交通強國背景下的城市智慧交通評價指標(biāo)體系研究

楊偉，祝凱

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽廬峰交通科技有限公司，安徽 合肥 230088）

1 引言

建設(shè)交通強國是以習(xí)近平同志為核心的黨中央立足國情、著眼全局、面向未來做出的重大戰(zhàn)略決策。智慧交通作為交通強國建設(shè)的重要著力點，是今后我國長期交通建設(shè)的重點發(fā)展方向。智慧交通以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)的交互融合為原則，以信息發(fā)布的及時性和可獲得性為目標(biāo)，對城市每時每刻成百上千的動態(tài)交通數(shù)據(jù)進行實時前端感知、識別、采集、后端融合處理和反饋，以實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的高效化、實時化、協(xié)調(diào)化、便捷化。

根據(jù)2019 年國務(wù)院印發(fā)的《交通強國建設(shè)綱要》，“建設(shè)交通強國是以習(xí)近平同志為核心的黨中央立足國情、著眼全局、面向未來做出的重大戰(zhàn)略決策，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的先行領(lǐng)域，是全面建成社會主義現(xiàn)代化強國的重要支撐，是新時代做好交通工作的總抓手”。截止至2022 年，全國已有13 個省級地區(qū)被交通運輸部授予交通強國建設(shè)試點地區(qū)，以安徽省為例，根據(jù)交通運輸部批復(fù)的試點通知，交通強國建設(shè)主要有四大主題，分別是“推進皖南交旅融合發(fā)展”“提升合肥作為綜合交通樞紐輻射能力建設(shè)”“支撐鄉(xiāng)村振興發(fā)展”和“推動智慧交通技術(shù)應(yīng)用”。

智慧交通以關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新為引領(lǐng)，以智慧交通建設(shè)為著力點，充分發(fā)揮智慧交通技術(shù)在交通強國戰(zhàn)略實施中的作用，通過技術(shù)引領(lǐng)和科技創(chuàng)新，不僅能夠全面提升交通運輸行業(yè)的發(fā)展質(zhì)量，而且對于解決城市環(huán)境污染、交通擁堵等相關(guān)社會難題，也提供了新思路和新方法。目前各地廣泛開展智慧交通建設(shè)等“新基建”，以技術(shù)應(yīng)用推動行業(yè)發(fā)展，在我國交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”，助力我國邁入世界級交通強國隊伍的同時，加大對未來交通新技術(shù)的研究運用。通過科技創(chuàng)新，在交通行業(yè)各個領(lǐng)域中積累一定的新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)，為后續(xù)交通運輸發(fā)展建構(gòu)起強大的資源保障利用體系，并在相當(dāng)長的時間內(nèi)引領(lǐng)世界交通運輸發(fā)展潮流，使其成為交通強國建設(shè)的重要戰(zhàn)略支柱。

2 城市智慧交通評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)的選取原則

在交通運輸部發(fā)布的《交通強國建設(shè)評價指標(biāo)體系》中，圍繞“安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟”五大方面內(nèi)容給出了1 項國家綜合指標(biāo)、5 項行業(yè)指標(biāo)和31項省級指標(biāo)，因為我國幅員遼闊，地區(qū)間、城鄉(xiāng)間以及行業(yè)間均存在發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀，如若僅僅依據(jù)交通運輸部評價指標(biāo)，針對某一地區(qū)或者某一城市智慧交通發(fā)展水平進行評價未免有失偏頗。因此在總結(jié)分析部級指標(biāo)的基礎(chǔ)上，針對不同城市、不同地區(qū)智慧交通發(fā)展水平差異，在具體的評價指標(biāo)選擇上，應(yīng)考慮以下原則。

整體性原則：評價指標(biāo)的選取應(yīng)結(jié)合具體城市智慧交通的發(fā)展規(guī)劃、項目建設(shè)、實施、運營全過程開展，包括不同層面、不同維度的評價指標(biāo)，合理劃分層次級別和指標(biāo)個數(shù)，反映交通智慧化建設(shè)項目的組織狀況、正面效益、負面風(fēng)險，只有全方位地評估才能保證評估內(nèi)容的完整性。

