（系统工程专业论文）基于GIS的公路网规划综合评价系统研究.pdf

基于g 1 s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 摘要 公路网规划综合评价，是公路网规划过程中的最后一个环节， 也是最关键的环节，一切规划工作所产生的信息、结果和方案都将 汇集于此，以便制定出最终准备付诸实施的公路网规划建设方案。 论文在国内外现有关于公路网规划综合评价及系统研究成果 的基础上，对公路网规划综合评价指标进行总结、补充和系统的分 类，弗形成了一套较为全面的公路网规划综合评价指标体系。 论文运用几种常用的公路网规划综合评价方法一一层次分析 法、多层次一灰色关联度法和模糊综合评判法对北京i l 丁平谷区2 0 2 0 年远景公路嘲规划方案进行了综合评价，明确各方法其体的工作流 程，并刑各方法的特点和评价结果进行了分析，在此基础上捉“5 了 a m f 总体综合评判法，解决了不同汁判方法可能导致方案排序结果 不同的问题，论文采用加权平均值法来提商评价的准确性。 论文以g i s 系统为平台，设计、开发、实现了一个较为完善的 可批化公路网规划综合评价系统，满足了公路网规划综合评价所需 要的大量空间数据分析的需求，为公路网规划综合评价提供了可视 化分析支持。 【关键词】公路网规划综合评价；指标体系；层次分析法：多层 次一灰色关联度法；模糊综合评判法： m f 总体综合评 判法：g i s 系统 基于g i s 的公路冈规划综合讦f ，r 系统研究北泵交通大学硕士学泣论文 a b s t r a c t t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f h i g h w a yn e t w o r kp l a n n i n gi st h e l a s tv i t a la p p r o a c ho fh i g h w a y p l a n n i n gt h a ti s ，t h ec o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni sb a s e do nt h ei n f o r m a t i o n ，r e s u l t s ，a n dp r o j e c t so f t h e h i g h w a yp l a n n i n ga sar e s u l t ，t h ec o n s t r u c t i o np r o j e c to fh i g h w a y n e t w o r kc a r lb ee s t a b i i s h e dt oc a r r yo u t i nt h i sp a p e r ，s t a r t e dw i t hs u m m a r i z i n gt h ea t t r i b u t es y s t e mo f t h e c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，a d d i n ge x t r aa t t r i b u t ea n dc l a s s i f y i n gt h i s s y s t e m ，ac o m p r e h e n s i v ea t t r i b u t es y s t e mc o m e si n t ob e i n gr e f e r r i n gt o t h ep r e s e n ta c h i e v e m e n t sa th o m ea n da b r o a d i nt h i sp a p e r ，t h eb a s i ct h e o r y ，m e t h o da n dp r o c e s so fa h p ，g r a y r e l a t i o nm e t h o d ，a n df u z z ya s s e s s m e n t ，w h i c ba r es o m ec o m m o n m e t h o d so f t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fh i g h w a yn e t w o r k p l a n n i n g ，a r ed e s c r i b e dt h e nt h em e t h o d sa r ea p p l i e di na ne x a m p l eo f t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f b e i j i n gp i n g g ud i s t r i c tt op r o v et h e i r f e a s i b i l i t ya n da c c u r a c yr e g a r d i n g t ot h ep r o b l e mo f d i f f e r e n tr e s u l t s c a u s e db yd i f f e r e n te v a l u a t i o nm e t h o d s ，a m y ：i nw h i c h a v e r a g e m e t h o di su s e dt oi m p r o v et h ea c c u r a c yo f e v a l u a t i o ni sp u tf o r w a r d i nt h i sp a p e r ，t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fh i g h w a yn e t w o r k p l a n n i n g s y s t e mb a s e do ng si sd e s i g n e d f i r s t ，o nt b eb a s i so f s u m m a r i z i n gt h ec o n c e p ta n dc o m p o s i n go f g i s ，t h ed e s i g no f g i si s a n a l y z e dt h e nt h ed e s i g np r i n c i p l eo f t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n s y s t e ma n di t ss t r u c t u r ea n d f u n c t i o na r ef u r t h e rd i s c u s s e d f i n a l l y ，t h e d e t a i l e dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e mw h i c hi sm u c hm o r e f e a s i b l e ，p r a c t i c a la n da d v a n c e di sm a d e k e yw o r d s c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f h i g h w a yn e t w o r kp l a n n i n g ； 基于g i s 的公路同规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 a t t r i b u t es y s t e m ；a h p ；g r a yr e l a t i o nm e t h o d ；f u s s ya s s e s s m e n t ；a m f g i s 基于g i s 的公路同规划综台评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的背景及目的 公路运输是综合交通运输体系的重要组成部分，具有灵活、机 动、“f n f 3 ”服务的特点，为铁路、水运和航空运输提供了必不 可少的集散作用。 在公路运输促进市场经济的发展过程中，工业布局逐渐趋向于 合理，工业由沿海和大城市逐渐向内地和乡镇扩展：在发展大规模、 大批量生产企业的同日_ j ，分散的、小规模的企业也在迅速、大量发 展；与此同时，人曰也逐步向城市周围迁移，人f 1 流动越来越频繁。 所有这些变化，都要求公路运输与之桐适应。公路运输由于具有机 动灵活、方便迅迷等特点，并容易做至4 网络化、高级化、快速化， 吲此最能适应这些要求。 改革开放以来，我嘲公路基础设施建设得到快速发展，为加快 公路运输发展提供了契机和基础。交通部的统计数字表明，扣1 2 0 0 3 年年底，全国公路总里程达到1 8 1 万公里，其中县乡公路里程达到 1 ： 7 万公取，占总里程的7 6 。 随着国民经济的快速发展我国公路运输问题的复杂性和改善 难度加大，成为制约经济发展的“瓶颈”。如何以最小的代价来缓 解交通运输的供需矛盾，改变当前被动局面，使其为国民经济的持 续快速健康发展提供有力保障，一直是人们致力研究的热点。而公 路网规划的综合评价与科学决策是最有效缓解矛盾的关键手段之 d 评价作为公路网规划的手段，贯穿于公路网规划的每个环节， 是十分关键的步骤，起着承上启下的作用。在评价过程中，评价指 基于g i s 的公路网规向l 综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 标的选择和评价方法的确定都对评价结果起着举足轻重的作用。我 国以往的公路网靓划评价是基于当时的形势和有跟程度的准确预 测作出的，随着规划环境的不断变化、发展，对所采用的评价指标 和评价方法需要作相应的研究。 公路网规划科学决策需要科学的评价理论和功能比较完善的 评价系统。我国虽然对公路网规划评价系统进行了一些研究，取得 了一定的成果，但仍然还有许多问题需要进步地研究和完善。另 外公路网规划需要评价的内容也在不断地增多，对评价指标的完 善也势在必行。 由于公路网规划评价本身的特点，它的很多数据与地理位置的 关系十分密切。要想进一步提高公路网规划评价的质量和效率，特 别是需要做出决策时，火量与地理位置有关的数据是必不可少的。 例如在避彳亍公路刚规划评价时需婪有关公路网结构性能f l 勺数据， 而这些数据只有在地图和统计年鉴上才能很好地反映和查询。因此 解决j 二述问题最好的方法就是建立一个地理信息系统( g i s ) 。 