智能交通系統ITS的評價方法研究

王筱芳

【摘 要】智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是一項巨大的系統工程。近年來由于ITS的前沿性和重要性，使得國家對其研究的投入大幅度增加，因此研究ITS項目如何實施、綜合效益如何評價成為一個亟待解決的課題。本文主要研究基于經典層次分析法對ITS指標體系進行評價的特點。

【關鍵詞】智能交通系統；指標體系；經典層次分析法

0 引言

智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是綠色交通的發展方向，它是將計算機技術、通訊與傳輸技術、電子傳感技術和控制技術有效地集成，并運用于整個交通管理而建立的一種在大范圍內全方位發揮作用的、實時高效的綜合交通運輸管理系統[1]。ITS可以充分的利用現有交通設施，減少交通負荷和環境污染，保證交通安全，提高運輸效率，因而ITS日益受到各國的重視。但由于ITS的項目往往投資巨大，一般需要選擇在社會、經濟及環境等諸多方面綜合評價最高的項目來加以實施，所以如何評價ITS的效益和如何選擇ITS方案成為一個亟待解決的課題。

ITS評價就是針對系統的經濟效益、技術效益、社會效益、環境影響和風險做出的評價，為ITS項目的可行性研究及已有的系統運作、優化提供科學依據[2]。ITS項目包含社會、經濟、環境等諸多方面混雜在一起的定性或定量的復雜條件，其評價和選擇具有隨機性、模糊性、不確定性，同時環境、安全、舒適度等影響因素很難量化，所以利用傳統的評價方法很難得到理想的結果。本文基于對建立ITS架構評價指標體系的探討，主要研究經典層次分析法對ITS進行評價的優劣。

1 ITS方案的評價指標體系

ITS方案評價指標體系，是指能夠反映所評價系統的總體目標和特征，并且具有內在聯系、起互補作用，是反映系統整體狀況的指標群體[3]。在ITS方案評價指標體系的建立過程中，為了客觀、全面地衡量ITS項目的社會經濟影響，實現對其科學的綜合評價，需要遵循以下原則[4]：

（1）可行性原則。ITS的評價指標必須有明確地意義，并應簡明實用，具有可量化和可檢測的特點。

（2）系統性原則。ITS本身是一個復雜的、多因素相互聯系的系統工程，因此ITS項目的評價指標體系應考慮系統內因和外因的相關性、整體性和目標性。

（3）科學性原則。確定的評價指標體系必須科學地、全面地反映ITS項目社會經濟影響的本質特征。

（4）定性與定量相結合的原則。在對ITS項目進行社會經濟影響評價時，既要考慮經濟效益等定量因素，也應考慮社會、環境等定性指標，最終才能達到指標體系的完整性。

智能交通系統方案評價指標體系應根據評價需求，在系統定位的基礎上決定指標構成，因此評價指標體系不僅僅是系統的構成、功能和性能定性及定量的反映，也是系統設計思想及設計方對系統的理解程度的反映，最終為ITS系統方案的實施提供依據。

2 層次分析法

層次分析方法（analytical hierarchy process，AHP）是美國學者Saaty于20世紀70年代末提出的一種將復雜問題分解的多層次權重解析方法[5]，它將屬性分層，用兩項相互比較的值構成評價矩陣，然后求出矩陣最大特征值對應的特征向量，求得每一層次的各屬性對上一層某屬性的優先權重，最后再用加權和的方法遞階歸并，最終將權重以各個層次的綜合評價排序，權重最大者即為最優方案。這種將主觀判斷用數量形式表達和處理的方法，具有結構化和直觀的特點，但當屬性增多時，獲得評價矩陣將非常耗時。

