淺析城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的優(yōu)化決策方法

摘 要：針對(duì)中國(guó)已經(jīng)建成并且開(kāi)通了的城市軌道交通的實(shí)踐情況，探究了建設(shè)城市軌道交通的充分與必要性，解析了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃多目標(biāo)決策問(wèn)題的內(nèi)涵，并且闡述了多目標(biāo)決策方法在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中應(yīng)用的五個(gè)優(yōu)化方法，以期為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的優(yōu)化提供理論支撐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U239.5

具有重要意義的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃決策，不僅有助于降低建設(shè)成本，最大限度地提高城市軌道交通項(xiàng)目的交通功能，還能促進(jìn)城市交通和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

鑒于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所涵蓋的內(nèi)容非常之廣泛，進(jìn)而有必要探究城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)之后，再構(gòu)建優(yōu)化決策的相關(guān)決策指標(biāo)體系。外帶城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃受影響的因素比較多，可見(jiàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化決策是一個(gè)需要綜合考慮政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、技術(shù)及國(guó)際因素等的復(fù)雜大系統(tǒng)的測(cè)評(píng)分析課題，也是一個(gè)需各方面專家參與并且是多層次、廣目標(biāo)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。故而對(duì)方案 評(píng)價(jià)、決策宜采用多層次、多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法。

1 城市需要進(jìn)行軌道交通建設(shè)的緣由

1.1 建設(shè)城市軌道交通的必要性

（1）城市日益膨脹的公共客運(yùn)交通運(yùn)量的客觀需要

1）滿足單一方向路線的峰值客運(yùn)量的需求

按照常規(guī)而言，若一個(gè)客運(yùn)交通方向上的單向高峰期客流量每小時(shí)超過(guò)5-8千人次，則此客運(yùn)交通方向上建設(shè)城市軌道交通線路就成為必然，不然勢(shì)必影響此方向上的地面常規(guī)公交線路的服務(wù)質(zhì)量，將導(dǎo)致出現(xiàn)車內(nèi)擁擠、晚點(diǎn)嚴(yán)重、車速偏低、道路堵塞等現(xiàn)象。

若一條地面常規(guī)公共線路承受不了超強(qiáng)的客流量時(shí)，亦或是為了勉強(qiáng)應(yīng)對(duì)高峰期客流量需求而犧牲乘客的切身利益（擁堵不堪、車速慢、誤時(shí)、安全隱患），勢(shì)必有必要考慮對(duì)城市軌道交通路線進(jìn)行修建，理所當(dāng)然遵循“超前預(yù)測(cè)、提前規(guī)劃、適時(shí)建設(shè)”的原則。

2）應(yīng)對(duì)城市交通整體客運(yùn)量需求.

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料可以分析預(yù)測(cè)得出，在人口密度比較大、人口絕對(duì)量相對(duì)高的發(fā)展中國(guó)家大城市的遠(yuǎn)期客運(yùn)交通發(fā)展趨勢(shì)，其攻克地面交通擁堵不堪，適應(yīng)高強(qiáng)度陣發(fā)性客流需求變化，行之有效的路徑就是建設(shè)科學(xué)合理的城市軌道交通網(wǎng)。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，城市軌道交通在城市客運(yùn)交通總量中所占有的比例還是相對(duì)比較高的，比如說(shuō)現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家的部分城市，其軌道交通完成的客運(yùn)量一般占到公共客運(yùn)交通總量的一半以上，更有甚者占據(jù)總客運(yùn)交通量的一半左右。

（2）城市客運(yùn)交通運(yùn)距需求

鑒于城市軌道交通系統(tǒng)速度快、客運(yùn)量大，進(jìn)而可以滿足較遠(yuǎn)運(yùn)輸距離的客運(yùn)需求。倘若依據(jù)乘客比較合理的在途時(shí)間為一小時(shí)而言（相對(duì)較高標(biāo)準(zhǔn)為40分鐘），城市軌道交通與地面常規(guī)公共交通的服務(wù)范圍差異不小。加大對(duì)城市軌道交通線路的建設(shè)力度，可以促使緩解城市中心區(qū)域人口高度密集的現(xiàn)狀，同時(shí)也可以通過(guò)交通的促進(jìn)來(lái)推動(dòng)城市郊區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)的發(fā)展，保障現(xiàn)代化大都市進(jìn)行科學(xué)的布局與調(diào)整。

（3）城市現(xiàn)代化發(fā)展的技術(shù)需求

城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及科學(xué)技術(shù)水平的核心體現(xiàn)是其現(xiàn)代化發(fā)展。作為其重要標(biāo)志之一的是城市交通的現(xiàn)代化?？梢哉f(shuō)城市軌道交通既是滿足城市現(xiàn)代化發(fā)展的需要，也是城市現(xiàn)代化發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。

