城市軌道交通技術標準參數的AHP模糊綜合評價
王 羽
摘要:對城市軌道交通技術標準參數的評價,是進行方案選擇的前提.基于AHP的模糊綜合評判法這種工具為我們提供了這種途徑.本文介紹了這種方法的基本理論和操作步驟,并通過實例分析,表明該方法的優越性和可行性.
關鍵詞:城市軌道交通;技術參數;層次分析;模糊綜合評判 城市軌道交通作為城市交通網絡的組成部分將會在未來相當長的時間里扮演越來越重要的角色.城市軌道交通技術標準參數的評價是一個復雜的過程,涉及到諸多因素,在這其中,如何確定各技術參數評價指標的權重,如何確定各技術參數對城市軌道交通總體方案的影響,從而評價總體方案的好壞,這都是我們必須面對和解決的問題.AHP模糊理論的引入,為我們提供了一條處理此問題的途徑. 1 城市軌道路線技術標準的組成 城市軌道交通路線的技術標準,是對軌道交通的設備類型、建筑物、設計規模、運輸能力和運輸安全的最基本的限定.這個技術標準體系主要由10個參數指標組成: 1)最高運行速度:是指有軌列車在保持平穩、保證安全的前提下,可以達到的最快極限速度,它是衡量列車性能的重要標準. 2)運送能力:是指在單位時間內,有軌列車可以載運的乘客數量. 3)線形:是指相對于地面條件的軌道交通位置及路線狀況. 4)牽引條件:是指軌道交通牽引種類(內燃/電力)和牽引性能(如加、減速度). 5)車型:是指載客的車輛類型.城市軌道交通一般可分為大、中、小型. 6)列車編組:是指列車單元編掛的車輛數. 7)信號系統:軌道交通采用是信號系統常見的形式有自動閉塞,準移動閉塞和移動閉塞. 8)最小曲線半徑:大半徑對行車的穩定性、舒適性有利;小半徑有利于定線和站位的選擇. 9)最大線路坡度:在一定的速度下,大坡度對車輛的牽引性能要求高. 10)車站分布:是指車站的位置和相互之間的間距大小. 在以上10個技術參數中,最高運行速度和運送能力這兩個參數對于城市軌道交通方案的評價是最重要的,即決定性的,而這兩個參數又受到其余八個參數的影響.他們之間的關系具體見圖1.這里我們采用AHP模糊綜合評價對這些參數的作用進行分析.
2 層次分析法 層次分析法(AHP)是一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法,這種方法適用于結構較為復雜,決策準則較多而且不易量化的決策問題.其基本內容是:首先根據問題的性質和要求,提出一個總的目標,然后將問題按層次分解,對同一層次的諸因素通過兩兩比較的方法確定出相對于上層目標的各自的權系數,這樣層層分析下去,直到最后一層, 即可得出所有因素相對于總目標的按重要性程度的一個排序. 層次分析法的基本算法是: 1)對同一層次的事件(因素)進行重要性(影響程度)的比較,并對其標度,得出判斷矩陣.
