（道路与铁道工程专业论文）基于模糊神经网络的铁路客运专线车站选址决策研究.pdf

中文摘要 摘要：铁路客运专线是新型的中长途旅客运输方式，代表着铁路未来的发展方向， 其技术先进性令人关注，而车站分布则是其线路规划中的一个重要组成部分。车 站是客运专线系统面向旅客提供服务的窗口和自身营运的生产基地，车站站址选 择是车站分布中的重要问题，是客运专线实现技术经济合理性和良好社会效益的 保证。 目前客运专线规划建设还存在包括车站选址在内的很多问题，因此就要科学 统筹规划车站分布及城市枢纽布局，系统分析铁路客运专线车站选址决策的影响 因素，剖析各因素之间的相互关系，探求合理科学的解决方法。 模糊神经网络( f n n ) 是模糊逻辑与神经网络的结合，二者的融合弥补了神经网 络在模糊数据处理方面的不足和纯模糊逻辑在学习方面的缺陷。客运专线车站选 址的f n n 决策方法的探索和研究具有理论和实际意义，必将推动基于f n n 的交通 问题研究。 本论文的主要工作包括： 1 对客运专线车站站址选择问题进行研究，从经济、社会、功能、规划和环 境等方面深入阐述客运专线车站选址需要考虑的因素，提出适合于客运专线车站 选址问题解决的思路。 2 结合模糊神经网络在决策方面的优势和特点，提出借助模糊神经网络理论 进行客运专线车站选址决策。 3 利用m a t l a b 7 5 程序对模糊神经网络站址决策的思路进行语言实现。 4 给出了一个实际案例进行分析说明，验证f n n 方法的可行性和先进性。 关键词：客运专线；车站选址；模糊综合评判；b p ；模糊神经网络；决策 分类号：u 2 3 8 ；u 2 1 2 3 2 a b s t r a c t a b s t r a c t ：r a i lp a s s e n g e rl i n ei san e wp a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t yd u r i n g m e d i u ma n dl o n gd i s t a n c e ，r e p r e s e n t st h ef u t u r ed i r e c t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to fi t s a d v a n c e dt e c h n o l o g yc o n c e r r l 1 1 1 ep r o b l e mo fs t a t i o nd i s t r i b u t i n gi st h em a i nt h e s i s d u r i n gt h ep r o g r a m m i n ga n dd e s i g n i n gs t a g eo ft h el i n e s t a t i o n s a r ew i n d o w st o p r o v i d es e r v i c et og u e s t sa n db a s eo fi t s e l ft oo p e r a t ef o rt h er a i lp a s s e n g e rl i n es y s t e m l o c a t i n go fs t a t i o n sa sa ni m p o r t a n tp a r to fs t a t i o nd i s t r i b u t i n g , c a l le n s u r et h et e c h n i c a l a n de c o n o m i c a lr a t i o n a l i t ya n dn i c es o c i a lb e n e f i tt or e a l i z a t i o n c u r r e n t l yt h e r e a r es t i l lm a n yp r o b l e m si n c l u d i n gh o wt ol o c a t es t a t i o n si nt h e p l a n n i n ga n db u i l d i n go fr a i lp a s s e n g e rl i n e ，t h e r e f o r e i ti sn e c e s s a r yt os c i e n t i f i c p l a n n i n gs t a t i o nd i s t r i b u t i n ga n dt h eh u bl a y o u to fu r b a n ，a n a l y s i st h ed e c i s i o n - m a k i n g f a c t o r so fr a i l w a yp a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i n ga n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e f a c t o r s s y s t e m a t i c a l