基于修正離差最大化與可拓模型的區(qū)域運輸通道建設(shè)時序決策

李廣路

（西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031）

建設(shè)時序決策是區(qū)域運輸通道規(guī)劃研究的重要內(nèi)容。由于國內(nèi)經(jīng)濟、土地及環(huán)境因素的制約，我國交通建設(shè)將進入集約式發(fā)展階段，合理安排區(qū)域運輸通道建設(shè)時序可以提高建設(shè)資金的利用效率，優(yōu)化資源配置，擴大運輸通道的整體效益。目前，關(guān)于區(qū)域運輸通道建設(shè)時序的研究相對匱乏，以區(qū)域運輸通道為研究對象的研究較少，主要集中在對具體線路的功能評價和財務(wù)評價上[1-2]。區(qū)域運輸通道作為宏觀運輸線路，應(yīng)以需求分析為基礎(chǔ)選取一套可以衡量通道建設(shè)必要性、緊迫性的評價指標，并設(shè)計合理的算法構(gòu)建建設(shè)時序決策系統(tǒng)。

1 區(qū)域運輸通道建設(shè)時序決策因素分析

1.1 區(qū)域運輸通道需求特點分析

運輸通道中的運輸需求是經(jīng)濟社會活動的派生需求，建設(shè)時序是需求強弱的體現(xiàn)。區(qū)域運輸通道建設(shè)時序決策是以區(qū)域運輸資源合理配置為前提進行的方案評價，遵循滿足需求原則和資源利用最大化原則。

區(qū)域運輸通道規(guī)劃的主要目的是滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對運輸?shù)男枨?。不同的區(qū)域?qū)τ谶\輸資源的需求量不同，而這些差別往往可以通過經(jīng)濟社會發(fā)展水平等特征量反映出來[3]。對區(qū)域運輸通道而言，應(yīng)優(yōu)先滿足運輸資源需求量大和運輸資源稀缺的地區(qū)，保證經(jīng)濟社會正常發(fā)展[4]。

1.2 建立區(qū)域通道建設(shè)時序評價指標體系

影響區(qū)域運輸通道需求強弱的主要因素包括以下方面。

（1）經(jīng)濟社會發(fā)展水平。經(jīng)濟社會發(fā)展提高了交通需求的頻率和質(zhì)量。經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定居民的交通消費能力和機動車保有量，并在宏觀上制約著交通需求的結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟社會發(fā)達地區(qū)往往是重要的城鎮(zhèn)群或工業(yè)基地，對保障區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展有重要作用[5]。

（2）沿線土地開發(fā)強度。道路沿線土地開發(fā)為區(qū)域運輸活動的產(chǎn)生提供了廣闊的時空范圍，地方工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對交通運輸需求的時間和空間分布特性有重要影響。

（3）通道覆蓋區(qū)域條件。通道覆蓋區(qū)域主要包括覆蓋區(qū)域人口和通道覆蓋面積。影響交通需求的顯性因素是人口，通道覆蓋區(qū)域人口的增加使交通總量直接增大；通道覆蓋區(qū)域面積的增加會強化通道輻射，誘發(fā)潛在的交通需求變?yōu)楝F(xiàn)實，提高通道利用效率。在通道規(guī)劃中，通道覆蓋面積指標可以通過通道吸引范圍匡算獲得。

（4）既有線路的飽和度。通道中既有線路的飽和程度 ? = 通道既有線路實際客貨運量/通道既有線路運輸能力∈[0，1]，若新規(guī)劃通道沒有既有線路，則飽和度取值為1。這里的既有線路是指通道順線方向的鐵路、公路，而非通道節(jié)點的內(nèi)部線路。飽和程度較高的通道線路應(yīng)優(yōu)先建設(shè)。

（5）其他。通道建設(shè)時序還應(yīng)考慮國防需要，對有國防特殊需要的通道進行規(guī)劃時，應(yīng)優(yōu)先考慮國防通道建設(shè)。

考慮到各通道長度的差異性，除平均城鎮(zhèn)化率、人均可支配收入和既有線路飽和度外，將各指標除以相應(yīng)通道長度進行標準化。建立區(qū)域運輸通道建設(shè)時序評價指標體系時應(yīng)兼顧避免重復原則，如表1所示。