地理信息系缆( ( ； s ) 作为输入、存储、捡索、分析和显示与地 理位援有关的符种特t i e y 吉息的计算机轴助决策的技术系统，允许专 家们把更多的信息进行综合分析研究。南于它能够完善地将地理信 息或其它数据直观地在计算机上表示出来， = 能对数据进行综合分 析、多重处理，符合人f f l x , t 信息的多方面需求，因此在各个领域中获 得了广泛的应用。 在论文中，将g 1 s 应用到公路网规划综合评价系统中，以g i s 系 统为平台没计、开发了一套可行、实用、比较先进的公路j 珂规划综 合评价系统。 基于g i s 的公路同规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 公路网规划综合评价的发展 由于评价在公路网规划中的重要性，近几十年来，国内外经济 分析人员和交通规划人员在这方面作了大量的工作。 1 2 1 1 国外研究概况简介 最早被引入方案投资决策巾的评价指标是经济评价指标。它以 美国的b e n j a m n inf r a n k l i n 提出f 3 勺工程经济。p 的费用一效益计算 理论为基础，为自由竞争下的私有企业追求利润最大的目标提供了 最符合当时需要的评价决策依据。受基础理论研究和当时社会发腱 的限制，该法偏重于以货币单位的形式分析方案n 勺微观利润，没有 汁及项目建设的一些难以货币化的效果。 随卷社会经济的发展，社会效用、! e 产和消费水平、资源分配、 一股社会福利等问题被逐渐引入公共工程项目的评价决策中。1 8 4 4 年，法国工程师i u l e s d u p u i t 发表了题为公共工程项同效用评价 问题的论文，提出了“消费者剩余”的概念，这种思想后来发展 成为社会净效益的概念，成为现代评价决策中费用一效益分析方法 的基础。尽管当时仍以货币单位来衡量这部分效益，但其中包含了 社会评价指标的内容。 2 0 世纪4 0 年代以后，西方社会经济快速发展，政府计划、公共 服务和投资项目的增多，项目规划方案的费用一效益分析评价作为 一种选择项目方案的方法受到重视被广泛应用，同时也促进了评价 决策理论和实践的提高与发展。不能以货币单位进行量化或只能进 行定性分析的部分被引入，发展为工程经济中的费用一效果分析。 费用一效果分析为综合评价奠定了基础，考虑了非货币化的效果和 基于g i s 的公路同规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 隐含的均衡关系，能密切与目标结合起来。 近、现代以来，各国越来越注意到公路建设对社会、经济的重 要性，在公路网规划理论得到发展和不断完善的同时，方案评价的 理论与方法也有了长足进步。众多学科的发展，如系统学等基础理 论的建立，以现代物理学为基础的耗散结构理论、协同论、图变论 等一组新兴的科学理论诞生，例如模糊数学、数量经济学等数学手 段的发展以及类似层次分析论、系统动态学等方法论的创立；大型 计算机及其软件的开发等等，这一切使得包括技术、经济、社会和 环境等多目标综合评价得到进一步发展和完善。 1 2 1 2 国内研究概况简介 我国公路网规划评价中最初采川基于有一无规划方案的技术 评价和经济评价，后来增加了环境评价；如今多采用综合评价方法。 交通部公蹄科学研究所刺区域公路刚效应采川模糊数学综合 模型，选用路网密度、路网能力适应、铺面率等作为定量分析f l j j 旨 标。 两安公路交通大学采l j 系统聚类分析方法进行公路网综合评 价，首先采i i 聚类分析法将被选方案恰当的分为两大类，在此基础 上，选用公路网道路和交通特征参数( 路网饱和度、技术等级、行 程日_ j 间和单位里程造价) 建立线性判别函数，根据被选方案的判别 函数值大小进行排序选优又称二级评判法。另外，西安公路交通 大学还提出了基于层次分析法的二级模糊综合评判方法。基于模糊 理论和神经网络技术的公路网综合评价方法。 长沙交通学院和江苏省交通科学研究所采用层次分析法( a i t p ) 进行区域交通网络规划的评价，先建立包括供需平衡状况、社会政 治方面、经济方面、技术方面、稀有资源等多方面的综合评价指标 体系后，用层次分析法来确定各指标的重要性权系数，计算各方案 基于g i s 的公路网规划综台评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 的综合分值，据此作为排序的依据。 吉林大学提出了利用d e a ( 数据包络分析) 方法建立公路网综合 评价的非均一评价模型，d e a 是基于评价对象的输入、输出数据， 通过建立数学规划模型来综合评价。 东南大学提出了多层次模糊综合评判法和层次一关联法，前者 以技术子系统、经济效益子系统和社会敬盏子系统组成评价系统， 各评价指标权重由层次分析法确定，指标值由模糊定量和等级定量 两种方法确定：后者将层次分析法和关联分析法相结合，以适应性 评价、经济评价和环境评价构成评价系统，在综合评价指标体系的 建立中，充分考虑简明实用的原则，同时考虑到我国目前资金、土 地等资源空前紧张的实际情况，将方案的可行性指标单列出来，使 评价更科学、合理。 1 2 2 公路网规划综合评价系统的发展 从交通规划计算机软件研究开展以来，国外比较著名的有 u t p s ，m n 0 ，r p ，t r i p s ，t r a x p i a n ，m e p l a n ，e m - 2 ，t s ，l i d p 等。 