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公路运输枢纽系统协调发展评价
张宏
武汉理工大学华夏学院，武汉（430223）
摘 要：公路运输枢纽系统是由若干公路运输枢纽子系统组成的，系统是否协调发展、结构
是否合理，不仅关系到公路运输枢纽系统本身的效益问题，而且关系到社会经济能否快速健
康的发展。本文基于协调发展的思想对公路运输枢纽系统协调发展状况进行定性、定量分析，
并提出发展对策，构建了公路运输枢纽子系统发展水平评价指标体系，并搜集大量数据，采
用主成分分析法，实现了对公路运输枢纽综合发展水平的测度；建立了隶属度模型。
关键词：公路运输枢纽系统；协调发展；主成分分析法
1 前言
从系统的观点来看，公路交通运输体系是一个由众多“子系统”(即公路运输枢纽)组成的
系统。在这个系统中不仅存在着内部各子系统间的相互作用，而且还与周围环境进行着资金、
客货、信息等多种形式的外部交流，因此公路运输体系是一个复杂的开放系统。对于交通运
输领域本身协调发展的问题，虽然很多学者做了一些研究，但成果并不理想。本文借鉴系统
理论和交通运输系统协调发展研究成果，针对当前公路运输枢纽系统协调发展研究中的薄弱
环节，以系统理论为指导，特别是以协同学原理为指导核心，运用定性分析和定量分析相结
合的方法，对公路运输枢纽系统的协调发展进行探索研究。本文的重点是提出构建公路运输
枢纽系统协调发展评价的总体思路与评价指标；对枢纽间的协调发展进行定量分析，建立定
量分析模型：枢纽综合发展水平模型，协调状态评价模型；针对评价结果，给出合理的发展
对策。
2 公路运输枢纽系统结构分析与构建
公路运输枢纽的含义有两个层面，第一个层面是宏观网络层次，把城市作为公路运输网
络的节点，公路运输枢纽由若干枢纽城市组成。第二个层面是微观实体层次，公路运输枢纽
由提供区域之间、省际之间、以及大中城市之间公路客货运输的组织衔接及相关服务的运输
场站组成，公路运输场站依托于枢纽城市，是公路运输枢纽的实体单元，如图 1 所示。[1]
公路运输枢纽整合也分宏观和微观两个层次，宏观层次研究的重点为枢纽城市之间的资源整
合；微观层次研究的重点为枢纽城市系统内部运输场站的整合。
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公路运输枢纽系统是以实现客货位移为目的，是由若干个公路运输枢纽子系统构成的相
互依赖、相互作用的有机整体，主要有层次性、整体性、集合性、相关性、目的性等特征。
系统协调的目的就是通过某种方法组织和调控所研究的系统，寻求解决矛盾或冲突的方案，
使系统从无序转向有序，从而减少系统的负效应，提高系统的整体输出功能和整体效应。系
统协调的过程本质上是系统有序性状态转移变化的过程。系统由无序走向有序的机理关键在
于系统内部序参量之间的协同作用，它左右着系统相变的特征与规律。运输流(交通流)作为
枢纽之间的纽带，在协同运动中发挥着举足轻重的作用，它通过公路运输方式进入(离开)枢
纽并具有复杂的作业过程。[2]枢纽内客货作业一方面通过各个环节实现衔接和转换(通过和
中转)，另一方面通过城市交通系统实现客货集散和衔接，形成运输流、信息流在时间、空
间上的转移。
3 公路运输枢纽系统协调发展评价模型构建
公路运输枢纽系统协调发展评价的流程
公路运输枢纽系统中各子系统发展的相关性是客观存在的，因此，要评价协调发展不能
从单个子系统发展状态做出设计，而是在多个子系统发展状态的基础上，汇集并揭示它们的
协调关系，总体思路是：首先对各枢纽子系统的发展状态进行评价，然后在此基础上建立系
统协调发展评价定量分析模型：协调发展指数评价模型和协调状态评价模型。
公路运输枢纽发展水平评价指标构建思路和原则
建立公路运输枢纽子系统发展水平评价的指标体系，必须能够充分反映子系统发展的目
标与内涵，即能反映各公路运输枢纽子系统间和每个运输枢纽自身的协调发展程度与状态，
而且要保证指标体系的完整性、科学性、简明性和实用性。在此，本文将指标体系的构造过
程分成两个阶段，指标初选过程和指标完善过程。[3][4]
构建公路运输枢纽发展水平评价指标体系应遵循如下原则：
公 路 运 输 枢 纽
枢 纽 城 市
客运系统 货运系统
通用客运站
旅游客运站
快速客运站
集装箱中转站零担货运站
物流中心
配送中心
物流园区
微观实体
宏观网络
图 1 公路运输枢纽结构图
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① 体现公路运输枢纽子系统发展的内涵，突出子系统间协调发展的目标； ② 指标体系
全面但不可包罗万象； ③ 继承性和创新性相结合； ④ 普遍性与特殊性的统一； ⑤ 科学性