2.1 層次法的評價原理

對于一個系統，假設有n個評價因子，m個評價單元，則建立評價集合u=u■，u■，∧，u■，每一個因素ui都有一個隸屬度R=r■，■r■，∧■，于是對于n個因素就有單因子評價矩陣R/2/，則：r■ r■ ∧ r■r■ r■ ∧ r■M M M Mr■ r■ ∧ r■，假如因子的權重分配為A，則：A=a■，a■，∧，a■，其中ai？叟0且∑■■■ai=1，由A與R求出模糊綜合評判矩陣B=∑AR=∑■■■b■，b■，∧，b■，其中bi=∑a■r■■。對多體系的比較，可分別求出B值后比較。

2.2 層次法的評價步驟如下[6]：

2.2.1 建立層次結構模型

將不同因素分組，每個組作為一個層次，自上至下一次為目標層、準則層和方案層，上一層次對相鄰的下一層次的全部或部分元素起支配作用，形成從上至下的支配關系，即“遞階層次關系”。

2.2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣由層次結構模型中各層元素的相對重要性數值列表構成。判斷矩陣表示針對上一層某因素，本層與之有關因素之間相對重要性的比較。例如，若A層中因素AK與下層B1、B2……Bn有聯系，則判斷矩陣P如下：

2.2.3 層次單排序，并將判斷矩陣的特征向量歸一化

根據判斷矩陣P=（bij）n×n求出這n個元素B1、B2……Bn相對于上層因素AK而言的相對權重向量（W1，W2，…，Wn）T，即計算判斷矩陣的最大特征值及對應的特征向量，可以通過Matlab等數學軟件求精確解，近似的計算方法有和根法、根法、冪法等。

2.2.4 層次單排序一致性檢驗

在建立判斷矩陣時，由于主題認識的多樣性以及客觀事物的復雜性，判斷矩陣不可能完全滿足式b■=■，也就是說判斷矩陣不可能具有完全一致性.而且進行n（n-l）/2次兩兩比較判斷可以從不同角度的反復比較中，有利于到處一個合理反映決策者判斷的排序，然而整個判斷矩陣也不應偏離一致性太大。

2.2.5 層次總排序

層次單排序得到一組元素相對于上一層中某元素的權重向量，然而需要的是最底層中的各方案（或與方案直接聯系的屬性層）相對于總準則的合成權重（或屬性權重），以便進行方案比選。計算合成權重的過程稱為層次總排序，合成權重的計算需要從上而下進行，將單準則權重進行合成，最終進行到最底層得到合成權重。

2.3 實證分析

利用本文建立的綜合評價指標體系，可以對某任意項目進行綜合評價（因篇幅限制計算過程部分和數據省略），首先借助建立的評價指標體系構造判斷矩陣，把第一層作為第二層的準則，根據調查分析得到第一層比較判斷矩陣；將特征向量正規化，即可得出第二層的權重，同理得到其它層各項在上一層各準則下的權重；最后根據計算結果，對ITS項目方案進行總體分析，評價結果數據可以得到最終的結論。

4 結論

開展ITS評價方法的研究是智能交通系統項目開發實施、方案比選、決策亟待解決的問題，具有重要的理論價值和現實意義。而經典層次分析法將決策者對復雜對象的決策思維過程系統化、層次化和模型化，整個過程體現了分解、判斷、綜合的系統思維方式。該方法適用于多準則、多目標或無結構特征的復雜問題的決策分析，尤其適合于那些決策目標結構復雜且缺少必要的數據。

【參考文獻】

[1]王志強.城市智能交通系統ITS建設項目效益評價分析[D].西安：長安大學，2011.

[2]朱昌鋒.智能運輸系統（ITS）的評價方法探討[J].甘肅聯合大學學報：自然科學版，2006，20（2）：26-27.

[3]姜雨.ITS項目評價方法研究[D].東南大學，2004.

[4]汪瑩.智能交通系統的社會和環境效益評價研究[D].北京交通大學，2001.

[5]Saaty TL. Modelling unstructured decision problems-the theory of analytical hierarchies [J].Math. Comput. Simulation，1978，20（2）：147-158.

[6]張浩.物聯網環境下智能交通系統模型設計及架構研究[D].北京交通大學，2011.

