要求的程度) 的行为，即明确价值的过程。在公路网规划中，评价是从最 大程度满足与技术、经济、社会及环境相协调的角度，建立相关的指标体系，对 公路网现状、公路网规划方案等进行价值确定。公路网评价在整个规划过程中起 着承上启下的作用，通过对公路网现状的分析与评价，以往为鉴，为今后的规划 目标制定提供现实依据；公路网规划成果得出后，通过指标对其评价，研究规划 方案的可行合理性，加以调整使方案进一步优化。公路网评价由技术评价、经济 评价和社会环境评价等组成。 技术评价是从公路网的技术性能方面，对公路网的内部结构和功能的进行综 合分析。目的是揭示路网的使用质量，为编制公路网规划方案，验证方案的合理 性，并进行方案的优化和决策，提供技术方面的依据。从整体而言，公路网的社 会环境和经济效益都取决于公路网规划方案的技术性能，所以公路网的技术评价 是公路网评价系统中必不可少的重要组成部分。 经济评价是以公路网为整体的经济效益分析。公路网规划的根本目的和重要 准则之一，就是要以最少的投资，获得公路运输的最佳经济效益。公路网规划经 济评价主要是指经济指标方面的计算与分析，通过分析规划方案的建设、营运费 用和效益，并结合规划期的未来资金预测，对方案的经济合理性进行论证。 社会环境评价就是分析公路网系统对规划区域的社会环境方面的作用和影 响，包括是否促进国土和自然资源的开发利用、水土保持和环境保护条件的改善 以及对区域政治、经济、文化古迹及风景名胜等方面的影响等。社会环境评价具 有宏观性、长期性、多目标性、间接效益多、指标定量难等特点，从定量分析要 求出发，社会环境评价是难度较大的的一类评价，还有待进一步探索。 公路网的技术评价、经济评价和社会环境评价，分别是以相应的多层次单因 素指标来对公路网的性能和价值作出定量和定性的评价。为了从这些单一评判中 第二章公路网规划评价指标 获得整体系统对象的评价，必须进行综合评价。综合评价是在各部分、各阶段、 各层次子系统评价的基础上，对多种单因素指标进行总的评价，谋求规划系统整 体性能的最优，并在系统整体优化过程中，不断向决策者提供各种信息。综合评 价是一个辅助决策的手段，既可用于项目是否应该上马的决策，也可用于具体方 案的取舍。综合评价是一个先分析后综合的过程。 2 1 2 公路网规划综合评价的步骤“”2 们 公路网综合评价是一项十分复杂的工作，一般按以下步骤进行： ( 1 ) 明确评价前提 首先必须明确评价的立场。公路网规划是为政府决策部门制定决策提供服务 的，因此评价必须是以提高人民生活水平、促进社会经济发展以及环境质量改善 为根本出发点。其次要明确评价的范围，即评价对象涉及哪些地区和部门。公路 网规划从区域范围上讲包括国家公路网、省级及市县级公路网规划，涉及有交通、 经济、统计、计划、环境等多个部门。这些需在评价前确定下来，以便尽可能组 织各方参与工作。 ( 2 ) 建立评价指标体系 综合评价指标体系通常具有多层次结构。首先要确定评价目标，这是评价的 依据。技术、经济、社会三种评价各为一个评价准则，分别含多项单因素为指标， 评价指标是总目标和准则的具体化。一般建立目标一准则一指标的评价体系，如 果每个准则包含多个层次则建立多层次的评价体系。 其次对指标进行量化。对每项指标，都要规定其计算方法，并对评价标准作 恰当说明。技术指标、经济指标等定量指标，可用定量参数度量，对于社会环境 指标，多为定性指标，则先做定性分析再规定定量方法。 ( 3 ) 备选方案的综合评价 首先需确定综合评价方法，即根据各指标问的相互关系及其对总目标的贡献 确定各项指标的合并计算方法。其次根据各指标的重要性确定合并计算中的相应 权重。然后按选定的合并方法计算上层指标的值，逐层向上计算至目标层，最后 根据目标层评价值进行排序，得出最优方案。常用的方法有主成分分析法、灰色 关联分析、模糊综合分析方法等。 2 2 评价指标的选取原则和筛选方法 7 扣j 海人学硕士学位论文 2 2 1 评价指标的选取原则 指标是指反映评价对象功能的特定概念和具体数值。它具有数量性、综合性 及时效性。描述评价对象功能的指标往往不止一个，它们一起构成一个多指标体 系。指标体系是指由一系列指标构成的整体，它能全面真实地综合反映研究对象 各方面情况，进行公路网规划综合评价需建立评价指标体系。