基于复合物元法的交叉口公交信号优先评价模型

谢 璐， 魏 明， 孙 博， 朱尧尧

(南通大学 交通学院， 江苏 南通 226019)



基于复合物元法的交叉口公交信号优先评价模型

谢 璐， 魏 明， 孙 博， 朱尧尧

(南通大学 交通学院， 江苏 南通 226019)

交叉口公交信号优先是提高公交运行可靠性的重要措施. 针对现有研究较少涉及评估其方案优劣的缺陷，本文提出一种交叉口公交信号优先的复合物元评价模型. 首先，建立交叉口公交优先的评价指标体系，确定每个指标为成本型、效益型、固定型和区间型. 其次，构建交叉口公交信号优先的复合物元评价矩阵，对其数据标准化处理后，利用信息熵理论，刻画测度指标的不确定性，计算复合物元权重系数，在此基础上确定每个方案综合测度的复合关联熵物元，从而评估其优劣. 最后，以某交叉口公交信号优先管理为例，验证了模型和算法的有效性.

交叉口公交信号优先； 复合物元法； 评价模型

优先发展公交是缓解大、中城市道路交通拥堵的根本，公交信号优先是它的一个重要措施. 该措施能减少公交车在交叉口的停车次数和延误时间，提高公交服务水平，从而有效地吸引更多居民选择公交出行. 公交信号优先一直受到国内外学者的高度关注.

根据公交信号优先的控制目标、作用范围，其被划分为单交叉口、干线和网络协调三大类. 目前，该领域的研究成果主要集中在公交优先信号的控制理论和方法[1-4]，主要解决根据小汽车和公交车的到达率计算1个或多个交叉口的公交优先配时方案. 然而，如何评估上述模型计算结果的优劣尚未多见. 该研究可以借鉴公交、交通控制、交通安全等方面的微宏观评价思路，如采用模糊、灰色、层次分析法、主成份分析法、专家调查法等方法[5-8]. 这些方法忽略评价对象涉及的指标属性之间矛盾性和关联性，与实际不相符合[9].

针对现有研究的不足，结合交叉口公交信号优先方案评估的现实需求，本文从道路通行能力、行车延误和环境保护3个方面出发，构建其多级评价指标，利用复合物元法综合判断其优劣，并结合算法分析验证了模型和算法的有效性.

1 构建交叉口公交信号优先的评价指标

选择合适的评价指标是评估交叉口公交信号优先方案的核心. 从道路通行能力、行车延误和环境保护等视角出发，分析影响交叉口公交信号优先方案选择的综合评价因素集，如图1所示，其中：社会车辆和公交车平均延误时间、车辆停车率、人均停车次数和人均碳排放量是成本型指标；客流通行能力是效益型指标；除了人均停车次数、车辆停车率、人均碳排放量之外，其他指标均是区间型指标.

2 交叉口公交信号优先的复合物元评价模型

物元是利用序三元组R=(N,C,V)刻画事物的基本元，其中:N为事物，C为特征，V为特征的量值. 若∀c∈V具有不确定性，便称R为熵物元. 如果熵物元R的N为方案，C为信息熵，R中共m个方案，则m个方案的复合物元记为RmH.

图1 交叉口信号公交优先方案的评价指标体系

针对影响交叉口公交信号优先方案优劣的众多因素具有不确定性和模糊性，基于复合物元方法，建立其综合评价测度模型，主要步骤如下[10]：

步骤1 构建复合物元的评价矩阵. 如图1所示，共有m个交叉口公交信号优先方案，涉及n个影响因素，利用复合物元Rmn描述它们的指标及其相应量值.

(1)

式中：Mi为第i个交叉口公交信号优先方案；Cj为该方案的第j项指标，与其相应的量值用xij表示.

步骤2 数据标准化处理. 交叉口公交信号优先方案的n个指标含义、计算方法和量纲不同，如：J+={效益型指标}、J-={成本型指标}、Jfixed={固定型指标}和Jint erval={区间型指标}，使各指标有公度性，必须对其量值进行标准化处理.

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)

根据式(2)～(5)，对式(1)中Rmn的xij进行标准化，处理后的复合物元矩阵如下所示.

(6)

步骤3 确定交叉口公交信号优先方案的指标不确定复合物元权重系数Rwj，如式(7)所示，计算过程详细见步骤1)～3).

(7)

(8)

步骤4 根据式(6)和(7)，构成m个交叉口公交信号优先方案综合测度的复合关联熵物元RmH，如式(9)所示.

(9)

由上可知，根据m个方案的综合测度值Hi进行大小排序，其值越大表示该交叉口公交信号优先方案越好，从而选择一个最佳方案.

3 案例分析

根据某交叉口公交优先的现实需求，利用公交优先控制模型计算5个信号配时方案M1、M2、M3、M4和M5，汇总它们的评价指标值，受篇幅限制本文省略. 根据式(2)～(5)把各测度指标的值进行标准化处理，获得复合物元矩阵Rmn及其测度指标权重系数Rwj如下所示.

Rwi=

由式(9)，计算得到复合关联熵物元

从中可知5个方案的综合测度值Hj的大小. 排序结果见表1所示，方案M1的数值最大，因此它是最优方案.

表1 各方案的综合测度结果

4 结束语

公交信号优先是实施公交优先战略的有效措施，对提高公交服务水平具有重要的理论价值和现实意义. 现有研究尚未系统地评估公交信号优先方案的优劣，本文以交叉口公交信号优先方案优劣评估为研究对象，从行车延误、道路通行能力和环保相关参数3个方面出发，构建了其评价指标，利用复合物元法进行评估，避免了常规评价方法无法克服评价对象涉及的指标属性之间矛盾性和关联性的不足. 然而，本文研究仅有一个决策者评价公交信号优先方案的优劣，其有限的评估经验决定了结果的片面性，可综合考虑不同决策者之间经验从而更加全面地评价交叉口公交信号优先方案的优劣，下一步的研究方向是探讨复合物元法和多属性决策方法的公交优先评价问题.

[1] 李赫楠. 单个交叉口公交优先信号控制方法研究[D]. 长春: 吉林大学, 2007.

[2] 季彦婕, 邓卫. 交叉口公交优先技术研究现状及发展综述[D]. 南京: 东南大学交通学院, 2004.

[3] 季彦婕, 邓卫, 王炜, 等. 基于公交优先通行的交叉口相位设计方法研究[D]. 南京: 东南大学交通学院, 2004.

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[5] 郑长江, 陈淑燕, 王炜. 交叉口公交优先方案的物元分析评价方法[D]. 南京: 河海大学交通学院, 2004.

[6] 王炜, 杨新苗, 陈学武. 城市公共交通系统规划方法与管理技术[M]. 北京: 科学出版社, 2002.

[7] 徐进, 彭其渊, 邵毅明. 路线及路面条件设计阶段的安全性评价仿真系统[J]. 中国公路学报, 2007, 20(6): 36-42.

[8] 姚红云, 黄键, 蒙井玉. 基于模糊数学的山区道路安全度模型评价[M]. 交通信息与安, 2011, 5(28): 58-60.

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[10] 杨浩. 模型与算法[M]. 北方交通大学出版社, 2002.

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.

江苏省高校自然科学研究面上项目(13KJB580008);江苏省建设系统科技项目(2013ZD38); 南通科技计划项目(BK2014059)；南通大学自然科学基金(12Z046,13ZJ004);南通大学大学生创新训练项目(2014118)

谢璐(1992—),女,本科 ,研究方向为公共交通. E-mail： 2519873249@qq.com.

U 491.1

A

1008-2522(2015)05-24-03