m i n u t p 是美困c o m s i s 公司推出的城市交通规划软件包，足一组程序 库，由各功能独立的模块组成，主要功能是城市交通分析。m e p i a n 是由英国m a r c i a le c h e n q u e & p a r t n e r s 公司研制，主要针对城市交 通规划有土地使用、交通分配、f r e d 模块和评价模块四个子系统 组成。t r a n s c a d 是专供交通需求分析的交通地理信息系统软件，由 数据库和模型库两库组成。意大利的s i l v l ad s s 是运输基础设施环 境影响评价决策支持系统，由s e r e x a ( 方案生成) 、l i n d a ( 土地使用 分析) 、g a i a ( 影响评估) 和v i s p a ( 决策制定) 四个子系统组成，这四 个子系统的关系较弱，是由菜单驱使的软件包。 公路网规划辅助决策支持系统，国内代表性的有t r a n s t a r ， c t p s h t m c 。d l e 2 等。t r a n s t a r 是由东南大学王炜教授与英国麦克唐 基于g i s 的公路网规划综台评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 纳( m m c d o n a l d ) 教授、德国布赖恩( w b r il o n ) 教授联合研制和开发 的交通规划决策支持系统，有公路和城市版，主要功能为交通分析 和交通评价，预留了大量接口，并生成了丰富的与评价有关的信息 数据文件；c t p s 是由同济大学和交通部公路规划设计院联合研制和 开发的公路网决策支持系统，从介绍看，主要功能也是交通分析、 路网服务水平的技术评价和路网需求项目的经济评价功能。总的来 说，国内公路网规划决策支持系统中交通分析部分功能强，评价部 分功能还没有形成一个十分完善的系统。 l - 2 3 研究存在的问题 根据前面介绍的内容，可以看出，尽管我国在公路网规划评价 方面做了大撼的工作，针刈不同的评价方法也建立1 相应的评价指 标体系，采用了一些先进的分析、评价技术，针对不同规划问题建 立j ，一壮评价指标体系：对于交通评价软件开发也进行了一定的工 作。但赴，由于我国开展公路网规划评价研究的时问小长在实际 应川中仍有许多问题需要进一步完善： ( 1 ) 刘公路网规划评价巾常用评价指标罱化和指标值界定研 究较多，i f i i 针对指标的选用原则讨论较少； ( 2 ) 列单个综合评价数学方法研究较多以对模糊综合评判、 层次分析法和灰色关联度法等进行了研究对各种方法缺乏综合、 协调研究： ( ： ) 应加强对基于g i s 的公路网规划综合评价系统的研究。 1 3 论文研究内容构思 本文的出发点是以系统工程思想为指导，借助模糊数学、运筹 学、灰色理论以及决策论等方面知识试图对以上提出的问题进行较 基于g 1 s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 为深入地研究。 全文共分八章，各章的主要内容为： 第一章绪论。首先论述了本文的研究背景及目的，然后简述 了公路网规划综合评价及评价系统的研究情况及存在的问题，最后 介绍了本文的研究内容。 第二章公路网规划综合评价指标体系设计。从公路网规划综 合评价的内容和工作流程入手，首先探讨评价指标的选取原则；然 后对公路网技术评价和经济评价的常用指标的特性进行分析，并对 指标的使用和量化提出一些自己的建议；接着对环境评价和社会公 益评价的指标进行归纳和补充：最后提出一套较为完整的公路网规 划综合评价指标体系。 第三章基于层次分析法( a h p ) 的公路网规划综合评价应用实 例研究。详细描述层次分析法的原理和基本方法、步骤。并运用实 例研究验汪其在公路例规划综合评价中的可行性、分析该方法的 特点、明确具体工作流程。 第四章基于多层次一次色关联度法的公路网规划综合评价应 j 1 ；= | 实例研究。在介绍多层次一灰色关联度法的原理和基本方法、步 骤的基础上，通过实例研究，验证其在公路网规划综合评价中的可 行性，最后对该方法的特点进行分析。并明确其具体的工作流程。 第五章基于模糊综合评判法的公路网规划综合评价应用实例 研究。在详细描述模糊综合评判法的原理和基本方法、步骡的基础 上，通过实例研究。验证该方法在公路网规划综合评价中的可行性， 最后对模糊综合评判法的特点进行分析、并明确其具体的工作流 程。 第六章公路网规划综合评价i 拘a m f 总体综合评判法及应用实 例研究。针对单一评价方法对相同规划的评价可能产生不同的结果 这一问题，提出a 肝总体综合评判法，并对其原理和基本方法、步 骤进行描述，最后用实例验证其可行性。 基于g i s 的公路同规划综合评价系统研究 北京交通大学硕士学位论文 第七章基于6 1 s 公路网规划综合评价系统设计。在综述6 i s 系 统的基本概念及构成的基础上，对g i s 系统的设计进行分析，进而 对公路网规划综合评价系统的设计原则和评价系统的结构和功能 进行系统的探讨，并设计、开发一套可行、实用、比较先进的公路 网规划综合评价系统。 第八章结论。概述了本文的主要结论并指出需要进一步研 究的内容。 至王堑堡堕垒兰墨至! 