基于復(fù)合物元法的交叉口公交信號(hào)優(yōu)先評(píng)價(jià)模型

謝 璐， 魏 明， 孫 博， 朱堯堯

(南通大學(xué) 交通學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

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基于復(fù)合物元法的交叉口公交信號(hào)優(yōu)先評(píng)價(jià)模型

謝 璐， 魏 明， 孫 博， 朱堯堯

(南通大學(xué) 交通學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

交叉口公交信號(hào)優(yōu)先是提高公交運(yùn)行可靠性的重要措施. 針對(duì)現(xiàn)有研究較少涉及評(píng)估其方案優(yōu)劣的缺陷，本文提出一種交叉口公交信號(hào)優(yōu)先的復(fù)合物元評(píng)價(jià)模型. 首先，建立交叉口公交優(yōu)先的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定每個(gè)指標(biāo)為成本型、效益型、固定型和區(qū)間型. 其次，構(gòu)建交叉口公交信號(hào)優(yōu)先的復(fù)合物元評(píng)價(jià)矩陣，對(duì)其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，利用信息熵理論，刻畫(huà)測(cè)度指標(biāo)的不確定性，計(jì)算復(fù)合物元權(quán)重系數(shù)，在此基礎(chǔ)上確定每個(gè)方案綜合測(cè)度的復(fù)合關(guān)聯(lián)熵物元，從而評(píng)估其優(yōu)劣. 最后，以某交叉口公交信號(hào)優(yōu)先管理為例，驗(yàn)證了模型和算法的有效性.

交叉口公交信號(hào)優(yōu)先； 復(fù)合物元法； 評(píng)價(jià)模型

優(yōu)先發(fā)展公交是緩解大、中城市道路交通擁堵的根本，公交信號(hào)優(yōu)先是它的一個(gè)重要措施. 該措施能減少公交車(chē)在交叉口的停車(chē)次數(shù)和延誤時(shí)間，提高公交服務(wù)水平，從而有效地吸引更多居民選擇公交出行. 公交信號(hào)優(yōu)先一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注.

根據(jù)公交信號(hào)優(yōu)先的控制目標(biāo)、作用范圍，其被劃分為單交叉口、干線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)三大類(lèi). 目前，該領(lǐng)域的研究成果主要集中在公交優(yōu)先信號(hào)的控制理論和方法[1-4]，主要解決根據(jù)小汽車(chē)和公交車(chē)的到達(dá)率計(jì)算1個(gè)或多個(gè)交叉口的公交優(yōu)先配時(shí)方案. 然而，如何評(píng)估上述模型計(jì)算結(jié)果的優(yōu)劣尚未多見(jiàn). 該研究可以借鑒公交、交通控制、交通安全等方面的微宏觀評(píng)價(jià)思路，如采用模糊、灰色、層次分析法、主成份分析法、專(zhuān)家調(diào)查法等方法[5-8]. 這些方法忽略評(píng)價(jià)對(duì)象涉及的指標(biāo)屬性之間矛盾性和關(guān)聯(lián)性，與實(shí)際不相符合[9].

針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，結(jié)合交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案評(píng)估的現(xiàn)實(shí)需求，本文從道路通行能力、行車(chē)延誤和環(huán)境保護(hù)3個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建其多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用復(fù)合物元法綜合判斷其優(yōu)劣，并結(jié)合算法分析驗(yàn)證了模型和算法的有效性.

1 構(gòu)建交叉口公交信號(hào)優(yōu)先的評(píng)價(jià)指標(biāo)

選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)是評(píng)估交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案的核心. 從道路通行能力、行車(chē)延誤和環(huán)境保護(hù)等視角出發(fā)，分析影響交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案選擇的綜合評(píng)價(jià)因素集，如圖1所示，其中：社會(huì)車(chē)輛和公交車(chē)平均延誤時(shí)間、車(chē)輛停車(chē)率、人均停車(chē)次數(shù)和人均碳排放量是成本型指標(biāo)；客流通行能力是效益型指標(biāo)；除了人均停車(chē)次數(shù)、車(chē)輛停車(chē)率、人均碳排放量之外，其他指標(biāo)均是區(qū)間型指標(biāo).

2 交叉口公交信號(hào)優(yōu)先的復(fù)合物元評(píng)價(jià)模型

物元是利用序三元組R=(N,C,V)刻畫(huà)事物的基本元，其中:N為事物，C為特征，V為特征的量值. 若?c∈V具有不確定性，便稱(chēng)R為熵物元. 如果熵物元R的N為方案，C為信息熵，R中共m個(gè)方案，則m個(gè)方案的復(fù)合物元記為RmH.

圖1 交叉口信號(hào)公交優(yōu)先方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

針對(duì)影響交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案優(yōu)劣的眾多因素具有不確定性和模糊性，基于復(fù)合物元方法，建立其綜合評(píng)價(jià)測(cè)度模型，主要步驟如下[10]：

步驟1 構(gòu)建復(fù)合物元的評(píng)價(jià)矩陣. 如圖1所示，共有m個(gè)交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案，涉及n個(gè)影響因素，利用復(fù)合物元Rmn描述它們的指標(biāo)及其相應(yīng)量值.

