基于改進(jìn)FAHP法的鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)研究

湯兆平，劉 歡，孫劍萍

(1.華東交通大學(xué) 信息工程學(xué)院， 江西 南昌 330013；2.華東交通大學(xué) 軌道交通學(xué)院，江西 南昌 330013)

基于改進(jìn)FAHP法的鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)研究

湯兆平1，劉 歡2，孫劍萍2

(1.華東交通大學(xué) 信息工程學(xué)院， 江西 南昌 330013；2.華東交通大學(xué) 軌道交通學(xué)院，江西 南昌 330013)

運(yùn)用改進(jìn)的模糊層次分析法，對(duì)鐵路應(yīng)急預(yù)案質(zhì)量狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。在分析鐵路應(yīng)急預(yù)案現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)地走訪調(diào)查，從預(yù)案全面性、實(shí)用性、可操作性、可擴(kuò)展性的角度出發(fā)，通過聚類分析，設(shè)計(jì)了包括4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，13個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用模糊層次分析法理論，以0.1～0.9的9級(jí)標(biāo)度法為基礎(chǔ)，提出一種“二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換”的方法，獲得更為公正準(zhǔn)確的指標(biāo)權(quán)重，并構(gòu)建了鐵路應(yīng)急預(yù)案模糊綜合評(píng)價(jià)模型。以某鐵路局專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案為例，進(jìn)行了預(yù)案評(píng)價(jià)的實(shí)證分析，并提出了具有針對(duì)性的建議，指導(dǎo)應(yīng)急預(yù)案的改進(jìn)、調(diào)整。

交通運(yùn)輸工程；鐵路運(yùn)輸；應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)；標(biāo)度轉(zhuǎn)換；改進(jìn)模糊層次分析法；實(shí)證分析

0 引 言

在現(xiàn)代鐵路安全管理中，通常將鐵路運(yùn)輸安全劃分為4個(gè)階段：事前預(yù)防，事發(fā)應(yīng)對(duì)，事中處置和事后處理[1]，同時(shí)堅(jiān)持“預(yù)防為主，安全第一”的原則。鐵路應(yīng)急預(yù)案作為事前預(yù)防階段的安全管理機(jī)制，針對(duì)鐵路各類危險(xiǎn)源和各種可能發(fā)生的事故，事先制定應(yīng)急方針政策、方法策略及處置方案等，它對(duì)于保障鐵路運(yùn)輸安全，維持鐵路正常運(yùn)輸秩序具有十分重要的作用[2]。鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)是針對(duì)應(yīng)急預(yù)案的質(zhì)量狀況，包括編制質(zhì)量、實(shí)施過程、預(yù)期效果等進(jìn)行總體評(píng)估，通過評(píng)估形成反饋，提出具有針對(duì)性的建議，指導(dǎo)應(yīng)急預(yù)案的改進(jìn)、調(diào)整，從而更好地滿足鐵路安全管理的需求。

薛元杰等[3]對(duì)國內(nèi)外突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行了綜合分析，提出重點(diǎn)對(duì)預(yù)案的充分性、可行性、完整性、可接受性、符合性等方面進(jìn)行評(píng)估，并舉例具體描述了評(píng)估過程；祝凌曦等[4]針對(duì)鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多輸入、多輸出的特點(diǎn)，提出基于改進(jìn)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法的鐵路應(yīng)急預(yù)案績效評(píng)價(jià)方法，并結(jié)合青藏鐵路應(yīng)急預(yù)案實(shí)例進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究；邢鑫鑫[5]從鐵路應(yīng)急預(yù)案的內(nèi)容、體系、流程3個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)3級(jí)鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并分別應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊評(píng)價(jià)法、遺傳算法3種方法，對(duì)鐵路應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究；程謙[6]從完整性、合理性、有效性、經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面，構(gòu)建了影響預(yù)案編制質(zhì)量的指標(biāo)體系，并運(yùn)用層次分析法建立了高鐵應(yīng)急預(yù)案編制質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。

目前在鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)研究中，主要集中在指標(biāo)體系和評(píng)估模型的構(gòu)建，采用的方法有數(shù)據(jù)包 絡(luò)分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法、層次分析法、模糊評(píng)價(jià)法等。評(píng)價(jià)方法較為單一，且定性評(píng)價(jià)研究較多，難以將預(yù)案質(zhì)量狀況準(zhǔn)確量化，因此，筆者采用層次分析法和模糊評(píng)估理論相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法——模糊層次分析法(FAHP)。由于綜合了層次分析法和模糊數(shù)學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，故它在處理難以完全用定量方法分析的復(fù)雜問題上具有顯著優(yōu)勢。且筆者針對(duì)指標(biāo)權(quán)重難以合理確定的問題，對(duì)模糊層次分析法進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種基于改進(jìn)FAHP法的鐵路應(yīng)急預(yù)案綜合評(píng)估模型。模型采用-4～4標(biāo)度作為“二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換”的中間量，對(duì)模糊層次分析法的矩陣標(biāo)度進(jìn)行改進(jìn)，更加科學(xué)地確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，減少主觀不確定性因素的影響，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)鐵路應(yīng)急預(yù)案質(zhì)量狀況進(jìn)行全面科學(xué)的評(píng)估，并結(jié)合某局某專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行實(shí)證分析。

