基于層次分析法和模糊綜合評判法的地鐵供電系統(tǒng)安全性分析*

劉滿敏 黃險峰

(五邑大學(xué)信息學(xué)院,529020,廣東江門∥第一作者,碩士研究生)

隨著社會進(jìn)步、城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,人們對地鐵的需求不斷增加,對地鐵可靠性、安全性的要求也越來越高。供電系統(tǒng)是地鐵的重要組成部分。地鐵供電系統(tǒng)的安全可靠運行,對地鐵列車的安全可靠運行起著至關(guān)重要的作用。一旦其安全方面出現(xiàn)問題,不僅會給社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會造成社會秩序的混亂,影響社會的安定。

地鐵供電系統(tǒng)的安全評價指標(biāo)是不可定量的,且具有一點“模糊性”,難以用一般的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理。層次分析(AHP)法是一種適用于定性和定量因素相結(jié)合的有效決策法;而模糊綜合評判(FCE)法是一種處理模糊問題應(yīng)用非常廣泛并且十分有效的數(shù)學(xué)方法,能將模糊性問題進(jìn)行定量處理。本文結(jié)合AHP法和FCE法,對地鐵供電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行量化處理,給決策者進(jìn)行判斷提供一個更為直觀的依據(jù)。

1 AHP法

AHP法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。這種方法適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、決策準(zhǔn)則較多且不易量化的決策問題。它是把復(fù)雜問題分解成各個組成因素,又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu);通過兩兩比較的方式確定各個因素相對重要性,然后綜合決策者的判斷,確定決策方案相對重要性的總排序。AHP法的基本算法如下。

1.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

分析系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系,建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)某地鐵供電系統(tǒng)的特點,建立其系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣

對同一層次的各元素關(guān)于上一層中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣。

傳統(tǒng)的層次分析法采用1～9標(biāo)度,但這樣很有可能出現(xiàn)標(biāo)度系統(tǒng)的非一致性,計算量大且步驟繁瑣,故本文使用新標(biāo)度法。其前提假設(shè)是“兩個比較重要復(fù)合等于重要,兩個重要復(fù)合等于很重要,兩個很重要復(fù)合等于極重要”。設(shè)r1、r2、r 3、r4分別表示“比較重要、“重要” 、“很重要” 、“極重要”,且r1r2=根據(jù)傳統(tǒng)標(biāo)度法可知r0=1,r4=9,因此新標(biāo)度為=(1,30.25,30.5,3,9)。這種標(biāo)度法就是 3標(biāo)度法[1],它基本上排除了1～9標(biāo)度系統(tǒng)的非一致性問題,使一次計算的結(jié)果更為精確。

圖1 某地鐵供電系統(tǒng)安全水平層次結(jié)構(gòu)圖

1.3 相對權(quán)重的計算

由判斷矩陣計算被比較元素對于 3標(biāo)度法準(zhǔn)則的相對權(quán)重。

1)計算特征權(quán)重向量。本文采用根法(即幾何平均法)。將圖 1中 A的各個行向量進(jìn)行幾何平均,然后歸一化,得到的行向量就是權(quán)重向量。權(quán)重向量的公式為:

3)一致性檢驗可通過計算隨機(jī)一致性比率CR來決定。稱為一致性指標(biāo);R I稱為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(由表1可查得)。當(dāng)C R＜0.1時,則認(rèn)為滿足一致性,否則需要調(diào)整A的元素取值。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R I值

2 FCE法

所謂綜合評判,就是對多種因素影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)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(shù)學(xué)來刻畫各種影響事件(因素),借助前面基于AHP法得到的各層次事件(因素)的權(quán)重,對事件(因素)通過層層上推,最終計算出各事件(因素)對地鐵供電系統(tǒng)安全總目標(biāo)的影響狀態(tài)。該方法能較好地將許多定性問題定量化,幫助分析評價。其具體步驟如下。

2.1 建立因素集

2.2 建立評價集

2.3 建立權(quán)重集

權(quán)重可以通過歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定,也可以由敏感性分析來擬合權(quán)重,或者運用專家評判法。

2.4 建立因素評判矩陣

因素判斷矩陣的隸屬度可以通過數(shù)理統(tǒng)計方法確定,還可以通過貼近度或距離的方法確定。

3 實例分析

建立某地鐵供電系統(tǒng)的安全水平層次結(jié)構(gòu)模型,如圖1所示。

3.1 利用AHP法計算各層的權(quán)重

對A-b層,其判斷矩陣為:

對b 2-u層,其判斷矩陣為:

對b4-u層,其判斷矩陣為:

3.2 單因素模糊評價

對b1-u層,由專家評定法得模糊評價矩陣:

由以上3.1節(jié)可知,b1-u層的判斷矩陣A1=[0.348 0.168 0.121 0.121 0.121 0.121]T,進(jìn)行模糊運算,得單因素評判集=°,這里“°”表示M(×,+)運算方式。計算后歸一化得到:

同理,可以求得:

以上計算分析結(jié)果表明:該地鐵供電系統(tǒng)“非常安全”的隸屬度為0.136,“很安全”的隸屬度為0.235,“安全”的隸屬度為0.303,“基本安全”的隸屬度為0.169,“不安全”的隸屬度為0.157。由最大隸屬度原則法原理[2]可知,該地鐵供電系統(tǒng)的安全水平為“安全”,符合系統(tǒng)實際的安全水平。

4 結(jié)語

通過AHP法和FCE法的分析,有助于對地鐵供電系統(tǒng)安全性程度作一量化的判斷和評價。這種定量與定性相結(jié)合的方法,對決策者的推理進(jìn)行量化的描述,可避免決策者在結(jié)構(gòu)復(fù)雜時邏輯推理的失誤,使得評價方法更為完善、評價結(jié)果簡單直觀且更為科學(xué)合理。

[1]時一波,王羽,楊轉(zhuǎn)運.基于AHP的模糊綜合評判在橋梁質(zhì)量評價中的運用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2006(2):79.

[2]楊則英,建波,承逵.基于模糊綜合評判和層次分析法的橋梁安全性評估[J].天津大學(xué)學(xué)報,2005,38(12):1063.

[3]Demirci M.Genuine sets,various kind of fuzzy sets and fuzzy rough sets[J].International Journal of Uncertainty Fuzziness and Knowledge-based Systems,2003,159(11):467.

[4]趙惠祥,余世昌.城市軌道交通系統(tǒng)的安全性與復(fù)雜性[J].城市軌道交通研究,2006(1):7.

[5]錢清泉.電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2000.

[6]曾德容,趙華華,何正友.一種地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)安全性分析方法研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2007(18):10.