l y ，a n de x p l o r e s c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l es o l u t i o n f n ni sf u z z yl o g i ca n dn e u r a ln e t w o r k s ，t h ec o m b i n a t i o no ft h et w om a k eu pf o r t h ei n t e g r a t i o no ft h en e u r a ln e t w o r k si nt h ef u z z yd a t ap r o c e s s i n ga n dp u r el a c ko f f u z z yl o g i ci nl e a r n i n gd e f i c i e n c i e s n ef n nd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o d so fe x p l o r a t i o n a n dr e s e a r c hi np a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i n gh a st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a n dw i l lp r o m o t et h er e s e a r c hf o rt r a f f i cp r o b l e m sb a s e do nf n n t h em a i nt h e s i so f t h i sw o r ki n c l u d e ： 1 r e s e a r c ht h ef a c t o r so fr a i l w a yp a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i n gf r o mt h e e c o n o m i c ，s o c i a l ，f u n c t i o n a l ，p l a n n i n ga n de n v i r o n m e n t a la s p e c t si nd e p t h ，p r o m o t e t h ei d e a st os o l v et h ep r o b l e m st of i tt h ep a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i n g 2 删i n t e g r a t i o ni nd e c i s i o n - m a k i n ga d v a n t a g e sa n dc h a r a c t e r i s t i c s ，u s ef u z z y n e u r a ln e t w o r kt h e o r yi np a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i n gd e c i s i o n s 3 u s em a t l a b 7 5p r o c e d u r e st os i m u l a t ed e c i s i o n - m a k i n gi d e a sf o rt h ef u z z y n e u r a ln e t w o r ko ns t a t i o nl o c a t i n g 4 g i v ea i la n a l y s i so fa c t u a lc a s e st h a tv e r i 母t h ef e a s i b i l i t ya n da d v a n c e do fn 州 k e y w o r d s ：r a i lp a s s e n g e rl i n e ；s t a t i o nl o c a t i n g ；f u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ；b a c k p r o p u g a t i o nn e u r a ln e t w o r k ；d e c i s i o n - m a k i n g c l a s s n o ：u 2 3 8 ：u 2 1 2 3 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 僻恙羝 签字日期：) 神年参月，口e l 签字日期：溯牌易月io 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：硝年6 月，口日 致谢 本论文是在我的导师陈建春副教授的悉心指导下完成的，导师严谨的治学态 度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢陈老师对我的关心 和指导。 