基于投影尋蹤法的高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址研究*

□ 朱勝雪，胡思濤，孫大利

(1.淮陰工學(xué)院 交通工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.江蘇省高速公路交通運(yùn)輸執(zhí)法總隊(duì) 京滬支隊(duì)，江蘇 淮安 223005)

高速公路作為全封閉性通道，具有快速、高效等特點(diǎn)，但對位于市郊距客運(yùn)站點(diǎn)較遠(yuǎn)的乘客而言，需要到客運(yùn)站出行，這不僅增加了乘客出行繞行距離，同時(shí)也增加了高速公路營運(yùn)班車能源消耗和尾氣排放。根據(jù)項(xiàng)目組前期調(diào)研，高速公路服務(wù)區(qū)沿線居民經(jīng)常有翻越高速護(hù)欄，攔截客運(yùn)班車，或是服務(wù)區(qū)內(nèi)上下客等現(xiàn)象，給高速公路客運(yùn)運(yùn)營管理帶來了很多安全隱患[1-2]。故研究在一定條件下，高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置客運(yùn)接駁站點(diǎn)，對于滿足高速公路服務(wù)區(qū)附近居民出行需求，保障乘客安全，拓展和豐富高速公路服務(wù)區(qū)功能等均具有重要意義。

高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站作為一個(gè)近年來逐漸形成的新生產(chǎn)物,對其布局選址理論方法研究較少。目前相關(guān)研究主要是工程應(yīng)用探討[3-5]，尚未形成具有指導(dǎo)意義的選址理論，因此深入開展高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址方法研究，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站在布局選址上可以借鑒公路客運(yùn)站的一些成熟做法，如層次分析法[6]，重心法[7]，區(qū)位分析法[8]、模糊綜合評價(jià)法[9]等理論方法。這些方法在實(shí)際運(yùn)用過程中指標(biāo)權(quán)重賦權(quán)均采用主觀方法，影響了評價(jià)結(jié)果的客觀性。

為摒除人為主觀判斷對指標(biāo)帶來的影響，本文在對高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址原則和影響因素分析基礎(chǔ)上，嘗試采用投影尋蹤評價(jià)方法構(gòu)建高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址評價(jià)模型，并以京滬高速公路淮安到徐州段服務(wù)區(qū)選址方案為例，對模型進(jìn)行求解確定客運(yùn)接駁站最佳布局選址，為高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站建設(shè)提供依據(jù)。

1 服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站定義及分類

高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站是指在高速公路服務(wù)區(qū)增設(shè)一個(gè)客運(yùn)接駁點(diǎn)，為過往的班車提供上下客和服務(wù)設(shè)施的場所。課題組通過對國內(nèi)已建設(shè)運(yùn)營的濟(jì)青高速刁鎮(zhèn)客運(yùn)站、常臺高速天臺服務(wù)區(qū)、滬寧高速黃栗墅服務(wù)區(qū)等客運(yùn)接駁站調(diào)研分析，基于接駁站功能、設(shè)施設(shè)置情況等因素，將高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站主要分為兩類。

①汽車客運(yùn)站模式。在服務(wù)區(qū)設(shè)有一定規(guī)模的實(shí)體站點(diǎn)，如圖1所示。站內(nèi)配備必要的售票、檢票、安檢設(shè)施設(shè)備和候車廳，其它設(shè)施與服務(wù)區(qū)共享[4]。在運(yùn)行方面，客運(yùn)接駁站采用封閉式管理，乘客通過必要的安檢，然后在候車廳等待上車。這類客運(yùn)接駁站點(diǎn)需要占用服務(wù)區(qū)的場地較大，同時(shí)客運(yùn)接駁站需有便捷的交通設(shè)施與之銜接，以方便周邊的居民乘車。

圖1 客運(yùn)站模式示意

②簡易候車點(diǎn)模式。在服務(wù)區(qū)沒有固定的物理空間，僅僅通過標(biāo)志標(biāo)線劃定一塊區(qū)域作為泊車空間和候車空間，如圖2所示。在運(yùn)行方面，采用定制班車與客運(yùn)班線車輛銜接模式，乘客在客運(yùn)站由接駁班車運(yùn)送至服務(wù)區(qū)候車劃線區(qū)域后直接與目標(biāo)客運(yùn)班線車輛進(jìn)行對接，候車時(shí)間往往較短。這類服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站的靈活性強(qiáng)，費(fèi)用低，但是對定制班車與客運(yùn)班線車輛的銜接時(shí)間要求較高。如果出現(xiàn)長時(shí)間的候車，可能導(dǎo)致乘客的滿意度下降和客流量的減少。