1 鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由影響鐵路應(yīng)急預(yù)案的相互聯(lián)系、相互制約的因素所構(gòu)成的有機(jī)整體，是進(jìn)行鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的科學(xué)與否，指標(biāo)體系構(gòu)建的合理與否，都會(huì)在很大程度上影響應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)結(jié)果的精度。分析已有鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)研究可知，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多從預(yù)案全面性、預(yù)案可操作性、預(yù)案經(jīng)濟(jì)性和預(yù)案可拓展性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，而作為事前預(yù)防階段的預(yù)案實(shí)用性卻很少被考慮。

通過對(duì)某局應(yīng)急預(yù)案實(shí)際狀況的調(diào)研、分析，結(jié)合已有應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)研究資料，參考學(xué)者在應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面的研究成果[5-6]，從全面性、實(shí)用性、可操作性、可擴(kuò)展性4個(gè)角度出發(fā)，廣泛選取評(píng)價(jià)指標(biāo)因子。利用聚類法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子進(jìn)行分析并歸類，通過計(jì)算每類指標(biāo)因子與同類其他指標(biāo)因子的相關(guān)系數(shù)均數(shù)，確定資源調(diào)配的快速性等16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，并以此構(gòu)建了鐵路應(yīng)急預(yù)案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系設(shè)計(jì)了4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下設(shè)若干個(gè)不同的二級(jí)指標(biāo)，如圖1。

2 基于改進(jìn)模糊層次分析法的評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

傳統(tǒng)的層次分析法在對(duì)指標(biāo)權(quán)重賦值時(shí)，通常采用1～9標(biāo)度法，在實(shí)際操作中往往帶有很強(qiáng)的主觀性，并且需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，需要構(gòu)造大量的判斷矩陣，大大增加了實(shí)際計(jì)算量和決策的復(fù)雜度[7]。筆者運(yùn)用改進(jìn)的模糊層次分析法進(jìn)行分析、解決問題，采用0.1～0.9的9級(jí)標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行標(biāo)度，由模糊互補(bǔ)判斷矩陣構(gòu)造得到的模糊一致判斷矩陣滿足一致性條件，不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算量小且方法容易掌握。在準(zhǔn)則層向指標(biāo)層進(jìn)行層次展開時(shí)，采用隸屬度函數(shù)和模糊加權(quán)變換法，充分考慮到各種因素的共同作用，更好地體現(xiàn)了評(píng)價(jià)的科學(xué)性。同時(shí)針對(duì)傳統(tǒng)方法直接將專家意見數(shù)據(jù)構(gòu)造成模糊互補(bǔ)判斷矩陣，可能存在數(shù)據(jù)異常的問題，提出一種二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)專家意見數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理，獲得更為準(zhǔn)確公正的指標(biāo)權(quán)重。

2.1 模糊層次分析法的改進(jìn)

定義新的-4～4標(biāo)度與0.1～0.9標(biāo)度一一對(duì)應(yīng)，作為二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換的中間量，實(shí)現(xiàn)專家意見數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理，兩種標(biāo)度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

表1 對(duì)應(yīng)標(biāo)度轉(zhuǎn)換

具體實(shí)施步驟為：將初始判斷矩陣中的元素按照標(biāo)度對(duì)應(yīng)關(guān)系，依次轉(zhuǎn)換為-4～4標(biāo)度元素，得到多個(gè)-4～4標(biāo)度判斷矩陣，按照Grubbs檢驗(yàn)準(zhǔn)則，計(jì)算對(duì)應(yīng)矩陣元素的殘差絕對(duì)值與標(biāo)準(zhǔn)差的比值，如式(1)：

(1)

下面舉例說明二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換法對(duì)模糊層次分析法的改進(jìn)過程和效果。

假設(shè)針對(duì)某問題的一級(jí)指標(biāo)(下屬3個(gè)二級(jí)指標(biāo))，有4位專家(分別為A,B,C,D)打分，得到4個(gè)0.1～0.9標(biāo)度的初始判斷矩陣：

