市域轨道交通线网规划方案评价方法研究_李旭辉

市域轨道交通线网规划方案评价方法研究 李旭辉， 王芳 ( 天津市地下铁道集团有限公司，天津 300051) 摘要: 为评价市域轨道交通线网规划方案的可行性， 通过研究建立起适合市域轨道交通线网规划方案的评 价指标体系， 同时构建 FAHPTOPSIS 决策模型对备选方案进行优选， 以获取最优方案。通过实例 验证， 该评价方法效果良好， 具有一定的应用价值。 关键词: 市域; 轨道交通; 线网规划; 方案评价; FAHPTOPSIS 中图分类号: U231文献标识码: A 文章编号: 1007 9890( 2011) 05 0004 03 Research on Urban Rail Transit Network Planning Evaluation Method Abstract: To evaluate the feasibility of the urban rail transit network planning，the evaluation index system that is suitable for urban rail transit network planning is established At the same time，the FAHP TOPSIS de- cision making mode is set up to get the best plan Through the example，this evaluation method has good effect and application value Key Words: urban; rail traffic;line network planning;scheme evaluation;FAHP TOPSIS 城市轨道交通建设投资大、 工期长、 影响深远。 其网络规划方案是否合理、 可行和能否有效支撑城 市的发展， 很大程度上关系到线网规划建设的成败。 市域轨道交通线路属于城市轨道交通范畴， 其 功能是配合和引导城市发展， 促进城乡一体化， 满足 城镇发展和人口分布相对均衡的组团式城市空间结 构或者都市圈外围组团或卫星城与城市核心区的交 通出行需求 1 。在国内， 北京、 上海和广州大都市 轨道交通线网中已出现具有市域快速轨道交通功能 的线路， 但其他城市市域快速轨道交通线网还不多 见， 东莞、 台州是目前国内少数几个规划建设市域快 速轨道交通网络的城市。 目前， 专门针对市域轨道交通线网规划的研究 虽然较少， 但开始研究市域轨道交通线网规划方案 的评价方法却很有必要。为此， 参照城市轨道交通 线网规划方案， 将评价方法研究分为 2 个步骤， 即评 价指标体系的构建和评价模型的选择， 评价模型主 要包括决策矩阵的权重确定和优选方法。 1评价指标体系的建立 市域轨道交通线网规划方案评价方法， 其评价 决策的基本要素和关键是建立一个合理的评价指标 体系， 借助足够可靠的信息( 数据) ， 选择适用、 可行 的决策方法， 且具有简捷明了的特征。 1 1准则层的建立 由于整个评价方法的评价指标体系的总目标比 较抽象、 笼统， 所以， 建立适宜的准则层有助于指标 层指标的明确分类。从城市轨道交通线网服务功能 分析和交通供需理论出发， 确立准则层需具备 4 个 方面的要素: 与城市发展的协调性、 服务水平、 运营 效果、 建设实施性。此准则层应从宏观、 中观、 微观 层面上反映出随着社会经济的发展， 城市规模逐步 扩大及其对交通系统的要求， 同时， 也应体现出两者 的相互作用关系。 1 2指标层 市域轨道交通不同于一般的地铁和轻轨， 在线 网规划思路上主要有两大区别。 ( 1) 市域快速轨道交通线网规划设计需认真分 析和研究与区域内各层次轨道交通的关系， 处理好 与上层次轨道交通 国家铁路干线和城际铁路的 接驳换乘， 处理好同一层次或下一层次轨道交通网 络的衔接换乘。 ( 2) 市域快速轨道交通作为市域范围、 组团间 甚至跨市域的快速轨道交通干线， 只能将提供快捷 4铁路工程造价管理2011 年 9 月 的 “站到站” 服务作为线网规划设计的主要思路， 不 能提供 “门到门” 服务。可达性的不足， 要求在市域 快速轨道交通线网规划建设时， 要切实做好轨道交 通与其他交通方式的衔接换乘， 以充分发挥综合交 通体系的功能和效益2 。 遵从实用性、 非重叠性、 可行性的原则， 提出市 域轨道交通线网的评价指标体系如表 1 所示 3 。 表 1市域轨道交通线网的评价指标体系 评价项目( 准则层) 指标指标名称 A 与城市发展 的协调性 A1与城市发展结构的协调 A2与对外铁路的衔接 A3与对外公路交通设施的协调 B服务水平 B1线网覆盖率 B2换乘系数 B3主要集散点连通率 B4居民公交平均出行时间的节约 C运营效果 C1线路负荷强度 C2客流断面不均衡系数 C3运营组织的灵活性 D建设实施性 D1工程实施的可行性 D2分期建设计划的合理性 2评价方法选择 由于市域轨道交通系统与环境和社会因素密不 可分， 且容易受到人们主观愿望的影响， 为排除这些 干扰 因 素， 采 用 相 对 成 熟 的 模 糊 层 次 分 析 法 ( FAHP) 确定指标权重。 考虑到逼近理想解排序( TOPSIS) 法在对备选 方案进行优劣排序时， 综合考虑了各指标对备选方 案优劣程度的影响， 为此， 以距离理想解最近、 负理 想解最远的方案为最优选择， 避免了产生的方案同 时距理想解和负理想解最近或者最远的情形。以此 作为本文采用的评价方法。 ( 1) 根据评价指标体系， 建立无量纲化和规范 化决策矩阵 X = ( xij) n n 4 。 ( 2) 各元素两两比较， 按照以下数量标度建立 优先关系矩阵 R = ( rij) n n。 