基于灰关联的公共自行车租赁点选址研究

庄轲

（南京市城市与交通规划设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210008）

基于灰关联的公共自行车租赁点选址研究

庄轲

（南京市城市与交通规划设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210008）

公共自行车租赁点选址过程中涉及的影响因素较多，为了在公共自行车系统建设中达到精细化设计的目的，需要综合考虑各影响因素，构建指标体系和评价比选方法，以选出最优方案。从使用、运营和建设3个层面出发，建立包含7项指标的评价指标体系并给出各项指标的具体定义和量化方法。提出基于灰色关联度分析的公共自行车租赁点选址方案比选方法，即在运用功效分析法对指标进行归一化处理的基础上，采用熵值法确定各指标值权重，根据灰关联原理对备选方案进行排序，比选出最优方案。最后将该方法应用于南京市浦口区公共自行车租赁点的规划建设中。研究结果表明，该方法可以对站点选址提供有效的决策支持。

公共自行车；精细化设计；方案比选；评价指标；灰色关联度

0 引言

公共自行车可以实现公共交通的末端接驳，解决“最后一公里”的问题，提升公交系统服务水平，同时能够有效服务于居民的日常中短距离出行。由于其绿色低碳、方便灵活的特点，公共自行车在国内城市中不断推广应用。公共自行车系统的规划通常需要包括站点的宏观布局和微观选址两个阶段，现状对公共自行车租赁点的规划研究主要侧重于宏观布局，通过对公共自行车系统的总体规模、服务对象、服务半径的分析确定租赁点的总体分布及单点规模[1-7]，但是在微观层面对于租赁点建设选址的研究相对缺乏[8]。由于公共自行车系统的总体布局规划通常只能确定站点的大致位置，而公共自行车租赁点的具体设置位置通常有人行道设施带或广场空地等多种选择，相对较灵活，因此在实际建设过程中，仍然会遇到在诸多可能性下难以确定站点选址的情况。而现状对于公共自行车系统的评价研究大多面向系统整体的服务水平、运营效果等[9-10]，也较难直接指导租赁点的微观选址。公共自行车租赁点选址通常需要考虑使用、运营与建设3大类要素，具体的影响因素较多且较为复杂。因此有必要对其站点选址方法展开研究，构建理论与实践相结合的方案评价指标体系和方案比选方法，在公共自行车系统的建设过程中体现城市交通系统精细化设计的理念。

本文在系统分析公共自行车租赁点选址各类影响因素的基础上，建立了选址方案评价指标体系，构建了基于熵值-灰关联组合的公共自行车租赁点选址方案比选方法，在一定程度上可以减小选址过程中的主观性、片面性和不确定性，为租赁点建设提供决策支持。

1 租赁点选址方案评价指标的选取

1.1 评价指标体系的构建

本文从使用、运营、建设3个角度建立了租赁点选址方案的3个准则层，分别从使用者、运营者、建设者的3方利益出发，基于准则层，在指标层提出7项评价指标（见图1），体现出租赁点选址是权衡多方利益以及进行价值判断的多目标冲突分析过程。

图1 公共自行车租赁点选址方案评价指标体系

1.2 评价指标的量化

1.2.1 使用特征

（1）使用者平均到达时间B1

该指标是指周边居民小区、公共建筑等单位的使用者到达租赁点的平均时间，服务单位的数量为h，平均到达时间由各单位在单位时间内对公共自行车的预计使用频数q、到租赁点的步行距离L以及使用者平均步行速度v决定。B1的计算公式如下：

B1为逆向指标，值越小，表明租赁点对周边单位的服务水平越高。

（2）租赁点对建筑物的影响B2

由于租赁点通常需要配置亭棚设施，考虑到布设于人行道的租赁点对道路沿线商铺等单位的潜在遮挡影响，将租赁点对沿线建筑单位的投影长度U和租赁点到建筑退线距离T的比值B2作为影响因素。B2的计算公式如下：