和现实性的统一； ⑥ 实用性和可操作性原则。
本文的公路运输枢纽发展水平评价指标选取如下：
第一类：数量指标
①公路里程与公路及桥梁建设投资额；②民用汽车拥有量、载客(货)汽车拥有量、运输
汽车数量与运输载客(货)汽车拥有量；③职工人数；④客(货)运量和周转量及公路建设总投
资额。
第二类：质量指标
①高速公路里程比重与公路网密度；②大型载客(货)运输汽车比重与非普通载货汽车比
重；③职工平均工资；④公路运量或周转量在综合运输体系中所占的比重；⑤客(货)平均运
距。
（3）公路运输枢纽综合发展水平评价的方法
①主成分分析法（PCA）
设有n个样本，每个样本观测 p个指标(变量)，原始数据经过标准化处理后得到的标准
化数据矩阵
11 12 1
21 22 2
1 2 3 4
1 2
( , , , )
p
p
n n np
y y y
y y y
Y Y Y Y Y
y y y
(1)
式中， 1 2 Ti i niY y y y (1,2, , )i p
用数据矩阵Y 的 p个列向量(即 p个指标向量)作线性组合(即综合指标向量)为
1 11 1 21 2 1
2 12 1 22 2 2
1 1 2 2
p p
p p
p p p pp p
F Y Y Y
F Y Y Y
F Y Y Y
(2)
式中， 1 2, , , ( 1,2, , )i i pi i p 为 Y 的协差阵 的特征值对应的特征向量，
1 2, , , pY Y Y 是原始数据经过标准化处理后的指标变量。
1 2, , ,ij pp pA ， i i iR ，R为相关系数矩阵， i ， i 是相应的特征
值和单位特征向量， 1 2 0p 。
上述方程组要求
2 2 21 2 1i i pi 1,2, ,i p (3)
' pA A I 1 2, , , ,ij pp pA A 为正交矩阵 (4)
,i j i ijCov Z Z ， 01ij i ji j (5)
总之，主成分分析就是设法将原来众多且具有一定相关性(比如 P个指标)的指标，重新
组合成一组新的相互无关的综合指标来代替原来的指标。
②运用主成分分析法测定系统综合发展水平的步骤
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首先对原始数据 ( 1,2, , , 1,2, , )ijX i n j p 进行标准化处理，即
( ) /ij ij j jy x x (6)
式中，
1
1 n
j ij
j
x x
n
(7)
2
1
1 ( )
n
j ij j
i
x x
n
（8）
构造相关系数矩阵，根据标准化数据，分别构造各公路运输枢纽子系统的相关系数矩阵
R： ( )ij p pR r ，其中，
1
1 ( , 1,2,3, , )
p
ij si sj
s
r y y i j p
p
， p为数据指标个数。
计算相关系数矩阵的特征值和特征向量。首先假定相关系数矩阵 R的特征值
存在： 1i i ， 1, ,i p 。特征向量为： 1 2( , , , )Ti i i pi 。第 k 个主成分的
贡献率为：
1
p
k k i
i
，如果前m个主成分的累计贡献率
1
85%
m
i
，即可利用
前m个主成分来描述原样本所包含的信息量。由此可以得到关于各枢纽子系统相
关系数矩阵的特征值、特征向量及相应各分量的方差贡献率。
计算主成分
1 1 2 2i i i mi pF X X X 1,2, ,i p (9)
根据相关系数矩阵 R的特征向量及最初的标准化数据 ijy ，可以得出相关系数矩阵R的
主分量 iF。
（4）公路运输枢纽系统协调发展评价模型的建立
①静态协调系数评价模型的构建
设立一个表示某一数值下系统隶属于模糊集“协调”程度的指标，它应是一个[0,1]闭区间
上的实数，我们称这个指标为协调系数，定义此协调系数为
,
min ,
max ,
i j j i
i j
i j j i
U U
U
U U
同理，由 3个子系统组成的系统静态协调发展评价模型为
, , , , , , , , , , ,( ) ( )i j k i j k j k j i k i k k i j i j j k i k i jU U U U U U U U U U
n个子系统组成的系统静态协调发展评价模型为
1 2, , 2, , 1, , 1, 1, , 1, , 1, 1, , 1,2, , 11,2, ,
2, , 1, , 1, 1, , 1,2, , 1
n n i i i n i i n n n
n
n i i n n
U U U U U U
U
U U U
其中，
' 2
2
( )exp i ii j
X XU