圖2 簡易候車點(diǎn)模式示意

2 選址原則及評價(jià)體系建立

2.1 客運(yùn)接駁站選址原則

為保證高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址科學(xué)合理及經(jīng)濟(jì)性，一般需遵循以下原則。

①客運(yùn)接駁站選址應(yīng)與城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，盡可能減少客運(yùn)接駁站建成運(yùn)營后產(chǎn)生的噪音、污染對周邊環(huán)境的影響。

②適應(yīng)旅客需求。客運(yùn)接駁站選址應(yīng)選擇有一定規(guī)模的潛在客流的服務(wù)區(qū)，以保證建成運(yùn)營后的社會經(jīng)濟(jì)效益，避免接駁站被閑置造成資源浪費(fèi)。

③客運(yùn)接駁站周邊有便捷的交通設(shè)施?？瓦\(yùn)接駁站選址要考慮旅客的便捷性，接駁站外有通往市區(qū)的道路和公共交通,方便乘客的集散。

④客運(yùn)接駁站應(yīng)在路基比較平緩、有比較寬闊的停車場地的地方選址。

⑤重視現(xiàn)有服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)施的利用改造，節(jié)約建設(shè)投資。接駁站選址時(shí)，應(yīng)充分考慮利用現(xiàn)有服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)施， 如餐廳、廁所等公共設(shè)施可以和服務(wù)區(qū)共享。

2.2 服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站選址評價(jià)指標(biāo)體系

高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站的選址涉及因素較多，且存在相互作用關(guān)系，為充分剖析接駁站設(shè)置影響因素，本文將從供給、周邊配套設(shè)施和客運(yùn)需求三方面著手對客運(yùn)接駁站選址進(jìn)行分析，并建立滿足實(shí)際站點(diǎn)選址的評價(jià)體系。

①供給方面。

工程投資費(fèi)用作為運(yùn)輸企業(yè)的成本，其投入多少直接影響將來客運(yùn)企業(yè)的收益；服務(wù)區(qū)富余面積多少直接決定了是否可以建設(shè)客運(yùn)接駁站以及接駁站的規(guī)模。

②周邊配套設(shè)施。

周邊公路等級、路面情況、公共交通條件等客運(yùn)站基礎(chǔ)設(shè)施，直接影響乘客乘車的舒適性及安全性，也是影響其運(yùn)作效率的重要因素。

③客運(yùn)需求。

周邊居民出行需求作為影響客運(yùn)接駁站選址的主要因素，居民數(shù)量越多，潛在客流量就越大，客運(yùn)接駁站開通后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越高。同時(shí)接駁站開通后，也會帶來部分誘增交通，接駁站與城市客運(yùn)站距離越近，吸引的比例越高。

根據(jù)以上客運(yùn)接駁站選址影響因素的分析，構(gòu)建四級指標(biāo)體系的選址方案評價(jià)，包括目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)、指標(biāo)層(C)，方案層，通過層層遞進(jìn)，賦權(quán)選擇，剔除人為主觀因素干擾。

圖3 高速公路客運(yùn)接駁站評價(jià)指標(biāo)體系

接駁站建設(shè)費(fèi)用C1：指高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站建設(shè)的工程預(yù)算費(fèi)用，單位為萬元。

服務(wù)區(qū)富余面積C2：指服務(wù)區(qū)可以用于建設(shè)客運(yùn)接駁站的土地面積，單位為m2。

對城市環(huán)境影響程度C3：可用環(huán)境污染治理費(fèi)表示，單位為萬元。

與周邊路網(wǎng)銜接度C4：表示客運(yùn)接駁站周邊道路網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)施水平，用客運(yùn)接駁站出入口與服務(wù)區(qū)周邊等級公路的直線距離來衡量，單位為km。

與公共交通協(xié)調(diào)性C5：表示客運(yùn)接駁站與既有的公共交通設(shè)施配合程度，用客運(yùn)接駁站出停車場與最近公交站點(diǎn)距離來衡量，單位為km。

潛在的旅客運(yùn)輸量C6：反映客運(yùn)接駁站規(guī)劃年度所吸引范圍內(nèi)客運(yùn)量，用客運(yùn)接駁站吸引區(qū)域內(nèi)的人口表示，單位為萬人。

