基于熵权-TOPSIS模型的城市轨道交通与常规公交换乘综合评价

唐银青

为深入了解城市轨道交通与常规公交换乘衔接的有效性，文章从换乘效率和换乘服务设施协调性两个维度构建城市轨道交通与常规公交换乘综合评价体系，建立熵权-TOPSIS模型对换乘综合水平进行评价，并对南宁城市轨道交通1号线与常规公交换乘进行实证分析。结果表明，熵权-TOPSIS评价模型在城市轨道交通与常规公交换乘综合评价上具有合理性和可行性。

轨道交通;常规公交;换乘综合评价;熵权-TOPSIS模型

U293.3+2A391394

0 引言

随着城市空间扩张和机动车保有量快速增长，城市道路拥堵现象日益加重，各大城市积极打造多层次、一体化的公共交通体系，构建以城市轨道交通为骨架，多层次公交为主体，出租车和公共自行车为补充和延伸的公共交通体系，协调各种公共交通方式之间的便捷衔接，进一步满足城市居民的公共出行需求。如何更加有效地发挥城市轨道交通大运量、快捷准时的优势和常规公交通达末梢的优势，两者的相互协调与有效衔接是实践中亟须解决的问题。为深入了解影响城市轨道交通与常规公交协调衔接的因素，本文从换乘效率和换乘服务设施协调性两个维度对城市轨道交通与常规公交换乘衔接的有效性进行定量化评价，为行业管理部门及时了解和掌握行业发展现状和存在的问题提供参考。

国内学者对城市轨道交通与常规公交换乘衔接已有不少的研究，归纳起来主要体现在以下三个方面：

（1）关于换乘模式研究，如王禄为[1]通过分析城市轨道交通与常规公交换乘的影响因素和四种不同换乘模式，运用模糊综合评价方法对北京轨道交通4号线的不同类型换乘枢纽站点进行实证分析，以验证换乘模式的适应性。

（2）换乘接驳的线路优化研究，如高悦尔[2]分析了城市轨道与常规公交共线的空间关系和换乘客流特性，评估站点的重要性，对公交线路进行调整和优化。

（3）换乘的影响因素分析及换乘效率评价，如黄怡斌[3]根据交通大数据分析了轨道交通与其他交通方式的换乘行为特征，研究影响其换乘效率的因素，使用灰色关联评价方法对换乘效率进行评价，提出换乘协调措施，以提高换乘效率。

熵权-TOPSIS方法在交通运输领域的应用已有不少的研究。闫欣欣[4]运用熵权-TOPSIS模型评价城市规划中慢性交通与城市设计之间的协调性以及协调状态的等级划分，并结合邯郸市南湖单元12个街区的规划案例进行实证分析，并验证模型的有效性和适用性;严少乐[5]在分析城市客运交通枢纽客流衔接换乘基础上，运用改进TOPSIS方法对城市客运综合交通樞纽规划方案进行综合评价，并验证评价模型的适应性和可行性;肖杰[6]运用离差-TOPSIS的评价模型对城市轨道交通运营组织模式进行评价，并以深圳城市轨道交通18号线的运营组织方案进行实例分析。本文在分析城市轨道交通与常规公交衔接换乘影响因素基础上构建换乘评价指标体系，利用熵权法和TOPSIS评价方法的优点建立换乘综合评价模型，并通过对南宁市轨道交通与常规公交换乘进行实例分析，研究熵权-TOPSIS模型在换乘综合评价上的合理性和适用性。

1 城市轨道交通与常规公交换乘综合评价指标体系的构建

影响城市轨道交通与常规公交换乘衔接的因素很多，部分因素之间还存在着相互影响的关系[7]。以乘客的角度考虑，换乘效率是首要考虑因素;以行业管理部门的角度考虑，换乘服务设施协调配合是首要考虑因素。城市公共交通运输系统的运行是以乘客效益最大化和公共交通运输系统综合效益最大化为最主要目标的。为能够全面反映城市轨道交通与常规公交换乘衔接的有效性，本文在构建换乘综合评价指标时遵循全面性、层次性、科学性、可量化的原则，从换乘效率和换乘服务设施协调性两个方面选取评价指标，同时借鉴国内学者相关评价指标体系，构建城市轨道交通与常规公交换乘的综合评价指标体系（表1）。