3)對各判斷矩陣的最大特征值進行一致性檢驗:C·I=(λmax-n)/(n-1),如果C·I<0·1,則認為判斷矩陣的一致性可以接受,否則重新進行兩兩比較,對于3標度法來講,通常情況是滿足一致性要求的. 傳統的層次分析法采用1-9標度,但這樣很有可能出現標度系統的非一致性,計算量大且繁瑣,這里我們使用的新標度法,它的前提假設是“兩個比較重要復合等于重要,兩個重要復合等于很重要,兩個很重要復合等于極重要”.設r1,r2,r3,r4分別表示比較重要、重要、很重要、極重要,r1*r1=r2,r2*r2=r3,r3*r3=r4根據傳統標度法知r0=1,r4=9,因此新標度為(r0,r1,r2,r3,r4)=(1,30.25,30.53,9),這種標度法就是3標度法,它基本上排除了1-9標度系統的非一致性問題,使一次計算的結果更為精確. 3 模糊綜合評判 所謂綜合評判,就是對多種因素影響的事物或現象進行總的評價,這種評價過程若涉及模糊因素就叫做模糊綜合評判.模糊綜合評判借助模糊數學這一工具來刻畫各種影響事件(因素),對上層事件(因素),它可以通過層層上推,最終計算出各事件(因素)對城市軌道交通總目標的影響狀態.這種方法能較好的將許多定性的東西定量化,從而幫助我們進行分析評價. 具體操作步驟為: 1)找出因素集U={u1,u2,……,un} 2)建立備擇集(評判集)V={V1,V2,……,Vm} 3)建立權重A={a1,a2,……,an}權重可以通過歷史統計數據確定,也可以由敏感性分析擬和權重,或者運用專家評判法. 4)建立因素評判矩陣R.因素判斷矩陣的隸屬度可以通過數理統計方法確定,還可以通過貼近度或距離的方法確定. 5)將得出綜合評判矩陣B進行歸一化處理,得出的結論就是備擇集V={V1,V2,……,Vm}各種方案等級發生的概率. 二級(兩層次)評判模型B=A·R=A·
基于AHP的模糊綜合評價是將AHP與模糊綜合評判兩種方法的特點相結合,通過層次分析法算出各層次事件(因素)的權重,再通過模糊綜合評判得出各基本因素對上層事件、直至頂層事件的影響情況,最終評價出總目標的方案狀況. 4 應用實例分析 城市軌道交通系統的目標是高效、安全、舒適.而高效、安全、舒適則可通過運行速度和運送能力來體現.對于城市軌道交通技術方案的評價,可以從這兩個大的角度來考察:最高運行速度、運送能力來考察.這兩個大項又可以具體分解成若干個子指標,通過逐一考察,最終做出評價.現在我們以某城市軌道交通項目方案評價為例進行說明.具體見圖2.
1)運用層次分析法對b-c層和A-b層各個風險事件進行兩兩比較,計算出他們各自的權重. A———b判斷矩陣為
以上各ω值反映了各層次對應技術參數的權重值. 2)有了各技術評價指標(因素)的權重,再通過模糊綜合評判,層層上推,得出目標方案的狀態.對于b1-c層: a·因素集[線形(u1),最大路線坡度(u2),最小曲率半徑(u3),牽引條件(u4),信號系統(u5),車站分布(u6)] b·備擇集(評判集)[方案優秀(v1),方案較優(v2),方案一般(v3),方案較差(v4),方案完全不可 行(v5)] c·建立權重矩陣B1,由前面的AHP法知B1=(0·097,0·097,0·056,0·291,0·291,0·168) d·建立因素評判矩陣R,這里可通過專家評定法,或采用模糊貼近度,模糊距離法確定隸屬度rij(其中rij表示第i各因素對評判集第j個元素的隸屬度)
權重矩陣B2=(0.118,0.118,0.205,0.205,0.355)根據模糊運算規則得Rb2=(0·2356,0·2822,0·1915,0·1916,0·1001)最后,對頂層(A—b)進行模糊綜合r評判RA=
歸一化后得RA=(0.2509,0.2489,0.2305,0.1721,0.1065)以上結果表明:從實施結果考慮,該項目方案為優秀方案(v1)的概率為0.2509,該方案為優良方案(v2)的概率為0.2489,該方案一般(v3) 的概率為0.2305,方案較差(v4)的概率為0.1721,方案不可行(v5)的概率為0.1065.根據軌道交通可行性指標評價規則(表1).v1=95分,v2=85分,v3=65分,v4=55分,v5=40分 V=0·2509×95+0·2489×85+0·2305×65+0.1721×55+0.1065×40=73.7查表可知,該項屬于一般方案,可以實施,但如果有其他方案應進行比較擇優考慮.
5 總結 通過基于AHP的模糊綜合評判法的運用,使我們對城市軌道交通的各技術參數以及它們對目標方案的影響程度有了一個量化的判斷和評價.這種定量與定性相結合的方法,緊密的和決策者主觀判斷及推理聯系起來,對決策者的推理進行量化的描述,可以避免決策者在結構復雜時邏輯推理的失誤.可以看出這種方法運用性很強,加強對它的研究,具有理論和實踐重要意義.