層次性原則：評價指標(biāo)的選擇要符合城市智慧交通建設(shè)工作分層實施、逐步推進的基本原則，要體現(xiàn)重要一級指標(biāo)的主體地位、不同級別指標(biāo)之間的層次關(guān)系，同時要更加簡化不同指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系、簡化評估過程[1]。

重點性原則：智慧交通的評價包括交通行業(yè)特點、設(shè)計方案、建設(shè)實施過程、各業(yè)務(wù)之間的流程、數(shù)字化技術(shù)等多方面的指標(biāo)，是交通行業(yè)與數(shù)字技術(shù)應(yīng)用相互交叉的評價，因此在具體的評價指標(biāo)選擇過程中應(yīng)體現(xiàn)交通智慧化和數(shù)字技術(shù)應(yīng)用這兩方面的特色和重點。

可比性原則：評價指標(biāo)體系的設(shè)立要能夠確保不同類別的智慧交通項目建設(shè)應(yīng)用具有良好的可比性。同類指標(biāo)在外部與內(nèi)部指標(biāo)體系之間能比較，同一評價指標(biāo)在不同的歷史時段應(yīng)具有可比性。

可量化性原則：關(guān)鍵的效益評價指標(biāo)要遵循可量化、可衡量的原則，評價指標(biāo)的驗證數(shù)據(jù)容易獲得，容易界定與度量，數(shù)據(jù)資料應(yīng)計算簡單、收集方便。

2.2 評價指標(biāo)的篩選與確定

2.2.1 評價指標(biāo)的篩選

不同于國家評價指標(biāo)，城市智慧交通評價指標(biāo)應(yīng)更加具體和細化，體現(xiàn)不同城市的差異性和發(fā)展水平等特點。結(jié)合國家綜合評價指標(biāo)及相關(guān)文獻資料，本文以合肥為例，從以下五個維度選擇城市智慧交通評價指標(biāo)。

交通運輸安全性。傳統(tǒng)的交通運輸安全包括貨物運輸安全和人員的出行安全，對于城市來說往往更關(guān)注人員出行的安全性，在智能交通發(fā)展的早期，事故率一直居高不下，隨著電子警察違法抓拍、智能信號系統(tǒng)的興起，人們的駕駛行為也更加文明守序，交通事故率明顯下降，因此萬車死亡率、萬車事故經(jīng)濟損失率和年特大事故起數(shù)等指標(biāo)可以度量城市智慧交通的發(fā)展水平。

基礎(chǔ)設(shè)施便捷性。城市基礎(chǔ)設(shè)施是智慧交通應(yīng)用的重要載體，完善的智能交通設(shè)施可以直觀地反映城市智慧交通發(fā)展水平，因此道路電子警察覆蓋率可以作為城市智慧交通發(fā)展水平評價指標(biāo)之一；另外新能源汽車發(fā)展勢頭迅猛，像新能源汽車覆蓋率、電子公交站牌覆蓋率、智慧停車場覆蓋率也可以作為評價指標(biāo)。

服務(wù)水平高效性。智慧交通的發(fā)展目標(biāo)之一就是為城市居民提供全方位、高效率、人性化的城市交通信息服務(wù)，在這些信息服務(wù)中最重要的就是出行服務(wù)，因此居民對交通出行的滿意度、城市道路擁堵指數(shù)、公共交通出行分擔(dān)率，可以在一定程度上反映城市智慧交通的發(fā)展水平。

交通綠色低碳性。作為碳排放主要來源的交通行業(yè)，一直是綠色環(huán)保領(lǐng)域研究的重點。縱觀世界級綠色環(huán)保城市，如丹麥的哥本哈根、荷蘭的阿姆斯特丹以及挪威的奧斯陸，這些城市無一例外在智慧交通領(lǐng)域均走在世界的前列。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，諸如城市綠色交通出行比例，城市智慧交通投資占比、城市道路交通噪聲平均值可以很好地反映城市智慧交通發(fā)展水平[2]。

