薛 睿,張建華,孫 健
(1.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海,200240;2.東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱,150040)
公共交通系統(tǒng)是城市綜合功能體系的重要組成部分,在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)以及城鎮(zhèn)居民日常生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用,是城市發(fā)展必不可少的物質(zhì)條件和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),提高城市公交服務(wù)水平的需求日益增長,尋求一種科學(xué)、合理、客觀且量化的公交服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)方法尤為必要。張棟等[1]基于乘客感知建立了公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系,量化評(píng)價(jià)公交服務(wù)質(zhì)量。高桂鳳等[2]將可靠性概念引入公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)中,建立公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。張長春等[3]應(yīng)用ADC 模型分析法對(duì)城市公共交通服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 驗(yàn)證ADC 模型在公交服務(wù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中的實(shí)用性。上述研究對(duì)公交服務(wù)及可靠性制定了相應(yīng)評(píng)價(jià)體系,采用服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)對(duì)公交服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià),但未考慮不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)公交服務(wù)可靠性的貢獻(xiàn)程度及乘客感知的差異性,評(píng)價(jià)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映公交服務(wù)可靠程度。為此,本文選取哈爾濱市102路公交車為研究對(duì)象,通過實(shí)際調(diào)查,借鑒系統(tǒng)效能模型來建立公交服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)體系,并利用層次分析法對(duì)公交服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期提高公交服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。
公交服務(wù)可靠性度量通常分3個(gè)步驟來進(jìn)行:
(1) 規(guī)定可靠性功能。度量可靠性首先應(yīng)當(dāng)通過調(diào)查分析明確可靠服務(wù)的范疇,并給出可靠服務(wù)的定義閾限,最后確定出公交服務(wù)可靠性的來源及實(shí)現(xiàn)條件。
(2) 確定公交服務(wù)可靠性的計(jì)算或模擬公式。根據(jù)第一步確定的公交服務(wù)可靠性實(shí)現(xiàn)條件,列出滿足功能要求的數(shù)學(xué)公式。
(3) 計(jì)算公交服務(wù)的可靠度。結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)及實(shí)際情況,制定表達(dá)式中各項(xiàng)具體參數(shù),計(jì)算可靠度概率。
借鑒產(chǎn)品可靠性的定義[4],以公交完成指定服務(wù)功能的概率計(jì)算公交服務(wù)可靠度,公式為:
(1)
通過對(duì)哈爾濱市公交服務(wù)可靠性情況的調(diào)查,結(jié)合現(xiàn)有的公交服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[5-6],本研究分別選取服務(wù)間隔可靠度、準(zhǔn)點(diǎn)可靠度、出行時(shí)間可靠度以及載客數(shù)量可靠度這4個(gè)指標(biāo)對(duì)公交服務(wù)可靠度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.2.1 服務(wù)間隔可靠度
公交服務(wù)間隔指的是某線路公交車輛連續(xù)到達(dá)某一站點(diǎn)的時(shí)間間隔或車頭時(shí)距,該指標(biāo)主要由公交線路周轉(zhuǎn)時(shí)間及配車數(shù)確定,而公交線路周轉(zhuǎn)時(shí)間則由公交車輛運(yùn)行時(shí)間所確定。
公交車輛理論運(yùn)行時(shí)間Tt為:
Tt=TkS+TdNs
(2)