评价指标的选取是 公路网综合评价的基础，选取的指标是否全面、准确直接影响公路网综合评价的 有效性。根据公路网综合评价的内容，选取评价指标要遵循以下原则： ( 1 ) 系统性原则 评价包括多方面内容，指标体系应能全面、完整、系统地反映公路网规划的 综合情况，抓住主要影响因素，从系统整体角度考察分析，保证综合评价的可信 度。 ( 2 ) 科学性原则 评价指标应该具有科学的理论依据，能够合理、客观的反映公路网规划的技 术、经济、社会环境的特性。 ( 3 ) 可测性、简易性原则 评价必须以价值为依据来考察不同方案之间的优劣，因此评价指标要建立在 可测定量的基础上，力求涵义明确，数据收集方便，计算简单。 ( 4 ) 定量指标和定性指标相结合的原则 评价指标尽可能进行量化，但有些指标难以定量，要使得评价更具有客观性， 计算时应该定量指标和定性指标相结合，这样做也便于评价模型的处理，并且可 弥补单纯定量指标的不足及数据本身存在的缺陷。 ( 5 ) 评价指标之间避免相关性原则 评价指标选取时，应该避免被选指标间的包含关系，消除评价结果因指标之 问相关关系而产生的倾向性，防止人为地夸大规划区域公路网的部分性能，造成 评价结果失真。 ( 6 ) 考虑规划所用的规划理论原则豳” 目前我国交通规划理论有总量控制法、四阶段模式法以及结合这两种方法优 点所产生混合法，三种方法的原理及特点见下表2 1 。总量控制法很难得到与交 通流量有关的数据，例如交通量、车速、动态( 时间) 可达性、饱和度等，因此 8 第二章公路同规划评价指标 与交通流量有关的指标不能选用。从规划范围来讲，有国道网、省道网、市道网 以及县乡道网规划，县乡道网交通流量小，主要考虑通达深度和连通性，一般用 总量控制法，多只进行路网的技术评价，与交通流量有关的指标则不能选用。 表2 1 交通规划理论及其特点 规划理论规划原理优缺点 从宏观上、整体上科学地把握规划区域内优点是思路清晰、理论较完 在规划期间与公路交通运输有关的一些善、方法简便、符合国情、节 总量控制法总量变化趋势，将预测到的将来的交通流省人力、物力及时间。缺点是 量按增长系数分解到布局合理的公路网 在路线交通量分配方面有待 上去。 进一步完善。 以o d 调查( 起讫点调查) 为基点。在确定 优点是通过o d 调查能摸清 公路交通现状o d 分布的基础上预测未来区域内公路网中的客、货流量 o d 分布。并将预测到的o d 流通过标定与流向分布，并为预测未来 的模型分配到公路网上去，最后依据路网o d 分布提供实际依据：且能 四阶段模式法 上路线流量大小确定技术等级，作出建设获得一系列与客、货运量及交 排序。通量有关的参数。缺点是o d 调查将耗费大量的人力、物力 及财力。 集以上两种规划理论的优点，规划区域内其优点可获得一系列与客、货 的交通运输总量、交通小区的发生和吸引运量及交通量有关的参数，规 量以及规划路网的初始布局方案按总量划路网的总规模还可相互校 控制法进行：用部分且具有代表性的o d核。缺点工作量仍较大。 混合法 调查数据进行双约束重力分布模型标定。 然后预测未来的0 d 分布，最后按四阶段 法进行交通量分配和路网布局方案调接， 从而确定最终的规划路网布局方案。 2 2 2 评价指标的筛选方法 选取最具代表性且全面的评价指标是顺利进行公路网规划综合评价的前提， 在按一些原则建立指标体系后，还要进一步对这些指标进行筛选，寻求最能反映 客观实际的主要指标，尽量使各指标间相互独立不相关。常用的筛选方法如下： ( 1 ) 条件广义方差极小法啪1 设有m 个评价指标x 。，x ：，x ，且有n 个路网规划方案，即构成的评价 指标矩阵为： 9 河海大学硕士学位论文 x = z l lx 1 2 x 2 1 工2 2 x n lx h 2 z l m 工2 m ： 工m ( i = 1 ，2 ，n ；j = 1 ，2 ，m ) 将1 1 1 个评价指标x 。，x ：，x 分成两部分，( x 。，x 2 ，x ，。) 看做x f l 工l lx 1 2 工2 1工2 2 x “j 2 工l m l x 2 m 一1 ： 一x 一1 x m 看做x ( 2 ) ，x ( 2 ) = ( x x 2 ，x 。) 