按照標(biāo)度對(duì)應(yīng)關(guān)系，將它們轉(zhuǎn)化為-4～4標(biāo)度判斷矩陣，由于轉(zhuǎn)換后的矩陣元素沿對(duì)角線具有互反性，故只對(duì)各矩陣上三角元素值x12，x13，x23進(jìn)行判定，判定之前的數(shù)據(jù)處理見表2。

表2 元素?cái)?shù)據(jù)處理

2.2 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)，將應(yīng)急預(yù)案的評(píng)價(jià)劃分為3個(gè)層次，建立相應(yīng)的遞階層次結(jié) 構(gòu)模型[8]。最上層為目標(biāo)層，表示為目標(biāo)層A={鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)}，中間層為準(zhǔn)則層B，最底層為指標(biāo)層C。其中，準(zhǔn)則層B共有4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，構(gòu)成一級(jí)指標(biāo)因素類集，即U={u1,u2,u3,u4}={預(yù)案全面性，預(yù)案實(shí)用性，預(yù)案可操作性，預(yù)案可拓展性}；指標(biāo)層的13個(gè)二級(jí)指標(biāo)，隸屬于4個(gè)不同的一級(jí)指標(biāo)，分別構(gòu)成4個(gè)二級(jí)指標(biāo)因素集。

2.3 評(píng)價(jià)集的確定

表3 鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)級(jí)度設(shè)計(jì)

2.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，邀請(qǐng)5位專家評(píng)價(jià)，通過數(shù)據(jù)整理，分別得到準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的模糊互補(bǔ)判斷矩陣，再進(jìn)行一致性推導(dǎo)，得到模糊一致判斷矩陣。為了方便描述分析，以一級(jí)指標(biāo)因素預(yù)案全面性u(píng)1為例，包括3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。具體的指標(biāo)權(quán)重確定過程如下：

1)首先由調(diào)查問卷整理得到專家對(duì)于所有元素的賦值，得到5個(gè)0.1～0.9標(biāo)度初始判斷矩陣，用X表示初始判斷矩陣，xij表示因素的重要度，s表示某個(gè)調(diào)查問卷，則有

(2)

式中：s=1,2,…,5；i=1,2,3；j=1,2,3。

(3)

(4)

3 實(shí)證分析

某鐵路局專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案是為預(yù)防與處置局內(nèi)突發(fā)鐵路交通事故，以原鐵道部應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，參考其編制思想和流程，并結(jié)合該局實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行編制，于2011年8月在全局范圍內(nèi)印發(fā)。該專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案堅(jiān)持以人為本，預(yù)防為主，以最大限度地減少人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和公共安全影響，及時(shí)有效地處置鐵路交通事故，盡早恢復(fù)鐵路運(yùn)輸正常秩序?yàn)樵瓌t。以此專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案為評(píng)價(jià)對(duì)象，運(yùn)用改進(jìn)模糊層次分析法對(duì)其進(jìn)行實(shí)證分析。

3.1 建立單因素評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)等級(jí)，制定指標(biāo)層各因素的調(diào)查問卷，選取40位該鐵路局與鐵路交通事故救援有關(guān)的各部門、各工種的工作人員，按照優(yōu)秀、良好、合格、不合格4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別對(duì)各個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分結(jié)果統(tǒng)計(jì)整理如表4。

表4 鐵路應(yīng)急預(yù)案二級(jí)指標(biāo)調(diào)查統(tǒng)計(jì)

(續(xù)表4)

二級(jí)指標(biāo)uii評(píng)價(jià)集V優(yōu)秀良好合格不合格演練培訓(xùn)的明確性u(píng)23161842資源配置的合理性u(píng)31515137物資調(diào)配的快速性u(píng)32316138現(xiàn)場處置的協(xié)同性u(píng)33713164保障措施的有力性u(píng)34181921事故分析的反饋性u(píng)41181750相似預(yù)案的類比性u(píng)42141592預(yù)案更新的及時(shí)性u(píng)431011163

根據(jù)評(píng)價(jià)集對(duì)應(yīng)的模糊集U(V)=[μ(v1),μ(v2),…,μ(vn)]，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，即用評(píng)價(jià)等級(jí)人數(shù)的比例來表述以上評(píng)價(jià)結(jié)果，得到每個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)vi對(duì)應(yīng)的模糊隸屬度μ(vi)，并將各二級(jí)指標(biāo)因素的μ(vi)構(gòu)造成單因素評(píng)價(jià)矩陣。具體評(píng)價(jià)矩陣如下：

3.2 權(quán)重向量的計(jì)算

整理前面5位鐵路應(yīng)急預(yù)案研究專家的調(diào)查問卷，得到一級(jí)指標(biāo)u1下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)u11，u12，u13構(gòu)成的5個(gè)模糊互補(bǔ)判斷矩陣：