(1)

式中：Mi為第i個(gè)交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案；Cj為該方案的第j項(xiàng)指標(biāo)，與其相應(yīng)的量值用xij表示.

步驟2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理. 交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案的n個(gè)指標(biāo)含義、計(jì)算方法和量綱不同，如：J+={效益型指標(biāo)}、J-={成本型指標(biāo)}、Jfixed={固定型指標(biāo)}和Jint erval={區(qū)間型指標(biāo)}，使各指標(biāo)有公度性，必須對(duì)其量值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

i=1,2,…,n;j∈J+

(2)

i=1,2,…,n;j∈J-

(3)

i=1,2,…,n;j∈Jfixed

(4)

uij=

i=1,2,…,n;

j∈Jint erval

(5)

根據(jù)式(2)～(5)，對(duì)式(1)中Rmn的xij進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，處理后的復(fù)合物元矩陣如下所示.

(6)

步驟3 確定交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案的指標(biāo)不確定復(fù)合物元權(quán)重系數(shù)Rwj，如式(7)所示，計(jì)算過(guò)程詳細(xì)見(jiàn)步驟1)～3).

(7)

(8)

步驟4 根據(jù)式(6)和(7)，構(gòu)成m個(gè)交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案綜合測(cè)度的復(fù)合關(guān)聯(lián)熵物元RmH，如式(9)所示.

(9)

由上可知，根據(jù)m個(gè)方案的綜合測(cè)度值Hi進(jìn)行大小排序，其值越大表示該交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案越好，從而選擇一個(gè)最佳方案.

3 案例分析

根據(jù)某交叉口公交優(yōu)先的現(xiàn)實(shí)需求，利用公交優(yōu)先控制模型計(jì)算5個(gè)信號(hào)配時(shí)方案M1、M2、M3、M4和M5，匯總它們的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，受篇幅限制本文省略. 根據(jù)式(2)～(5)把各測(cè)度指標(biāo)的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，獲得復(fù)合物元矩陣Rmn及其測(cè)度指標(biāo)權(quán)重系數(shù)Rwj如下所示.

Rwi=

由式(9)，計(jì)算得到復(fù)合關(guān)聯(lián)熵物元

從中可知5個(gè)方案的綜合測(cè)度值Hj的大小. 排序結(jié)果見(jiàn)表1所示，方案M1的數(shù)值最大，因此它是最優(yōu)方案.

表1 各方案的綜合測(cè)度結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

公交信號(hào)優(yōu)先是實(shí)施公交優(yōu)先戰(zhàn)略的有效措施，對(duì)提高公交服務(wù)水平具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義. 現(xiàn)有研究尚未系統(tǒng)地評(píng)估公交信號(hào)優(yōu)先方案的優(yōu)劣，本文以交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案優(yōu)劣評(píng)估為研究對(duì)象，從行車(chē)延誤、道路通行能力和環(huán)保相關(guān)參數(shù)3個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建了其評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用復(fù)合物元法進(jìn)行評(píng)估，避免了常規(guī)評(píng)價(jià)方法無(wú)法克服評(píng)價(jià)對(duì)象涉及的指標(biāo)屬性之間矛盾性和關(guān)聯(lián)性的不足. 然而，本文研究?jī)H有一個(gè)決策者評(píng)價(jià)公交信號(hào)優(yōu)先方案的優(yōu)劣，其有限的評(píng)估經(jīng)驗(yàn)決定了結(jié)果的片面性，可綜合考慮不同決策者之間經(jīng)驗(yàn)從而更加全面地評(píng)價(jià)交叉口公交信號(hào)優(yōu)先方案的優(yōu)劣，下一步的研究方向是探討復(fù)合物元法和多屬性決策方法的公交優(yōu)先評(píng)價(jià)問(wèn)題.

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A New Model of Evaluating Bus Signal Priority Plans based on the Composite Element Method

XIE Lu, WEI Ming, SUN Bo, ZHU Yao-yao

(School of Transportation, NANTONG University, Jiangsu Nantong, 226019, China)

This paper proposed a composite element evaluation model for selecting intersection’ bus signal priority plans. First, an evaluation index system for bus signal priority was developed to determine the type of each index, including cost, benefit, fixed type and interval. Secondly, an evaluation matrix of composite element for bus signal priority was proposed using information entropy theory to describe uncertainty of portray indices in order to calculate the composite element weighting coefficients determined. Then, the values of the composite relational entropy element for all plans were estimated, and the best one was identified. Finally, an empirical study for intersection’ bus signal priority was conducted to verify the validity of the model and algorithm.

bus signal priority; composite element method; evaluation model

10.13986/j.cnki.jote.2015.05.005

2015- 03- 17.

江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(13KJB580008);江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技項(xiàng)目(2013ZD38); 南通科技計(jì)劃項(xiàng)目(BK2014059)；南通大學(xué)自然科學(xué)基金(12Z046,13ZJ004);南通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(2014118)

謝璐(1992—),女,本科 ,研究方向?yàn)楣步煌? E-mail： 2519873249@qq.com.

U 491.1

A

1008-2522(2015)05-24-03