1 ， 从数学上推导( 正态分布前提下) ，可算出x 。对x 。的条件协差阵： s ( x ( 2 ) lx ) 2 s z 2 - s z l s i l - i s l 2 ，( 2 1 ) 其中s ，j 是x m 与x ( j ) 的协方差。条件协差阵s ( xc 2 ) ix “) ) 表示当已知x ( 1 ) 时， x m 的变化状况，若x m 的变化很小，那么x m 指标就可以删去。此时算得的条件 协差阵s ( x f 2 ) ix ( i ，) 是一数值，它是识别x ( 2 是否应删去的量，记为t ，。 类似地对x 。，可以将x 。看做x 啦) ，余下的m 1 个指标看做x 1 ) ，用( 2 1 ) 式算出一个数，记为t 。比较t 。、t ：、t 的大小，最小的一个可以考虑删去， 这与所选的临界值有关，这个临界值由决策者综合考虑选取。给定临界值c 之后， 删去小于这个l 临界值的指标。对留下的变量，重复上面的过程直到没有可删的为 止。 ( 2 ) 极大不相关法啪1 若x 。与其它x ：，x 。是独立的，则表明x 。是无法由其他指标来代替的， 即筛选后保留的指标相关性越小越好。极大不相关法的基本思想即是通过计算指 标x ；与余下的m - 1 个指标的复相关系数px 。lx 。x 。，x 。，x 。，x 。，简 记为p ，确定线性相关程度进行筛选。 先求出样本数据的相关阵r ：r = ( r ，。) ， r 。：_ !( i ，j ：1 ，2 ，m ) ( 2 2 ) s i i s ” r 。，称为x 。与x ，的相关系数，它反映x 。与x 。的线性相关程度。将r 第i 行、 第j 列经过置换，放在矩阵的最后一行和最后一列，即将r 分块为 1 0 第二章公路同规划评价指标 n p 砖 则p i 2 = r i l r 1 - 1 r i ( i = 1 ，2 ，m ) ，( 2 3 ) 分别计算p 2 、p ：2 、p 2 ，p i 2 值越大，表示x 。与其余指标的相关性越 大，指定临界值d ，当p 。2 d 时，则删去x ；，反之保留该指标。对留下的指标重 复上面的过程进行进一步筛选。 ( 3 ) 主成分法 主成分法不仅应用于综合评价( 详见第三章) ，还可对指标进行筛选。通过 数学变换对原指标的线性组合，得到少数的代表原指标信息的主成分。第一主成 分代表的信息最多，第二主成分次之，最后一个主成分代表的信息最少，往往近 乎于零。线性组合系数代表对应指标与该主成分的关系，系数越大关系越密切， 该主成分则主要代表了该指标的信息，如若一个指标在该主成分系数近乎为零， 则说明该主成分没有包含该指标的有效信息。 主成分法筛选指标的方法是：对原始样本数据矩阵标准化处理后，计算其相 关系数矩阵r 及其特征值和对应特征向量，将最小特征值所对应特征向量中具 有最大分量相对应的原指标( 贡献最小的成分中起最大作用的指标量) 删除。余下 m 一1 个指标再作主成分分析，直到筛选出最佳指标集为止。 2 3 公路网规划综合评价指标体系口“瑚1 根据上述评价指标选取的原则，建立公路网规划综合评价指标体系。公路网 评价由技术评价、经济评价和社会环境评价等组成，分别对此三种评价指标进行 说明。 2 3 1 技术评价指标 技术评价主要从道路特性、交通特性、服务水平和通达深度四方面进行。技 术评价指标详见下表2 2 ： 1 1 间海大学硕士学位论文 表2 2 技术评价指标表 技术评价评价指标计算公式 1 网容量c 。 妊盖盟 路网容量的里程加权平均值 式中c t 、l 一分别表示为路网中第i 路段的容 量和长度。 2 公路网技术等级山 j 、_ ，p 。 简称网等级，其定义为路网中各 路段技术等级的加权平均值式中j t 为第i 个路段的技术等级，取值为 j t = ( 0 ，i ，2 ，3 ，4 ，5 ) = ( 高速，一级，二级， 三级，四级，等外) ，叭= l t l ml 为第i 个路 段里程，i “为路网总里程。 3 网等级里程偏离率e n ( ) 公路网规划里程与期望里程的e h _ 善肾旺胂，1 0 0 偏差程度。 