城市軌道交通單線服務(wù)水平評價(jià)方法與應(yīng)用

郭延永, 劉 攀, 吳 瑤, 馬超群

(1.東南大學(xué) 交通學(xué)院,江蘇 南京 210096; 2. 英屬哥倫比亞大學(xué) 土木工程系,加拿大 溫哥華 V6T 1Z4; 3.長安大學(xué) 公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

城市軌道交通單線服務(wù)水平評價(jià)方法與應(yīng)用

郭延永1,2, 劉 攀1, 吳 瑤1, 馬超群3

(1.東南大學(xué) 交通學(xué)院,江蘇 南京 210096; 2. 英屬哥倫比亞大學(xué) 土木工程系,加拿大 溫哥華 V6T 1Z4; 3.長安大學(xué) 公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

為了對城市軌道交通服務(wù)水平進(jìn)行客觀定量的評價(jià),文章構(gòu)建了城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)體系,提出了基于屬性識(shí)別理論的城市軌道交通服務(wù)水平綜合評價(jià)模型。將軌道交通服務(wù)水平劃分為4級,應(yīng)用變異系數(shù)法確定指標(biāo)權(quán)重;根據(jù)單指標(biāo)屬性測度值與多指標(biāo)綜合屬性測度值,利用置信度準(zhǔn)則識(shí)別城市軌道交通服務(wù)水平。以西安市地鐵2號線為對象,運(yùn)用該模型對其服務(wù)水平進(jìn)行了評價(jià),結(jié)果表明,西安市軌道交通服務(wù)水平屬于二級。利用所提出的評價(jià)模型,不僅可客觀獲得城市軌道交通服務(wù)水平級別,而且能鑒別影響城市軌道交通服務(wù)水平的限制因素,為城市軌道交通運(yùn)營階段提高服務(wù)水平提供理論支持。

交通工程;城市軌道交通;服務(wù)水平;屬性識(shí)別;變異系數(shù)

0 引 言

城市軌道交通作為一種大運(yùn)量、快速和安全的交通方式,吸引了大量的乘客。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,居民在選擇出行方式時(shí)往往更加注重客運(yùn)服務(wù)的整體質(zhì)量,即對安全性、快捷性和舒適性等客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求[1-2]。軌道交通服務(wù)水平的高低影響著乘客選擇軌道交通的偏好,從而影響軌道交通客流量,并進(jìn)一步影響到軌道交通運(yùn)營方案。因此,軌道交通服務(wù)水平評價(jià)的研究具有十分重要的意義,優(yōu)秀的服務(wù)水平將有利于改善軌道交通的運(yùn)營服務(wù)及軌道交通的長遠(yuǎn)發(fā)展。

目前針對軌道交通服務(wù)水平的研究較少。文獻(xiàn)[3-4]基于乘客滿意度對軌道交通服務(wù)水平進(jìn)行了研究,其研究中憑借人為主觀判斷確定的服務(wù)水平,忽視了軌道交通設(shè)施的特征和性能,不能真實(shí)反映軌道交通服務(wù)水平。已有相關(guān)研究大多是針對常規(guī)公共交通服務(wù)水平的評價(jià),主要涉及評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)方法2個(gè)方面。評價(jià)指標(biāo)體系研究是基于不同的角度構(gòu)建合理的評價(jià)體系[5-7],主要有TCRP(Transit Cooperative Research Program)提出的用于評價(jià)常規(guī)公共交通服務(wù)、設(shè)施和系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量及通行能力的技術(shù)方法,TCRP建立了服務(wù)水平評價(jià)體系[5]。此外,文獻(xiàn)[6]建立了以可達(dá)性、出行時(shí)間、可靠性、直達(dá)系數(shù)、服務(wù)頻率和客流密度等6項(xiàng)內(nèi)容為主要指標(biāo)的常規(guī)公共交通評價(jià)體系;文獻(xiàn)[7]建立了5級乘客滿意度軌道交通服務(wù)水平體系。在服務(wù)水平評價(jià)方法方面,主要是基于一定的數(shù)學(xué)方法構(gòu)建評價(jià)模型,常見的有模糊評價(jià)、隸屬度評價(jià)、灰色評價(jià)等[8-9]。例如文獻(xiàn)[9]應(yīng)用層次分析法和標(biāo)度法,分析了乘客滿意度評價(jià)指標(biāo)的層次性和綜合性特征,提出了基于模糊綜合評價(jià)法的滿意度評價(jià)模型。文獻(xiàn)[10]對公共汽車服務(wù)質(zhì)量中潛在、重要維數(shù)的集合識(shí)別進(jìn)行了研究,其方法可以定量計(jì)算服務(wù)質(zhì)量,并可比較不同公共汽車司機(jī)之間的服務(wù)水平差異。

