基于投影寻踪法的高速公路服务区客运接驳站选址研究*

□ 朱胜雪，胡思涛，孙大利

(1.淮阴工学院 交通工程学院，江苏 淮安 223003；2.江苏省高速公路交通运输执法总队 京沪支队，江苏 淮安 223005)

高速公路作为全封闭性通道，具有快速、高效等特点，但对位于市郊距客运站点较远的乘客而言，需要到客运站出行，这不仅增加了乘客出行绕行距离，同时也增加了高速公路营运班车能源消耗和尾气排放。根据项目组前期调研，高速公路服务区沿线居民经常有翻越高速护栏，拦截客运班车，或是服务区内上下客等现象，给高速公路客运运营管理带来了很多安全隐患[1-2]。故研究在一定条件下，高速公路服务区内设置客运接驳站点，对于满足高速公路服务区附近居民出行需求，保障乘客安全，拓展和丰富高速公路服务区功能等均具有重要意义。

高速公路服务区客运接驳站作为一个近年来逐渐形成的新生产物,对其布局选址理论方法研究较少。目前相关研究主要是工程应用探讨[3-5]，尚未形成具有指导意义的选址理论，因此深入开展高速公路服务区客运接驳站选址方法研究，具有重要的理论价值和实践指导意义。高速公路服务区客运接驳站在布局选址上可以借鉴公路客运站的一些成熟做法，如层次分析法[6]，重心法[7]，区位分析法[8]、模糊综合评价法[9]等理论方法。这些方法在实际运用过程中指标权重赋权均采用主观方法，影响了评价结果的客观性。

为摒除人为主观判断对指标带来的影响，本文在对高速公路服务区客运接驳站选址原则和影响因素分析基础上，尝试采用投影寻踪评价方法构建高速公路服务区客运接驳站选址评价模型，并以京沪高速公路淮安到徐州段服务区选址方案为例，对模型进行求解确定客运接驳站最佳布局选址，为高速公路服务区客运接驳站建设提供依据。

1 服务区客运接驳站定义及分类

高速公路服务区客运接驳站是指在高速公路服务区增设一个客运接驳点，为过往的班车提供上下客和服务设施的场所。课题组通过对国内已建设运营的济青高速刁镇客运站、常台高速天台服务区、沪宁高速黄栗墅服务区等客运接驳站调研分析，基于接驳站功能、设施设置情况等因素，将高速公路服务区客运接驳站主要分为两类。

①汽车客运站模式。在服务区设有一定规模的实体站点，如图1所示。站内配备必要的售票、检票、安检设施设备和候车厅，其它设施与服务区共享[4]。在运行方面，客运接驳站采用封闭式管理，乘客通过必要的安检，然后在候车厅等待上车。这类客运接驳站点需要占用服务区的场地较大，同时客运接驳站需有便捷的交通设施与之衔接，以方便周边的居民乘车。

图1 客运站模式示意

②简易候车点模式。在服务区没有固定的物理空间，仅仅通过标志标线划定一块区域作为泊车空间和候车空间，如图2所示。在运行方面，采用定制班车与客运班线车辆衔接模式，乘客在客运站由接驳班车运送至服务区候车划线区域后直接与目标客运班线车辆进行对接，候车时间往往较短。这类服务区客运接驳站的灵活性强，费用低，但是对定制班车与客运班线车辆的衔接时间要求较高。如果出现长时间的候车，可能导致乘客的满意度下降和客流量的减少。

图2 简易候车点模式示意

2 选址原则及评价体系建立

2.1 客运接驳站选址原则

为保证高速公路服务区客运接驳站选址科学合理及经济性，一般需遵循以下原则。

①客运接驳站选址应与城市总体规划相协调，尽可能减少客运接驳站建成运营后产生的噪音、污染对周边环境的影响。

②适应旅客需求。客运接驳站选址应选择有一定规模的潜在客流的服务区，以保证建成运营后的社会经济效益，避免接驳站被闲置造成资源浪费。

③客运接驳站周边有便捷的交通设施。客运接驳站选址要考虑旅客的便捷性，接驳站外有通往市区的道路和公共交通,方便乘客的集散。

④客运接驳站应在路基比较平缓、有比较宽阔的停车场地的地方选址。

⑤重视现有服务区内设施的利用改造，节约建设投资。接驳站选址时，应充分考虑利用现有服务区内设施， 如餐厅、厕所等公共设施可以和服务区共享。

2.2 服务区客运接驳站选址评价指标体系

高速公路服务区客运接驳站的选址涉及因素较多，且存在相互作用关系，为充分剖析接驳站设置影响因素，本文将从供给、周边配套设施和客运需求三方面着手对客运接驳站选址进行分析，并建立满足实际站点选址的评价体系。