善但，玲， 式中l j 为j 级公路规划里程( k m ) ，e ( l j ) 为j 级公路期望( 理想) 里程( k m ) ， 为j 级公路的权重取a 产c ，c _ ( c j 道路特性 为j 级公路的容量，c n 为公路网容量( 辆 日) 。 4 路面铺装率n 陋进1 0 0 指铺有路面公路里程占整个路 l 网总里程的比例 式中工，为高级、次高级路面总里程 为路网总里程。 5 公路网密度5 1 面积密度( k m k m 2 ) 公路网密度的大小反映地区的 指单位面积拥有的公路里程长度，计算公 公路网发展水平，在某种程度上式为：d a = l a 体现了路网结构规模的合理性。 5 2 人口密度( k m 万人) 依据分担的对象不同，公路网密指单位人口拥有的公路里程长度。计算公 度分为面积密度、人口密度、车 式为：d p = l p 辆密度、运输密度、经济密度等， 常用面积密度和人口密度指标。 第二章公路网规划评价指标 续表2 2 技术评价指标表 技术评价评价指标 计算公式 l 网流量q l 日= 堕 路程流量的里程加权平均值 式中q 、l t 分别表示为路网中第i 路段的流 量和长度 2 公路网平均车速v w v 。；军啉 公路网平均车速是公路交通中 的公路系统、车辆系统和管理系 ( ，舟) 统综合作用的结果，它综合反映式中v ；、l 、q 分别表示第i 路段的平均行 交通特征 了路网的系统性能和交通质量驶车速k m h 、里程和交通量 3 网行程时间t n t 产和。 式中t 第i 个路段上车辆行驶单位里程所 甜刚h k 毗叭2 羲m 艨价 路段的交通流量1 为i 路段的里程 1 网拥挤度( 网饱和度) s ws n m g 公路网交通量与公路网容量之式中q 为公路网流量g f 为公路网容量 比，表示公路拥挤或利用程度 2 里程饱和率p 。 公路网拥挤度只是从整体上反 p l _ 进1 0 0 映路网容量对交通需求的适应 厶 程度，不能反映各路段的负荷分 式中l 。t 表示拥挤路段里程长度( k m ) ，l ； 布情况，为此取里程饱和率p 一表示路网中第i 路段里程长度( k m ) 指标，定义为拥挤路段占接个路 网里程的比率( 拥挤路段是指饱 和度大于1 0 的路段) 3 事故率m a h =一 1 0 8 服务水平 。_ j 一 指公路网中车辆平行运行每亿 3 6 5 磊州， 车公里所发生的交通事故次数式中a 为公路网中1 年发生的事故次数 次h 襄q 一为公路网的年平均日车公里 ( 车公里丑) 4 公路网平均运输成本t r n 指公路网中车辆每完成千吨公 t r n 2 磊叩舟叩，7 荟m j a j 叫， 里所需的运输费用。它反映了公 路网运行的经济性 式中，i j 为j 级公路的总里程( ( k m ) ，r i 为j 级公路的运输成本( 元千吨公里) ，m j 、 a j 分别表示j 级公路上车辆的平均吨位及实 载率，其余符号意义同前。 1 3 河海大学碳上学位论文 续表2 2 技术评价指标表 技术评价评价指标计算公式 1 网连通度d n d n ：坐：三堡 公路网密度是从公路网建设规 h nq a n 模和覆盖范围方面反映公路网l 为规划区域内公路网总里程( k m ) a 结构性能的，公路网连通度则通为规划区域面积( k m 2 ) ，n 为规划区域应连 过考察各结点的连通状况，从公通的结点数( 个) ，为路网变形系数( 或 路网布局方面反映公路网的结称非直线系数) ，定义为各节点间实际线路 构特点，定义为规划区域内各结总里程与直线总里程之比 通达深度 点间依靠公路相互连通的强度 2 迂回率h jy ，j = s j d i j 表征结点之间的连接相对于直s tj 为i ，j 结点间的最短公路距离( k m ) ，d t j 线连接作何种程度的迂回，定义 为i ，j 结点间假想直线连接距离，即空间 为晟短实际公路距离和假想直 距离( i 【l i i ) 线连接距离之比 2 3 2 经济评价指标1 经济评价的内容和评价指标如下表2 3 、表2 4 表2 3 经济评价的内容 内容具体项目 1 公路建设费用 2 公路大修费用 费用3 公路养护费用 4 公路管理费用 5 残值 