大城市综合交通适应性评价

张培林， 吴宏宇， 莫杨辉， 夏 炎

(1.武汉理工大学 交通学院， 湖北 武汉 430063；2.长江三峡通航管理局， 湖北 宜昌 443002)

随着中国经济的快速发展和城镇化建设的推进，中国涌现出许多大型城市。交通对城市的发展具有支撑和引领作用[1]。但是，中国的综合交通难以紧跟城市发展的步伐，还可能成为制约城市发展的重要因素。科学评价综合交通与大城市发展的适应程度可为相关城市综合交通规划提供参考，对促进城市与交通之间的协调发展具有重要意义。

目前，有关交通适应性评价的研究分为2类：① 以单一的交通方式为切入点，研究其适应性,包括：船舶通航适应性、城际轨道交通网络适应性、城市公共交通适应性及城市货运交通适应性等[2-5]。② 将城市交通作为一个整体，研究其与城市发展的适应性。这类研究大多通过建立适应性评价指标体系和模型来实现其适应性分析和评价[6-8]。目前，关于交通适应性评价的指标体系和模型的研究仍处于探索阶段。在相关的适应性研究中，将城市综合交通作为重点的较少，且所建立的评价指标体系的合理性和评价模型的应用还存在一定的争议[9]。作者拟分析大城市综合交通适应性内涵、特征及适应性表现，建立大城市综合交通适应性评价指标体系，并对传统熵权TOPSIS模型加以改进，以期为大城市综合交通适应性评价提供借鉴。

1 大城市综合交通及其适应性

1.1 大城市综合交通适应性的定义和内涵

大城市综合交通体系包括城市内部交通和对外交通2个方面，涉及5种运输方式，由载体子系统、运输子系统及交通管理子系统等组成。其适应性可认为：在大城市的发展进程中，满足大城市发展对综合交通需求的能力。大城市综合交通与城市发展适应性的内涵体现为：

1) 综合交通总量规模与城市发展相适应。综合交通总量规模很大程度上决定了综合交通的供给能力，是适应城市对客、货运需求的重要表现。

2) 综合交通结构与城市发展相适应。综合交通中各运输方式的比例、线路的等级结构及载运工具的结构等是城市发展对综合交通需求重要的一个方面。

3) 综合交通服务水平与城市发展相适应。城市的不断发展派生出日益增长且日趋多样的客、货运输需求，交通运输服务需与之相匹配。

4) 综合交通可持续性与城市发展相适应。需不断降低交通运输业的污染和排放，并加强平安交通的建设。

1.2 大城市综合交通特征

大城市综合交通特征有3个方面：① 综合交通基础设施网络庞大。大城市往往是国家或一个地区内的交通枢纽。因此，大城市综合交通网络不仅包括满足城市内部出行所需的公路和轨道交通的环线、支线，还包括其与外部沟通的高速公路、铁路及航空等放射线。② 综合运输体系复杂。大城市综合运输体系往往涉及到地铁、高铁及飞机等运输方式，且不同运输方式间的衔接也较为复杂，这就对综合交通枢纽提出了更高的要求。③ 交通拥堵状况普遍。大城市人口密集，市民跨区出行的需求较大，综合运网难以完全满足市民出行的需求。目前，中国多数大城市公共交通体系建设不够完善，市民绿色出行观念尚未形成，导致大城市普遍出现交通拥堵。

1.3 大城市综合交通适应性等级划分

适应性等级划分合理与否对适应性评价结果的影响较大。适应性评价等级划分的方式较多，既有以优、良、中及差进行划分，也有以很好、一般及很差[10]进行划分。本研究考虑到综合交通的超前发展原则，在结合吴瑶[11]等人研究的基础上，将大城市综合交通适应性划分为超前、适应及滞后3个方面，按7个等级进行评判(见表1)。

表1 大城市综合交通发展适应性评判依据Table 1 Adaptability evaluation basis of comprehensive traffic development in large cities

1) 综合交通超前于城市的发展

在城市的发展过程中，综合交通起到引领城市发展的作用，其供给有一定的过剩。根据超前发展的程度，分为适度超前和过度超前2个等级。综合交通适度超前是一种理想状态。过度超前会对土地和资金等造成浪费，无法发挥其最大效益。