[責任編輯：謝慶云]

【摘 要】智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是一項巨大的系統工程。近年來由于ITS的前沿性和重要性，使得國家對其研究的投入大幅度增加，因此研究ITS項目如何實施、綜合效益如何評價成為一個亟待解決的課題。本文主要研究基于經典層次分析法對ITS指標體系進行評價的特點。

【關鍵詞】智能交通系統；指標體系；經典層次分析法

0 引言

智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是綠色交通的發展方向，它是將計算機技術、通訊與傳輸技術、電子傳感技術和控制技術有效地集成，并運用于整個交通管理而建立的一種在大范圍內全方位發揮作用的、實時高效的綜合交通運輸管理系統[1]。ITS可以充分的利用現有交通設施，減少交通負荷和環境污染，保證交通安全，提高運輸效率，因而ITS日益受到各國的重視。但由于ITS的項目往往投資巨大，一般需要選擇在社會、經濟及環境等諸多方面綜合評價最高的項目來加以實施，所以如何評價ITS的效益和如何選擇ITS方案成為一個亟待解決的課題。

ITS評價就是針對系統的經濟效益、技術效益、社會效益、環境影響和風險做出的評價，為ITS項目的可行性研究及已有的系統運作、優化提供科學依據[2]。ITS項目包含社會、經濟、環境等諸多方面混雜在一起的定性或定量的復雜條件，其評價和選擇具有隨機性、模糊性、不確定性，同時環境、安全、舒適度等影響因素很難量化，所以利用傳統的評價方法很難得到理想的結果。本文基于對建立ITS架構評價指標體系的探討，主要研究經典層次分析法對ITS進行評價的優劣。

1 ITS方案的評價指標體系

ITS方案評價指標體系，是指能夠反映所評價系統的總體目標和特征，并且具有內在聯系、起互補作用，是反映系統整體狀況的指標群體[3]。在ITS方案評價指標體系的建立過程中，為了客觀、全面地衡量ITS項目的社會經濟影響，實現對其科學的綜合評價，需要遵循以下原則[4]：

（1）可行性原則。ITS的評價指標必須有明確地意義，并應簡明實用，具有可量化和可檢測的特點。

（2）系統性原則。ITS本身是一個復雜的、多因素相互聯系的系統工程，因此ITS項目的評價指標體系應考慮系統內因和外因的相關性、整體性和目標性。

（3）科學性原則。確定的評價指標體系必須科學地、全面地反映ITS項目社會經濟影響的本質特征。

（4）定性與定量相結合的原則。在對ITS項目進行社會經濟影響評價時，既要考慮經濟效益等定量因素，也應考慮社會、環境等定性指標，最終才能達到指標體系的完整性。

智能交通系統方案評價指標體系應根據評價需求，在系統定位的基礎上決定指標構成，因此評價指標體系不僅僅是系統的構成、功能和性能定性及定量的反映，也是系統設計思想及設計方對系統的理解程度的反映，最終為ITS系統方案的實施提供依據。

2 層次分析法

層次分析方法（analytical hierarchy process，AHP）是美國學者Saaty于20世紀70年代末提出的一種將復雜問題分解的多層次權重解析方法[5]，它將屬性分層，用兩項相互比較的值構成評價矩陣，然后求出矩陣最大特征值對應的特征向量，求得每一層次的各屬性對上一層某屬性的優先權重，最后再用加權和的方法遞階歸并，最終將權重以各個層次的綜合評價排序，權重最大者即為最優方案。這種將主觀判斷用數量形式表達和處理的方法，具有結構化和直觀的特點，但當屬性增多時，獲得評價矩陣將非常耗時。