中铁工程设计咨询集团副总工程师赵金顺高级工程师是我原来的导师，因工 作关系调离学校后，仍然悉心指导我的论文，关心我的学习和生活，赵老师严谨 的治学态度、丰富的工作经验和独特的处事风格让我钦佩，给我莫大的精神动力 和力量源泉，衷心感谢赵金顺老师对我的指导和帮助! 万传风副教授悉心指导我完成了论文工作，对于我的科研工作和论文提出了 许多宝贵意见，在学习和生活上给予我很大的关心和帮助，在此向万老师表示崇 高的敬意和衷心的谢意。 在实验室学习及撰写论文期间，王英杰、李祁伟、孙斌等师兄，程彬、来琳、 尹国栋等同学对我的论文研究工作和日常生活给予了热情帮助，在此向他们表达 我的感激之情。 铁道第三勘察设计院集团有限公司线站处卢茂盛高级工程师对我的论文提出 了宝贵意见并提供论文资料，特此表示衷心感谢。 另外也感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 1 绪论 随着社会经济的发展、工作节奏的加快和生活质量的提高，人们对铁路运输 的“速度、舒适度及安全性 的要求愈来愈高，传统的铁路已经不能适应旅客运 输的需要。世界各国积极研究现代铁路高新技术，加强铁路技术装备和管理的现 代化，向着客运高速化、快速化，货运重载化、快捷化方向发展，在客货运输繁 忙地区实现客货分流。国外经验表明，在客货并重的中长距离繁忙干线上，试图 通过改造提速至u 1 6 0 k m h 以上，实现与航空和公路的竞争，既困难又不经济，其效 益不如建设客运专线。开展客运专线建设，能改善人类生存环境、减少能源消耗， 具有巨大的社会经济效益，一举改变了西方国家铁路客运“夕阳产业 的形象， 给铁路运输注入了新的活力，是铁路运输行业的一场技术革命，代表着铁路客运 的发展方向。 1 1 研究背景 铁路是国家的重要基础设施，在综合运输体系中起着骨干作用。改革开放以 来，我国铁路得到迅速发展，以仅占世界铁路7 2 的营业里程，完成约占世界铁 路2 4 的换算周转量。但是我国铁路仍然不能适应国民经济和社会发展的需要，特 别在大中城市间的客运能力严重不足。欧洲客运网建设规划首先就是连接二十几+ 个国家的首都，这对实现欧洲经济发展是十分重要的。按照中长期铁路网规划， 应该尽快在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路，加快形成 覆盖我国主要城市的快速客运网。 客运专线以其速度快、运能大、耗能低、污染小、占地少和安全性好等一系 列突出的技术经济优势，引起了世界各国的重视。1 9 6 4 年日本建成世界上第一条 客运专线东海道新干线，而后法国、德国、意大利、西班牙、瑞典、韩国、 中国台湾等国家和地区竞相发展。目前兴建客运专线方兴未艾，而技术进步更是 日新月异。可以说客运专线是用现代高新技术改造传统产业的典范，它使铁路运输 事业重新焕发了青春。 目前我国经济社会正处于高速发展时期，铁路负荷大、能力不足，客货竞争 长期存在，严重制约了经济社会的进一步发展，因此我国需要客运专线。根据2 0 0 4 年国务院审议通过的国家中长期铁路网规划，至u 2 0 2 0 年，全国铁路营业里程达 到1 0 万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到5 0 ，运输能 力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。建设 客运专线1 2 万公里以上，客车速度目标值达至l j 2 0 0 k m h 及以上，形成以北京、上海、 广州、成都等城市为中心，以京沪、京广、京哈、沪甬深及徐兰、杭长、青太、 沪汉蓉“四纵四横 等客运专线为主体的铁路快速客运网。京沪铁路沿线地区是 中国经济发展最快、最发达的地区之一，人1 5 1 众多，运输市场需求巨大与目前的 运输能力矛盾日益突出。在经过1 5 年之久的论证之后，2 0 0 6 年3 月中旬京沪高速客 运专线终于获准正式立项。这是我国中长期铁路网规划中投资规模最大、技 术含量最高的一项工程，也是我国第一条具有世界先进水平的客运专线。 客运专线建设的规划和建设，适应了国际交通运输业的发展方向和我国人民 日益增长的物质文化需要对运输能力的要求。但是，客运专线毕竟还是新鲜事物， 国内更是刚刚起步，规划建设还存在很多问题，具体到车站选址方面，则存在着 选址经验不足、规划不合理、与既有铁路线路配套不合理等方面的问题，因此有 必要进行客运专线车站选址研究。 本文正是基于此背景，重点对客运专线车站选址决策的理论、方法及应用进 行了研究，为今后的决策工作提供参考。 1 2 论文研究的必要性 车站是客运专线的重要组成部分，是客运专线直接为旅客服务、方便旅客、 为当地经济发展而做贡献的窗口，也是为提高铁路区段通过能力、保证行车安全 和为沿线城乡及工农业生产服务而设置的平台。客运专线选线时沿线路的基本走 向分布车站，而车站往往影响线路的局部走向，对铁路工程与运营指标有较大的 影响。车站的位置要方便城市乡镇，并应考虑地形、地质等自然条件。新建铁路 车站分布，应从国家政治、经济、政策对地方经济发展的影响，以及车站的发展条 件等诸多因素或目标综合考虑。所以合理地进行车站选址有着极其重要的作用瞳1 。 