基于層次分析法的區(qū)間估計(jì)的車站能力查定誤差因子分析研究

李　東　葉國(guó)慶　夏　超

西南交通大學(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都610031

基于層次分析法的區(qū)間估計(jì)的車站能力查定誤差因子分析研究

李東葉國(guó)慶夏超

西南交通大學(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都610031

本文歸納總結(jié)了車站能力查定計(jì)算過(guò)程中存在的多種影響因素，深入分析了其產(chǎn)生原因和不可避免性。然后利用層次分析法的區(qū)間估計(jì)方法計(jì)算得出各種誤差因子對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響權(quán)重大小，并對(duì)比不同誤差因子的權(quán)重區(qū)間，篩選出強(qiáng)誤差因子，剔除弱誤差因子，為精確計(jì)算車站能力值提供依據(jù)。

車站能力；誤差因子；層次分析法；區(qū)間估計(jì)

0 引 言

技術(shù)站能力查定工作是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工作流程，存在數(shù)據(jù)采集量大、分析和計(jì)算任務(wù)重、涉及面廣、交叉干擾大、參與人員多種多樣等特點(diǎn)。車站能力查定步驟一般是先采集車站作業(yè)原始數(shù)據(jù)樣本，通常為具有代表性的連續(xù)3晝夜數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件或統(tǒng)計(jì)軟件總結(jié)計(jì)算出所需各種參數(shù)代入公式計(jì)算即可[1]。這種查定方法得出的能力計(jì)算值理論上代表了車站通過(guò)能力的最大值，但是在車站實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，作為查定對(duì)象的車站各項(xiàng)設(shè)備自身作業(yè)情況每天也存在差異。因此，車站能力查定結(jié)果毋庸置疑存在著誤差，本文將對(duì)這些影響車站通過(guò)能力計(jì)算誤差因子做出分析比較，討論各因素在能力查定中的影響權(quán)重大小，對(duì)今后車站能力查定工作提供參考。

1 車站能力查定誤差分析

（1）在查定車站能力之前，一般要做以下幾點(diǎn)假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化我們的計(jì)算，但是這些理論上行得通的假設(shè)條件在實(shí)際操作中很難完全實(shí)現(xiàn)，必然會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成影響。

① 在車站全年365天中選擇具有代表性的3晝夜作業(yè)車站設(shè)備運(yùn)用情況作為車站能力查定原始數(shù)據(jù)樣本來(lái)源；

② 車站能力查定3晝夜期間,車站各項(xiàng)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備狀態(tài)良好，不考慮設(shè)備施工和檢修的影響；

③ 車站各崗位管理人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員配備齊全，并能技術(shù)嫻熟地完成各項(xiàng)技術(shù)作業(yè)，沒(méi)有大的作業(yè)偏差；

④ 運(yùn)輸流特性保持一致，各到達(dá)旅客和貨物列車在到達(dá)時(shí)刻和列車組成上沒(méi)有大的波動(dòng)，各出發(fā)旅客列車和貨物列車在出發(fā)時(shí)刻和列車組成上也變化不大。

根據(jù)上面的假設(shè)條件可以歸納出以下影響能力查定結(jié)果的因素，即假設(shè)誤差因子：

① 運(yùn)輸流的波動(dòng)性

由于受到各種因數(shù)的影響，車站列車流的到達(dá)與出發(fā)時(shí)間與順序無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著變化，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、波動(dòng)性和不均衡性。

② 作業(yè)占用時(shí)間的波動(dòng)性

實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，車站各項(xiàng)作業(yè)不可能完全按照車站各項(xiàng)作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，總是圍繞著這一標(biāo)準(zhǔn)上下波動(dòng)。

③ 作業(yè)人員的隨機(jī)影響

車站工作人員由于受到外部環(huán)境或者自身技術(shù)水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)不同的影響，對(duì)車站設(shè)備利用效率會(huì)產(chǎn)生一定差異。

④ 作業(yè)接續(xù)和相互干擾

由于運(yùn)輸流的波動(dòng)性影響，車站的各項(xiàng)作業(yè)任務(wù)的接續(xù)時(shí)間不可避免的存在隨機(jī)變化，以及車站平行任務(wù)之間的干擾也勢(shì)必造成作業(yè)時(shí)間的偏差。

⑤ 相關(guān)子系統(tǒng)干擾。

車站內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)緊密，某個(gè)子系統(tǒng)的作業(yè)偏差具有傳遞特點(diǎn)。