2.1 層次法的評價原理

對于一個系統，假設有n個評價因子，m個評價單元，則建立評價集合u=u■，u■，∧，u■，每一個因素ui都有一個隸屬度R=r■，■r■，∧■，于是對于n個因素就有單因子評價矩陣R/2/，則：r■ r■ ∧ r■r■ r■ ∧ r■M M M Mr■ r■ ∧ r■，假如因子的權重分配為A，則：A=a■，a■，∧，a■，其中ai？叟0且∑■■■ai=1，由A與R求出模糊綜合評判矩陣B=∑AR=∑■■■b■，b■，∧，b■，其中bi=∑a■r■■。對多體系的比較，可分別求出B值后比較。

2.2 層次法的評價步驟如下[6]：

2.2.1 建立層次結構模型

將不同因素分組，每個組作為一個層次，自上至下一次為目標層、準則層和方案層，上一層次對相鄰的下一層次的全部或部分元素起支配作用，形成從上至下的支配關系，即“遞階層次關系”。

2.2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣由層次結構模型中各層元素的相對重要性數值列表構成。判斷矩陣表示針對上一層某因素，本層與之有關因素之間相對重要性的比較。例如，若A層中因素AK與下層B1、B2……Bn有聯系，則判斷矩陣P如下：

2.2.3 層次單排序，并將判斷矩陣的特征向量歸一化

根據判斷矩陣P=（bij）n×n求出這n個元素B1、B2……Bn相對于上層因素AK而言的相對權重向量（W1，W2，…，Wn）T，即計算判斷矩陣的最大特征值及對應的特征向量，可以通過Matlab等數學軟件求精確解，近似的計算方法有和根法、根法、冪法等。

2.2.4 層次單排序一致性檢驗

在建立判斷矩陣時，由于主題認識的多樣性以及客觀事物的復雜性，判斷矩陣不可能完全滿足式b■=■，也就是說判斷矩陣不可能具有完全一致性.而且進行n（n-l）/2次兩兩比較判斷可以從不同角度的反復比較中，有利于到處一個合理反映決策者判斷的排序，然而整個判斷矩陣也不應偏離一致性太大。

2.2.5 層次總排序

層次單排序得到一組元素相對于上一層中某元素的權重向量，然而需要的是最底層中的各方案（或與方案直接聯系的屬性層）相對于總準則的合成權重（或屬性權重），以便進行方案比選。計算合成權重的過程稱為層次總排序，合成權重的計算需要從上而下進行，將單準則權重進行合成，最終進行到最底層得到合成權重。

2.3 實證分析

利用本文建立的綜合評價指標體系，可以對某任意項目進行綜合評價（因篇幅限制計算過程部分和數據省略），首先借助建立的評價指標體系構造判斷矩陣，把第一層作為第二層的準則，根據調查分析得到第一層比較判斷矩陣；將特征向量正規化，即可得出第二層的權重，同理得到其它層各項在上一層各準則下的權重；最后根據計算結果，對ITS項目方案進行總體分析，評價結果數據可以得到最終的結論。

4 結論

開展ITS評價方法的研究是智能交通系統項目開發實施、方案比選、決策亟待解決的問題，具有重要的理論價值和現實意義。而經典層次分析法將決策者對復雜對象的決策思維過程系統化、層次化和模型化，整個過程體現了分解、判斷、綜合的系統思維方式。該方法適用于多準則、多目標或無結構特征的復雜問題的決策分析，尤其適合于那些決策目標結構復雜且缺少必要的數據。

【參考文獻】

[1]王志強.城市智能交通系統ITS建設項目效益評價分析[D].西安：長安大學，2011.

[2]朱昌鋒.智能運輸系統（ITS）的評價方法探討[J].甘肅聯合大學學報：自然科學版，2006，20（2）：26-27.

[3]姜雨.ITS項目評價方法研究[D].東南大學，2004.

[4]汪瑩.智能交通系統的社會和環境效益評價研究[D].北京交通大學，2001.

[5]Saaty TL. Modelling unstructured decision problems-the theory of analytical hierarchies [J].Math. Comput. Simulation，1978，20（2）：147-158.

[6]張浩.物聯網環境下智能交通系統模型設計及架構研究[D].北京交通大學，2011.