（4）城市可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)需求

當(dāng)今城市的發(fā)展已經(jīng)步入了以“環(huán)境保護(hù)”、“資源利用”兩個(gè)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)作為考核評(píng)價(jià)指標(biāo)的時(shí)段，故而城市軌道交通系統(tǒng)必須具有環(huán)境優(yōu)化保護(hù)、資源優(yōu)化使用兩大特征，換言之，必須具備如下五個(gè)特點(diǎn)：

1）人均能源消耗、人均所占有交通用地在所有交通方式中最低；

2）公民出行的時(shí)間、費(fèi)用、服務(wù)態(tài)度等指標(biāo)最佳；

3）公民交通行為對(duì)環(huán)境造成的污染最低；

4）交通事故率最低；

5）交通對(duì)城市的科學(xué)發(fā)展起到引導(dǎo)支撐的效能。

1.2 城市軌道交通建設(shè)的充分性

無(wú)需進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)的一個(gè)城市，可以表示為一個(gè)單一的方向或長(zhǎng)途客運(yùn)大量客流的需求，也可以表示由于城市軌道交通作為城市發(fā)展的整體需求，但交通建設(shè)需要巨大的投資，較高的施工技術(shù)要求，高運(yùn)營(yíng)管理要求和設(shè)備的制造要求，但也提出了更高的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，因此，在著重強(qiáng)調(diào)城市軌道交通建設(shè)的必要性的時(shí)候，不可小覷城市軌道交通建設(shè)的充分性。

（1）經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)必須能夠滿足城市軌道交通的建設(shè)。其主要衡量指標(biāo)一般是城市整體發(fā)展水平（比如說(shuō)人均GDP、財(cái)政收入等），亦或是城市融資、償債能力。

（2）科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)必須達(dá)到城市軌道交通建設(shè)的水準(zhǔn)。城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)兼具現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)、學(xué)科的交叉整合，故而，單獨(dú)依靠國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，恐難促使其投資與運(yùn)營(yíng)成本的降低，發(fā)展得不到持續(xù)。

（3）觀念意識(shí)水準(zhǔn)必須達(dá)到城市軌道交通建設(shè)的要求。城市軌道交通系統(tǒng)的規(guī)劃指導(dǎo)必須高瞻遠(yuǎn)矚、高屋建瓴，落伍、不跟拍的思想意識(shí)勢(shì)必導(dǎo)致規(guī)劃的不妥、建設(shè)滯后、運(yùn)營(yíng)管理不科學(xué)。

2 城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的多目標(biāo)決策問(wèn)題的特點(diǎn)

城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃包括城市總體規(guī)劃深化的必要性軌道交通建設(shè)分析，流量分析和預(yù)測(cè)，軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，軌道交通系統(tǒng)的選擇和接觸碼線規(guī)劃，環(huán)境規(guī)劃，建設(shè)和土地時(shí)序分析控制規(guī)劃。它涉及到城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)問(wèn)題，

其核心問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問(wèn)題及線網(wǎng)客流需求預(yù)測(cè)，通過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)生可行方案族并篩選得到非劣方案集，進(jìn)而評(píng)價(jià)方案的潛在效益、效果及成本。

許多方面，包括其決策的內(nèi)容具體到一個(gè)城市范圍內(nèi)的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，目前還沒(méi)有深度。鑒于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃后實(shí)施的實(shí)踐比較長(zhǎng)，故而其方案必須具備如下特征：

（1）線網(wǎng)結(jié)構(gòu)匹配城市結(jié)構(gòu)形態(tài)；

（2）線網(wǎng)規(guī)模滿足客流量的要求；

（3）線網(wǎng)密度適應(yīng)人口分布特點(diǎn)；

（4）線網(wǎng)建設(shè)順序及進(jìn)度適應(yīng)城市發(fā)展方向及經(jīng)濟(jì)能力；

（5）線網(wǎng)覆蓋范圍匹配城市總體規(guī)劃。

3 多目標(biāo)決策方法在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1 層次分析法

層次分析法（AHP）進(jìn)行優(yōu)劣的主觀評(píng)價(jià)完全依靠訂貨計(jì)劃，所需的數(shù)據(jù)量很小，它需要在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)作出決定。

在運(yùn)用層次分析法，建立了兩個(gè)層次或判斷矩陣，人的主觀判斷的過(guò)程中，個(gè)人的偏好對(duì)判斷影響較大，誤判可能導(dǎo)致決策失誤，故而在使用AHP進(jìn)行決策時(shí)主觀成分比較大。