綜上所述,目前在公共交通服務(wù)水平方面的研究成果較多,并且有了專門針對公共交通通行能力和服務(wù)質(zhì)量手冊,然而針對軌道交通的研究很少。軌道交通是一種非盈利快速大運(yùn)量的公共交通方式,無論其運(yùn)營特征、附屬設(shè)施,還是票制票價(jià)等都與常規(guī)公共交通相差懸殊。因此,常規(guī)公共交通服務(wù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系不能單純地應(yīng)用于軌道交通服務(wù)水平評價(jià)研究中;而模糊評價(jià)方法會(huì)出現(xiàn)分類不清、結(jié)果不合理的問題,灰色關(guān)聯(lián)分析則是依據(jù)服務(wù)水平指標(biāo)比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)度,得出與理想服務(wù)水平的遠(yuǎn)近程度,再用它來判斷公共交通服務(wù)水平,評價(jià)結(jié)果并不能很好地反映現(xiàn)實(shí)情況。

本文以屬性識(shí)別理論為基礎(chǔ),提出城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)方法,從方便性、效率性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面構(gòu)建了城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)體系;引入屬性識(shí)別理論,建立了基于屬性理論的城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)模型;以西安市地鐵2號線為例,運(yùn)用該模型對其服務(wù)水平進(jìn)行評價(jià)。

1 城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)

城市軌道交通服務(wù)水平概念不同于道路服務(wù)水平,道路服務(wù)水平主要關(guān)注對象是車輛的運(yùn)行狀況,將車輛以自由流狀態(tài)行駛定義為高水平的服務(wù),而軌道交通服務(wù)水平則更加關(guān)注其設(shè)施特性為乘客帶來的舒適和便捷程度。因此,城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)從系統(tǒng)工程的角度出發(fā),既考慮軌道交通車站、車輛、線路和其他附屬設(shè)施對乘客的影響,又應(yīng)考慮軌道交通時(shí)間價(jià)值等因素對乘客的影響。

目前軌道交通服務(wù)水平指標(biāo)相關(guān)研究較少,本文在評價(jià)指標(biāo)選取時(shí)借鑒國內(nèi)外已有的公共交通服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)[3-10],結(jié)合軌道交通系統(tǒng)自身特點(diǎn),查閱和分析軌道交通相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[11-13],并實(shí)地調(diào)研廣州、北京、上海和西安等城市軌道交通系統(tǒng),最終從方便性、效率性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面構(gòu)建了涵蓋14項(xiàng)指標(biāo)(定量與定性)的城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)指標(biāo)體系,見表1所列。表1中,步行距離是指從家(單位)到軌道交通站點(diǎn)的距離;站立時(shí)間比是指乘客從上車開始到下車,其中站立時(shí)間占在車內(nèi)時(shí)間的比例;時(shí)間價(jià)值比是指一定出行距離內(nèi)選擇軌道交通和選擇小汽車出行所需要時(shí)間的比值。

(1) 方便性指標(biāo)。該類指標(biāo)描述乘客對軌道交通運(yùn)營信息和指示信息發(fā)布及時(shí)、準(zhǔn)確與否的滿意程度,以及換乘設(shè)施和步行至地鐵站距離對乘客乘坐地鐵的方便性程度。選取的指標(biāo)有信息發(fā)布服務(wù)、步行距離和換乘方便性。

(2) 效率性指標(biāo)。軌道交通快速、準(zhǔn)時(shí)的特點(diǎn)提高了乘客的出行效率,該類指標(biāo)反映了軌道交通運(yùn)營特征為乘客提高出行效率的程度。選取的指標(biāo)有發(fā)車間隔、運(yùn)營時(shí)間、旅行速度和準(zhǔn)點(diǎn)率。

(3) 舒適性指標(biāo)。該類指標(biāo)反映軌道交通為乘客提供乘車環(huán)境的舒適程度。選取的指標(biāo)有設(shè)施舒適性、立席密度、站立時(shí)間比、車內(nèi)噪聲等級和加減速變化率。

(4) 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。該類指標(biāo)反映乘客對軌道交通的經(jīng)濟(jì)承載能力和時(shí)間價(jià)值的重視程度。選取的指標(biāo)有票價(jià)合理性和時(shí)間價(jià)值比。