（2）查定條件誤差因子

客觀上來(lái)說(shuō)，除了上述影響因素，還有一類誤差來(lái)源于數(shù)據(jù)采集過(guò)程中。這類誤差的影響作用大小會(huì)根據(jù)外在查定條件的變化而變化，因此我們稱之為查定條件誤差。主要有以下三種：

① 工具和手段誤差

由于受到數(shù)據(jù)采集工具和手段的條件限制，目前的微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)構(gòu)造存在不完備性以及操作軟件的延誤等造成的誤差。

② 記錄誤差

數(shù)據(jù)采集者自身業(yè)務(wù)素質(zhì)、精神狀態(tài)等對(duì)于工作的影響。

③ 外界環(huán)境誤差

客觀來(lái)說(shuō)，外部工作環(huán)境的變化也直接或者間接地影響數(shù)據(jù)采集者的采集結(jié)果。

車站能力查定誤差因子如表1所示。

表1　車站能力查定誤差因子Tab.1 Error factors in calculating a railway station carrying-capacity

2 層次分析法原理

層次分析法簡(jiǎn)稱AHP，在20世紀(jì)70年代中期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·賽蒂提出，是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的分析方法。應(yīng)用此方法最主要的步驟是構(gòu)造出成對(duì)比較矩陣，矩陣必須滿足一致性檢驗(yàn)，找出矩陣的最大特征值及所對(duì)應(yīng)的特征向量，標(biāo)準(zhǔn)化之后即為各種因子的權(quán)重向量。構(gòu)造比較矩陣的最早方法是由賽蒂提出的1～9標(biāo)度法，對(duì)層次分析法的理論與應(yīng)用研究起到了十分巨大的作用。然而，人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，1～9標(biāo)度存在諸多缺陷，如權(quán)重計(jì)算太粗，矩陣一致性與思維一致性不協(xié)調(diào)，一致矩陣容量太小等。針對(duì)1～9標(biāo)度存在的缺陷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出了一些不同的數(shù)字標(biāo)度⑶。本文采用指數(shù)標(biāo)度法（eo/4～e8/4）來(lái)構(gòu)造權(quán)重判斷矩陣，其描述見(jiàn)表2。

表2　（eo/4～e8/4）指數(shù)標(biāo)度的描述Tab.2 （eo/4～e8/4）Index scales

指數(shù)標(biāo)度法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）相比1～9標(biāo)度，指數(shù)標(biāo)度法具有較好的保序性，即能夠真實(shí)客觀地反映各個(gè)比較對(duì)象原來(lái)的次序關(guān)系，且適用于單一準(zhǔn)則和多準(zhǔn)則下的排序問(wèn)題。

（2）通過(guò)多次模擬計(jì)算可知指數(shù)標(biāo)度法計(jì)算得出的C. I. 值最小，誤差較小，更容易滿足一致性檢驗(yàn)，而且真實(shí)可靠。

（3）由文獻(xiàn)[5]可知，指數(shù)標(biāo)度法的權(quán)重?cái)M合度最好，1～9標(biāo)度法的權(quán)重?cái)M合度最差。所謂權(quán)重?cái)M合度即是指對(duì)某一標(biāo)度下的9個(gè)標(biāo)度值，用該標(biāo)度法計(jì)算其權(quán)重，與用該標(biāo)度值進(jìn)行直接加權(quán)所得的權(quán)重的擬合程度。

此外，指數(shù)標(biāo)度法的標(biāo)度均勻性較好，在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，專家可以在1～9個(gè)等級(jí)中選擇，再由工作人員將重要性等級(jí)轉(zhuǎn)化為指數(shù)標(biāo)度即可，操作簡(jiǎn)單易行，計(jì)算科學(xué)精細(xì)。

在一致性檢驗(yàn)過(guò)程中，由于評(píng)價(jià)人員本身的感官差別或是經(jīng)驗(yàn)程度不同，得出的權(quán)重向量往往相差甚遠(yuǎn)，本文通過(guò)AHP權(quán)重向量區(qū)間估計(jì)理論，利用區(qū)間權(quán)重向量最大指標(biāo)權(quán)重區(qū)間寬度來(lái)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選。

3 誤差因子比較分析

為了比較精確地計(jì)算車站的通過(guò)能力，首先通過(guò)微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)獲取近年來(lái)車站作業(yè)的原始數(shù)據(jù)，并分析了車站作業(yè)過(guò)程，證實(shí)了上述誤差因子的存在。然后依照表2中的等級(jí)劃分，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)真咨詢經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)專家，對(duì)車站能力查定誤差因子做出評(píng)估，可以構(gòu)造判斷矩陣，如表3所示。本文以肅寧北站為實(shí)例進(jìn)行分析。