[責任編輯：謝慶云]

【摘 要】智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是一項巨大的系統工程。近年來由于ITS的前沿性和重要性，使得國家對其研究的投入大幅度增加，因此研究ITS項目如何實施、綜合效益如何評價成為一個亟待解決的課題。本文主要研究基于經典層次分析法對ITS指標體系進行評價的特點。

【關鍵詞】智能交通系統；指標體系；經典層次分析法

0 引言

智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）是綠色交通的發展方向，它是將計算機技術、通訊與傳輸技術、電子傳感技術和控制技術有效地集成，并運用于整個交通管理而建立的一種在大范圍內全方位發揮作用的、實時高效的綜合交通運輸管理系統[1]。ITS可以充分的利用現有交通設施，減少交通負荷和環境污染，保證交通安全，提高運輸效率，因而ITS日益受到各國的重視。但由于ITS的項目往往投資巨大，一般需要選擇在社會、經濟及環境等諸多方面綜合評價最高的項目來加以實施，所以如何評價ITS的效益和如何選擇ITS方案成為一個亟待解決的課題。

ITS評價就是針對系統的經濟效益、技術效益、社會效益、環境影響和風險做出的評價，為ITS項目的可行性研究及已有的系統運作、優化提供科學依據[2]。ITS項目包含社會、經濟、環境等諸多方面混雜在一起的定性或定量的復雜條件，其評價和選擇具有隨機性、模糊性、不確定性，同時環境、安全、舒適度等影響因素很難量化，所以利用傳統的評價方法很難得到理想的結果。本文基于對建立ITS架構評價指標體系的探討，主要研究經典層次分析法對ITS進行評價的優劣。

1 ITS方案的評價指標體系

ITS方案評價指標體系，是指能夠反映所評價系統的總體目標和特征，并且具有內在聯系、起互補作用，是反映系統整體狀況的指標群體[3]。在ITS方案評價指標體系的建立過程中，為了客觀、全面地衡量ITS項目的社會經濟影響，實現對其科學的綜合評價，需要遵循以下原則[4]：

（1）可行性原則。ITS的評價指標必須有明確地意義，并應簡明實用，具有可量化和可檢測的特點。

（2）系統性原則。ITS本身是一個復雜的、多因素相互聯系的系統工程，因此ITS項目的評價指標體系應考慮系統內因和外因的相關性、整體性和目標性。

（3）科學性原則。確定的評價指標體系必須科學地、全面地反映ITS項目社會經濟影響的本質特征。

（4）定性與定量相結合的原則。在對ITS項目進行社會經濟影響評價時，既要考慮經濟效益等定量因素，也應考慮社會、環境等定性指標，最終才能達到指標體系的完整性。

智能交通系統方案評價指標體系應根據評價需求，在系統定位的基礎上決定指標構成，因此評價指標體系不僅僅是系統的構成、功能和性能定性及定量的反映，也是系統設計思想及設計方對系統的理解程度的反映，最終為ITS系統方案的實施提供依據。

2 層次分析法

層次分析方法（analytical hierarchy process，AHP）是美國學者Saaty于20世紀70年代末提出的一種將復雜問題分解的多層次權重解析方法[5]，它將屬性分層，用兩項相互比較的值構成評價矩陣，然后求出矩陣最大特征值對應的特征向量，求得每一層次的各屬性對上一層某屬性的優先權重，最后再用加權和的方法遞階歸并，最終將權重以各個層次的綜合評價排序，權重最大者即為最優方案。這種將主觀判斷用數量形式表達和處理的方法，具有結構化和直觀的特點，但當屬性增多時，獲得評價矩陣將非常耗時。