表1 區(qū)域運輸通道建設(shè)時序評價指標體系

2 基于修正離差最大化法與改進可拓模型的決策算法

2.1 基于修正離差最大化的權(quán)重確定

為兼顧主觀權(quán)重和客觀權(quán)重2個方面，采用基于離差最大化法和經(jīng)驗因子修正的屬性權(quán)重確定方法進行權(quán)重確定：

式中：β 為綜合權(quán)重；α 為經(jīng)驗因子；主觀權(quán)重 ω1由專家根據(jù)德爾菲法獲得；客觀權(quán)重 ω2由離差最大化法得出[6]。

基于離差最大原理，通過使各屬性對所有決策方案的總離差最大來求解屬性權(quán)重向量。

（2）定義 Ski(ω)表示待建通道線 Ak與其他通道關(guān)于影響參數(shù) Ci之間的離差：

Si(ω)表示對指標 Cj而言所有方案與其他方案的總離差：

為使加權(quán)向量 ω 的所有屬性對所有方案的總離

2.2 改進的可拓評價方法

可拓評價方法是以物元理論為基礎(chǔ)，利用關(guān)聯(lián)函數(shù)理論建立可拓相關(guān)矩陣并進行可拓聚類分析的方法[7-8]。

（1）確定經(jīng)典域與節(jié)域。假設(shè)有 m 個通道線的建設(shè)必要性等級為 N1，N2，…，Nm，評價指標為C1，C2，…，Cn，令：

其中，Vj表示 Nj在指標 Ci條件下的量值范圍，即經(jīng)典域。經(jīng)典域的構(gòu)建可以參照相關(guān)技術(shù)標準手冊或根據(jù)指標數(shù)據(jù)等距劃分。令：

使 VijVip(i =1，2，…，n)，Vp表示指標集 Ci關(guān)于 Nj的量值，即節(jié)域。

（2）對經(jīng)典域和待評物元規(guī)格化。傳統(tǒng)的可拓方法中，任一指標值超出節(jié)域可導致關(guān)聯(lián)函數(shù)無法計算，故對經(jīng)典域和待評物元進行規(guī)格化處理：

（3）確定待評物元并建立關(guān)聯(lián)函數(shù) Nj(Q)，評價各待建通道線的緊迫程度：

其中，j*為 Q 的等級變量特征值。

3 案例計算

我國西部某區(qū)域運輸通道規(guī)劃有5條待建通道線 A～E，各社會經(jīng)濟指標統(tǒng)計如表2所示。

該算例以待建通道線為待測物元 Q，以 GDP 等指標作為事物的特征 Ci，將通道建設(shè)的迫切程度由輕到重劃分為5個等級 N1～N5，計算過程如下。

表2 某區(qū)域待建通道線評價指標數(shù)據(jù)

（1）基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，構(gòu)造經(jīng)典域R0、節(jié)域 Rp和待測物元 R。

（2）確定權(quán)重系數(shù)。由離差最大化原理計算得到客觀權(quán)重 ω2；根據(jù)德爾菲法得到專家賦權(quán) ω1；設(shè)定經(jīng)驗因子 α =0.7，由公式⑴計算綜合權(quán)重 β。

ω2=(0.211，0.101，0.047，0.146，0.137，0.083，0.109，0.166)

ω2=(0.126，0.131，0.117，0.121，0.123，0.136，0.119，0.126)

β =(0.147，0.071，0.033，0.102，0.096，0.058，0.076，0.116)

由公式 ⑹ 至公式 ⑽ 對各方案進行評價，結(jié)果如表3所示。

表3 通道建設(shè)緊迫程度評價結(jié)果

4 結(jié)束語

基于修正離差最大化與可拓理論的區(qū)域運輸通道建設(shè)時序決策模型提供了一種定量化的決策方法。根據(jù)區(qū)域運輸通道的特點構(gòu)建指標體系和決策模型，計算建設(shè)時序和通道本身的建設(shè)緊迫程度，由于區(qū)域?qū)嶋H情況不同，經(jīng)典域的構(gòu)建將出現(xiàn)不同的結(jié)果，故區(qū)域運輸通道建設(shè)背景下的經(jīng)典域構(gòu)建還需要進一步的研究。通過拓展可拓學的應(yīng)用領(lǐng)域，改進了傳統(tǒng)的建設(shè)時序決策辦法，為區(qū)域運輸通道及具體運輸路線的建設(shè)時序決策提供新的思路和手段。

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