望笺f f 综合评价系统研究北京交逋文掌鹾士学位论文 第二章公路网规划综合评价指标体系设计 公路网规划的总体目标是四通八达、千支结合、布局合理和效 益最佳。公路网规划应在社会经济和路网现状以及自然条件的基础 上，充分体现国家政策，与社会经济发展规划相适应，同时还要兼 顾国防、政治等多方面的要求。本章从公路网规划综合评价的内容 及工作流程入手，对公路网规划综合评价的指标体系进行较为详细 的探讨。 2 1 公路网规划综合评价的内容及工作流程 所谓练台评价，就是在各部分、各阶段、各崖次等评价的基础 上，对多种因素所影响的碜物或现苏做出总评价，也就是对评价对 象的全体，根搦所给的条件，给每个对缘_ 姨予一个评价指标值，再 摆此排序拌优。寻求系统整体功能的“最优”。同对。在系统整体 优化过程中，综合评价不断向决策者提供各种信息，因此叉称为多 属性评价或多准则评价。 公路网规划属于多因素、多目标、多层次的复杂系统，对于这 样一个系统。仅仅考虑某一、两个方面或依靠人为分析是远远不够 的应当运用科学的理论与方法，从技术、经济、环境、社会公益 等多方面综合分析该系统以及系统与周围环境的相互作用，进行全 夏妁定性分析和定量计算。 公路网规划的综合评价可由四个部分组成，即技术评价、经济 评价、环境评价和社会公益评价，如图2 2 所示。 基于g i s 的公路网攫划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 至口 一 至三 l 一 三至 图2 2公路网评价构成 技术评价，是从公路网的技术性能方面，分析其内部结构和功 能，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、方案优化和规划决策提供技术方面的袄掘。从整体而 言，公路网的社会效益和经济效益如何，首先取决于公路网规划方 案的技术性能，因此公路网的技术评价是公路网评价系统中的重要 组成部分。 经济评价，是指刈公踏网进行的经济效黼分析。公路网规划的 根本目的，就是要以最少的投资获得公路运输的最佳经济窖殳益。因 此公路网的经济评价也是公路网评价系统中极为重要的组成部 分。一般而言，公路网的经济评价l ! 要是指经济指标方丽的计算与 分析，通过比较规划方案的建设、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分析论证。 公路网系统处在社会经济系统、综合交通系统等这些大环境之 中，它与周围环境有着千丝万缕的联系。公路网的环境评价就是对 公路网建设和运营给环境造成的正负影响及影响程度做出评价，用 以指导公路网规划方案的决策和建设方案的实施。受公路网规划影 响的环境一般包括政策环境、经济环境、文化环境、生活环境和生 态环境等。 公路网规划方案实旌后，除了给全社会公路使用者带来直接经 济效益外，还将对规划区域的社会经济发展产生深远影响。公路网 基于g i s 的公路同蚬戈综台评价系统研究i 北京交通大学硕士学位论文 的社会公益评价，就是分析公路网系统对规划区域的社会效益方面 的作用和影响。相对经济评价而言，公路网规划方案的社会公益评 价具有宏观性、长期性、多目标性以及间接效益多、指标定量难等 特点。若采用定量分析方法，社会公益评价有较大的难度，还有待 进一步研究。 技术评价、经济评价、环境评价和社会公益评价，分别以相应 的多项单因素为指标，从不同方面对公路网的性能和价值做出定量 或定性的分析判断。由于单一评价指标较多，且相互之问往往存在 相关性或缺少可比性，甚至各方案之间优劣程度不相一致，因此， 有必要对公路网规划方案的整体加以综合评价。 综合评价是一项十分复杂而细致的工作其工作流i t c h 图2 - 3 。 t 至巫豆 一i 十r 函丙磊1 f _ j 匝壶田一! 竺型 - i l l - - 。兰竺! ! 竺! ! 堡 至五四 匪互至巫 一i 一 蔓巫亘 一一 蚕歪亘 图23 综合评价工作流程图 基于g i s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 l - 明确评价前提 首先需明确评价立场，即明确评价主体是系统使用者还是开发 者或是二者兼而有之或其他受影响者，这与评价目标的确定、评价 指标的选择等都有直接的关系。公路网规划属行业规划，它是为政 府部门制定决策服务的，因此评价必须以人民生活水平的提高、社 会经济的发展和环境质量的改善为根本出发点。其次，要明确评价 的范围和时期，即评价对象涉及哪些地区和部门，评价处于系统开 发的哪个时期。公路网规划按区域范围的不同可分为国道网规划、 省道网规划、地区( 市) 级公路网规划、县乡级公路网规划等。牵涉 的部门有交通、经济、统计、计划、土地管理、环境保护等，这些 需要在评价前确定下来，以便尽可能组织各方参与评价工作。至于 评价的时期，一般分为初期评价、中期评价、终期评价和跟踪评价 凹个阶段。不同时期的评价目的和要求各不相同，其评价方法也不 完全一样，一般是由定性分析过渡到定赞分析。 2 研究制订评价指标体系 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。综合评价从广义l ：说是对人类实践活动进行 选择和优化的过程。它研究人们的实践活动与其宗旨和同标的逼近 程度及其需要付出代价的大小，进而指导人们优选的行为决策。目 标也是分层次的，可分为总目标与具体目标。