與其他客運(yùn)站的距離C7：反映客運(yùn)接駁站選址對其他客運(yùn)站運(yùn)營的影響，用接駁站與最近的城市客運(yùn)站距離表示，單位為km。

3 選址模型構(gòu)建

客運(yùn)接駁站選址因素分析基礎(chǔ)上，采用投影尋蹤法，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，通過指標(biāo)極小化，得到能反映高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和特征的投影，從而獲取綜合評價(jià)指數(shù)，作為指導(dǎo)接駁站選址指標(biāo)。影響高速公路客運(yùn)接駁站選址因素較多，在客運(yùn)接駁站選址因素分析基礎(chǔ)上，采用投影尋蹤法對選址方案進(jìn)行必選。模型構(gòu)建主要過程如下[10-11]。

①評價(jià)指標(biāo)原始值的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)

(2)

式中：xij為評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xmax(i)、xmin(i)分別為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的最大值、最小值。

②構(gòu)造投影目標(biāo)函數(shù)。

設(shè)a=(a1，a2，…，am)為單位投影方向向量。則方案j的綜合線性投影特征值Zj的構(gòu)造為

(3)

式中，ai是投影方向矢量a的i分量，a=(a1，a2，…，am)是m維單位矢量。

在綜合投影值時(shí)，要求投影點(diǎn)之間盡可能散開，基于此構(gòu)造類間距離：

(4)

構(gòu)造類內(nèi)密度：

(5)

構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)：

Q(a)=S(a)·D(a)

(6)

式中，Z*為綜合投影特征值Zj的均值；Rjk為方案j和k的綜合特征值Zj和Zk之間的距離； R為密度的窗寬；f(R-Rjk)為單位階躍函數(shù)，當(dāng)R≥Rjk時(shí)，函數(shù)值為1；當(dāng)R

③優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。

通過求解投影指標(biāo)函數(shù)最大化來估計(jì)最佳投影方向。當(dāng)Q(a)取得最大值時(shí)所對應(yīng)的方向a就是最佳投影方向矢量。

即：

maxQ(a)=S(a)·D(a)

(7)

④構(gòu)建客運(yùn)接駁站選址方案綜合評價(jià)指數(shù)C。

(8)

4 實(shí)例分析

以京滬高速淮安至徐州段為例，從南向北依次有淮安六洞服務(wù)區(qū)、淮安市川星服務(wù)區(qū)、沭陽服務(wù)區(qū)、新沂服務(wù)區(qū)4個(gè)服務(wù)區(qū)，根據(jù)選址可能涉及的因素，建立不同服務(wù)區(qū)影響因素評價(jià)體系，并采用基于遺傳算法的投影尋蹤模型確定客運(yùn)接駁站選址。

表1 各高速公路客運(yùn)接駁站方案評價(jià)指標(biāo)一覽表

利用MATLAB 編程處理數(shù)據(jù)，選定父代初始種群規(guī)模N= 800，交叉概率pc = 0.8，變異概率pm =0.2，α =0.1，通過迭代運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)400次遺傳迭代后函數(shù)均值和最優(yōu)解基本相同。此時(shí)得出最佳投影向量a=(0.3665，0.0012，0.3343，0.4672，0.1584，0.4423，0.5612)，投影指標(biāo)函數(shù)最大值為0.4829，則各方案綜合評價(jià)指數(shù)方案1最高，即綜合各個(gè)指標(biāo)，方案1選址方案最優(yōu)。

圖4 經(jīng)過400次迭代后均值和最優(yōu)解的變化

表2 各客運(yùn)接駁站選址方案綜合評價(jià)指數(shù)一覽表

5 結(jié)論

高速公路服務(wù)區(qū)客運(yùn)接駁站對于提高旅客出行效率具有重大意義，科學(xué)合理的選址是保證其高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。論文通過探討客運(yùn)接駁站選址所涉及的影響因素，建立起摒除主觀因素為主導(dǎo)的選址評價(jià)體系。并基于投影追蹤法獲取最佳綜合評價(jià)指數(shù)，作為選址評判標(biāo)準(zhǔn)，形成了更為科學(xué)合理、可操作的多因素綜合評判方法，對于實(shí)際客運(yùn)接駁站選址具有重要的借鑒意義。