根據(jù)2.1描述的方法和步驟，得到合成模糊互補(bǔ)判斷矩陣為

并構(gòu)造模糊一致判斷矩陣為

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

單因素評(píng)判向量計(jì)算公式[10]為

Di=Wi×Ri

(5)

式中：Wi為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重因素i下的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量；Ri為一級(jí)指標(biāo)權(quán)重因素i下的二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣。

由式(5)分別計(jì)算單因素評(píng)判向量D1，D2，D3，D4，通過D=(Di)的組合構(gòu)造，得到單因素評(píng)判矩陣：

因素集評(píng)判向量為

F=E×V′=78.20

通過對(duì)某鐵路局專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案的模糊綜合評(píng)價(jià)，得到78.20分的模糊綜合評(píng)價(jià)分值，根據(jù)之前設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬范圍，可知該專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案屬于“良好”等級(jí)。

由以上評(píng)價(jià)分析結(jié)果可知：

1)該專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案總體狀況良好。對(duì)于4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，評(píng)價(jià)最高的是預(yù)案實(shí)用性84.38分，這與本專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案針對(duì)性強(qiáng)，是專門針對(duì)鐵路交通事故這一類鐵路突發(fā)事件有關(guān)。其次是預(yù)案可拓展性80.39分，預(yù)案全面性和預(yù)案可操作性得分較低，分別為75.73分和72.35分，說明在該預(yù)案編制時(shí)，沒有充分考慮各個(gè)方面的因素，預(yù)案整體性把握較差，缺乏實(shí)際可操作性。

2)對(duì)于該指標(biāo)體系的13個(gè)二級(jí)指標(biāo)，評(píng)價(jià)得 分最高的為突發(fā)事件設(shè)想的針對(duì)性88.10分，評(píng)分接近優(yōu)秀等級(jí)；較高的有事故分析的反饋性85.98分，保障措施的有力性85.80分，演練培訓(xùn)的明確性83.10分，應(yīng)當(dāng)在以上方面繼續(xù)鞏固和保持。評(píng)價(jià)得分最低的是物資調(diào)配的快速性67.70分，較低的有資源配置的合理性69.65分，救援方案的完備性72.10分，現(xiàn)場處置的協(xié)同性73.08分，應(yīng)該在這些方面采取相應(yīng)措施進(jìn)行加強(qiáng)和提高。適當(dāng)加強(qiáng)資源配置和救援調(diào)度方面的研究，并提高鐵路和地方，各鐵路局之間的救援協(xié)同能力。

4 結(jié) 語

在對(duì)應(yīng)急預(yù)案實(shí)地調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了較為完整科學(xué)的鐵路應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。綜合運(yùn)用改進(jìn)的層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論，提出一種“二次標(biāo)度轉(zhuǎn)換”的方法，對(duì)傳統(tǒng)的指標(biāo)權(quán)重的確定方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合鐵路應(yīng)急預(yù)案的特點(diǎn)，構(gòu)建鐵路應(yīng)急預(yù)案模糊層次評(píng)價(jià)模型。針對(duì)某鐵路局專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，闡明了模糊綜合評(píng)價(jià)過程及計(jì)算方法，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了簡要分析。研究成果對(duì)于保障鐵路運(yùn)輸安全具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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Evaluation of Railway Emergency Plans Based on Improved Fuzzy Analytic Hierarchy Process

TANG Zhaoping1, LIU Huan2, SUN Jianping2

(1. School of Information Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, P.R.China; 2. School of Railway Tracks and Transportation, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, P.R.China)

Improved fuzzy analytic hierarchy process was used to evaluate the quality conditions of railway emergency plans. Based on the analysis of railway emergency plan in current research and combining with the field investigation, an evaluation index system consisting of 4 first-level indicators and 13 secondary indicators was designed by the method of clustering analysis, from the perspective of comprehensiveness, practicality, operability and scalability of the plan. Using the theory of fuzzy analytic hierarchy process and the 0.1 ～ 0.9 nine scaling method, a method of “twice scale conversion” was proposed to get the more fair and accurate index weight, and a fuzzy comprehensive evaluation model of railway emergency plan was also established. Taking a special emergency plan of one railway bureau for example, empirical analysis was carried out and some corresponding suggestions were proposed for the improvement and adjustment of the emergency plan.

traffic and transportation engineering; railway transportation; evaluation of emergency plans; scale conversion; improved fuzzy analytic hierarchy process; empirical analysis

2015-12-22；

2016-04-07

江西省科技廳軟科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(20161BBA10012)；江西省教育廳2015年度科技項(xiàng)目(GJJYB15014)

湯兆平(1970—)，男，江蘇常州人，教授，主要從事交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理方面的研究。E-mail: tzp@ecjtu.jx.cn。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.06.27

U298.6

A

1674-0696(2016)06-131-05