交通管理水平。城市交通管理水平與智慧交通的發(fā)展水平息息相關(guān)，基于交通大數(shù)據(jù)、人工智能AI 應(yīng)用等新技術(shù)的智慧交通將能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析、問題發(fā)展態(tài)勢把握、應(yīng)對策略方案生成和實施效果預(yù)先評估等，解決以前由于數(shù)據(jù)不足、信息不暢無法實施精準(zhǔn)分析、精準(zhǔn)施策問題，助力破解城市交通難題。因此，衡量城市交通管理水平高低的智能交通信號系統(tǒng)覆蓋率、重特大事故應(yīng)急響應(yīng)時間、高峰時段城區(qū)主干路段平均車速等指標(biāo)可以作為城市智慧交通發(fā)展水平的重要參考。

2.2.2 評價指標(biāo)體系的確定

在綜合前述分析的基礎(chǔ)上，本文提出采用層次分析法來初步構(gòu)建合肥市智慧交通評價指標(biāo)體系，指標(biāo)體系的總體架構(gòu)分為評價方案目標(biāo)層（Objective）、準(zhǔn)則層（Criterion）和方案層（Plan）三層的塔式結(jié)構(gòu)。在評價指標(biāo)的初步選擇確定后進行相關(guān)的數(shù)據(jù)整理與篩分，遵循上述評價指標(biāo)選取原則，將難量化和數(shù)據(jù)調(diào)查工作量巨大的指標(biāo)予以剔除，增加新能源汽車覆蓋率、城市智慧交通投資占比等新興的可量化指標(biāo)，對評價指標(biāo)體系不斷進行優(yōu)化、完善。最后確定了合肥市智慧交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系，如表1 所示，其中合肥市智慧交通發(fā)展水平評價（O）為目標(biāo)層，共包含交通運輸安全水平（C1）、基礎(chǔ)設(shè)施便捷水平（C2）、公眾出行服務(wù)水平（C3）、交通綠色低碳水平（C4）以及城市交通管理水平（C5）五個準(zhǔn)則層。每個準(zhǔn)則層又包含相對應(yīng)的具體方案層評價指標(biāo)。

表1 合肥市智慧交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系

2.3 評價指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由表1 可知，本次選用的三級指標(biāo)較為豐富，且各指標(biāo)之間差別較大，一部分指標(biāo)如新能源汽車覆蓋率、城市智慧交通投資占比采用“百分比”為單位，另一部分如重特大事故應(yīng)急相應(yīng)時間采用“時間”為單位、高峰時段城區(qū)主干路段平均車速采用“速度”為單位。文章參考《城市道路交通管理評價指標(biāo)體系（2012 年版）》以及清華大學(xué)陳才君等編著的《智慧交通》（第二版）給出的指標(biāo)分級表對本次三級評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，如表2 所示[3]。指標(biāo)數(shù)據(jù)處理的基本原理是將評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進行指數(shù)化賦值，這樣可以讓不同計量單位、不同含義的評價指標(biāo)換算成統(tǒng)一的、可度量的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，便于后續(xù)評價指標(biāo)數(shù)據(jù)的比較和處理。處理后的指數(shù)取值區(qū)間為（0～100），最低為0，最高為100。

表2 智慧交通評價指標(biāo)區(qū)間分級表

3 城市智慧交通評價模型的構(gòu)建

3.1 評價模型的構(gòu)建思路

智慧交通建設(shè)的成效最終體現(xiàn)在城市交通數(shù)據(jù)資源整合能力、交通信息服務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展水平、城市公眾出行的應(yīng)用效果、城市交通運行狀態(tài)的改善效果以及帶來的其他社會、經(jīng)濟效益上?？傮w規(guī)劃設(shè)計的系統(tǒng)性和科學(xué)性是智慧交通建設(shè)成功的前提。城市交通大數(shù)據(jù)技術(shù)、先進的交通信息服務(wù)系統(tǒng)等新技術(shù)、新系統(tǒng)的應(yīng)用是技術(shù)保障，并且能夠有效地提高道路服務(wù)水平和交通出行效率，為城市交通和社會發(fā)展帶來實際效益是智慧交通發(fā)展的核心[3]。