要解决客运专线车站选址决策中存在的问题，科学统筹规划车站分布及城市 枢纽布局，就要系统分析铁路客运专线车站选址决策的影响因素，剖析各因素之 间的相互关系，探求合理科学的解决方法。 如何根据已知的分布标准进行车站的实际分布，过去缺乏专门系统的研究， 主要原因是实际情况千变万化，计算工作量大，既有定性的部分，又有定量的部 分，在当时缺乏有效方法的情况下很难予以系统研究车站分布问题。传统的车站 选址，主要根据调查收集的资料，通过列出多方案的技术经济指标，然后凭借设 计人员的经验来选择方案。这往往侧重于技术经济方案，即根据技术、工程和经 济等主要指标进行比选，这种方法忽略了被认为是次要的因素，从而损失了一些 信息。 2 邓域才将层次分析法应用于车站选址中，此方法充分考虑了影响车站选址的 各种影响因素，简单而实用口1 。王齐荣提出利用多目标决策方法“1 ，将铁路选址中 需要考虑的影响因素作为决策目标，并且融入了专家系统技术，形成了智能辅助 决策系统技术。齐颖提出了基于g i s 的高速磁悬浮铁路车站选址决策技术陋1 ，g i s 主要应用于资源的配置，如消防站、商业、销售、物流配送中心、公交车站的选 址和布局、工厂机场选址、城市公共设施的选址等等。g i s 提供了分析、变换能力， 使得通过对原始数据进行适当的构建模型和分析之后得到选址所需的结果，作为 决策的重要依据。王增兵等提出利用多层次灰色评价法来处理铁路车站分布决策 问题嘲。该方法的优点在于推进车站分布决策的规范化，减少人为干扰因素的影响。 陈远胜提出用模糊综合评价的方法进行高速铁路选址嘲，应用模糊综合评判的方 法，既能充分依靠设计人员及有关专家的丰富经验，又能避免单凭经验选择方案； 还能利用全部的信息，使那些仅能用语言描述的因素也参与运算，从而使经验与 理论巧妙的结合起来，使车站方案的比选更加科学化、合理化。 通过以上分析可以看出，目前的铁路车站选址综合评价理论仍然不够完善，一 主要体现在： ( 1 ) 设计者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 ) 对车站选址决策的研究多是限于单一方法，没有对多种方法进行系统比较 分析； ( 3 ) 目前的综合决策方法仍然存在两个主要问题：偏主观地确定权值及依靠单藐 因素判断矩阵的问题； ( 4 ) 目前虽然出现了一些决策方法，但是适应性还不高，因此限制了其在客运 专线选址中的应用。 为了解决这些问题，作者利用近年来飞速发展的模糊数学和神经网络，即采 用神经网络的结构和模糊逻辑的推理机制，将神经网络和模糊系统有机结合起来， 从而产生了一个新的领域模糊神经网络( f n n ) 盯1 ，根据模糊神经网络的特点， 完全可以将其应用于客运专线车站选址决策中，此种方法此前应用还不是很多， 我们可以深入研究基于模糊神经网络的综合评判方法。 1 3 本文主要研究内容 本论文研究的内容、采用的原理和方法在本专业内具有很大的开拓性，对于 优化和配置我国铁路客运专线车站、枢纽及其设施具有一定的经济、社会和学术 意义。本论文主要包括以下几个方面的内容： 3 第一章主要介绍论文的研究背景、必要性和主要内容； 第二章介绍国内外客运专线的发展现状，研究了车站选址的决策内容、步骤、 原则及方法，从经济、社会、功能、规划和环境等方面建立了车站选址的决策体 系，共包括5 个二级指标$ 1 2 3 个具体指标； 第三章主要研究如何将模糊逻辑与神经网络进行有机结合，以弥补神经网络 在模糊数据处理方面的不足和纯模糊逻辑在学习方面的缺陷，以及模糊神经网络 在客运专线车站选址决策过程的应用； 第四章主要以新建哈齐客运专线为例，应用模糊神经网络理论进行分析和评 价，并利用m a t l a b 7 5 软件编写程序，验证了模糊神经网络理论在客运专线车站 选址决策中的适应性和先进性； 第五章为研究结论和展望，总结研究成果，分析需要进一步讨论的问题。 本文技术路线如下： 图1 - 1 本文的技术路线 f i g 1 1 t e c h n i c a ll i n eo ft h i sp a p e r 4 2 客运专线车站选址决策指标体系 确定车站的分布是客运专线新线勘测设计的重要工作，铁路选线时沿线路的 基本走向分布车站，站址往往影响线路的局部走向，对铁路工程与运营指标有较 大的影响。它既要符合线路通过能力的要求，又要适当满足地方工农业生产发展 的需要，应从国家政治、经济、政策对地方经济发展的影响，以及车站的发展条件 等诸多因素或目标综合考虑。在车站选址决策中，应处理好近期与远期、整体与 局部、社会效益与经济效益等重大问题。本章首先介绍国内外客运专线的发展现 状，其次主要研究了车站选址的决策内容、步骤、原则及方法，并重点研究了车 站选址的决策体系。 2 1 国内外客运专线发展现状 2 1 1 客运专线概述 ( 1 ) 客运专线( p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e s - - p d l ) 定义 一 客运专线是以客运为主的快速铁路。目前在我国，铁路等级除i 、i i 、i i i 级 外又增加了“客运专线等级，时速2 0 0 至3 5 0 k m h 的铁路统称为客运专线，曲 线半径一般在2 2 0 0 m 以上。 