公路网规划方案的综 合评价总目标就是整体评价备选方案并选择最佳方案具体目标要 根据方案的性质、范围、类型、条件等确定。目标结构确定后，就 要建立评价指标体系，评价指标和标准可以说是目标的具体化根 据具体目标设立相应的评价指标。 3 量化各项评价指标 要量化各项评价指标，需先应确定相应的量化标准。每项评价 指标都应有详细的评价标准对于可用货币、时间、材料等衡量的 指标，可进行定量的分析评价：对社会、自然环境等的影响评价， 基于g i s 的公路问趣划综台评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 则只能先作定性分析，然后确定量化方法。对每项评价指标，均需 确定计算方法，并对评价标准作恰当的说明。评价标准确定后，就 可根据该标准对评价指标迸行评分。在确定评价指标的量值时，可 采用直接定量、模糊定量或等级定量等方法，视指标的特点分别加 以应用。 4 备选方案综合评价 首先，需确定综合评价方法，即根据各指标间的相互关系及其 对总目标的贡献确定各项指标的并合计算方法。下层指标值并合成 上层指标值需借助一定的并合规则，常用的有加法规则、乘法规则、 指数运算规则、取大规则、取小规则、代换规则、定量规则等，各 种规则还可以和“权”配合使用。另外，也可以以上述规则为基础 进行某种组台和修j e 选取并合规则时应考虑指标的含义和相应的 并合目的。 然后，根据备指标的重要性确定并合过程中相应的权重系数 值，常j 目的方法有层次分析法、熵法、多层次一扶色关联度洼、模糊 综舟评判法等。 最后，按选定的并合方法汁算1 - 屡指标的值。如果评价指标体 系有多个层次，则逐层向上计算，直至得到第一层次指标的值为j l 并掘此排出各选方案的优劣顺序，进行分析和决策。 2 2 评价指标选取原则 公路网规划评价涉及到的指标众多，己研究过的单项指标有数 十种，而多数指标从其性能来说，并不全面，或多或少存在了一些 问题，选取的指标不同对评价结果影响很大，指标选取有很多的影 响因素且有很大的主观性，不同的人可能对同一问题选取不同的指 标，得出不同的结论。为了评价结论尽可能的做到客观、全面和科 学，评价指标选取必须遵循定的规则、8 。 基于g 1 s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 1 选取的指标必须和规划的目标一致 目标是人们行动的指南，是系统工程分析方法的第一步，所有 行动方案所能达到目标程度的信息是决策者决策时关心的最主要 信息，也是衡量一个行动好坏的一个主要标准。因此，所选取的指 标必须能够反映出所能达到目标程度的信息。 2 选取的指标必须具有系统性 一般单个指标只能反映规划建设目标的某一方面，但选取的所 有的指标应能够展现路网的结构、功能及适应性等技术性能，经济、 社会及环境特征，又要反映出规划者、路网使用者和非使用者、管 理者等完整的信息。 3 指标本身具有科学性 在单个指标的选取上，该指标在理论上应该是比较完备的且 能客观地、利学地反映出公路网某方面的特征信息。 4 指标具有可操作性 指标应含义叫f o j | l 易被那解指标毹化所需资料收集方便，能 够川现有的方法和模型求解。 5 指标具有可比性 指标的选择受保证同趋势化使公路l 嘲各方面性能在横向上 ( 区域间) 、纵向上( 时问轴上) 具有可比性。 6 指标之问应避免相关性 避免指标问的包含关系，以消除评价结果因指标间的相关关系 而产生倾向性，人为地夸大公路网的部分眭能。 基于g i $ 的公路同规划综台 平价系统研究北京交通大学碗士学位论文 xx 圈2 4 敬用与指标相关性关系 如图2 4 ，假设有x 、】7 两个是相关的，其相关性大小用其包 含部分z ( 即爿n y = z ) 表示，消除量纲归一化后，指标的数量 为。+ ，。，y 指标的数量为n ，+ 。，峨、w 为x 、y 两指标 的杈重，综合效应为彬、v 。+ w ，+ ( 峨+ 嵋) 心，i 效应夸 大了札或k 心，可见，夸大的效应与两指标的权重和相关性 人小有关系。 7 指标设置要重点突出 指标既要能全面地、客观地反映路网的各方面性能，又要重点 突出，避免次要的信息冲淡主题，指标要具有代表性。 8 定量与定性指标相结合 公路网规划评价中，就目前的技术发展水平而言，有些交通影 响是难以定量的，比如像文化、精神、环境等方面的影响本来就很 抽象，无法按模型去精确量化，若不考虑这些方面的影响叉失去 了评价的全面性，所以，要定量与定性相结合，采用模糊量化或尺 度量化等定性分析量化技术，以解决单纯定量评价中数据不足的问 基于g i s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 题。 9 指标选取要考虑所采取的评价方法 在选取指标时，要考虑所采用的评价方法，例如，多指标的评 价决策要用到主观权重去综合，心理学研究表明，普通人同时辨别 事物能力的极限个数为j 9 个，根据人们比较判断的特点，同一类 型的同一层次上的指标不能超过9 个。又如，环境评价中的大气环 境评价，有大气污染指数法、大气污染生物评价法和大气污染生物 经济学评价法三种，每种评价方法的评价指标选取和量化都是不同 的。 1 0 指标选取要考虑规划所采用的规划理论 目前我国实践应用中交通规划理论有两大流派，总量控制法、 四阶段模式法。