以合肥市為例，將智慧交通評價目的作為主要切入點，結(jié)合評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)特點構(gòu)建合肥市智慧交通評價模型。本文構(gòu)建的智慧交通評價指標(biāo)體系有5個二級指標(biāo)和16 個三級評價指標(biāo)，其中三級評價指標(biāo)中既有定量指標(biāo)也有定性指標(biāo)，總體的指標(biāo)數(shù)據(jù)樣本量較大，考慮到上述因素，因此在評價方法的選擇和指標(biāo)權(quán)重的確定上要綜合考慮相關(guān)因素[4]。首先運用德爾菲法，確定評價指標(biāo)權(quán)重，為減少人工計算誤差，將收集到的專家打分值錄入層次分析法輔助軟件Yaanp 進行匯總分析計算；其次，考慮到智慧交通評價內(nèi)容涉及多個方面、多個維度，具有一定的復(fù)雜性，采用基于模糊數(shù)學(xué)隸屬度理論為基礎(chǔ)的模糊評價法，可以將非量化問題轉(zhuǎn)化為可度量的具體指標(biāo)，化繁為簡，具有簡潔明了、目的性強的特點。

3.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法對智慧交通各評價指標(biāo)進行賦權(quán)值。首先按照評價目的和評價特點將智慧交通評價要素進行層次分類，建立分層次的結(jié)構(gòu)模型；其次，在同層次評價要素相對重要性的基礎(chǔ)上，邀請專家對評價要素進行兩兩對比打分，給二級評價要素賦標(biāo)度值；最后，在三級評價要素中按照同一評價指標(biāo)要求進行兩兩比較，直到完成所有評價要素的權(quán)重賦值。具體步驟如下。

①建立評價指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)模型

明確評價的目的，按照層次結(jié)構(gòu)模型特點將評價問題分門別類劃分為不同層級。通常智慧交通評價模型按照層次結(jié)構(gòu)特點可分為三層，從高到低依序分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及相應(yīng)的方案層[5]。

②構(gòu)造比較判別矩陣

采用德爾菲法邀請行業(yè)類專家對擬定的評價指標(biāo)相對重要性進行打分，采用九級標(biāo)度表確定判斷標(biāo)度值，如表3所示。

表3 判別矩陣9級標(biāo)度表

匯總、處理完專家打分結(jié)果后，根據(jù)評價指標(biāo)數(shù)量，構(gòu)造相應(yīng)階數(shù)的比較判別矩陣，如下式所示：

③計算構(gòu)造的方案層特征向量并行符合性檢驗

按照行和法或者行根法計算構(gòu)造的判斷矩陣最大特征向量及特征值；然后利用檢驗公式計算CR 值并與一致性檢驗指標(biāo)作比較。若計算的一致性檢驗值小于0.1，則符合性檢驗通過，將特征向量進行歸一化處理后作為權(quán)向量；若檢驗值大于0.1，則符合性檢驗不通過，需要修改指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)或重新構(gòu)造比較判別矩陣。

④計算二級指標(biāo)準(zhǔn)則層特征向量并行符合性檢驗

按照上述方法計算準(zhǔn)則層特征向量和特征值，并進行符合性檢驗，檢驗公式如式（2）。若符合一致性判斷標(biāo)準(zhǔn)，則經(jīng)過歸一化處理后的權(quán)向量為決策標(biāo)準(zhǔn)；若不符合，則需要修改比較判別矩陣或者重新考慮修改評價模型。

3.3 評價指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型的建立

結(jié)合表1 合肥市智慧交通發(fā)展水平評價指標(biāo)體系構(gòu)建合肥市智慧交通發(fā)展水平評價層次結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，其中評價的目標(biāo)層為合肥市智慧交通發(fā)展水平；中間層包括交通運輸安全水平（B1）、基礎(chǔ)設(shè)施便捷水平（B2）、公眾出行服務(wù)水平（B3）、交通綠色低碳水平（B4）以及城市交通管理水平（B5）5 個評價準(zhǔn)則；方案層包括了智慧停車場覆蓋率、城市智慧交通投資占比等16 個評價因素。