表1 城市軌道交通服務(wù)水平U評價(jià)指標(biāo)體系

軌道交通服務(wù)水平等級劃分和閾值確定是評價(jià)其服務(wù)水平的關(guān)鍵問題,本文借鑒TCRP中對公共交通服務(wù)水平的劃分方法[5],將軌道交通服務(wù)水平分為4級(S1,S2,S3,S4)。本文對閾值的確定,采用專家建議法。通過對北京[14]、上海[15]和廣州[16]軌道交通相關(guān)數(shù)據(jù)以及西安市[17]地鐵2號線調(diào)查數(shù)據(jù)的分析,經(jīng)過專家評估或打分確定每個(gè)指標(biāo)相應(yīng)服務(wù)水平的閥值,參與評估的專家涉及從事軌道交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)豐富的科研工作者和工程師等。

2 城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)方法

2.1 城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)原理

屬性識(shí)別理論是對事物屬性的定性描述進(jìn)行定量化研究的數(shù)學(xué)理論[18],根據(jù)屬性識(shí)別理論,屬性綜合評價(jià)模型由單指標(biāo)屬性測度分析、多指標(biāo)綜合屬性測度分析、屬性識(shí)別分析及評分準(zhǔn)則3部分組成。本文將屬性識(shí)別理論引入城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)。城市軌道交通服務(wù)水平由方便、效率、舒適和經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)綜合確定。某一條軌道交通線路服務(wù)水平U由n個(gè)指標(biāo)進(jìn)行描述,指標(biāo)集合為I=(I1,I2, …,In),分為4個(gè)等級{S1,S2,S3,S4}(S1>S2>S3>S4),這4個(gè)等級構(gòu)成了屬性空間F的一個(gè)有序分割類。已知軌道交通服務(wù)水平每個(gè)指標(biāo)的評價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)(閾值)和其測量值,判斷U屬于哪一個(gè)等級服務(wù)水平;采用變異系數(shù)法確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,通過屬性識(shí)別理論確定單指標(biāo)屬性測度和多指標(biāo)綜合屬性測度。采用屬性識(shí)別理論綜合評價(jià)軌道交通服務(wù)水平的流程如圖1所示。

圖1 城市軌道交通服務(wù)水平綜合評價(jià)流程

2.1.1 單指標(biāo)屬性測度分析

考慮單個(gè)指標(biāo)Ii、服務(wù)水平Sk,設(shè)mi為第i個(gè)指標(biāo)Ii的測量值,當(dāng)mi∈Sk時(shí),表示mi屬于Sk,且具有屬性Sk的測度uik=u(mi∈Sk)滿足:

(1)

其中,1≤i≤14;1≤k≤4;i、k為整數(shù)。

若每個(gè)指標(biāo)服務(wù)水平閾值已知,則城市軌道交通服務(wù)水平分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為:

(2)

其中,ai1ai2>…>ai5;1≤i≤14。

屬性測度的計(jì)算是屬性綜合評價(jià)模型的關(guān)鍵,軌道交通服務(wù)水平各指標(biāo)評價(jià)屬性測度的變化復(fù)雜,分段線性測度函數(shù)不能反映其特點(diǎn),而正態(tài)分布函數(shù)的評價(jià)精度要高于線性函數(shù),本文選擇正態(tài)分布函數(shù)作為屬性測度函數(shù)。構(gòu)建的正態(tài)分布屬性測度如圖2所示。設(shè)aik～ai(k+1)為城市軌道交通服務(wù)水平體系第i個(gè)指標(biāo)的第k級服務(wù)水平取值區(qū)間。

圖2 正態(tài)分布形式屬性測度函數(shù)

設(shè)城市軌道交通服務(wù)水平第i個(gè)指標(biāo)處于S1水平的正態(tài)分布屬性測度值ui1=u(mi∈S1)為:

(3)

其中,t、μ為待估參數(shù),t>0。

(4)

對于由(4)式確定的屬性測度值uik,為保證采用以下歸一化方法,歸一化屬性測度值uik′ 為:

(5)

2.1.2 多指標(biāo)綜合屬性測度

對于城市軌道交通服務(wù)水平U,已知各個(gè)單指標(biāo)Ii(1≤i≤14)的屬性測度uik=u(mi∈Sk),采取加權(quán)和的方法,由uik綜合成U的屬性測度uk,即由單指標(biāo)屬性測度經(jīng)加權(quán)求和得到綜合屬性測度。設(shè)指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重向量w=(w1,w2,…,w14),根據(jù)單指標(biāo)屬性測度,城市軌道交通服務(wù)水平U具有屬性Sk的多指標(biāo)綜合屬性測度為:

(6)

2.1.3 屬性識(shí)別分析及評分準(zhǔn)則

屬性識(shí)別分析的目的是由綜合屬性測度uk對城市軌道交通服務(wù)水平級別做出判斷。根據(jù)置信度準(zhǔn)則,由于(S1,S2,S3,S4)為有序分割,且S1>S2>S3>S4,對置信度λ(0.5<λ<0.6),若