s
式中 iX ——表示第 i系统综合发展水平的实际值；
'
iX ——表示与第 j系统实际值相协调的第 i系统综合发展水平值；
2s ——均方差。
同理，可以得出
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' 2
2
( )
exp j jj i
X X
U
s
②公路运输枢纽静态协调发展状况
求得系统静态协调发展系数之后，我们应知道它处于什么样的协调等级。参考文章《区
域环境－经济协调发展定量分析方法研究》、《交通基础设施建设与区域经济协调发展研
究》，我们取其共同域值来确定协调等级：
表 1 协调等级的划分
协调系数 1u
协调等级 不协调
(D)
基本不协调
(C)
基本协调
(B)
协调
(A)
③动态协调发展系数评价模型的构建
在取得不同时点静态协调系数的基础上，为了揭示各时点协调系数的变动趋势，将其进
一步应用，提出如下定义：
定义 1：设 ( 1)U t T 、 ( 2)U t T 、、 ( 1)U t 、 ( )U t 为系统在 ( 1) ~t T t 这
一时段中各个时刻的系统静态协调发展系数，则 ' ( )U t 为系统在 ( 1) ~t T t 时段的动态协
调发展系数
1
'
0
1( ) ( )
T
i
U t U t i
T
'(0 ( ) 1)U t
推论 1：设 2 1t t (任意 2个不同时刻)，若 ' ( )U t 保持不递减，表明系统趋于逐步协调。
4 结论
本文借鉴系统理论及其在交通运输领域的研究成果，以适站量为内生变量，分析了二级
公路运输枢纽系统协调发展的过程，阐述了枢纽协作的协同效用，建立了公路运输枢纽系统
协调发展评价模型。
参考文献
[1] 蔡艺.主成分分析法在综合评价中的应用.水利科技与经济,2005,(2):102-110.
[2] 张生瑞,严宝杰.交通运输系统协调发展的理论分析.长安大学学报,2002,22(2):51-53.
[3] 徐利民,胡思继.论交通运输系统的协调发展.技术经济,2003,21(5):67-68.
[4] 周伟,姚志刚.公路运输枢纽形成机理与发展模式研究.中外公路,2006,(2):5-6.
Evaluation of coordinated development amoung highway
hinges system
Zhang Hong
HuaXia College, Wuhan University of Technology, Wuhan (430223)
Abstract
Highway hinge system is composed by many highway hinges. Whether the system developed in
harmony and in rational structure not only related to the benefit of itself, but also to the development of
social economy. This paper analysised the coordinated development on highway hinge system in
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quantitative and qualitative, and then give the developed countermeasure. The paper designed the
evaluation index system of highway hinge on coordinated development and collected a great deal data,
it also implemented the measurement of every highway hinge’s comprehensive development level with
PCA and establishes the subjection mode.
Keywords: Highway hinge system; Coordinated development; Principal Component Analysis (PCA)
作者简介：
张宏，女，生于 1981年 1月 7日，研究方向：交通运输、汽车服务工程。通讯地址：武汉
理工大学华夏学院机械与汽车工程系 4-405 张宏（收），邮编：430223
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