基于G1-CV组合赋权的高速公路收费站效能综合评价.pdf
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1、第2 0 卷第9 期2023年9月D0I:10.19713/ki.43-1423/u.T20222051铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and Engineering基于G1-CV组合赋权的高速公路收费站效能综合评价Volume 20Number 9September2023黄健陵,高广博,钟文,陈辉华,曾晓妍!(1.中南大学土木工程学院,湖南长沙410 0 7 5;2.湖南省平益高速公路建设开发有限公司,湖南岳阳414517)摘要:高速公路收费站的有效管理与改进需要以对其科学的工作效能综合评价为基础。基于文献研究、专家访谈和因子分析法,通过对影响收费站
2、效能的评价指标进行提炼、筛选、剔除和分类,自下而上构建高速公路收费站效能评价指标体系,科学、客观地建立了包含3个1级指标、9个2 级指标和2 5个3级指标的评价指标体系。运用G1法和变异系数法计算指标主客观权重,基于博奔论,以偏差极小化为目标,对各指标的主客观权重进行优化,得到组合权重。运用云模型算法建立高速公路收费站效能标准评价云、评价指标云和综合评价云,借助MATLAB软件绘制云图,通过观察综合评价云与标准评价云的相对位置关系并进行相似度分析,确定效能综合评价结果。基于建立的评价指标体系和评价模型,以广州珠江黄埔大桥笔村收费站为例,对其效能进行综合评价,以增强优势、补足短板。结果表明:笔村
3、收费站效能评价等级为“好”,但其多车道通行能力、人工服务质量和制度管理这3项指标评价值相对较低,通过分析原因,提出了针对性的效能提升对策。建立了高速公路收费站效能综合评价指标体系,构建了效能评价模型,并以实际案例验证了该模型的适用性和可靠性,研究成果为高速公路收费站效能综合评价及改造升级提供理论依据。关键词:高速公路收费站;组合权重;云模型;效能评价中图分类号:U49;F542文章编号:16 7 2-7 0 2 9(2 0 2 3)0 9-3559-11文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID)Comprehensive evaluation of expressway toll s
4、tation efficiency based onG1-CV combination empowermentHUANG Jianling,GAO Guangbo,ZHONG Wen,CHEN Huihua,ZENG Xiaoyan(1.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China;2.Hunan Pingyi Expressway Construction and Development Co.,Ltd.,Yueyang 414517,China)Abstract:The effectiv
5、e management and improvement of expressway toll stations are thebase of the evaluationof the comprehensive effectiveness of their scientific work.Based on literature research,expert interviews andfactor analysis,through the refinement,screening,exclusion and classification of evaluation indicators t
6、hat affectthe efficiency of toll stations,the evaluation index system of expressway toll stations was constructed frombottom to top.The system containing 3 first-level indicators,9 second-level indicators and 25 third-level收稿日期:2 0 2 2-10-2 8基金项目:国家自然科学基金资助项目(7 2 17 12 37);湖南省交通运输厅科技进步与创新项目计划(2 0 2
7、133)通信作者:陈辉华(197 6),男,湖南新宁人,副教授,博士,从事工程管理研究;E-mail:c h h 2 47 7 0 16 3.c o m3560indicators was scientifically and objectively established.The subjective and objective weights of the indicatorswere calculated by G1 method and the CV method.Based on the game theory,according to the obtained optimalwei
8、ghting coefficient,the index weight was optimized to obtain the combined weight.Using the cloud model toestablish a standard evaluation cloud,an evaluation index cloud and a comprehensive evaluation cloud presentthe efficiency of expressway toll stations.The cloud map was drawn with the help of MATL