式中:Tt為公交理論運(yùn)行時(shí)間,min;Tk為每公里運(yùn)行時(shí)間,min;S為行駛里程,km;Td為??繒r(shí)間,min;Ns為站點(diǎn)數(shù)。
高峰理論周轉(zhuǎn)時(shí)間Tpt為:
Tpt=Tt+5
(3)
平峰理論周轉(zhuǎn)時(shí)間Tft為:
Tft=Tt×115%
(4)
公交服務(wù)間隔Sl為:
Sl=TptTft/Nve
(5)
式中:Nve為配車數(shù),輛。
服務(wù)間隔可靠度又稱線路運(yùn)轉(zhuǎn)可靠度(schedule reliability),為實(shí)際公交線路的服務(wù)間隔不超過限定值的概率,其計(jì)算公式為:
SR=P(Sl≤αSl0)
(6)
式中:SR為服務(wù)間隔可靠度;α為考慮道路、環(huán)境等因素后綜合給出的修正系數(shù),本文取α=1.5;Sl0為理論服務(wù)間隔。
式(6)中,Sl取實(shí)際觀測值,Sl0則由公交運(yùn)營企業(yè)給定或參照式(4)進(jìn)行計(jì)算。
一般認(rèn)為,市區(qū)內(nèi)公交線路服務(wù)間隔在7.5 min以內(nèi)即可視作服務(wù)可靠[6]。
1.2.2 準(zhǔn)點(diǎn)可靠度
公交準(zhǔn)點(diǎn)可靠度(on-time reliability)指在調(diào)查時(shí)段內(nèi),在動(dòng)態(tài)的交通網(wǎng)絡(luò)中,公交車輛能夠準(zhǔn)點(diǎn)到站或離站的能力。到站時(shí)刻偏離量為公交車輛實(shí)際到站時(shí)刻與計(jì)劃到站時(shí)刻之差,一般取其絕對(duì)值[7]。
公交準(zhǔn)點(diǎn)可靠度可根據(jù)到站時(shí)間偏離量來衡量,即實(shí)際到站的偏離時(shí)間小于限定值的概率,其計(jì)算公式為:
OTR=P{|σi|≤γσi0}
(7)
式中:OTR為準(zhǔn)點(diǎn)可靠度;σi為車輛到站時(shí)刻的實(shí)際偏離量;σi0為車輛到站時(shí)刻限定偏離量;γ為不同線路類型的修正系數(shù),本文取γ=1.25。
根據(jù)文獻(xiàn)[8]中“公交車輛準(zhǔn)點(diǎn)率應(yīng)達(dá)90%”的建議,結(jié)合哈爾濱市公交運(yùn)行情況的調(diào)查數(shù)據(jù),認(rèn)為到站時(shí)間偏離量在5 min以內(nèi)可視為服務(wù)可靠。
1.2.3 出行時(shí)間可靠度
出行時(shí)間通常指乘客在起訖點(diǎn)之間所消耗的時(shí)間。乘客出行時(shí)間Ttp指乘客一次出行平均所花費(fèi)時(shí)間,包括:從起始點(diǎn)步行出發(fā)—等待車輛—乘車—換乘—步行至目的地所花費(fèi)的時(shí)間。
Ttp=2Tw1+Td+Tc+Th+Tw2
(8)
式中:Tw乘客從起始點(diǎn)步行至出發(fā)站點(diǎn)的時(shí)間,min;Td為候車時(shí)間,min;Tc為乘車時(shí)間,min;Th為換乘時(shí)間,min;Tw2為乘客從到達(dá)站點(diǎn)步行至目的地所花費(fèi)的時(shí)間。
本文定義出行時(shí)間可靠度(travel time reliability)為平均出行時(shí)間小于限定值的概率,其計(jì)算公式為:
(9)
結(jié)合哈爾濱市的城市規(guī)模,認(rèn)為出行時(shí)間在40 min以內(nèi)即視為公交服務(wù)可靠。
1.2.4 載客數(shù)量可靠度
載客數(shù)量可靠度(load reliability)定義為車內(nèi)實(shí)際乘客數(shù)小于車輛限定載客容量的概率。滿載率尤其是高峰滿載率也可作為可靠性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。高峰滿載率FR指客運(yùn)高峰期間車輛在主要線路高單向高斷面載運(yùn)乘客的平均滿載程度,其計(jì)算公式為:
(10)
式中:Pmh為主線路高單向高斷面通過量,輛;Nph為車輛通過高斷面的客位數(shù)總和,人。
文獻(xiàn)[9]中對(duì)于城市公交車輛額定載客數(shù)Np的計(jì)算公式為:
Np=Nfs+SsaNas
(11)
式中:Nfs為車廂固定座位數(shù);Ssa為車廂有效站立面積,m2;Nas為每平方米車廂允許站立的人數(shù),人。
按客車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),取額定載客數(shù)為80人。公交車輛高斷面客流通過量由統(tǒng)計(jì)資料獲得,計(jì)算高峰滿載率,取最大值。高峰滿載率越高,公交的乘坐舒適性越差。
載客數(shù)量可靠度LR的計(jì)算公式為:
LR=P{pi≤λpi0}
(12)
式中:pi為車內(nèi)實(shí)際乘客數(shù),人;pi0為車輛滿載定員數(shù),人;λ為車型修正系數(shù),本文取λ=1。
通常認(rèn)為高峰滿載率在110%以內(nèi)可視為服務(wù)可靠。
系統(tǒng)效能模型[3]反映的是給定系統(tǒng)在一定條件下滿足服務(wù)要求的能力,本文采用該模型對(duì)公交服務(wù)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)系統(tǒng)效能的經(jīng)典模型為ADC模型,表達(dá)式為:
E=ADC
(13)
對(duì)于公交服務(wù)系統(tǒng),取A= 1,D=[SROTRTTRLR],C=[C1C2C3C4],則公交服務(wù)可靠性綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為
Eg=SR·C1+OTR·C2+
TTR·C3+LR·C4
(14)
式中:Eg為公交服務(wù)系統(tǒng)效能;C1為公交服務(wù)間隔權(quán)重值;C2為公交準(zhǔn)點(diǎn)率權(quán)重值;C3為乘客出行時(shí)間權(quán)重值;C4為公交載客數(shù)權(quán)重值。
本文中Eg∈(0,1),Eg值越大,公交服務(wù)的可靠性就越高。建立綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表如表1所示。當(dāng)評(píng)價(jià)指數(shù)達(dá)到A、B級(jí)水平時(shí),該公交線路服務(wù)水平較高,能充分滿足乘客的出行需求。C級(jí)水平為良好公交服務(wù)水平的下限,此時(shí)公交服務(wù)仍處于可靠范圍內(nèi),但乘客出行滿意度已明顯下降。D、E級(jí)則為不可靠公交服務(wù),此時(shí),公交服務(wù)準(zhǔn)點(diǎn)性、舒適性等特征均處于較低水平,若公交服務(wù)長期處于E級(jí)水平,則將導(dǎo)致乘客選擇其他交通方式出行。
表1 公交服務(wù)可靠性綜合評(píng)價(jià)分級(jí)Table 1 Comprehensive evaluation of bus service reliability
層次分析法在系統(tǒng)效能建模中應(yīng)用廣泛[10]。本文利用層次分析法確定公交服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重,具體步驟如下:
步驟1:分析系統(tǒng)中各因素間關(guān)系,建立評(píng)價(jià)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型,如圖1所示。
圖1 層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Hierarchical structure model
步驟2:確定判斷標(biāo)度,如表2所示。
步驟3:對(duì)同一層次各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣,記為B=(bij),其中bij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4。1,2,3,4分別與圖1中的4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng))表示對(duì)于決策目標(biāo)而言,因素i對(duì)j的相對(duì)重要性。根據(jù)對(duì)100位公交乘客的調(diào)查結(jié)果,得到相應(yīng)的bij值,則判斷矩陣為:
(15)
步驟4:根據(jù)判斷矩陣,計(jì)算各要素的優(yōu)先級(jí)向量,即判斷矩陣的特征向量。判斷矩陣為n×n矩陣,首先計(jì)算矩陣各行元素乘積的n次根:
(16)
式中:Mi=∏bij,i=1,2,3,4。
將上述計(jì)算結(jié)果正交化,得到各要素的優(yōu)先級(jí)向量:
(17)
W=(W1,W2,W3,W4)即為所求的優(yōu)先級(jí)向量。
步驟5:判斷矩陣的一致性檢驗(yàn),首先計(jì)算判斷矩陣的最大特征根:
(18)
然后計(jì)算一致性指標(biāo)CI:
表2 9級(jí)標(biāo)度法比例標(biāo)度Table 2 9-stage scaling
CI=(λmax-n)/(n-1)
(19)
引進(jìn)判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值(見表3)。最后計(jì)算一致性系數(shù)CR:
CR=CI/RI
(20)
若CR<0.1,則認(rèn)為判斷矩陣有滿意的一致性,否則需要調(diào)整判斷矩陣。
表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值Table 3 Average random consistency index
步驟6: 計(jì)算各層次對(duì)于系統(tǒng)的總排序權(quán)重,并進(jìn)行排序。最后,得到各方案對(duì)于總目標(biāo)的總排序。
本文利用層次分析軟件YAAHP,結(jié)合對(duì)乘客的問卷調(diào)查結(jié)果,通過以上步驟對(duì)公交服務(wù)可靠度各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析,得到各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)在可靠性評(píng)價(jià)體系中所占權(quán)重如表4所示。由表4可知,4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中,服務(wù)間隔對(duì)可靠性的影響最大。由分析結(jié)果還可知,一致性系數(shù)CR=0.0094,表明判斷矩陣的一致性較好。