圖1 合肥市智慧交通發(fā)展水平評價層次結(jié)構(gòu)模型

3.4 基于模糊綜合評價法的定量分析評價

模糊綜合評價法基于模糊數(shù)學(xué)隸屬度理論，可以將復(fù)雜的事務(wù)化繁為簡，將其影響因素轉(zhuǎn)化為能夠進行定量分析和評價的具體指標(biāo)。具有結(jié)果清晰明了、操作簡單、目的性強等特點[6]?；静僮鞑襟E如下。

①明確評價對象的因素論域

首先假設(shè)評價對象的評價指標(biāo)有n個，則因素論域為K={k1,k2,k3,…,kn｝。

②確定評價指標(biāo)集和，求出隸屬函數(shù)

假設(shè)評價指標(biāo)集和M={m1,m2,m3,…,mn｝，每一個評價指標(biāo)等級都對應(yīng)著一個模糊指標(biāo)子集。通常來說，評價等級的劃分應(yīng)遵循適度的原則，即等級既不能劃分的過多也不能劃分的過少。從目前的研究資料看，為使得評級分布較為均衡，便于后續(xù)分析評價，一般將等級劃分為奇數(shù)。另外，在MATLAB 中已經(jīng)開發(fā)出了11 種隸屬函數(shù)，如雙S 形隸屬函數(shù)、三角形隸屬函數(shù)、梯形隸屬函數(shù)等，使用者需要按照評價數(shù)據(jù)的特征選取適宜的函數(shù)。

③確定各評價層次的權(quán)向量

確定準(zhǔn)則層的權(quán)向量為A={a1,a2,a3,…,an｝；方案層的權(quán)向量為B={b1,b2,b3,…,bn｝。

④建立模糊評價矩陣

依據(jù)上述選擇確定的隸屬函數(shù)，從因素集上對每個評價指標(biāo)分別進行量化處理，確定各個評價指標(biāo)對因素集的隸屬度，從而得到n×m 階模糊評價矩陣，其中hnm表示方案層第n 個評價指標(biāo)對評判因素m的隸屬度。

⑤計算組合權(quán)向量和模糊評價矩陣

首先，計算方案層的組合權(quán)向量Q與模糊評價矩陣G，得到準(zhǔn)則層的模糊綜合評價結(jié)果向量U。其次，計算準(zhǔn)則層的組合權(quán)向量R 與模糊綜合評價結(jié)果向量L，得到目標(biāo)層的模糊綜合評價結(jié)果向量為S。

⑥模糊綜合評價與分析

按照歸一化處理思路，將非定量的模糊評語轉(zhuǎn)化為可度量的總得分，給定分值分布X 并對同時給集合中的各元素賦予相對應(yīng)的分值，從而計算出合肥市智慧交通發(fā)展水平的綜合得分Y，確定所屬等級。根據(jù)單個指標(biāo)的得分情況，分析指標(biāo)對應(yīng)方面的發(fā)展?fàn)顩r，對應(yīng)發(fā)展較差的指標(biāo)，應(yīng)進行改進并作為以后智慧交通發(fā)展的重點方向。

4 結(jié)束語

智慧交通是我國交通未來的重要發(fā)展方向，本文針對交通強國背景下的城市智慧交通評價進行了研究，以合肥市為例建立了智慧交通評價指標(biāo)模型，給出了智慧交通評價模型的選擇思路，對基于層次分析法和模糊綜合評價法的分析步驟和具體計算過程進行了一定程度的研究，為以后其他城市的智慧交通發(fā)展水平評價提供了參考。

本文通過構(gòu)建智慧交通評價分析體系，識別智慧交通系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)、問題、需求，為各地市智慧交通項目建設(shè)提供參考標(biāo)準(zhǔn)和評價依據(jù)，能夠降低智慧交通建設(shè)的盲目性和無序性，為智慧交通的合理建設(shè)指明發(fā)展方向。