3.2 消除和選擇轉(zhuǎn)換方法

消除并選擇轉(zhuǎn)換方法（ELECTRE Ⅱ）的最大優(yōu)點(diǎn)是利用決策矩陣偏好的一部分信息和決策者的價(jià)值，直接在選定的方案進(jìn)行排序，排序的意義不僅對(duì)方案的優(yōu)劣排序，而更重要的是利于分析各方案的可能后果及其影響，以便于決策者決策。由于這種方法可以充分利用所獲得的信息為決策矩陣，解決方案可以細(xì)化和更好地提取程序進(jìn)行排序，所謂的多準(zhǔn)則決策方法，但大多停留在理論研究層面，實(shí)際應(yīng)用并不廣泛。

此方法具有以下三個(gè)方面特征：（1）相比，個(gè)別項(xiàng)目的情況低矩陣指數(shù)反映唯一的缺點(diǎn)，該方案沒(méi)有反映各指標(biāo)的整體弱點(diǎn)；（2）分選過(guò)程過(guò)于復(fù)雜。當(dāng)出現(xiàn)四個(gè)以上的替代品時(shí)，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)和弱的正相關(guān)關(guān)系圖，建立排序和反向排序，但是這是一個(gè)非常復(fù)雜和精細(xì)的工作，不方便在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)；（3）需要一個(gè)主觀參數(shù)設(shè)置過(guò)，它在分析過(guò)程中人為地引入一些參數(shù)，并且參數(shù)設(shè)置是不容易的，涉及到很多主觀不確定性的計(jì)算方法，以減少魯莽性的分析結(jié)果。

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)（模糊）不僅由對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)分值的大小來(lái)評(píng)價(jià)和排序，亦可依據(jù)模糊評(píng)價(jià)集上的值按最大隸屬度原則去評(píng)定對(duì)象所屬的等級(jí)。這是數(shù)學(xué)方法來(lái)克服團(tuán)結(jié)的傳統(tǒng)弊端的結(jié)果。

該方法簡(jiǎn)單可行，評(píng)價(jià)過(guò)程中大量應(yīng)用的主觀判斷，因?yàn)榕袛嗑哂幸欢ǖ闹饔^性的權(quán)重的因素，在一般情況下，模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于主觀信息的綜合評(píng)價(jià)方法。實(shí)踐證明，該結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性依賴于合理的選擇因素的綜合評(píng)價(jià)，因素正確的重量分布和構(gòu)成運(yùn)營(yíng)商的綜合評(píng)價(jià)。

3.4 灰色關(guān)聯(lián)法

灰色關(guān)聯(lián)度分析是結(jié)合了定性和定量分析方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，更好地解決方案是難以準(zhǔn)確量化評(píng)估和統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，不包括人為因素造成的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確。

缺點(diǎn)是與時(shí)間序列的特征所需要的采樣數(shù)據(jù)，并且只是判斷對(duì)象的優(yōu)劣做出鑒別，并不反映絕對(duì)水平。

此外，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算還需要確定的“決議”，但它并沒(méi)有一個(gè)合理的選擇標(biāo)準(zhǔn)。重量分配指標(biāo)體系，該方法評(píng)估對(duì)象的應(yīng)用是選擇恰當(dāng)與否直接影響到評(píng)估的最終結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

3.5 逼近于理想解的排序方法（TOPSIS法）

一個(gè)近排序方法簡(jiǎn)單加權(quán)法，叫做近似理想的解決方案排序方法（技術(shù)訂單Preferenceby Similarityto理想的解決方案），簡(jiǎn)稱TOPSIS法（也稱為雙基法雙點(diǎn)評(píng)價(jià)法）。該方法通過(guò)多目標(biāo)決策問(wèn)題/解決方案的理想選擇0和/負(fù)理想解0手段的使用空間，每個(gè)訂貨計(jì)劃（項(xiàng)目對(duì)象）作為空間中的一個(gè)點(diǎn)，它的中心思想所帶來(lái)的理想點(diǎn)排序是有一定模式的定義，在此模式下感覺(jué)找到一個(gè)有效的點(diǎn)，依據(jù)計(jì)算排序方案對(duì)于理想點(diǎn)的相對(duì)貼近程度來(lái)排序。

4 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)不能理解成一條一條線路的簡(jiǎn)單疊加，其在空間的布局和時(shí)間的選擇上均存在著一個(gè)優(yōu)化的問(wèn)題，只有在規(guī)劃時(shí)充分意識(shí)到這一點(diǎn)，才能杜絕出現(xiàn)線路走向不理想，換乘模式不科學(xué)，運(yùn)營(yíng)管理體制不健全，總體效益不高的尷尬局面。

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作者簡(jiǎn)介：高鵬（1958.07-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；汪鯤（1978.02-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：智能交通。

作者單位：上海儀電物聯(lián)技術(shù)股份有限公司，上海 200233；上海儀電智通信息技術(shù)有限公司，上海 200000