9、AB.The evaluationresults of the comprehensive efficiency of the toll station ware determined by observing the relative positionrelationship between the comprehensive evaluation cloud and the standard evaluation cloud and conductingsimilarity analysis.Based on the established evaluation index system
10、and model,taking the Bicun toll station inGuangzhou as an example,its efficacy was comprehensively evaluated to enhance the advantages and make upfor the shortcomings.The results show that the efficiency evaluation grade of the Bicun toll station is good.Butthe evaluation values of the three indicat
11、ors of multi-lane traffic capacity,manual service quality and systemmanagement are relatively low,by analyzing the causes,targeted efficiency improvement measures are proposed.The comprehensive evaluation index system of expressway toll station efficiency is established.The efficiencyevaluation mode
12、l is constructed,and the applicability and reliability of the model are verified by actual cases,andthe research results provide a theoretical basis for the efficiency evaluation and transformation and upgrading ofexpressway toll station.Key words:highway toll stations;combined weights;cloud model;p
13、erformance evaluation铁道科学与工程学报2023年9月高速公路作为重要的交通基础设施,对城市化建设、产业结构调整、人口聚集等起到关键作用,受到国家的重点关注与大力支持。收费站是高速公路的基础配套设施,随着ETC车道和移动支付的普及应用,多元收费方式下,确定收费站收费服务是否满足驾乘人员的综合需求,函待建立一套切实可行、便于操作的高速公路收费站效能综合评价体系,以评判收费站收费效率、收费效果及实际服务水平。近年来,针对高速公路收费站,国内外学者开展了系列研究。李君羡等 采用数据驱动法,将通行能力估计问题转化为服务时长分布及影响因素分析问题,确定了不同收费模式下的通行能力;AS
14、TARITA等2 考虑收费站排队溢出、收费模式等影响因素,针对收费站的交通需求和供给建立微观仿真模型;FENG3利用排队论和交通流理论建立了收费设计评价模型;张敏等4基于收费站安全影响因子及交通事故间的作用关系建立了收费站安全评价模型。在评价方法上,李海莲等5等用平衡计分卡理论建立农村公路绩效评价指标体系,并基于FAHP-灰色聚类法建立绩效评价模型;邓奇春等0 等从投入与产出角度建立运输效率评价指标体系,基于DEA构建城市群公路网运输效率评价模型,蒋浩鹏等7 基于AHP与改进TOPSIS权值算法,从人员、工程材料、施工机械和其他风险4个方面对高速公路施工方案风险等级进行评价。有些学者采用支持向
15、量机8、物原可拓模型9和模糊数学10 等方法构建评价模型。综上可知,在研究内容上,现有研究主要关注收费站通行能力、服务水平等单一影响因素,忽略了多影响因素对收费站工作状态的综合影响,评价指标不够全面;同时,现有研究多以仿真模拟所得数据为依托,缺乏真实监测数据的支撑,准确性有待验证。在评价方法上,现有研究多采用单一的主观或客观权重作为指标权重,其结果与真实情况存在较大偏差。基于此研究现状,本文以高速公路收费站为研究对象,考虑多因素综合影响,对其进行效能综合评价。鉴于高速公路收费站效能的影响因素多且杂,作者通过查阅相关文献、咨询专家及理论分析建立了收费站效能综合评价指标体系;利用博奔论理论对G1法
16、和变异系数法进行组合赋权,既突出了影响收费站效能因素的独特之处,又平衡了主客观权重之间的差异;运用云模型及MATLAB正向云发生器生成云图,直观地反映了评价结果;通过案例分析验证了评第9期级指标体系及评价模型的可操作性,同时便于找出并分析不足,为收费站提质增效提供理论依据。1高速公路收费站效能综合评价指标体系1.1基于文献分析法和专家访谈法建立评价指标基础集收费站效能评价是指对收费站工作效率高低、效果好坏、作用大小等评价指标量化计算或结论性的评价。为确保通过文献分析法提炼影响因素的科学性,依据“高速公路收费站”、“效能评价”、“效能影响因素”等关键词进行充分检索,以EI/CSSCI/CSCD/
17、北大核心期刊论文、被引量超过10 次为依据初步筛选得到契合度较高的文献,并根据文献内容进行二次筛选。基于筛选所得文献的研究观点提炼出有代表性和说服力的高速公路收费站效能影响因素。在提炼影响因素过程中,坚持既要依据参考文献、又要联系实际的原则,确保提炼出的影响因素对收费站效能产生实际影响,由此得到初步的评价指标集。为保证评价指标的客观性,咨询从事工程管理研究的高校教师及高速公路运营管理者等12 位专家,请专家根据自身经验对基础指标进行调整、归并、增补和删减,得到修正后的评价指标基础集。1.2基于因子分析法对指标进行筛选和分类为得到科学的评价指标体系,采用因子分析法对修正后的指标集进行筛选和降维,
