交通污染排放的纯语言型多属性群决策模型

魏　明，李永利，陈　浩

(1.环境模拟与污染控制国家重点联合实验室， 北京100084； 2.南通大学交通学院， 江苏南通226019)



交通污染排放的纯语言型多属性群决策模型

魏明1,2，李永利2，陈浩2

(1.环境模拟与污染控制国家重点联合实验室， 北京100084； 2.南通大学交通学院， 江苏南通226019)

摘要：为了有效评估不确定性交通污染排放控制方案的优劣，针对客观事物的复杂性及人类思维的模糊性，在构建影响其方案选择的指标体系基础上，利用语言变量刻画其不确定性，考虑决策者的主观偏好，研究一类该问题的多属性群决策模型。该模型有效地避免了传统方法无法处理交通污染排放属性权重完全未知、属性值和对方案的主观偏好值的缺陷，从而使得交通污染排放管控决策更具有科学性和合理性。以某道路的5个交通污染气体排放方案评估为例，并与无决策者主观偏好的方案排序结果比较，验证模型和算法的有效性。

关键词：交通污染排放控制；评价模型；不确定语言变量；决策者主观偏好

0引言

机动车尾气是影响城市空气质量的主要构成元素，如何控制交通污染排放是一个热点问题。交通污染排放与交通规划、设计、管理和控制等交通要素相关，常见的管控措施众多，如：信号控制、速度控制、单向交通、公交优先、驾驶员行为、不停车收费系统等。根据实际道路条件，如何评估这些控制措施的优劣以及选择最佳方案，为交通管理部门的污染排放治理决策提供理论支持和技术支撑，是一个亟待解决的问题[1]。

目前，国内外尚未有学者系统地研究交通污染排放控制方案的评价问题，多数研究集中其形成机理分析、控制技术两方面。前者主要集中基于交通污染排放行为的交通规划、设计、管理和控制策略[2-5]，如：Zhang等[2]研究了考虑交通污染排放的交通流分配模型，李铁柱、侯德劭等[3-4]研究了城市道路路段的环境交通容量问题 ，吕智林等[5]研究了城市快速路网匝道与污染控制双层多目标规划模型；后者侧重分析根据道路交通条件制定相应的污染防控措施，定性定量分析它们对交通污染气体排放的重要程度[6-9],如：Dijkema等[6]揭示高速公路速度和交通排放之间关联性，魏明等[7-8]研究微循环交通能耗模拟，吴孟庭等[9]研究考虑环境的公交专用道方案评价。该评价研究一般可借鉴层次分析法、主成份分析法、专家调查法等传统方法研究思路，它们对方案进行评估时往往需要直接给出定量的评估信息，但交通污染排放环境的随机和模糊性致使交通施工、交通流和碳排放过程中的不确定性，这限制了传统评价方法在不确定交通污染排放控制方案评估中的应用。此外，当专家受一些主、客观因素制约时，其对方案的主观偏好也影响方案排序和优选结果。由上可知，不确定交通污染排放控制方案评价问题更符合实际。

考虑客观事物的复杂性及人类思维的模糊性，利用不确定语言变量定性测度评价问题的属性值，纯语言多属性决策问题已引起了人们的关注[10-11]。针对现有研究尚未系统地解决不确定交通污染排放控制方案评估问题，在构建其评价体系基础上，利用语言变量定性测度属性的不确定性，考虑决策者对方案的偏好，提出一种属性权重信息完全未知、属性值已知的纯语言多属性决策问题。在介绍不确定语言变量的运算法则基础上，基于决策者的主客观偏好值之间偏差最小目标，计算最优属性权重向量，据此获取各方案的综合属性值，对决策方案进行排序和择优，从而选出最佳交通污染排放控制方案，并结合一个算例，对比决策者是否对方案存在主观偏好两种情形下的方案排序结果，以验证模型和算法的有效性。

1不确定交通污染气体排放控制方案的评价指标

选择了合适的评价指标是评估交通污染排放控制方案的核心。借鉴文献的研究结论，从方案实施、交通流量影响和交通碳排放等视角出发，确定影响交通污染排放控制方案优劣的综合评价集，如图1所示，其中：方案实施指标集合为投入成本，建设周期和施工难易；交通流影响指标集合为车速，交通量，出行延误，出行的难易程度和交通事故发生率；交通碳排放指标集合为氮氧化合物，有机化合物和一氧化物。

图1　指标体系

2交通污染排放控制的纯语言多属性群决策方法

2.1基本概念

在多属性问题决策过程中，需要对不确定语言变量进行比较和排序，其度量公式如下。

2.2交通污染排放控制方案的纯语言变量决策过程

针对影响交通污染排放控制的众多因素不确定性，为了进一步提高该模型的适用性，假设属性权重完全未知的情形，研究了决策者对属性、方案的主观偏好纯语言变量值的交通污染排放控制多属性决策问题。在上述不确定语言变量的运算法则基础上，考虑决策者的主观偏好性，针对属性权重完全未知的情形，基于决策者的主客观偏好值之间偏差最小目标，对决策方案进行排序和择优。综上所述，该问题的主要步骤如下：