B2为逆向指标，值越小，表明租赁点对相邻建筑单位的影响越小。

1.2.2 运营特征

（1）用地规模适应性B3

考虑到单个租赁点的规模需要根据实际运营情况进行调整，在初期建设时应当在满足站点规划规模的同时预留扩容用地，另外还应当保证足够的储车区用地，方便运营者在单个站点内实施快速调配，以应对公共自行车使用的潮汐现象。B3的计算公式如下：

式（3）中：O为选址处可用地规模；O′为站点规划占地规模需求；O″为站点储车区占地规模需求。B3为正向指标，值越大，表明租赁点的可调整空间越大。

（2）广告效益B4

通过租赁点车棚灯箱设置户外广告是公共自行车系统产生运营收益的重要手段，而租赁点的位置是户外广告价值的决定性因素。广告价值通常由广告环境、受众价值、可见机会、媒体特质和投资成本5个影响因素决定[11]，最后由广告相关企业评估相应的广告投放价值。B4为正向指标，值越大，表明租赁点广告价值越高。

1.2.3 建设特征

（1）土建工程费用B5

不同选址条件下的租赁点的土建工程费用存在差异，相应方案下的土建工程费用通常包含站点基础设施建设费用E、可能产生的绿化迁移费用E′以及街道家具迁移费用E″。B5的计算公式如下：

B5为逆向指标，值越小，表明租赁点的土建工程费用投入越低。

（2）电力接入费用B6

租赁点通过电力维持运作，电力接入通常有利用路灯电源、周边建筑用电或其他市政用电等措施。不同选址条件下采用的电力接入措施产生的施工费用及站点运营产生的电费存在差异，因此将租赁点电力接入费用B6作为站点建设费用的影响因素之一。B6为逆向指标，值越小，表明租赁点的电力接入费用投入越低。

（3）网络接入费用B7

单个租赁点需要通过网络连接控制中心以构建公共自行车系统，网络接入通常有有线网络和无线网络两种。不同选址条件下对应的网络模式及各网络运营商对站点网络接入的费用存在差异，因此将租赁点网络接入费用B7作为站点建设费用的影响因素之一。B7为逆向指标，值越小，表明租赁点的网络接入费用投入越低。

2 基于灰关联的多方案评价方法

2.1 灰关联模型

灰色系统理论是由我国的邓聚龙教授于1982年创立的。在系统模型不明确、行为信息不完全、运行机制不清楚的情况下，灰色系统理论可以有效解决系统的建模、预测、决策和控制等问题，在科研、经济、军事、生态等众多领域都得到了广泛应用。作为灰色系统理论的主要内容之一，灰色关联分析是灰色系统分析、预测和决策的基础[12]。

灰色关联度评价方法是在灰色系统理论的关联分析方法改进的基础上提出的一种综合评价方法。该方法的核心思想是通过灰色关联度来体现各类因素之间关系的强弱，在方案比选中，通常是通过计算备选方案与理想方案的灰色关联度，并对之进行排序来确定备选方案的优劣。采用灰色关联分析的方法进行综合评价，可以对已掌握的量化信息充分利用，从而减少潜在的误差。

设参考序列为X0=(X01,X02,…,X0n)，比较序列为Xi=(Xi1,Xi2,…,Xin)，则参考序列和比较序列的关联度系数εij定义为：Xi与X0的灰色关联度ri为：

式（5）～式（7）中：ρ为分辨系数，通常情况下在（0,0.5）内取值；wj为第j项指标的权重。

通过计算灰色关联度ri确定序列Xi与参考序列X0的相关程度，并将全部m个序列的灰色关联度自大而小排序得到关联序集，从而描述各序列与参考序列关联度情况。

2.2 熵值法确定权重系数

2.2.1 熵值法

熵值法是根据样本数据自身的信息特征做出的权重判断，可以有效反映指标信息熵值的效用价值[13]。

由于信息熵与信息量互补，因此熵值法对于产生了结果、但结果不确定的度量可以通过信息熵的表述来消除信息的不确定性，运用于公共自行车租赁点选址方案的比选，可以在确定了若干个备选方案之后，通过对各备选方案评价指标的信息熵计算，来确定各类指标的权重系数。熵值法是基于实验结果的指标权重确定方法，因此只适用于相对评价，即多个方案的比选，而不适用于绝对评价。