表3　車站能力查定誤差因子判斷矩陣Tab.3 Judgement matrix of the factors in calculating a railway station carrying capacity

利用層次分析法的區(qū)間估計(jì)方法原理，運(yùn)用Excel、MATLAB等軟件可以得到矩陣的權(quán)重向量，最大特征值maxλ，一致性指標(biāo)隨機(jī)一致性比率各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重取值上下限如表4所示。

表4　誤差因子權(quán)重及區(qū)間估計(jì)Tab.4 Factors’ weights and their range estimation

從表4數(shù)據(jù)可以看出，由于CR=0.012 8<0.1，所以判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)。表中各個(gè)誤差因子權(quán)重大小都已得出，其中且各個(gè)因子權(quán)重都有一個(gè)估計(jì)區(qū)間，區(qū)間波動(dòng)范圍以表示由于6C、7C、8C的權(quán)重上限故這三項(xiàng)因素應(yīng)屬于弱影響因子，其對(duì)于能力結(jié)果的影響效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及其他因子，在精確計(jì)算時(shí)可以只考慮前面6個(gè)誤差因子，忽略這3個(gè)弱因子。例如，在計(jì)算到發(fā)線通過(guò)能力時(shí)，采用利用率算法計(jì)算結(jié)果是一個(gè)固定值，其中T值取決于3天的采集數(shù)據(jù)。但是，由于車站車流情況、技術(shù)作業(yè)情況并不是一成不變的，所以這些數(shù)據(jù)得出的計(jì)算值不可能完全代表車站整月、整年或是整個(gè)階段的能力值。客觀上來(lái)說(shuō)，車站能力值具有隨機(jī)性，有一個(gè)波動(dòng)區(qū)間，這個(gè)波動(dòng)區(qū)間的計(jì)算就得考慮到上述誤差因子的影響，特別是幾項(xiàng)強(qiáng)誤差因子，它們是如何影響能力計(jì)算的，如何能夠得到一個(gè)科學(xué)合理的能力波動(dòng)區(qū)間估計(jì)，是接下來(lái)要探討的。

4 結(jié) 論

本文首先指出了目前車站能力查定過(guò)程的不確定性，能力查定值的片面性表明了查定過(guò)程存在的缺陷，因此，我們總結(jié)歸納出各種影響因素，包括假設(shè)條件影響因素和查定條件影響因素。為了分析各個(gè)誤差因子對(duì)于能力計(jì)算結(jié)果的影響大小，本文引入了層次分析法及其區(qū)間估計(jì)，具體計(jì)算得出各個(gè)誤差因子的權(quán)重，從中篩選出強(qiáng)權(quán)重因子，剔除弱權(quán)重因子。最終得出影響能力查定結(jié)果的5個(gè)方面的影響因子：運(yùn)輸流的波動(dòng)性、作業(yè)占用時(shí)間的波動(dòng)性、作業(yè)人員的隨機(jī)影響、作業(yè)接續(xù)和相互干擾、相關(guān)子系統(tǒng)干擾。這些客觀存在的因素不可避免的造成能力計(jì)算結(jié)果的偏差，理論上來(lái)說(shuō)能力值是隨著這些因子變化而變化的隨機(jī)變量。所以，下一步的研究將是如何將這些因子科學(xué)合理的考慮到能力計(jì)算的公式當(dāng)中，得出能力波動(dòng)的區(qū)間估計(jì)。

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（中文編輯：劉娉婷）

Research on the Error Factors in Calculating Railway Station Carrying-capacity Based on the Range Estimation Method from AHP

LI Dong YE Guo-qin XIA Chao
School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China

This paper analyzed the various influence factors in calculating a railway station carrying capacity， and the inevitability of deviation. The weights of these factors were calculated with the range estimation method from AHP. Having compared the weight ranges of the factors， the strong factors were selected and the weak ones were excluded.This research provids a base for accuratly calculating a railway station carrying-capacity.

Carrying-capacity， error factors， AHP， range estimation method

U292.5+1

A

1672-4747（2015）01-0092-05

10.3969/j.issn.1672-4747.2015.01.016

2014-03-26.

李 東（1991-）安徽宣城人，西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院碩士研究生，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理。