2) 综合交通与城市发展水平同步

综合交通与城市保持同步发展，虽然综合运输体系存在着诸多不足之处，但是综合交通线网要满足城市发展的需求，城市与综合交通的发展相互促进，分为适应和基本适应2个等级。

3) 综合交通滞后于城市的发展

综合交通落后于城市建设和发展的步伐，综合运输体系无法满足城市发展的运输需求，成为城市发展的瓶颈。根据滞后的程度，分为欠适应、不适应及极不适应3个等级。

2 大城市综合交通适应性评价指标体系

2.1 评价指标体系的构建

按照科学性、全面性及可操作性等原则，选取评价指标[12]。根据大城市综合交通的特征及内

涵，从综合交通总量规模、综合交通结构、综合交通服务水平及综合交通可持续发展4个方面着手，综合考虑城市内部交通和对外交通，采用铁路、公路及航空3种城市运输方式，以智慧、绿色及平安交通等为重点，构建大城市综合交通适应性评价指标体系(见表2)。

2.2 评价指标释义

在所构建的评价指标体系中，大多数指标释义可参见参考文献,仅对部分指标进行释义。

表2 大城市综合交通适应性评价指标体系Table 2 Evaluation index system of comprehensive traffic adaptability in large cities

1) 综合运网联合密度

反映综合交通运网的总体规模与水平。其计算式为：

(1)

式中：δ为路网联合密度；A为区域土地面积，km2；P为区域人口，万人；L为第I种运输方式的运网里程，km。

2) 公路网平均技术等级

指公路网中各技术等级路段的加权平均值。该加权平均值越小，表明路网平均技术等级越高。其计算式为：

(2)

式中：G为公路网平均技术等级；gJ为J路段的技术等级，以0,1,2,3,4及5分别代表高速公路、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级及等外路。

3) 交通信息服务方式种类

包括：网站、电视、广播、手机短信、手机APP、微博账号及可变情报板7种。

3 大城市综合交通适应性评价及案例分析

适应性评价是一个多指标综合评价的过程。本研究采用熵权TOPSIS法，构建大城市综合交通适应性评价模型。由于传统的熵权TOPSIS法在适应性评价时将样本中各指标的最优值作为理想值，未考虑“超前发展型”，且忽略了各样本中部分指标可能均未达到理想状态的情况。为更加合理地评价大城市综合交通适应性，本研究对传统熵权TOPSIS模型加以改进。

3.1 城市样本的选取

假设建立的评价指标体系的指标数为m，选取城市的样本数为n(包含理想城市)，各项评价指标为yij，(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。中国共有19个副省级及以上城市，这些城市的经济发展水平差异较大。其中：北京和上海等一线城市的经济发展情况普遍优于其他城市的，而哈尔滨等副省级城市的经济发展状况较差。该评价指标体系未涉及到城市的经济发展，而城市经济发展状况是影响综合交通建设投入的关键因素之一。本研究选取天津、武汉、沈阳、南京、济南、杭州、大连、青岛、厦门及宁波这10个城市作为样本，并以2014年为基准年。通过查阅相关的年鉴及计算，得到各城市评价指标(见表3)。

表3 10个样本城市评价指标Table 3 Evaluation index of 10 samples of large cities

注：沈阳、南京及大连的交通事故10万人口死亡率为2012年的数据；市民满意度指标为公共交通满意度指标，来源于《公共服务蓝皮书：中国城市基本公共服务力评价(2014版)》。

3.2 构建虚拟理想城市

适应性评价不同于运用TOPSIS法解决其他问题,其理想解并非所选样本中各项指标的最优值。为更加合理地评价大城市综合交通适应性，本研究构建一虚拟城市，其各项指标均为理想状态，即适度超前状态。各项指标理想值的确定以国家相关规范、意见为主，结合定性分析，并征求专家意见，最终确定理想值。