l _ 公路晋级效益 2 货物、旅客节约在途时间效益 效益3 缩短里程效益 4 减少交通事故效益 5 减少货损效益 1 4 第二章公路网规封j 评价指标 表2 4 经济评价指标 评价指标计算公式 1 经济效益净现值e n p v e n p v 2 ( b t - c t ) ( 1 + 厶) 4 t 1 式中：e n p v - -济净现值，l s 一社会折现率常取1 2 茎( 肌c f ) ( 1 + 脚) - o 2 经济内部收益率e i r r 式中：b t - - 第t 年的效益，c t - - 第t 年的费用e i r r - - 内部 收益率，n 一工程使j ；i j 年限 e b c r = 善成( 1 + 矗) 一，式中符号同前 3 经济效益费用比e b c r 亨c t o + 如) 。 何 经济投资回收期是指当挣现金流量折算值之和为零时该年 4 + 经济投资回收期n 距项目评价期初的年数。 2 3 3 社会环境评价指标 公路网系统处在整个社会经济系统和综合交通系统之中，社会环境评价就是 分析路网方案对规划区域社会和环境的作用和影响，通过对经济环境、政策环境、 文化环境等影响因素指标，对公路网规划方案进行比较得出优劣，详见表2 5 ： 表2 5 社会环境评价指标 类别影响因素影响的度量 1 促进产业开发 相对经济评价来讲这些指标 2 ，促进资源开发多体现的是间接效益，大部分 3 扩大市场范围为定性，有可能定量化 经济环境 4 促进生产运输合理化 5 增加人们就业机会 6 增加国家税收 1 加强国防安全 描述性的 政策环境2 促进民族团结 3 提高国家和地区声誉 1 促进文化交流描述性的 文化环境 2 缩小城乡差别 1 噪声以车辆噪音衡量( 分贝) 2 振动 车辆振动 3 大气污染主要是c o 、n 0 2 量( p p i n ) 生活环境 4 水质污染b 0 1 ) 生物需氧量 5 空气的隔断社区和农田分离( 分隔比例) 6 历史遗产和古迹 河海大学硕士学位论文 续表2 5 社会环境评价指标 类别 影响囡索影响的度量 1 地形和地貌软土地基、填挖方 2 动物野生动物自然保护医破坏面 生态环境 积和程度 3 植物森林、草原等植被破坏面积和 程度 4 自然景观 风景名胜区破坏程度 从上表可以看到这些社会环境指标多为定性指标或主观指标，一般可分析得 到各评价对象的优先次序，或确定对象属于某评定等级等。这样就需要对定性评 价结果作无量纲处理，以便与其它指标的评价值一起结合。定性指标的量化，有 很多种方法，如专家直接打分和模糊数学量化法等，这里不再赘述。 2 4 定量评价指标的无量纲化处理。” 评价指标的无量纲化，也叫做指标数据的标准化，规范化，它是通过数学函 数变换得到指标评价值，来消除指标实际值因不同量纲影响评价结果的方法。对 每项指标来说，任何无量纲化方法所遵循的基本原则都是对象全体在无量纲化前 后的排序不变，其本质是给出某个指标的属性值在决策人评价方案优劣时的实际 价值。 定量指标的无量纲化方法从几何的角度分为直线型、折线性、曲线型三种方 法。本文所用的是直线型无量纲化方法。 直线型无量纲化方法又分为阚值法、标准化法以及比重法等。 ( 1 ) 阈值法 阈值也称l 临界值，是衡量事物发展变化的一些特殊指标值，比如极大值、极 小值、满意值、不允许值等。阈值法是用指标实际值与值相比以得到指标评价值 的无量纲化方法，常见的方法如下表2 6 ，其中y l 为数学变换后的指标评价值， x t 为指标实际值。 ( 2 ) 标准化法( z s c o r e 变换) v i _ 篓二玉 ( 2 4 ) 一 s 其中i = l ，n ，i 评价实际值的均值，s 为评价实际值的方差。 第二章公路嘲规划评价指标 在主成分综合评价等方法中用该法进行评价指标无量纲化处理。 ( 3 ) 比重法 y i ：丢 ( 1 。：l ，n ) ( 2 一5 一)2 l2 l ，j l j 一 直线型无量纲化方法最大的特点就是简单、直观。直线型无量纲化方法实质 是假定指标评价值与实际值成线性关系，评价值随实际值等比例变化，而这一点 与实际情况往往并不符合，但评价并不过分关注指标的绝对数量，因而在不影响 被评价对象问相对地位的前提下，允许用近似的、简化的直线性关系来代替复杂 的折线或曲线关系。 