信息熵计算方法可表示为：

式（8）中：pi为比较序列的特征比重；k为大于0的常数。

根据上述信息熵的概念，对于给定的j（第j个评价指标），其评价指标值Bij的差异越大，表明该项指标对方案的比较作用越大，即该项指标包含和传输的信息越多，相应的，该项指标的权重也越大。

2.2.2 指标规范化处理

采用功效评分法对指标进行规范化处理。功效评分法是一种根据功效系数评定各项指标计分值的简单方法：di=di(xi),i=1,2,3,…,m。

根据正向和逆向指标的属性情况，采用以下的线性表达式。

（1）正向指标：

（2）逆向指标：

2.2.3 指标权重计算

Step1 计算第j项指标下，第i个方案的特征比重Pij：

Step2 计算第j项指标的熵值：

式（12）中：k=1/lnn，ej＞0。

Step3 计算第j项指标的差异性系数gj。对于给定的j，Bij的差异越小，则ej越大；Bij全等时，Pij=1/n，ej=emax=1，此时，系统的该项信息完全无序，指标Bj对于方案间的比较毫无意义；Bij差异越大，则ej越小，指标对于方案的比较作用越大。因此，定义差异性系数gj=1-ej，gj越大，该项指标的作用愈大。

Step4 确定权重系数wj：

wj为归一化的评价指标的权重系数。对于多层结构的评价系统，根据熵的可加性，可利用下层结构的指标差异性系数gj，按比例确定相应上层结构的权重值wj。

2.3 公共自行车租赁点选址中灰关联模型的应用

Step1 构建方案评价值决策矩阵D：

Step2 对决策矩阵D进行规范化处理，得到规范化决策矩阵Dn：

式中：B为效益型指标，即正向指标；C为成本型指标，即逆向指标。

Step3 计算绝对差值矩阵Δ，由b0j=maxbij得到理想方案b0=(b01,b02,…,b0n)，根据式（6）得到：

Step4 计算关联系数矩阵ε，根据式（5）得到：

Step5 根据各项指标权重计算各方案与理想方案的灰色关联度，根据式（7）得到关联系数向量R，对备选方案进行排序，ri越大则表明该备选方案越优。

3 浦口区公共自行车租赁点选址方案比选

南京市浦口区公共自行车租赁点布局规划在总体规划层面于老城核心区的珠泉市场附近规划有租赁点1处，并且明确了其服务功能主要面向珠泉市场、浦珠花园小区和珠泉花园小区的使用者，兼顾服务鼎业花苑、缔景名苑、同心村。根据实地勘测，在总体布局规划确定的站点规划选址范围内共有3个具有可行性的备选方案，分别为珠泉市场入口、浦珠花园小区南门和珠泉花园小区东门（见图2）。在该站点的选址过程中，采用基于灰关联的公共自行车租赁点选址方法对3个备选方案进行综合评价，通过比选得出最优方案。

图2 珠泉市场公共自行车租赁点选址备选方案示意图

在总体规划阶段，根据需求调查和态势分析可得到各服务单位对该租赁点的预计使用频数，根据3个备选方案的预计使用频数和到达距离（见表1），由式（1）分别计算使用者平均到达时间指标，其中，根据浦口区居民步行速度的实测数据，平均步行速度v按1.1m/s计，得到3个备选方案的平均到达时间分别为115.72s、135.23s、149.24s。

表1 备选方案使用频数及到达距离

根据备选方案的使用、运营和建设特征，进一步计算租赁点对建筑物的影响系数B2、用地规模适应性B3、广告效益B4、土建工程费用B5、电力接入费用B6、网络接入费用B7共6个指标，计算结果见表2。

表2 备选方案评价指标

由表2可以构建决策矩阵D：

由决策矩阵D构建规范化决策矩阵Dn：

进一步构建绝对差值矩阵Δ：

计算得到关联系数矩阵ε：

利用熵值法确定指标权重系数W：

由式（7）计算得到备选方案的带权关联系数向量R：

由带权灰关联系数向量R可以得出3个备选方案的优劣顺序：方案1＞方案2＞方案3。因此，方案1为最优方案，即推荐在珠泉市场入口位置建设公共自行车租赁点。浦口区公共自行车系统珠泉市场租赁点的选址采纳上述结论，按推荐方案进行建设。