18、通过提取公因子确定收费站效能评价指标体系的维度。通过网络问卷的方式向专家学者和具有代表性的一线工作人员发放问卷17 0 份,回收16 1份,有效问卷156 份,占比91.8%。进行因子分析前,利用SPSS软件检验问卷信度和效度。剔除因子荷载量小于0.5的指标中荷载最小的指标,重复该过程,得到因子荷载量均大于等于0.5的2 5个指标。基于主成分分析法提取指标基础集公因子,并以最大方差法进行旋转,根据迭代收敛后的成分矩阵提取指标公因子,结合专家意见对公因子进行命名,确定9个指标公因子。为使评价指标体系更有概括性和层次性,对9个2 级指标进行第2黄健陵,等:基于G1-CV组合赋权的高速公路收费站效能
19、综合评价评价指标体系的3个维度。单车道通行能力、多车道通行能力和通行设计效率是保证收费站总体通行能力的重要基础,故将第1个公因子命名为“通行能力”,代表在特定的交通条件下,影响收费站最大通过量的因素;人工服务质量、设备服务质量和收费支持度与效果是实现收费站文明服务和高效服务目标、提升收费站整体服务质量的重要前提,故将第2 个公因子命名为“服务质量”,代表影响收费站提供优质、高效、满意的收费服务,打造安全、畅通、快速通车道的因素;环境管理、安全管理和制度管理是收费站加强自身管理水平、提升收费工作规范度和满意度的重要手段,体现收费站的综合管理水平,故将第3个公因子命名为“管理水平”,代表影响收费站
20、建立健全管理制度、有效实现对收费工作计划、组织、领导和控制的因素。综上,通过参考相关文献、咨询研讨和检验修正,基于探索性因子分析结果,建立了3个维度下的9 个2 级指标和2 5个3级指标的收费站效能综合评价指标体系(如图1所示)。2基于博奔论-云模型的收费站效能评价模型2.1基于博奔论的效能评价组合赋权模型组合赋权是一种将主客观权重结合的综合权重,通过某种数学关系将多种方法求得的权重根据不同比例有机结合,进而获得最优组合权重。组合权重既能够反映决策者的主观思维,又能体现客观数据的规律,使高速公路效能综合评价指标主客观权重从差异程度和分配系数上相匹配。2.1.1G1法确定指标主观权重G1法12
21、是基于AHP法提出的一种改进的主观权重赋值法,在权重确定过程中无需构造判断矩阵,省略了一致性检验。高速公路收费站效能综合评价涉及到的指标数量多,采用G1法确定主观权重简化了流程,便于操作。其操作步骤如下。1)邀请专家对拟定的各级指标进行重要性评估。3561次公因子提取,得到3个公因子,经专家讨论后,将其命名为通行能力、服务质量和管理水平,即3562铁道科学与工程学报2023年9月高速公路收费站效能评价A,通行能力B单车道通多车道通通行设计行能力C,行能力C,效率C,服务质量B2人工服务设备服务收费支持质量c,质量C,度与效果C。管理水平B;环境管理安全管理制度管理C,Cs收费站日交通量单车单车
22、辆单辆恶向高劣天峰小气最时交通量D,度D驶速慢行DD42)专家根据指标重要性进行大小排序。设Xi,Xz,Xm)为m个评价指标的无量纲量,若评价指标对待评价对象的影响程度存在XX,,,X的大小关系,则称在这m个评价指标间确定了按“”排序的关系。3)确定相邻指标的相对重要程度。邀请专家判断评价指标Xk-,与X,对于评价对象的相对重要程度,通过式r=Xk-1/X,计算其重要程度之比,即Xk-,的权重是X,的r倍,r的参考值如表1所示。表1相邻指标重要性比较打分原则Table 1 Principle of comparative scoring of the importanceof adjacent
23、 indicators赋值含义1.0指标Xk-I与X同样重要1.2指标Xk-I与X,相比稍微重要1.4指标Xk-I与X相比明显重要1.6指标Xk-I与X相比非常重要1.8指标Xk-I与X相比及其重要4)计算指标主观权重。根据以上步骤可得指标间的相对重要程度关系,其排序如式(1)所示。rk-1rkk=m,m-1,.,3,2对以“”排序关系下最不重要的指标,即第m个指标的主观权重am的计算公式如式(2)所示。Qa.m=1+2k=2.i=k单向高峰车流密度交通组成合理度D排队长度D。比例D,Ds图1高速公路收费站效能评价指标体系Fig.1 Expressway toll station effici
24、ency evaluation index system根据上述可推得第k个指标的主观权重计算公式如式(3)所示。Wa.k-1=ra,k.k=m,m-1,3,22.1.2变异系数法确定指标客观权重由于G1法确定的权重具有较强的主观性,为降低主观因素的干扰,使得到的指标权重更科学、客观,根据专家打分结果,运用变异系数法2(CVmethod)确定各指标的客观权重,其操作步骤如下。1)指标变异系数计算。变异系数即样本数据标准差与算术平均数之比,其计算公式如式(4)所示。okXk,k=1,2,.,m式中:V,o,和X,分别为第k个指标的变异系数、标准差和算数平均数;m为同组评价指标的个数。2)指标客观
25、权重计算。通过变异系数法求得第k个指标的客观权重b.k,其计算公式如式(5)所示。b,k=3)基于博奔论确定指标组合权重。由于评价(1)指标主客观权重间存在冲突性,博奔论4(GameTheory)能够寻找并得到有冲突的二者间偏差极小化的折中值,实现主客观权重优化的作用。基于博奔论思想计算组合权重,其操作如下。(2)设对主客观权重进行优化的加权系数为ai收费站建筑面积单向ETC/高峰车辆MTC车道平均设置收费设备故障率MTC服务规范度服务强度收费D,时间DD12D13评价D14时间DisD收费便利度评价收费服务效率服务可靠度评价道路质量评价度车辆ETC车道计重车道平均服务平均质量收费道路绿化与美
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