一 ( 2 ) 设计速度 1 9 8 5 年5 月欧洲经济委员会( e c e ) 对铁路最高运行速度的观点是：高速客运专 线为3 0 0 k m h ，既有线提速改造为1 6 0 - - 2 0 0 k m h 。国际铁路联盟( u i c ) 高速部， 在“速度3 2 0 - 3 5 0 k m h 的新线设计科技发展动态( 第一部分) ( 2 0 0 1 年1 0 月2 5 日版本) 中的观点：新建客运专线的速度目标值是3 2 0 一- - 3 5 0 k m h 。 ( 3 ) 客运专线的技术经济优势 客运专线何以受到人们如此青睐? 因为它比之汽车和民航等运输方式，输送 能力大，安全可靠，在一定的旅行距离内可节省时间，旅行舒适度高，较少受气 候变化的影响，又具有节省石油和土地资源，保护生态环境，摆脱交通堵塞等优 势，是解决大通道上大量旅客快速输送问题的最有效途径，已成为世界各国铁路 的普遍发展趋势，客运专线具有的一系列技术经济优势得到了世界各国的高度评 价，主要表现在以下几方面：输送能力大；速度快；安全性好；受气候变化影响 小，正点率高；舒适、方便；能源消耗低；环境影响轻；经济效益好。 客运专线投入运行以来，倍受旅客青睐，取得了十分显著的经济效益和社会 5 ： 匕塞交道厶堂亟堂位途塞 效益。实践证明，客运专线的技术经济优势使其在一定距离范围内成为一种更为 经济、有效的运输方式。在全球范围内，必将有更多的国家修建客运专线，这是 解决交通运输所面临的一系列问题的有效途径。 ( 4 ) 客运专线类型 客运专线特点和建设管理模式依各国国情不同而不同，大致可以归结为四种 类型： 新建客运专线双线，专门用于旅客快速运输，如日本新干线和法国客运专 线，均为客运专线，白天行车，夜间维修； 新建客运专线双线，实行客货共线运行，如意大利罗马一佛罗伦萨客运专 线，客运速度2 5 0 k m h ，货运速度12 0 k m h ： 部分新建高速线与部分既有线混合运行，如德国柏林一汉诺威线，承担着 客运和货运任务： 在既有线上使用摆式列车运行，多见于欧美国家，如美国“东北走廊( 华 盛顿经纽约到波士顿) 摆式列车速度为2 4 0 k m h 。 ( 5 ) 客运专线与传统铁路的区别 客运专线相较于常规铁路，主要有以下几个方面不同： 速度优势 作为一种新型的交通运输工具，客运专线的运行速度要远远高于常规铁路， 通常超过2 0 0 k m h ，甚至高达3 5 0 k m h ，这是常规铁路无法比拟的。客运专线速度 优势的发挥不仅是行驶速度的发挥，更重要的是旅客出行时旅行时间的节约，时 间价值更高，创造的经济和社会价值也就更高。 环境问题 客运专线运行速度更快，其噪声对环境的影响更大，作为公众最为关心的问 题之一，环境问题是客运专线车站选址中需要考虑的重要问题之一，建设前必须 进行客运专线的环境影响评价。 规划问题 客运专线一般处在城市的边缘，部分在城市中心区，由于客运专线要求更大 的曲线半径和占地面积，对城市的分割作用更大，严重影响城市的规划，因此在 进行客运专线规划时就必须综合考虑规划方面因素，将客运专线对城市的不利影 响降到最低。 客运专线在整个客运交通系统中的作用更为重大 作为新兴的现代轨道交通方式，在参与一个城市的对外交通任务时候，要充 分考虑与其他交通方式和市内交通系统的配合。将在有效配置资源的前提下竞争 客源、最大限度地方便旅客出行作为根本的目标。 6 投资巨大 与常规铁路比较，客运专线固定设施的投资比重更大，改建和重建的代价更 大，对未来发展的余地应当更加慎重考虑。 2 1 2 国外客运专线的发展简况 客运专线的实际应用发源于日本。1 9 5 9 年，日本国铁开始建造东京至大阪的 客运专线，并在1 9 6 4 年开通，全长5 1 5 公里，时速2 1 0 公里，称为东海新干线。 1 9 7 0 年，日本制定“全国新干线铁路网建设法”，1 9 7 2 年日本运输省又规划了五 条新干线：北陆新干线( 东京大阪富山) 、东北新干线延长线( 盛冈青森) 、九 州新干线( 博多鹿儿岛) 、长崎新干线( 博多长崎) 、北海道新干线( 青森札幌) 。 法国客运专线称t g v ( t r a i nag r a n d ev i t e s s e ，法文超高速列车之意) 。法国客 运专线实际运营开始于1 9 6 7 年，稍晚于日本。法国t g v 线路目前分为三部分： 巴黎东南线( t g vp s e ) 、大西洋线( t g v a t l a n t i g u e ) ，后续线路包括t g vn o r d 、 t m s t 、p b k a 。 德国客运专线称为i c e ( i n t e rc i t ye x p r e s s ) 。1 9 8 2 年德国客运专线计划开始实 施。1 9 9 2 年德国开行客运专线，分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特，运行时速 2 0 0 公里。目前，德国已建成客运专线1 0 0 0 多公里。 以日本新干线、法国t g v 为代表的快速铁路投入运营以来，以安全可靠、技 术创新、服务优质的优势为铁路的发展带来了新的机遇，为国民经济的发展带来 了巨大动力。