2.1 層次法的評價原理

對于一個系統，假設有n個評價因子，m個評價單元，則建立評價集合u=u■，u■，∧，u■，每一個因素ui都有一個隸屬度R=r■，■r■，∧■，于是對于n個因素就有單因子評價矩陣R/2/，則：r■ r■ ∧ r■r■ r■ ∧ r■M M M Mr■ r■ ∧ r■，假如因子的權重分配為A，則：A=a■，a■，∧，a■，其中ai？叟0且∑■■■ai=1，由A與R求出模糊綜合評判矩陣B=∑AR=∑■■■b■，b■，∧，b■，其中bi=∑a■r■■。對多體系的比較，可分別求出B值后比較。

2.2 層次法的評價步驟如下[6]：

2.2.1 建立層次結構模型

將不同因素分組，每個組作為一個層次，自上至下一次為目標層、準則層和方案層，上一層次對相鄰的下一層次的全部或部分元素起支配作用，形成從上至下的支配關系，即“遞階層次關系”。

2.2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣由層次結構模型中各層元素的相對重要性數值列表構成。判斷矩陣表示針對上一層某因素，本層與之有關因素之間相對重要性的比較。例如，若A層中因素AK與下層B1、B2……Bn有聯系，則判斷矩陣P如下：

2.2.3 層次單排序，并將判斷矩陣的特征向量歸一化

根據判斷矩陣P=（bij）n×n求出這n個元素B1、B2……Bn相對于上層因素AK而言的相對權重向量（W1，W2，…，Wn）T，即計算判斷矩陣的最大特征值及對應的特征向量，可以通過Matlab等數學軟件求精確解，近似的計算方法有和根法、根法、冪法等。

2.2.4 層次單排序一致性檢驗

在建立判斷矩陣時，由于主題認識的多樣性以及客觀事物的復雜性，判斷矩陣不可能完全滿足式b■=■，也就是說判斷矩陣不可能具有完全一致性.而且進行n（n-l）/2次兩兩比較判斷可以從不同角度的反復比較中，有利于到處一個合理反映決策者判斷的排序，然而整個判斷矩陣也不應偏離一致性太大。

2.2.5 層次總排序

層次單排序得到一組元素相對于上一層中某元素的權重向量，然而需要的是最底層中的各方案（或與方案直接聯系的屬性層）相對于總準則的合成權重（或屬性權重），以便進行方案比選。計算合成權重的過程稱為層次總排序，合成權重的計算需要從上而下進行，將單準則權重進行合成，最終進行到最底層得到合成權重。

2.3 實證分析

利用本文建立的綜合評價指標體系，可以對某任意項目進行綜合評價（因篇幅限制計算過程部分和數據省略），首先借助建立的評價指標體系構造判斷矩陣，把第一層作為第二層的準則，根據調查分析得到第一層比較判斷矩陣；將特征向量正規化，即可得出第二層的權重，同理得到其它層各項在上一層各準則下的權重；最后根據計算結果，對ITS項目方案進行總體分析，評價結果數據可以得到最終的結論。

4 結論

開展ITS評價方法的研究是智能交通系統項目開發實施、方案比選、決策亟待解決的問題，具有重要的理論價值和現實意義。而經典層次分析法將決策者對復雜對象的決策思維過程系統化、層次化和模型化，整個過程體現了分解、判斷、綜合的系統思維方式。該方法適用于多準則、多目標或無結構特征的復雜問題的決策分析，尤其適合于那些決策目標結構復雜且缺少必要的數據。

【參考文獻】

[1]王志強.城市智能交通系統ITS建設項目效益評價分析[D].西安：長安大學，2011.

[2]朱昌鋒.智能運輸系統（ITS）的評價方法探討[J].甘肅聯合大學學報：自然科學版，2006，20（2）：26-27.

[3]姜雨.ITS項目評價方法研究[D].東南大學，2004.

[4]汪瑩.智能交通系統的社會和環境效益評價研究[D].北京交通大學，2001.

[5]Saaty TL. Modelling unstructured decision problems-the theory of analytical hierarchies [J].Math. Comput. Simulation，1978，20（2）：147-158.

[6]張浩.物聯網環境下智能交通系統模型設計及架構研究[D].北京交通大學，2011.

[責任編輯：謝慶云]