2 基于熵权-TOPSIS的城市轨道交通与常规公交换乘评价模型建立

2.1 熵权-TOPSIS评价模型理论基础

熵权法是一种客观赋权方法，其利用原始数据计算各个评价指标的信息熵，据此计算指标权重;TOPSIS法是一种常用的综合评价方法，也称为逼近理想解排序方法，其通过找出评价方案正、负理想解，然后计算各评价方案与理想解的贴近度，以此对评价方案的优劣进行排序。熵权-TOPSIS模型能够充分利用原始数据的信息，客观进行权重赋值，其结果能客观地反映各评价方案之间的差距。

2.2 熵权-TOPSIS模型计算步骤

根据已构建城市轨道交通与常规公交换乘评价指标体系，采用熵权-TOPSIS综合评价模型评价换乘站点的换乘衔接水平。假设评价对象有n个换乘站点，换乘评价指标体系包括6个指标，建立原始数据矩阵如下：

X=x11x12x13x14x15x16x21x22x23x24x25x26xn1xn2xn3xn4xn5xn6（1）

式（1）中，xij为第i个换乘站点的第j个指标值，i=1，2，3，…，n，j=1，2，3，4，5，6。

2.2.1 采用熵权法确定指标客观权重

（1）对原始数据进行标准化处理

由于评价指标具有不同的量纲和量纲单位，为消除指标间数据量纲和数量级的影响，将原始数据转换为无量纲化指标值。本文采用极差标准化法对评价指标进行无纲量化处理，得到标准化矩阵如下：

U=u11u12u13u14u15u16u21u22u23u24u25u26un1un2un3un4un5un6（2）

正向指标标准化处理公式为：

uij=xij-min{xj}max{xj}-min{xj}（3）

负向指标标准化处理公式为：

uij=max{xj}-xijmax{xj}-min{xj}（4）

（2）确定评价指标权重

熵权法的原理是根据指标变异大小来确定客观权重，能客观反映其重要性。首先计算第j个评价指标的特征值，再计算平均指标信息熵e与信息效用值d，最后确定评价指标权重wj。信息效用值越大，表明指标越重要，计算公式为：

wj=dj∑nj=1dj（5）

式中，ej=-1lnn∑nj=1yijlnyij，稱为信息熵;yij=yij∑nj=1yij，称为评价指标特征值;dj=1-ej，称为信息效用值。

2.2.2 熵权-TOPSIS模型综合评价计算过程

（1）构造换乘评价模型加权规范化矩阵。将无纲量化矩阵U=（uij）n×6与上述熵权法确定评价指标权重w=[w1，w2，…wj]T相乘，构造加权规范化评价矩阵：

C=（Cij）n×6=wj·uij，i=1，2，…n;j=1，2，…6（6）

（2）确定理想解。根据上述构建的加权规范矩阵，找出各项评价指标的正负理想解。设正理想解C*的第j个属性值为C*j，负理想解C0的第j个属性值为C0j，则：

正理想解C*j=maxi Cij，j为效益型属性

mini Cij，j为成本型属性

j=1，2，…6

负理想解C0j=mini Cij，j为效益型属性maxi Cij，j为成本型属性j=1，2，…6

（3）计算各换乘站点分别与正理想解和负理想解的距离。即：

正理想值D+i=∑nj=1（Cij-C*j）2，i=1，2，…，n（7）

负理想值D-i=∑nj=1（Cij-C0j）2，i=1，2，…，n（8）

（4）计算各换乘站点的综合评价指数与理想解的相对接近度。根据相对接近度大小，对评价对象进行排序，f*i值越大表明第i个城市轨道交通站点与常规公交换乘水平越优，即换乘的效率越高，换乘服务设施的协调性越好，计算公式如下：

f*i=D-iD-i+D+i，i=1，2，…n（9）

3 实例研究

采用上述熵权-TOPSIS评价模型，对南宁市城市轨道交通1号线和常规公交换乘综合评价进行实证分析。本文选择南宁市城市轨道交通1号线16个站点作为评价对象，收集各轨道交通站点与其周边500 m范围内常规公交站换乘过程中所需要的步行距离、步行时间、换乘通道布局和换乘服务设施等方面的数据，结合实地调研和问卷调查，运用本文所建立的评价指标体系和综合评价方法，对城市轨道交通与常规公交换乘进行综合评价，以验证本文所述方法的科学性和可行性，并根据评价结果提出相关对策和建议。