(7)

則認(rèn)為城市軌道交通服務(wù)水平屬于Sk0級別,即識(shí)別規(guī)則要求是強(qiáng)類應(yīng)占較大的比例。

2.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

變異系數(shù)法是直接利用各項(xiàng)指標(biāo)所包含的信息,通過計(jì)算得到指標(biāo)的權(quán)重,是一種客觀賦權(quán)的方法。采用變異系數(shù)法賦權(quán)就是根據(jù)各個(gè)指標(biāo)在所有被評價(jià)對象上分級標(biāo)準(zhǔn)值的變異程度大小來進(jìn)行賦權(quán),具體步驟如下。

(1) 利用評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)中值建立矩陣B=(bik)14×4(i=1, 2, …, 14;k=1, 2, 3, 4),由于不同指標(biāo)的量綱不同,需要對指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理,得到無量綱化標(biāo)準(zhǔn)矩陣D=(dik)14×4。其中對于效益型指標(biāo),有

(8)

對于成本型指標(biāo)，有

(9)

(2) 計(jì)算矩陣各行向量的均值與標(biāo)準(zhǔn)差,即

(10)

(11)

(3) 計(jì)算變異系數(shù),即

(12)

(4) 將變異系數(shù)歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重,即

(13)

3 實(shí)例應(yīng)用

以西安地鐵2號線為例,應(yīng)用本文方法對其服務(wù)水平進(jìn)行評價(jià)。西安市地鐵2號線于2011年9月16日投入運(yùn)營,全長約20.50 km,設(shè)17座地下車站。

根據(jù)本文提出的軌道交通服務(wù)水平評價(jià)體系,數(shù)據(jù)采集分為2個(gè)部分:

(1) 從西安市地鐵運(yùn)營公司收集相關(guān)運(yùn)營數(shù)據(jù),包括發(fā)車間隔、運(yùn)營時(shí)間、旅行速度和車輛加速度。

(2) 通過實(shí)地調(diào)查和問卷調(diào)查方式獲取。

實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)包括發(fā)車間隔、旅行速度、車內(nèi)噪聲等級和列車準(zhǔn)點(diǎn)率。問卷調(diào)查采用RP(revealed preference)調(diào)查和SP(stated preference)調(diào)查相結(jié)合的方式,RP調(diào)查內(nèi)容包括乘客的性別、年齡和工作等基本信息,以及乘客從家(單位)到地鐵站點(diǎn)的步行距離,乘客在車廂中的站立面積、乘客從上車到下車時(shí)間內(nèi)站立的時(shí)間和有座位的時(shí)間;SP調(diào)查中假定車站信息發(fā)布、換乘方便性、設(shè)施舒適性和票價(jià)合理性具有不同等級,乘客根據(jù)自己體驗(yàn)選擇不同的等級進(jìn)行打分,同時(shí)假設(shè)乘客在出行一定距離內(nèi),自己開車和乘坐地鐵分別需要的時(shí)間。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)整理結(jié)果見表2所列。

表2中,運(yùn)營時(shí)間指標(biāo)的均值并非嚴(yán)格數(shù)學(xué)意義上數(shù)值,而是地鐵在工作日的穩(wěn)定運(yùn)營時(shí)間;最小值是由于地鐵初始運(yùn)營期間,部分車站裝修工作未完成需要趕工造成的;最大值是由于節(jié)假日(如圣誕節(jié))客流量非常大,需要延長運(yùn)營時(shí)間。采用各個(gè)指標(biāo)的均值作為評價(jià)其服務(wù)水平的測量值。

本文采用上述獲取的數(shù)據(jù),利用提出的屬性識(shí)別模型對其服務(wù)水平進(jìn)行評價(jià)。

(1) 根據(jù)(4)式、(5)式,計(jì)算得到各指標(biāo)屬性測度,見表3所列。

(2) 根據(jù)(8)～(13)式,計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重,見表3所列。

(3) 根據(jù)(6)式和表3中單指標(biāo)屬性測度,計(jì)算準(zhǔn)則層多指標(biāo)綜合屬性測度,見表4所列。

(4) 依據(jù)(7)式,判定西安市地鐵2號線的服務(wù)水平級別。

取λ為0.5,根據(jù)置信度準(zhǔn)則可得出西安市地鐵2號線服務(wù)水平為二級(S2),并且接近一級服務(wù)水平;各準(zhǔn)則層屬性中,方便性為二級(S2),效率性為二級(S2),舒適性為二級(S2),經(jīng)濟(jì)性為一級(S1)。