表4 可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 4 Weight of reliability evaluation index
選取哈爾濱市具有代表性的102路公交車作為研究對(duì)象。102路公交車從香坊區(qū)的母親廣場發(fā)往道里區(qū)的防洪紀(jì)念塔,首末站均為哈爾濱市的主要景點(diǎn)。由于該公交線路途徑中央大街、樂松廣場等主要商圈以及哈爾濱市行政服務(wù)中心、醫(yī)院、學(xué)校等重要場所,日運(yùn)送客流量較大。因此,認(rèn)為其能夠反映哈爾濱市公交服務(wù)可靠程度的一般水平。
由于102路公交設(shè)置了20個(gè)公交站點(diǎn),站點(diǎn)較多。本文選取電機(jī)廠、樂松廣場、林業(yè)大學(xué)、哈師大、大發(fā)市場、中心醫(yī)院、經(jīng)緯街、哈一百8個(gè)重要站點(diǎn)作為調(diào)查站點(diǎn),根據(jù)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo),采用了跟車調(diào)查、站點(diǎn)調(diào)查及問卷調(diào)查等方法進(jìn)行調(diào)整。
3.1.1 服務(wù)間隔
102路公交車在運(yùn)行過程中,技術(shù)車速為20 km/h,平均各站點(diǎn)停靠時(shí)間為0.75 min。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,運(yùn)用式(2)~式(5)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果如表5所示。
表5 運(yùn)營計(jì)劃參數(shù)與理論服務(wù)間隔Table 5 Operational planning parameters and theoretical service interval
根據(jù)在各個(gè)公交站點(diǎn)的調(diào)查結(jié)果,得到102路上行(母親廣場—防洪紀(jì)念塔)各主要站點(diǎn)實(shí)際服務(wù)間隔,如表6和7所示。由表6、表7中可知,平峰時(shí)段各站點(diǎn)服務(wù)間隔的方差較小,而高峰時(shí)段的服務(wù)間隔的方差較大,出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。
表6公交102路高峰時(shí)段(17:00~18:00)實(shí)際服務(wù)間隔
Table 6 Bus 102’s actual service intervals in peak hours
3.1.2 到站時(shí)刻偏離量
以公交車輛到站時(shí)刻偏離量來表示公交準(zhǔn)點(diǎn)可靠度。根據(jù)文獻(xiàn)[8],取限定偏離量|σ0|=3 min。
表7公交102路平峰時(shí)段(9:00~10:00)實(shí)際服務(wù)間隔
Table 7 Bus 102’s actual service intervals in off-peak hours
調(diào)查了102路公交車各站點(diǎn)公交車輛實(shí)際到站時(shí)刻,其與調(diào)度站所提供的計(jì)劃到站時(shí)刻的絕對(duì)差值即為到站時(shí)刻偏離量。通過考察高峰時(shí)段的到站偏離量,其結(jié)果如表8所示。由表8中可知,高峰時(shí)段各站點(diǎn)到站偏離量的方差較大。
3.1.3 出行時(shí)間
從城市規(guī)模來看,哈爾濱市屬于大城市,通過對(duì)乘客公交出行時(shí)間的問卷調(diào)查,統(tǒng)計(jì)得出平均出行時(shí)間為40min。文獻(xiàn)[11]中規(guī)定,大城市的出行時(shí)間一般不超過40 min。
表8公交102路主要站點(diǎn)高峰到站偏離量表
Table8Bus102’sarrivaltimeintervalsinpeakhoursonthemainstops
序號(hào)站名高峰到站偏離量σ/min12341電機(jī)廠4.207.104.385.282樂松廣場2.651.521.480.773林業(yè)大學(xué)2.732.433.052.924哈師大1.072.100.331.185大發(fā)市場5.756.255.305.436中心醫(yī)院4.553.284.603.887經(jīng)緯街1.721.120.701.228哈一百0.851.220.701.28
通過在102路各主要公交站點(diǎn)發(fā)放調(diào)查問卷以及跟車詢問車內(nèi)乘客的方式,共調(diào)查了100名乘客的出行時(shí)間。在所調(diào)查的100名乘客中,其中82人的出行時(shí)間在40 min以內(nèi)。
3.1.4 滿載率
本文以公交滿載率來表示載客數(shù)量可靠度。調(diào)查斷面選取乘客上車后車輛離開站點(diǎn)時(shí)的斷面。表9給出了102路各主要站點(diǎn)高峰時(shí)段的斷面內(nèi)乘客數(shù)。102路公交車的滿載定員為80人,高峰時(shí)段平均人數(shù)為86人 ,由此可得高峰滿載率為107.5%。
表9公交102路主要站點(diǎn)高峰時(shí)段斷面乘客數(shù)