3.1 熵权-TOPSIS模型的城市轨道交通与常规公交换乘评价实证研究

3.1.1 采用熵权法确定各项评价指标权重

以上述建立的城市轨道交通与常规公交换乘评价指标体系的原始数据为依据，构建换乘评价的原始矩阵X=（xij）16×6，其中换乘步行距离C1、平均换乘时间C2和换乘通道拥挤度C3是负向指标，代入式（4）进行标准化处理;换乘公交线路数量C4、自动设施满意度C5和换乘标志识别度C6是正向指标，代入式（3）进行标准化处理，得到各项评价指标的标准化数值。经过标准化处理的数据采用熵权法计算其权重，利用式（5）计算指标的熵值和熵权，各项指标的权重如表2所示。

3.1.2 运用TOPSIS模型对各换乘站点进行综合评价

根据TOPSIS方法的计算步骤，结合表2熵权法所确定的各项指标权重值，构造加权规范矩阵，并根据公式确定正、负理想解，测算南宁城市轨道交通1号线16个站点与常规公交换乘水平与理想解的相对接近度和综合评价指数，如下页表3所示。

3.2 评价结果及分析

由表3可以看出各站点换乘的综合评价指数的排名情况，在南宁城市轨道交通1号线站点周边500 m范围内，麻村站、鲁班路站和新民路站与周边的常规公交站点的换乘衔接最好，换乘效率高及换乘服务设施的协调较好，周边接驳的公交车站布局合理，换乘步行距离短，换乘的线路数量较多。其次是石埠站、南湖站、民族广场站、金湖广场站、万象城站、火车站和会展中心站等站点与常规公交的衔接较好，其中石埠站的换乘效率也很高，但由于换乘接驳的公交线路太少影响总体换乘水平，而金湖广场站、万象城站、火车站和会展中心站换乘衔接的公交线路比较多，但周边公交站点较为分散，换乘的步行距离较长和通道较为拥挤等方面影响总体换乘水平。与常规公交换乘衔接较差的是火车东站、朝阳广场站、西乡塘客运站和广西大学站，这些站点作为轨道交通线路站内换乘枢纽，方便与其他轨道交通线路换乘或者与其他交通方式衔接，与地面常规公交换乘时站内通道步行距离、站点设施的布局和换乘信息引导和识别等方面影响换乘综合水平。

4 结语

本文在总结国内关于城市轨道交通与常规公交换乘衔接研究现状的基础上，从换乘效率和换乘设施协调性两个方面建立城市轨道交通与常规公交换乘综合评价指标体系，建立基于熵权-TOPSIS模型对城市轨道交通与常规公交换乘进行综合评价的模型，并对南宁城市轨道交通1号线16个站点与其周边常规公交换乘进行实证分析。结果表明，所选取评价指标及模型在换乘综合评价方法上是合理可行的。

[1]王禄为.城市轨道交通与常规公交的换乘模式分析与评价[D].北京：北京交通大学，2014.

[2]高悦尔.基于站点重要度的轨道交通沿线常规公交线路调整[J].长安大学学报（自然科学版），2020（11）：97-106.

[3]黄怡斌.城市轨道交通与常规公交的换乘需求分析及效率评价[D].北京：北京工业大学，2018.

[4]闫欣欣.基于熵权-TOPSIS模型的慢性交通与城市设计协调评价方法[J].公路交通科技，2018（9）：107-114.

[5]严少乐.基于改进TOPSIS的城市客运综合交通枢纽评价[J].综合运输，2021（2）：80-83.

[6]肖 杰.基于离差-TOPSIS的城市轨道交通运营组织模式评价[J].综合运输，2020（12）：59-63.

[7]颜文华.基于模糊综合评价的城市轨道交通与常规公交衔接评价[J].浙江交通职业技术学院学报，2017（2）：63-67，81.

[8]任美君.轨道交通换乘站换乘设施服务水平评价指标与标准研究[J].盐城工学院学报（自然科学版），2019（12）：70-76.

[9]招晓菊.城市轨道交通与常规公交协调换乘评价指标体系的研究[J].交通标准化，2010（10）：23-26.

[10]马 兰.城市商业区轨道交通与常规公交换乘协调评价研究[J].交通科技与经济，2019（1）：38-42.

[11]孙 俊.轨道交通的无缝换乘规划[J].铁道运输与经济，2004（2）：22-24.