快速铁路的成功，有力地促进了国家经济的增长和社会进步，促进 了沿线经济发展。快速铁路的发展规划，不仅在欧洲、亚洲得到推广，而且目前 在美洲和澳大利亚也在进行中。目前兴建客运专线方兴未艾，而技术进步更是日 新月异。客运专线是用现代高新技术改造传统产业的典范，使原本失去竞争力的 铁路运输事业重新焕发了青春。 高速列车最高运行速度在2 0 世纪6 0 年代大体上是2 1 0 - 2 4 0 k r n h ，7 0 , - - - 8 0 年 代为2 7 0 k m h ，9 0 年代为3 0 0 k m h ，2 1 世纪初达到3 3 0 - 3 5 0 k m h 。 2 1 3 国内客运专线的发展简况 近几年来，随着中国经济的高速发展与产业互补，已形成长三角、珠三角及 环渤海三大经济区，其他经济区也在加速形成。每个经济区的城市距离大多在3 0 0 公里左右，为了缩短城市之间交通时间，有利于区域经济的进一步整合与共同发 展，建设快速城际轨道的规划正逐步落实。经国务院批准，中国第一条客运专线 7 = i 匕塞交道厶堂亟：堂位论塞 秦( 皂岛) 沈( 阳) 客运专线，1 9 9 9 年8 月1 6 日开始动工，2 0 0 3 年7 月1 日开通。 为了进一步加快铁路建设，国家出台了中长期铁路网规划。根据中长期 铁路网规划，“十五 期间开工建设：北京一上海、武汉广州、西安一郑州、 石家庄一太原、宁波一厦门等客运专线；开工建设环渤海地区北京一天津，长江 三角洲南京一上海一杭州，珠江三角洲广州深圳、广州珠海、广州一佛山城 际客运系统。 2 0 0 4 年，国家先后批准了武汉至广州( 武广) 、郑州至西安( 郑西) 、石家庄 至太原( 石太) 、北京至天津( 京津) 、合肥至南京( 合宁) 、合肥至武汉( 合武) 、 温州至福州( 温福) 、福州至厦门( 福厦) 、宁波至温州( 甬温) 9 条铁路客运专线 项目的立项，建设里程合计3 2 2 0 公里，总投资约3 0 0 0 亿元人民币，从2 0 0 5 年开 始相继开工建设，4 年左右一次建成开通。 2 0 0 5 年，陆续开工的客运专线和以客运为主的新建铁路有9 条：石家庄一太原、 武汉广州、北京一天津、郑州一西安、武汉合肥、合肥一南京、宁波一温州、 温州一福州、福州厦门。在“十一五 期间要建成的城间轨道在1 0 条以上。预 计未来5 年将是全国的城际轨道建设高峰期。经过“十一五 期间的建设，我国 将形成一个初具规模的客运网主骨架。 根据国务院批准的中长期铁路网规划，我国将规划建设省会城市及大中城 市间的快速客运通道。这一规划的具体内容是，建设客运专线l 。2 万公里以上，规 划“四纵四横”铁路快速客运通道以及3 个城际快速客运系统，客车速度目标值达到 2 0 0 k n g h 以上。 “四纵 分别是北京一上海客运专线、北京一武汉一广州一深圳客运专线、 北京一沈阳一哈尔滨( 大连) 客运专线、杭州一宁波一福州一深圳客运专线。“四 横 分别是徐州一郑州一兰州客运专线、杭州一南昌一长沙客运专线、青岛一石 家庄一太原客运专线、南京一武汉一重庆一成都客运专线。3 个城际快速客运系统 分别是环渤海地区、长三角地区和珠三角地区城际客运系统。 2 2 客运专线车站选址决策综述 客运专线在我国尚属新事物，其车站选址于传统铁路亦有很大不同，其因素 不仅要定性考虑，还要予以量化，并以此建立备选方案集，通过合适的决策方法 来综合判定方案的优劣。进行车站选址决策首先必须明确决策的基本原则、决策 内容以及决策步骤，下面分别予以阐述。 2 2 1 客运专线车站选址的基本原则 根据铁道部提出的建设客运专线“以人为本，服务运输，强本减末，系统优 化，着眼发展的二十字方针，将客运专线车站选址的基本原则归纳如下n 1 ： ( 1 ) 以人为本 借鉴国外经验，根据我国客运专线建设的实际情况，铁路车站布局要人性化， 最大限度地为旅客创造良好的运输环境。以人为本主要体现在：车站布局的人性 化；考虑当地居民的意见；考虑旅客的出行意愿；考虑车站设置对地方社会经济 的促进作用；保证运营的安全可靠。 ( 2 ) 服务运输 客运专线的建设要以运营为基本考量因素。根据城市规划、铁路运营组织的 基本要求和规律，近、远期结合，科学制定客运专线与既有线的作业分工，选择 合理的运营速度，充分满足居民的出行要求；为方便生产运营，车站分布要与城 市规划、地方的交通布局以及其他密切配合。 。 ( 3 ) 强本减末 车站的选择一般位于城市边缘甚至是核心区，区位优势明显，土地资源十分 紧张，因此车站选址要以此为基础，结合城市规划要求：首先应从规划层面确保 各种功能的线路( 新建客运专线、改造既有线、联络线、动车出入段线路等) 符 合规划期的技术要求；其次根据城市规划和客流需要，规划好车站的规模和布局； 再次，根据既有车站的分布和特点，确定新建车站点位置；第四，城市和周边的 配套基础设施如地铁、高速公路系统等，要事先规划好，做好预留；第五，不同 区域、不同项目，“本 与“末的内涵并不完全相同，要具体问题具体分析。 ( 4 ) 系统优化 客运专线车站选址是个巨大的系统工程，涉及到各个方面的问题，需要考虑 点与线、近期与远期、国家与地方、整体与局部、铁路与其他交通方式、铁路建 设与城市规划、铁路建设与环境保护等相互关系，因此应以系统分析观点来综合 考量车站选址决策。