Table9SectionalridershipofBus102inpeakhoursonmainstops
序號(hào)站名高峰車內(nèi)乘客數(shù)/人12341電機(jī)廠879392832樂松廣場869491853林業(yè)大學(xué)918983884哈師大899379915大發(fā)市場938586916中心醫(yī)院848788877經(jīng)緯街828592838哈一百76776365
3.2.1 服務(wù)間隔可靠度
服務(wù)間隔可靠度為不大于理論間隔觀測次數(shù)同總觀測次數(shù)的比值。由式(3)、式(4)可得,102路公交高峰理論間隔為4.47 min,平峰理論間隔為5.17 min。由表5、表6可知,高峰和平峰時(shí)段的總觀測次數(shù)均為32次,高峰時(shí)段實(shí)際服務(wù)間隔不大于理論間隔的觀測次數(shù)為13次,服務(wù)間隔可靠度為0.4,對(duì)照表1可知,處于D級(jí)水平;平峰時(shí)段實(shí)際服務(wù)間隔不大于理論間隔的次數(shù)為27次,服務(wù)間隔可靠度為0.84,處于A級(jí)水平。綜合評(píng)價(jià)時(shí)取高峰時(shí)段服務(wù)間隔可靠度進(jìn)行計(jì)算。
3.2.2 準(zhǔn)點(diǎn)可靠度
準(zhǔn)點(diǎn)可靠度為高峰時(shí)段到站偏離量不大于限定偏離量的觀測次數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。由表8中可知,總觀測次數(shù)32次,其中實(shí)際高峰到站偏離量不大于限定偏離量的次數(shù)有19次,準(zhǔn)點(diǎn)可靠度為0.59,對(duì)照表1可知處于C級(jí)水平。
3.2.3 出行時(shí)間可靠度
出行時(shí)間可靠度為出行時(shí)間少于40 min的人數(shù)與調(diào)查總?cè)藬?shù)的比值。如前所述,在接受調(diào)查的100名乘客中,出行時(shí)間少于40 min的人數(shù)為82人,可知出行時(shí)間可靠度為0.82,對(duì)照表1可知處于A級(jí)水平。
3.2.4 載客數(shù)量可靠度
載客數(shù)量可靠度為高峰時(shí)段的斷面內(nèi)乘客數(shù)不大于限定偏離量的觀測次數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。102路僅容限定載客人數(shù)為80人。根據(jù)表9中可見,總觀測次數(shù)32次,載客數(shù)量不大于限定人數(shù)的有19次,載客數(shù)量可靠度為0.59,對(duì)照表1可知處于C級(jí)水平。
根據(jù)式(14)及表4所給權(quán)重,計(jì)算可得102路公交車服務(wù)可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)如表10所示。由表10中可見,102路公交服務(wù)效能為0.585,根據(jù)表1可知處于C級(jí)服務(wù)水平。
表10公交102路服務(wù)可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)
Table10ComprehensiveevaluationofBus102’sservicereliability
可靠度指標(biāo)值權(quán)重 服務(wù)效能服務(wù)間隔可靠度0.400.340.136準(zhǔn)點(diǎn)可靠度0.590.150.088出行時(shí)間可靠度0.820.260.213載客數(shù)量可靠度0.590.250.148合計(jì)1.000.585
從上述分析可看出,102路公交車在服務(wù)間隔方面可靠度為0.4,處于較差的D級(jí)水平;在準(zhǔn)點(diǎn)性及滿載率方面的可靠度均為0.59,處于可接受的范圍內(nèi),即C級(jí)水平;而在出行時(shí)間方面的可靠度相對(duì)較高,為0.82,達(dá)到A級(jí)水平。綜合來看,102路公交車服務(wù)系統(tǒng)效能為0.585,處于C級(jí)范圍,整體服務(wù)質(zhì)量可靠度依然屬于較低水平。分析其原因,主要是由于哈爾濱市大部分公交線路目前均未采用智能化調(diào)度,執(zhí)行公交時(shí)刻表的情況較差及缺乏公交專用道等原因。此外,哈爾濱市地鐵項(xiàng)目建設(shè)占用了部分道路,也降低了公交服務(wù)的可靠性。
本文結(jié)合公交服務(wù)評(píng)價(jià)ADC模型和分級(jí)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),建立了描述公交服務(wù)可靠性的系統(tǒng)效能模型?;趯哟畏治隼碚?,利用層次分析軟件建立了層次結(jié)構(gòu)模型和判斷矩陣,分析了4項(xiàng)可靠性評(píng)價(jià)因素在系統(tǒng)效能模型中所占權(quán)重并對(duì)哈爾濱市102路公交的服務(wù)可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,102路公交服務(wù)系統(tǒng)效能為0.585,服務(wù)可靠性較差。
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