最近区域交通规划还派生出了另一利一流派，这种流 派集两种规划理论的优点，实际i ：是采用了总量控制法与四阶段模 式的一种混合法。这三种规划理论原理和特点如裘2 一l 所示。 以2 1 交通规划理论及其特点 规划删! 论原理优缺点 从宏观上、整体上科学地把握 优点：思路清晰理论较完器 规划区域内在规划期问与公方法简便符合国情节省人 总量控制路交通运输有关的一些总量力、物力技时间。 法变化趋势将预测到的将来的缺点：在公路网交通量分配方 交通流量按增长系数分解到面有待进一步完善。 布局合理的公路网上去。 以o d 调查( 起讫点调查) 为基优点：通过0 d 调查能摸清区域 点在确定公路交通现_ f , 0 d内公路网中的客、货流量与流 分布的基础上预测未来o d 分向分布并为预测未来o d 分布 四# 行段法 布并将预测到的0 d 流通过标提供实际依据：且能获得一系 定的模型分配到公路网上去列与客、货运量及交通量有关 最后依据路同上路线流量大的参数。 基于g i s 的公路网理划练台评价系统研究托煮交远大学硕士学伍论文 小确定技术等级作出建设排敢点：0 d 调查将耗费大量的人 序。力、物力及财力。 集以上两种规划理论的优点，优点：可获得一系列与客、货 规划区域内的交通运输总量、运量及交通量有关的参数。规 交通小区的发生和吸引量以划路网的总规模还可相互校 及规盖n 路网的初始布局方案核。 总量控制 按总量控制法进行；用部分且缺点：工作量仍较大。 法和四阶 具有代表性的o d 调查数据进 段法的混 行双约束重力分布模型标定 合方法 然后预测未来的o d 分布最后 按暇阶段法进行交通话分配 和路网布局方案调整从而确 定堆终的规划路网彳i 局疗案。 从彩2 1 可以看出总量控制法很难得到与交通流量有关的数据， 例交通m 、车速、动态( 时间) 可达性、饱和度等，因此，与交通 漉鼹有关n 0 攒标不能选用。从规划范脚分有国通网、省道嘲、市道 网以及县乡道网规划，县乡通网南于流量小，土要考虑通达深度和 连通性，一般用总量控制法，多只进行路刚的技术评价即使如此， 其技术评价中也t _ _ f i 能选取与交通流量有关的指标。 映射原则 有时要评价某个目标，很难找到直接反映该问题的指标；需要 从目标实现所体现出来的现象进行映射提炼，如评价一个地区的居 民继康状况，可采用居民的发病率或人均医疗费用等指标。 1 2 指标的时间和空间界定 时间界定是指标的使用年限，空间界定是指标所涉及的地理范 围。可持续发展评价指标时间和空间界定都比较大。 基于g i s 的公路网搜划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 2 3 评价指标选取方法 公路网规划评价内容多，涉及面广，评价指标选取考虑的因素 也多，在选取指标时，由于规划建设的目标、决策者决策时所需要 的信息等在不断地变化，过去适用的指标，现在不一定合适，而过 去的研究又很少涉及指标选取方法的探讨。本节尝试在指标选取方 法上做一些探索。 1 目标层次分类展开法 把规划建设拟定的抽象或含糊其词的目的按逻辑分类向下展 开为若干目标，蒋把各个目标分别向下展开为分目标或准则，依次 类推，直到可定量或可进行定性分析( 指标层) 为止，如图2 一j 。一 般顶层为抽织的目的，第二层分别为技术、经济、环境或技术、经 济、社会、环境等目标，中问为若干准则层最后层为指标层。 逐层展开时，避免下层元系寐属下其上层两个不同类别的元素，即 避免元索问有结构依存关系，否则，评价就要采取内部依存的层次 评价方法，这将带米处理一f ：的麻烦，可i 利于计算机编程。工程评价 决策多采用完全们层次结构。 日朗屡 一 口i i 喧 口 口口口 曰回回团固 帆* ： 口 口 口一口 口口 图2 5 目标分解图 在分类时一般按逻辑层次分类法进行，分类太多时，超过人的 基于g i s 的公路同规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 主观判断能力( 评价时主观赋权) 时，可在同类中进行合并。 目标层次分类展开法是最常用的方法，它把范围法和目标法综 合成一体，按此法选取的指标直接与目标相关，具有层次性，并且 可随着目标增多而扩充。 所谓范围法，就是按评价的主要内容进行分类，然后逐类定出 指标，它也可随评价的内容增多而扩充，但缺乏层次性。难以与规 划建设目标直接挂钩，美国西雅图可持续发展报告就采用了此法。 2 因果法 多用于环境、社会方面指标选取。它是根据社会、环境与规划 建设项目之间的因果关系及影响程度进行评价指标选取即所谓的 状态一压力一回应( c o n d j t i o n s t r e s s r e s p o n s e ) ，它解决了社会环 境的四个最基本的问题：社会环境会发生什么变化? 为什么会发生 变化? 这种变化为什么重要? 我们臻做什么? 在这一框架下，公路 例铷划建设项目可以看成是：；i ；响社会环境状态的主体 ( s tr e s s o r s ) 而状态反过米又影响社会列：境条件，作为回应可直 接通过修改公路刚规划建发项目域方案米调整社会环境状态。 ：3 复合法 币个评价指标有些虽然能够反映问题的某个或某些方面，但并 不完备，存在着些缺陷，若把这类评价指标并列出来体现全部评 价内容，又难免存在相关性，这就要把它们复合在一起。所谓复合 法，就是把两种或两种以上的单个评价指标按一定的数学规则组合 在一起，使原来指标各自的优点得到加强，同时克服了原有的部分 缺点。