以公共交通占机动化出行比例、综合运网联合密度及交通事故10万人口死亡率为例，确定理想城市各指标。根据2013年中国国务院发布的《关于城市优先发展公共交通的指导意见》中的要求，大城市公共交通占机动化出行比例应达约60%，故将公共交通占机动出行比例的理想值确定为60%；综合运网联合密度是考虑了城市面积和人口、反映综合交通规模的指标。中国部分城市在建设和发展过程中，高度重视交通的建设和发展，将交通作为引领城市发展的关键因素，所以允许样本中个别城市处于超前状态，结合专家意见，将综合运网联合密度的理想值确定为54.00 km/(km2·万人)1/2；中国交通安全状况较差，虽然近些年平安交通建设取得了一定的成果，但中国的万车交通事故数和交通事故10万人口死亡率等指标仍远高于部分发达国家的。因此，结合各样本城市指标，将交通事故10万人口死亡率的理想值确定为3.00人/(10万人)。同理，可得到城市其他各项指标的理想值：人均道路面积22.00 m2/人，城市轨道交通线密度为0.02 km/km2，航空港航线为220条，公路网平均技术等级为3.00，城市万人公共交通车辆拥有量为13.00辆，交通信息服务方式种类为7种，市民满意度60%，交通运输业单位换算周转量碳排放0.03 kg/(t·km)。

3.3 建立标准化矩阵

1) 建立原始矩阵

根据城市评价指标体系，建立原始矩阵：

(3)

2) 对各指标原始数据进行无量纲化处理

对于成本型指标，令

(4)

对于效益型指标，令

(5)

在[0,1]区间内，指标yij经过无量纲化后变为rij。对于处理后的指标rij，其值越大越好。

3) 建立标准化矩阵

根据式(3)～(5)，得到标准化矩阵：

(6)

3.4 权重的确定

1) 指标i中，第j个待选方案所占比重为：

(7)

2) 第i项指标的熵为：

(8)

3) 指标i的熵权为：

(9)

4) 各指标熵权矩阵为：

(10)

3.5 适应性分析

1) 确定加权规范化矩阵

设加权规范化矩阵为：

Z=(zij)m×n=(rijwi)m×n。

(11)

2) 确定大城市综合交通适应性边界

确定大城市综合交通的正理想方案A+和大城市综合交通的负理想方案A-。

(12)

(13)

(14)

(15)

3) 计算相对贴近度

(16)

(17)

(18)

4) 适应性评价结果

根据式(14)～(18)，得到各样本城市综合交通发展适应性情况。设理想城市的综合交通适应度为1.00，对2014年各城市的数据进行了计算。那么，天津、武汉、沈阳、南京、济南、杭州、大连、青岛、厦门及宁波等大城市综合交通适应度分别为0.67,0.46,0.54,0.67,0.31,0.34,0.62,0.39,0.47及0.42。在选取的10个大城市中，仅南京、天津及大连的适应度分别为0.67,0.67及0.62，处于基本适应状态。表明：这3个城市的综合交通虽然存在着不足，但是总体上能够满足城市发展的需求，综合交通与城市发展较为协调。沈阳、厦门、武汉及宁波的适应度分别为0.54,0.47,0.46及0.42，处于欠适应状态。表明：这4个城市的综合交通的发展落后于城市的发展，在某些方面不能满足城市对综合交通的需求。青岛、杭州及济南的适应度分别为0.39,0.34及0.31，处于不适应状态。表明：这3个城市的综合交通建设较为落后，在今后的发展中要更加重视对综合交通建设的投入。

4 结论

对大城市综合交通适应性评价进行了研究，得到的结论为：

1) 研究了大城市综合交通的特征，并划分了适应性等级。在大城市综合交通发展适应性内涵分析的基础上，构建了大城市综合交通适应性评价指标体系。

2) 构建了基于熵权TOPSIS的适应性评价模型。对传统的TOPSIS模型进行了改进，结合大城市综合交通适应性评价实际，引入“理想城市”，并完善了相对贴近度的计算。

3) 选取天津等10个大城市进行案例分析。确定理想城市各指标后，对天津、武汉、沈阳、南京、济南、杭州、大连、青岛、厦门及宁波等10个大城市综合交通适应性进行了评价，得知：南京、天津和大连综合交通处于基本适应状态；沈阳、厦门、武汉和宁波综合交通处于欠适应状态；青岛、杭州和济南综合交通处于不适应状态。

本研究在确定“理想城市”部分指标时具有主观性的缺陷，以后将研究客观确定理想值的方法。