①供给方面。

工程投资费用作为运输企业的成本，其投入多少直接影响将来客运企业的收益；服务区富余面积多少直接决定了是否可以建设客运接驳站以及接驳站的规模。

②周边配套设施。

周边公路等级、路面情况、公共交通条件等客运站基础设施，直接影响乘客乘车的舒适性及安全性，也是影响其运作效率的重要因素。

③客运需求。

周边居民出行需求作为影响客运接驳站选址的主要因素，居民数量越多，潜在客流量就越大，客运接驳站开通后产生的经济效益越高。同时接驳站开通后，也会带来部分诱增交通，接驳站与城市客运站距离越近，吸引的比例越高。

根据以上客运接驳站选址影响因素的分析，构建四级指标体系的选址方案评价，包括目标层(A)、准则层(B)、指标层(C)，方案层，通过层层递进，赋权选择，剔除人为主观因素干扰。

图3 高速公路客运接驳站评价指标体系

接驳站建设费用C1：指高速公路服务区客运接驳站建设的工程预算费用，单位为万元。

服务区富余面积C2：指服务区可以用于建设客运接驳站的土地面积，单位为m2。

对城市环境影响程度C3：可用环境污染治理费表示，单位为万元。

与周边路网衔接度C4：表示客运接驳站周边道路网络配套设施水平，用客运接驳站出入口与服务区周边等级公路的直线距离来衡量，单位为km。

与公共交通协调性C5：表示客运接驳站与既有的公共交通设施配合程度，用客运接驳站出停车场与最近公交站点距离来衡量，单位为km。

潜在的旅客运输量C6：反映客运接驳站规划年度所吸引范围内客运量，用客运接驳站吸引区域内的人口表示，单位为万人。

与其他客运站的距离C7：反映客运接驳站选址对其他客运站运营的影响，用接驳站与最近的城市客运站距离表示，单位为km。

3 选址模型构建

客运接驳站选址因素分析基础上，采用投影寻踪法，利用计算机技术将高维数据投影到低维空间，通过指标极小化，得到能反映高维数据结构和特征的投影，从而获取综合评价指数，作为指导接驳站选址指标。影响高速公路客运接驳站选址因素较多，在客运接驳站选址因素分析基础上，采用投影寻踪法对选址方案进行必选。模型构建主要过程如下[10-11]。

①评价指标原始值的标准化处理。

(1)

(2)

式中：xij为评价指标的标准化值；xmax(i)、xmin(i)分别为第i个评价指标原始数据的最大值、最小值。

②构造投影目标函数。

设a=(a1，a2，…，am)为单位投影方向向量。则方案j的综合线性投影特征值Zj的构造为

(3)

式中，ai是投影方向矢量a的i分量，a=(a1，a2，…，am)是m维单位矢量。

在综合投影值时，要求投影点之间尽可能散开，基于此构造类间距离：

(4)

构造类内密度：

(5)

构造投影指标函数：

Q(a)=S(a)·D(a)

(6)

式中，Z*为综合投影特征值Zj的均值；Rjk为方案j和k的综合特征值Zj和Zk之间的距离； R为密度的窗宽；f(R-Rjk)为单位阶跃函数，当R≥Rjk时，函数值为1；当R

③优化投影指标函数。

通过求解投影指标函数最大化来估计最佳投影方向。当Q(a)取得最大值时所对应的方向a就是最佳投影方向矢量。

即：

maxQ(a)=S(a)·D(a)

(7)

④构建客运接驳站选址方案综合评价指数C。

(8)

4 实例分析

以京沪高速淮安至徐州段为例，从南向北依次有淮安六洞服务区、淮安市川星服务区、沭阳服务区、新沂服务区4个服务区，根据选址可能涉及的因素，建立不同服务区影响因素评价体系，并采用基于遗传算法的投影寻踪模型确定客运接驳站选址。

表1 各高速公路客运接驳站方案评价指标一览表

利用MATLAB 编程处理数据，选定父代初始种群规模N= 800，交叉概率pc = 0.8，变异概率pm =0.2，α =0.1，通过迭代运算，发现400次遗传迭代后函数均值和最优解基本相同。此时得出最佳投影向量a=(0.3665，0.0012，0.3343，0.4672，0.1584，0.4423，0.5612)，投影指标函数最大值为0.4829，则各方案综合评价指数方案1最高，即综合各个指标，方案1选址方案最优。

图4 经过400次迭代后均值和最优解的变化

表2 各客运接驳站选址方案综合评价指数一览表

5 结论

高速公路服务区客运接驳站对于提高旅客出行效率具有重大意义，科学合理的选址是保证其高效运行的基础。论文通过探讨客运接驳站选址所涉及的影响因素，建立起摒除主观因素为主导的选址评价体系。并基于投影追踪法获取最佳综合评价指数，作为选址评判标准，形成了更为科学合理、可操作的多因素综合评判方法，对于实际客运接驳站选址具有重要的借鉴意义。