若 R = ( rij) n n是模糊一致矩阵， 则式( 1) 成立: rij=0 5 + a( wi wj) ， ( i， j =1， 2， ， n)( 1) 式中: a 人们对所感知对象差异程度的度量; w 元素权重。 若不一致， 则式( 1) 不严格成立， 这时可用最小 二乘法求最小权重5、 6 。 ( 3) 求出加权以后的决策矩阵为: Y = ( yij) n n ( 2) ( 4) 决定的理想解 A + 与负理想解 A 为: A + =max i yij|yY() + ，min i yij|yJ() |1i m = A + 1 ， A + 2 ， ， A + n A =max i yij|yY() + ，min i yij|yY() |1i m = A 1 ， A 2 ， ， A n ( 3) 式中， Y + = 效益指标的集合 ， Y = 成本指标的集合。 ( 5) 计算分离度( 各方案到理想解之间的距离) 和贴近度。每一方案距理想解和负理想解的分离度 分别为: S + i = n j =1( yij A + j ) 槡 2， ( 1im) ( 4) S i = n j =1( yij A j ) 槡 2， ( 1im) ( 5) 每一方案到理想解的相对贴近度 K + i 为: K + i = S i S + i + S i ， ( i =1， 2， ， m)( 6) ( 6) 确定方案优序。最后将各方案的相对贴近 度按大小排序， 相对贴近度越大的方案理想程度越 高 7 。 由此确立了一套评价决策模型， 即模糊层次分 析 逼近于理想解排序组合模型。这个模型结合 了市域轨道交通线网规划方案评价指标体系的特 点， 可充分发挥组成模型各自的优点， 从而使评价决 策的结果更加合理、 准确。 3应用实例 台州市地处长江三角洲经济区南缘， 是浙江沿 海甬台温城市带的重要组成部分， 中国最大的摩托 车及汽车配件、 塑料模具、 家电及制冷生产基地。 规划区 2008 年人口为 381 万人， 土地面积 4 543 km2， 规划期限远期为 2020 年。根据轨道交 通网络结构基本形态、 主要枢纽布局和主要交通走 廊、 主要客源点分布情况， 通过对城市空间可能发展 模式的理解， 共提出 3 套市域轨道交通线网规划方 案 7 。 3 1建立决策矩阵 本实例的评价指标体系中既有定性指标又有定 量指标， 对于定量指标， 从有关部门提供的资料中获 得; 对于定性指标， 首先根据集值统计评分轴对各方 案定性指标进行详细描述分析， 在此基础上采用 5第 26 卷 第 5 期李旭辉， 等: 市域轨道交通线网规划方案评价方法研究 Delphi 法评分， 按集值统计的方法确定定性指标的 值， 根据以上方法的计算和分析， 得到决策矩阵 X = ( xij) m n。 3 2评价指标体系权重的确定 参考相关专家和规划部门的意见及评分， 建立 准则层的模糊判断矩阵如表 2 所示。 表 2准则层判断矩阵 ABCD A 与城市发展的协调性050053 0 68079 B 服务水平 0470500 63076 C 运营效果 0320320 50062 D 建设实施性 0200240 38050 经检验可知准则层判断矩阵不是模糊一致矩 阵， 则有下列方程组: n j =1 2a2 ( i j)+ a( rji rij ) + =0 w1+ w2+ w3+ w4=1 a = n 1 2 w1=0 334 w2=0 310 w3=0 218 w4 =0 138 ( 7) 同理， 可求出子准则层指标相对于其准则层的 权重向量为: W1= 0 443， 0 336， 0 227 T W2= 0 258， 0 160， 0 222， 0 360 T W3= 0 391， 0 372， 0 238 T W4= 0 440， 0 560 T ( 8) 3 3决策矩阵 Y 的标准化和加权 经过极差变换标准化并加权， 矩阵 X 为: X = ( xij) m n 可变为决策矩阵 Y = ( yij) m n， 如表 3 所示。 表 3决策矩阵 Y = ( yij) m n RA1A2A3B1B2B3B4C1C2C3D1D2 P1147960758279984966882085248 11518800 P2011222758200011 1600060720 P38 878007998496229437279916082030367728 3 4定义理想解 A + 和负理想解 A 理想解 A + 为: A + = ( 14 79611 2227 5827 9984 96 6 88211 168 5248 115 1886 072 7 728) 负理想解 A 为: A = (0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ) 3 5计算各方案距理想解的分离度和相对贴近度 K 经计算， K1=0 563， K2=0 435， K3=0 508。 则 K1 K3 K2， 故方案 1 为最优， 其次为方案 3， 方案 2 优先度最低。可确定方案 1 为优选方案。 4结束语 为评价市域轨道交通线网规划方案的可行性， 对其评价方法进行了研究， 首先建立起适合市域轨 道交通线网规划的评价指标体系; 采用模糊层次分 析法和逼近理想解排序法构建 FAHPTOPSIS 决策 模型， 对备选方案进行优选以获取最优方案。通过 实例验证， 效果良好， 表明本文提出的评价方法具有 一定的应用价值。 参考文献 1周勇 东莞市市域快速轨道交通规划设计思考J 铁道工程学 报， 2006( 5) : 97 103 2徐瑞华， 杜世敏 市域轨道交通线路特点分析J 城市轨道交 通研究， 2005( 1) : 10 12 3中国城市规划设计研究院 台州市城市轨道交通线网规划研究 报告 R 北京: 中国城市规划设计研究院， 2009 4李美娟， 陈国宏， 陈衍泰 综合评价中指标标准化方法研究J 中国管理科学， 2004( 专辑