有时候，为了方便人们对某个问题的理解和量化也把独立完 备的单个指标复合在一起，组成复合指标，如大气污染综合指数 也有些指标本身具有复合含义，能反映问题的几个方面这是一种 特殊的复合。 在具体选取指标时，这三种方法可联合使用。 基于g i s 的公路阀规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 2 4 公路网技术评价指标分析 公路网的技术评价是从公路网的结构性能和交通质量方面进 行定量、定性分析，结合纵向( 公路网发展的不同时期) 、横向( 同 一时期不同区域) 的比较，揭示现状公路网存在的问题，为规划近、 远期公路网服务。规划的效果取决于技术评价的效果；而技术评价 结果的准确与否不仅取决于指标的科学性，也取决于指标量化的科 学性。为了方便指标选取和正确量化，有必要做进一步的综合、分 类、分析和改进。 公路网的技术评价主要从两方面进行：一是网络结构性能评 价，即考察公路网建设规模、布局、连通水甲、均衡状况、等级水 平及铺装水平等满足社会经济发展和公路运输需求的程度；二是交 通质量评价，即对公路网所能提供的交通服务水平适应交通需求的 程度进行评价。 2 4 1 网络结构性能评价指标 1 公路网密度 公路网密度是一项常用的客观指标。其大小反映了一个围家或 地区公路网建设规模，在一定程度上体现了路网的通达深度”。依 据分担对象的不同，公路网密度具有以下几种不同的计算模式： 1 ) 面积密度( k m l o o k m 2 ) 。指单位面积拥有的公路里程长度。 计算公式为： n = l a c 2 - 4 1 ) 2 ) 人口密度( k m 万人) 。指单位人口拥有的公路里程长度。计 算公式为： 基于g i s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 “= l p c 2 - 4 2 ) 3 ) 经济密度( h n 亿元人民币) 。指单位经济产值占有的公路里程 长度。计算公式为： = l i g n p ( 2 - 4 - 3 ) 4 ) 运输密度( 如”，亿车公里) 。指单位运输周转量占有的公路里 程长度。计算公式为： n = ， ( 2 4 - 4 ) 5 ) 车辆密度( o n 佰辆) ，指单位车辆占有的公路里程长度。计 算公式为： n = l 7 1 ( 2 - 4 - 5 ) 6 ) 综合密度( 如7 ，百辆) 。而积密l | ：和入口密度乘积的平方根。 计算公式为： 心= 瓜 ( 2 - 4 - 6 ) ：述式( 24 - 】) ( 24j ) 中 、p 、6 n p 、t 、n 分别表示区域 的面积、人口、国民生产总值、运输周转量及车辆数。l 使用的是 公路网的绝对里程长度，所得到的密度为绝对公路网密度。另一种 公路网密度为当量密度，将区域中各等级公路的里程折算成标准等 级( 二级) 公路长度，当量里程可用下式计算： l e p = t j 一 ( 2 - 4 7 ) j 式中：l e p 一一当量里程长度h n ： b j 一一，纽公路一个车道的等效系数9 己表：一! 所列： 1 基于g i s 的公路网规划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 j 取值为j = 0 ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 分别代表高速、一级、二级、三级、 四级、等外公路； 一一j 级公路的车道数条； 一一一- ，纽公路的实际里程砌，。 表2 2 各级公路等级系数及相关系数值 技术等级高速一级二级三级四级等外 车道数4 42222 适应交通量上限( 中型车) 2 5 0 0 02 5 0 0 05 0 0 02 0 0 02 0 01 0 0 勺 2 5 0 01 2 5 0j 0 0 00 4 0 ( j0 0 4 00 0 2 0 结合当量里程的概念，将式( 2 - 4 7 ) 代入式( 2t 4 - - 1 ) 【2 - 4 6 ) 中，把公路网绝对密度转换为当量里程密度，消除公路等级差异， 使密度指标更具有可比性。但足，不论绝对密度指标还是当量密度 指标均术考虑公路网、人口。经济、运输周转量等的空问分布。 2 路网覆盖度 目前，公路网规划一般选用路网密度指标描述路网覆盖情况。 公路的单位面积或单位人口里程反映了路网总体建设规模特性，确 实是一项非常有用的指标。但要深入研究一些覆盖状态特征，例如 路网分布均匀状况、路网分布与城镇散布密度匹配情况时，仅采用 密度就显得力不从心。 现结合数学工具一一“分形几何”，引入路网覆盖度的概念“。 采用边长为r 的正方形网格覆盖于所要研究的路网上，统计得到有 路线通过的小正方形格数为n ( r ) ：进一步取边长为r = r 2 ，同 样方法可以得到( 足) 。定义公路网覆盖度为： 基于g i s 的公路网艘划综合评价系统研究北京交通大学硕士学位论文 d ：d l o g n ( r ) ：i o g ( n ( n , ) n ( r ) )( 2 4 8 ) d l o grl o g ( r 足) 取单个正方形说明其物理意义。当这个正方形被进步划分为 四个正方形，不难算出，当这四个正方形中均有道路通过时， d = 2 ；当其中3 个正方形有道路通过时