车站的合理布局不仅要与客运专线区间能力相互协调，还要 与其他各种交通方式以及周围系统交通能力相协调，并要满足城市规划、工农业 布局和国防等多方面的要求。系统优化的目的是最大限度地满足旅客的出行需求。 ( 5 ) 着眼发展 客运专线车站布局的好坏，关系到城市及其周边经济和社会的发展，因此线 路走向、车站布局应符合城市的近远期规划，符合未来城市的发展要求，统筹规 划，适当超前，预留未来发展余地，分阶段实施。客运专线车站布局应与城市的 发展规划相协调、与快速路网规划相协调、与城市交通系统相协调、与周边地区 9 壁立交道厶堂亟堂盟论童 的环境相协调，并满足环境保护要求，实现城市的可持续发展。 2 2 2 客运专线车站选址决策的内容 决策是指按照明确目标测定对象的属性，并把它变为主观效用的行为，即明 确价值的过程。根据现代决策理论，决策的实质就是抉择，即在多个备选方案中 比较选择一个最优的方案。而在决策过程中决策主体会感到不同的环境和因素对 实施方案的影响，以及方案实施可能遇到的各种问题，前者称为影响决策的约束 条件，后者称为要解决的决策问题。 在客运专线车站选址工作中，决策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，对客运专线车站选址现状及方案进行 价值确定。通过对车站选址问题的分析和评价，可以为今后的选址工作提供现实 依据，亦可以对选址方案进行综合评价，研究其可行性，加以调整使方案进一步 优化。 图2 1 客运专线车站选址决策任务组成要素 f i g 2 - 1 e l e m e n t so f d e c i s i o n - m a k i n gt a s k si np a s s e n g e rl i n es t a t i o nl o c a t i o n 客运专线车站选址决策问题包括四个要素：备选方案、决策准则、资源和行 动，决策任务的特征要素包括基本要素和附加要素，基本要素包括决策主体( 设 计人员) 、行为主体( 设计人员) 、决策目标( 合理的车站站址) 、决策问题( 如何 进行选址) 和约束条件( 社会经济各方面条件) ，附加要素包括备选方案( 备选站 址方案) 、准则( 评价备选方案的指标) 、资源( 评价的资金、人员和设备) 和行 动( 评价的执行) ，如图2 - 1 所示。 车站选址决策系统由经济子系统、社会子系统、功能子系统、规划子系统、 环境子系统等五个方面因素的决策组成，下文将会仔细予以表述。 1 0 2 2 3 车站选址优化模型 客运专线车站选址决策的任务是，在已知必要的设计资料前提下，模拟选线 专家的思路，在每个需要设置车站的地区确定车站地址的初始方案并对其可行性 和合理性进行评价，最后获得若干个可行且合理的站址备择方案，供后续决策使 用。 从地方运输和城镇规划角度出发，提出一种使地方短途客货运输费用最小且 满足城镇规划和铁路技术条件的要求及适应自然条件的车站地址的优化模型，并 将由此模型产生的“最佳 站址方案作为初始站址方案待进一步评价，又把它作 为评价其他实际站址方案的参考。 设4 ，4 ，4 为车站的n 个客货集散点，其运量分别为q l ，q 2 ，q n ( 万人年 或万吨年) 地方短途运价为p 。，p 2 ，见( 元人公里或元吨公里) ，z 为某一车站 地址，为各客、货集散点至此车站的距离，于是各客、货集散点至车站 的地方短途运输总费用f ( 万元年) 为 j l - f = ( 研q ，；) ( 2 1 ) x 图2 - 2 车站假想站址分布图 f i g 2 - 2i m a g i n a r ym a po fs t a t i o nl o c a t i n g 上式就是使地方短途客货运输费用达到最小的车站初始站址优化模型，它是 鉴于z 是一个假想站址，故可认为z 与a 之间有直线通路，根据实际分布图取 坐标系如图2 2 所示，并以( 毛，咒) 、( x ，y ) 分别表示客、货集散4 和车站z ，则有 ，；= 、( 石一) 2 + ( y 一只) 2 ( i = 1 ，2 ，万)( 2 2 ) 我们的目标就是希望在满足城镇规划和铁路技术条件的要求及适应自然条件 的前提下选定车站站址z ( x ，y ) ，使地方短途客货运输费用f 到最小值，即 i i l i n f ( 五y ) 5 善 b 。q ( x 一) 2 + ( y 一咒) 2 1 ( 2 3 ) s t x , y d “y ) 式中d y ) 为站址z ( 五j ，) 的可行域，根据城镇规划、铁路技术要求及自然条 件等具体情况确定；其他符号同前。约束最优化所求得的最优解( x ，y 。) 就是此最 佳站址的坐标，f 即为最小的地方运输总费用。 2 2 4 客运专线车站选址决策的步骤 车站选址决策涉及面很广，是个巨大的系统工程，一般按以下步骤进行： ( 1 ) 提出决策目标 决策的目的是解决问题，因此首先必须明确决策目标。车站的位置要方便城 市乡镇，并应考虑地形、地质等自然条件，其目的是为了方便人们的出行环境、 促进社会经济发展，因此它既要符合线路通过能力的要求，又要适当满足地方工 农业生产发展的需要，同时也必须考虑环境及社会影响因素，因此决策的目标是 在技术、经济、社会、环境及其他相关因素中寻求最佳结合点，以期达到最大的 社会、经济和环境效益。 ( 2 ) 建立决策指标体系 决策首先要有合理的评价指标，通常为多层次结构，分为目标层、准则层、 子准则层和措施层。目标层即决策的总体目标选择合理的站址，这是客运专 线车站选址决策的指导方针；准则层指为了达到既定目标需要的评价准则，在车 站选址决策中考虑的因素主要包括经济子系统、社会子系统、功能子系统、规划 子系统、环境子系统等五个方面因素；子准则层是准则层的下属指标，是准则层 的具体内容，如环境子系统准则层包括地形地质条件、生态环境影响、废弃物排 放、水源污染以及振动噪声等多项子准则层；措施层是为了达到子准则层目标而 需应用的具体措施，例如地形地质因素对应的措施层主要是解决地形地质处理过 程中遇到的各种问题的具体方案与措施。 ( 3 ) 决策指标的标准化 在车站决策中，一般各个指标值的单位和量级是不相同的，因此指标间存在 着不可公度性，给系统决策带来不便。为了尽可能地反映实际情况，排除由于各 项指标之间由于单位不同以及其数值量级之间的悬殊差别所带来的影响，避免发 生不合理的现象，必须对决策指标进行无量纲化处理。 决策指标的标准化是车站选址综合决策的前提，是综合决策的重要环节，也 是决策结果科学性、有效性的保障。指标标准化的方法有线性函数法和非线性函 数法，其原则是尽量使指标类型数量减少，并要注意和指标权重确定方法、评价 模型相适应，尽可能采用能体现被评价系统差异性的标准化方法。 车站选址决策包括定性指标和定量指标两类，因此在决策前需要建立合理的 指标体系，将定量指标予以量化，并加以分类；将定性指标进行判定，制定合理 1 2 的选择区间。 ( 4 ) 确定决策方法 决策方法的选择是综合决策的重要环节，不同决策方法其结果截然不同，因 此车站选址也必须选择合适的决策方法。首先，应根据已经建立的指标体系确定 各单项指标的计算方法，并将其合并；其次，根据各指标的重要性确定各指标的 权重；再次，按选择的指标合并计算方法计算上层指标的值，并逐层计算至目标 层；最后，根据目标层决策结果进行排序，得出最优决策方案，并根据不断变化 的决策要求适当调整方案。 2 3 客运专线车站选址决策指标体系 客运专线车站选址决策过程需要考虑各个方面的因素，即指标量大面广，既 有定性指标也有定量指标，既有决定性指标也有一般性指标，因此选择决策指标 需要依据一定的原则和筛选方法，据此建立合理的指标体系。 2 3 1 决策指标的选取原则 所谓指标就是用以评价系统的参量，反映决策对象功能的特定概念和具体数 值，具有数量性、综合性及时效性。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。指标并不是越多越好，评价指标过 多，存在重复性，会受干扰；也不是越少越好，决策指标过少，可能所选的指标 缺乏足够的代表性，容易产生片面性。客运专线车站选址决策需建立决策指标体 系。建立决策指标体系应该遵循如下原则嗍嘲： ( 1 ) 系统性原则 指标体系应能全面反映客运专线车站选址决策的本质特征和综合情况，应注 意使指标体系层次清楚、结构合理、相互关联、协调一致。要抓住主要因素，以 保证决策的全面性和可信度。 ( 2 ) 一致性原则 决策指标体系应与决策目标一致，从而充分体现车站选址决策的意图。所选 指标既能反映直接效果，又要反映间接效果，不能将与决策对象、决策内容无关 的指标选择进来。 ( 3 ) 科学性原则 决策指标应具有科学的理论依据，能够合理地反映车站选址决策的技术性、 经济性、社会性及环境友好性。要采用定性指标与定量指标相结合的方法。 1 3 = j 匕立交道厶堂亟鲎位论塞 ( 4 ) 独立性原则 同层次上的指标应避免包含关系，保证指标能从不同方面反映车站选址决策 的实际情况，消除因相关关系而产生的倾向性，造成决策结果失真。 ( 5 ) 可测性原则 站址决策指标应能够被测定或度量，涵义明确，数据规范，口径一致，资料 收集方便，计算简便。 ( 6 ) 可比性原则 决策的指标体系可比性越强，评价结果的可信度就越大。选址决策指标和标 准之间要客观实际，便于比较。指标标准化处理中，应保持同趋势化，以保证指 标之间的可比性。 ( 7 ) 稳定性原则 建立选址决策指标体系时，选择的因素应是变化比较有规律性的，那些受偶 然因素影响而变化很大的因素不应入选。 2 3 2 决策指标的筛选方法 在对影响车站选址决策的因素进行筛选时，不仅要对具体的决策对象、决策 内容进行分析，还应该采用一些筛选方法对指标中体现的信息进行分析。选取最 具代表性且全面的决策指标是进行车站选址决策的基础，筛选最能反映客观实际 的主要指标，剔除不需要的指标，各指标间应相互独立不相关。常用的决策指标 筛选方法如下呻9 1 ： ( 1 ) 专家调研法 决策者根据决策目标和决策对象的特征，在所设计的调查表中列出一系列决 策指标，分别征询专家意见，然后进行统计处理，并反馈咨询结果，经过几轮咨 询后，如果专家的意见趋于集中，就可以确定具体的决策指标体系。这种方法具 有很大的主观性，其是否全面和可靠取决于专家的知识结构和经验，因此适用于 定性指标的筛选。本文主要采取此方法。 ( 2 ) 选取典型指标法 若系统的指标过多，则可将这些指标进行聚类，然后在每