4 结语

本文剖析了公共自行车租赁点选址中需要考虑的使用、运营和建设3大特征，列举了7项评价指标及其定义，建立了适用于公共自行车租赁点选址方案评价的指标体系；结合实际，确定了各项指标的量化方法，并通过熵值法确定权重；构建了基于灰色关联度分析的公共自行车租赁点选址方案比选方法。本文提出的选址方案比选方法降低了选址评价过程中的不确定性，加强了对选址工作的决策支持，通过全面考虑各类影响因素将精细化设计的理念运用于公共自行车系统建设。该方法在浦口区公共自行车租赁点选址工作中的运用取得了较为合理有效的效果，证明了该方法具有一定的应用价值。该方法为公共自行车租赁点微观选址阶段的研究拓展了思路，为今后公共自行车系统的精细化设计提供了参考。

[1]周扬军.城市公共自行车系统规划研究[J].城市交通，2012，10（5）：50-54.

[2]李婷婷.城市公共自行车租赁点选址规划研究[D].北京：北京交通大学，2010.

[3]姚遥，周扬军.杭州市公共自行车系统规划[J].城市交通，2009，7（4）：30-38.

[4]李黎辉，陈华，孙小丽.武汉市公共自行车租赁点布局规划[J].城市交通，2009，7（4）：39-44.

[5]陈景旭，王炜，陈学武，等.轨道交通站点公共自行车租赁点布局研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2013，37（6）：1206-1210.

[6]惠英，孙天宇，赵杰.外围城区公共自行车系统使用特点和规划对策研究[J].建筑科技，2014（15）：40-42.

[7]李配配，崔珩.公共自行车与轨道交通的接驳与换乘研究[J].交通科技，2013（1）：154-157.

[8]周杨，张冰琦，李强.公共自行车系统的研究进展与展望[J].城市发展研究，2014，21（9）：118-123.

[9]曾振.城市公共自行车系统运营绩效评价——以湖南省株洲市为例[J].城市交通，2014，12（6）：70-76.

[10]祝翔.公共自行车系统服务水平综合评价研究[D].北京：北京交通大学，2011.

[11]余学飞.户外广告牌价值评估体系构建研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[12]邓聚龙.灰理论基础[M].武汉：华中理工大学出版社，2002.

[13]王靖，张金锁.综合评价中确定权重向量的几种方法比较[J].河北工业大学学报，2001，30（2）：53-57.

Location Selection of Public Bicycle Rental Station Based on Grey Correlation

ZHUANG Ke
(Nanjing Institute of City&Transport Planning Co.,Ltd.,Nanjing 210008,China)

In location selection of public bicycle rental station,various factors need taking into consid⁃eration.To fulfill the purpose of detailed design and obtain an optimized plan,an index system was built and the evaluation method was put forward based on the comprehensive consideration of various factors. The evaluation index system was built by introducing seven indexes,covering three aspects which were the usage,the operation and the construction.Detailed definitions and quantitation methods for each in⁃dex were put forward.The selection method of location plan of public bicycle rental station based on Grey Correlation Analysis was introduced.The quantitative indexes were normalized using efficacy anal⁃ysis method and their weights were calculated using entropy method.Then,the candidate locations were ranked on the basis of Grey Correlation Principle,and the optimized plan could be determined.Finally, this method was applied in the planning of public bicycle rental station in Pukou District of Nanjing.The results show that the method could effectively support the decision-making of location selection of pub⁃lic bicycle rental station.

public bicycle;detailed design;plan selection;evaluation index;grey correlation

U491.225

：A

：2095-9931（2015）05-0031-06

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.05.005

2015-01-30

庄轲（1987—），男，江苏镇江人，工程师，硕士，研究方向为交通规划、交通设计。E-mail:zhuangke@nictp.com。