表2 6阈值法的几种方法 方法公式 评价值范围 效益型 y l - 兰i ：1 ，n m m x - - - - - l ，1 指标 m a x 置m a x t 般 形 式 成本型 y i - l 一立一i ：1 ，n o ，卜竺! ! 兰 指标 i l l a x x il f f l a x x i 极值法 标 成本型 y ，一m a x x l 一； i = 1 ，n 0 ，1 准指标 i t l a x z f r a i n z f 口1 变效益型 y 。一x i m l n 工i = 1 ，n 0 ，1 换 指标 m a x 葺一m i n x 。 y 。= 坐k + qi ：1 ，n ： 功效系数法m m q ，k + q i n 取不允许值，1 u 1 取满意值 河海大学硕士学位论文 第三章公路网规划综合评价方法 公路网规划综合评价涉及技术、经济、社会环境等多方面因素，具有多层次、 多目标的特点，其实质是建立一个从高维空间到低维空间的映射，并使该映射能 保持样本在高维空间的排序结构。即是对公路网规划的备选方案进行全面系统的 分析，将多个评价指标合成为单个综合评价指标，对其整体性作出综合评价，比 较不同方案的相对评价值，选出客观合理的方案。 目前公路网规划综合评价方法很多，评价方法的核心问题是对各指标权重赋 值的前提下，构建评价函数的数学模型，以权衡公路网规划方案的综合效用或综 合水平。本章首先对常用的评价方法进行阐述，如主成分分析法、灰色关联度法、 模糊综合评判法、b p 神经网络方法等，然后提出基于a h p ( 层次分析法) 和熵权组 合权重的投影决策法及基于虚拟决策单元的含有a h p 约束锥的d e a ( 数据包络分 析) 方法用于公路网规划综合评价。在公路网规划综合评价时，应综合比较各种 方法的优缺点，针对具体问题选取科学、实用的方法，为公路网规划方案的实施 提供科学依据。 3 1 公路网规划综合评价常用方法 3 1 1 主成分分析法“8 4 ” 主成分分析法( p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ) 是多元统计分析中的方法， 也称为主分量分析法，能较为客观的进行多指标评价。主成分分析法是通过适当 的数学变换，把多个指标在各个方案上的差异用少数线性函数的差异来综合表 示，这些代表性很好的少数线性函数构成的综合指标称为这些多个指标的主成 分，再根据方差贡献率算得主成分指标权重，利用多指标降维后的主成分来进行 公路网规划的综合评价。 设有m 个评价指标x ，x 。，x ，且有n 个路网规划方案，即评价指标为 x t j ( i = l ，2 ，1 1 ；j = l ，2 ，m ) 。主成分分析法的步骤如下： ( 1 ) 样本数据的标准化处理 为了消除量纲的不同所造成的不可比性，先对数据进行标准化处理。 第三章公路网规划综合评价方法 x x ”x 1 2x l m x 2 lx 2 2 工2 x ，lx ，2 x 。m 其帆产孚( i _ 1 ，2 ，n j = 1 ，2 ，m ) ， ( 3 1 ) 各项评价指标的样本平均值i = i i 善n 各项评价指标的样本均方差s i = ( 3 2 ) ( 3 3 ) 标准化处理后矩阵各列指标的均值为0 ，标准差是1 ，因此x 的协方差阵就 是相关矩阵。 ( 2 ) 计算标准化矩阵的相关系数矩阵r 1 2 r 2 1r 2 2 ： k 1 2 r 为对称矩阵，其中 以x 口 r i j = 上l 一( i = 】2 ，m ：j = l ，2 ，m ) ，r i i = 1 ，r i j = r ( 3 4 ) h l ( 3 ) 计算相关矩阵r 的特征值和特征向量 计算相关矩阵r 的特征值 ， 。九， 0 ，它是主成分的方差，其大 小能够描述各个主成分在综合评价时的相对重要程度，同时也反映了x ，x ：， x 。的方差。特征值x 。相应的特征向量为u 。= ( t l u 。，t l 。) ( g = 1 ，2 ，p ) ， 则由特征向量构成的主成分为 h 2 荟“