表2 西安市地鐵2號線服務(wù)水平參數(shù)

表3 單指標(biāo)屬性測度與權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表4 城市軌道交通服務(wù)水平綜合評價(jià)結(jié)果

從各評價(jià)指標(biāo)綜合屬性測度分析可以發(fā)現(xiàn)制約其服務(wù)水平的因素如下:影響方便性的限制因素是換乘方便性;影響效率性的限制因素是運(yùn)營時(shí)間;影響舒適性的限制因素是車內(nèi)噪聲;影響經(jīng)濟(jì)性的限制因素是票價(jià)合理性。

以上結(jié)果符合西安市實(shí)際情況。西安市地鐵2號線由于剛開通運(yùn)營,軌道交通沒有形成網(wǎng)絡(luò)化效應(yīng),步行距離較長,換乘也不方便;并且在開通初期,由于個(gè)別車站需要裝修等問題,其運(yùn)營時(shí)間比較短,發(fā)車間隔也不穩(wěn)定;另一方面為了吸引客流,其票價(jià)為起步2元(6個(gè)區(qū)間),全程5元,這一票價(jià)在西安市是普遍可以接受的。從以上幾方面分析,西安市地鐵2號線屬于二級服務(wù)水平,但隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的形成,步行距離將會(huì)減小,更多的換乘站點(diǎn)也會(huì)使換乘越來越方便,節(jié)省時(shí)間作用會(huì)越來越突出,其服務(wù)水平將逐漸轉(zhuǎn)向一級。

4 結(jié) 論

(1) 從方便性、效率性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面構(gòu)建了涵蓋14項(xiàng)指標(biāo)的城市軌道交通服務(wù)水平評價(jià)體系,并結(jié)合調(diào)查分析和專家打分確定每個(gè)指標(biāo)的閾值。

(2) 通過引入屬性理論,建立了基于屬性識(shí)別理論的城市軌道交通服務(wù)水平綜合評價(jià)模型。該模型不僅可以客觀地評價(jià)軌道交通服務(wù)水平級別,還可以鑒別影響城市軌道交通服務(wù)水平的限制因素。

(3) 以西安市地鐵2號線為例,應(yīng)用本文提出的方法對其服務(wù)水平進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明,西安市地鐵2號線服務(wù)水平為二級,影響方便性的限制因素是換乘方便性,影響效率性的限制因素是運(yùn)營時(shí)間,影響舒適性的限制因素是車內(nèi)噪聲,影響經(jīng)濟(jì)性的限制因素是票價(jià)合理性。該模型得出的結(jié)論符合西安實(shí)際情況,說明了模型的有效性與實(shí)用性。

(4) 本文僅是對單線軌道交通服務(wù)水平的評價(jià),隨著軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化,其不同線路之間相互作用,服務(wù)水平評價(jià)將不單單依靠本文的指標(biāo)體系和方法,這將是今后研究的重點(diǎn);另外安全性評價(jià)將是城市軌道交通服務(wù)水平中一個(gè)重要的組成部分,在未來研究中需進(jìn)一步考慮。

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(責(zé)任編輯 張淑艷)

Evaluation method for service level of urban rail transit and its application

GUO Yanyong1,2, LIU Pan1, WU Yao1, MA Chaoqun3

(1.School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2.Dept. of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver V6T1Z4, Canada; 3.School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

In order to evaluate the level of service(LOS) of urban rail transit, the LOS evaluation system of urban rail transit was constructed, and a comprehensive evaluation model for LOS evaluation of urban rail transit based on attribute recognition theory was proposed. LOS of urban rail transit was divided as four levels, and the weight of each index was decided by variation coefficient method. The LOS of urban rail transit was determined on the basis of the attribute measures of both single and multiple indexes by using the confidence criterion. The evaluation model was used to evaluate the LOS of Xi’an Metro Line 2. The result shows that the LOS of Xi’an Metro Line 2 belongs to the second level. The proposed evaluation model not only provides the LOS of urban rail transit, but also identifies the limitation factors of it. The findings can provide theoretical support for improving the LOS of urban rail transit at the operational phase.

traffic engineering; urban rail transit; level of service(LOS); attribute recognition; variation coefficient

2015-09-09；

2016-12-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51322810)

郭延永(1985-),男,河北邢臺(tái)人,東南大學(xué)博士,英屬哥倫比亞大學(xué)博士后訪問學(xué)者; 劉 攀(1979-),男,江蘇揚(yáng)州人,博士,東南大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.03.018

U491.17

A

1003-5060(2017)03-0384-06