步骤2: 基于最小化决策者的主客观偏好值偏差求出最优属性权重向量w，主要步骤如下：

3案例分析

某城市道路共有五个备选方案A1～A5进行交通污染排放控制,针对该问题的11个评价属性G1～G11，决策者利用语言评估标度S={s-4=极差，s-3=很差，s-2=稍差，s-1=差，s0=一般，s1=稍好，s2=好，s3=很好，s4=极好}进行定性测度，所得的不确定语言决策矩阵如下所示，分别计算决策者是否对五个备选方案存在主观偏好两种情形下的方案排序结果，以验证模型和算法的有效性。

4结语

交通污染排放是影响城市空气环境质量的重要因素，围绕限速、信号控制、公交优先和单向交通等交通规划、设计、管理和控制措施，如何从多角度评估它们的优劣以及选择最佳方案，是一个亟待解决的关键科学问题。本文从交通污染排放控制的方案实施难易、交通流影响和降低效果三方面出发，构建其评价指标体系，针对涉及的多个属性具有不确定、不确知性，文中提出考虑决策者主观偏好的交通污染排放纯语言多属性群决策模型。该模型兼顾决策者对交通污染排放控制决策过程的不确定性，以及受主客观因素制约时对不同方案存在一定偏好，计算简便快捷，易于实际操作，对如何科学地选择最佳交通污染气体排放控制方案有着重要的理论价值和现实意义。

然而，本文仅采用单决策者对交通污染排放方案进行排序，其有限的评估经验决定了方案优选结果的片面性，故综合考虑多个决策者之间部分有效经验进而全面地评价交通污染排放控制方案的优劣，下一步的研究方向是探讨考虑风险态度的纯语言变量群体多属性决策方法如何解决交通污染排放评价问题。

参考文献:

[1]王英.环境监测的发展现状及发展方向探讨[J]. 环境科学与管理,2013,38(3):149-151.

[2]ZHANG Y， LV J, ZIETSMAN J.A convex approach to traffic assignment problem under air quality constraints for planning purposes[J]. Advances in Transportation Studies,2012(12):85-96.

[3]李铁柱.城市道路路段环境交通容量[J]. 东南大学学报(自然科学版),2008, 38(2):309-313.

[4]侯德劭,晏克非,成峰.城市交通噪声环境承载力分析模型及算法[J]. 计算机工程与应用,2008,44(18):215-220.

[5]吕智林,范炳全.城市快速路网匝道与污染控制双层多目标规划模型[J]. 控制与决策,2006,21(1): 64-87.

[6]DIJKEMA M, ZEE S,BRUNEK B, et al.Air quality effects of an urban highway speed limit reduction[J]. Atmospheric Enironment, 2008, 42:9098-9105.

[7]魏明,孙博,靳文舟.一种新型车队离散模型及其应用[J]. 广西大学学报(自然科学版), 2013,38(2):486-492.

[8]李王鸣,刘吉平.交通能耗定量化研究尝试:城市微循环交通能耗模拟[J]. 城市发展研究,2010, 17(6):32-63.

[9]吴孟庭,李铁柱,何炜.考虑环境影响的公交专用道规划方案评价研究[J]. 交通运输工程与信息学报,2010,8(1): 82-108.

[10]XU Z S.An interactive procedure for linguistic multiple attribute decision making with incomplete weight information[J]. Fuzzy Optimization and Decision Making, 2007, 6(1): 17-27.

[11]徐泽水.纯语言多属性群决策方法研究[J]. 控制与决策, 2004,19(7): 778-781.

(责任编辑唐汉民梁碧芬)

Linguistic multiple attribute group decision making model for traffic pollution control

WEI Ming1,2, LI Yong-li2, CHEN Hao2

(1.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, Beijing 100084, China;2.School of Transportation, NANTONG University, Nantong 226019, China)

Abstract:In order to effectively evaluate the advantages and disadvantages of uncertain traffic pollution control program, an index system which influences the choice of programs was constructed, and a multi-attribute decision making model based on linguistic variables to describe their uncertainties was presented. The model considered each decision maker’s preference to different programs. The uncertainty of traffic pollution control programs and a problem that the multi-attribute decision-makers cannot get the exact value in the evaluation process were effectively solved, so the traffic pollution control decision-making can be more scientific and rational. Five traffic pollution emissions of a road assessment program were taken as an example to verify the validity of the model and algorithm. Results from the model proposed were compared to those from the models that had no subjective preferences of decision makers.

Key words：traffic pollution control; evaluation model; uncertain linguistic variable; subjective preferences of decision makers

中图分类号：U4；X5

文献标识码：A

文章编号：1001-7445(2016)02-0520-06

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0520

通讯作者：魏明(1984—),男,安徽芜湖人,南通大学讲师,博士;E-mail：mingtian911@163.com。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(61503201)；环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项基金课题项目(14K07ESPCT)；江苏省建设系统科技项目(2013ZD38)；南通大学自然科学基金资助项目(14Z009，13ZJ004，13Z015，13Z014)

收稿日期：2015-11-22；

修订日期：2015-12-01

引文格式：魏明，李永利，陈浩.交通污染排放的纯语言型多属性群决策模型[J].广西大学学报(自然科学版)，2016，41(2)：520-525.