基于 LSP 的地鐵控制中心環境評價方法研究

李穎峰

（上海申通地鐵集團有限公司，上海 200030）

控制中心作為地鐵的指揮樞紐，其環境是影響行車組織效率和安全的重要因素，對其進行評估是不可或缺的。目前，環境評價的方法有模糊綜合評價法、多目標決策理想區間法、層次分析法、神經網絡法、灰色關聯分析法等。通過使用這些方法，國內外學者對家居、生產車間、艙室等環境進行了評價，評價內容包括熱環境、光環境、聲環境、空氣質量、振動環境等。然而，針對地鐵工程項目中的控制中心，鮮有學者對其環境的評價進行研究。同時，與以上室內環境相比，地鐵控制中心是行車指揮調度人員工作的場所，集中設置了大量的電氣設備，電磁環境復雜，其影響亦應納入環境評價體系之中。因此，本文結合地鐵控制中心的環境特點，提出一種采用基于偏好邏輯評分（Logic Scoring of Preference，LSP）的綜合評價方法，對其進行評價。

1 LSP 方法理論基礎

LSP方法將系統逐層細分，直至所有子系統達到可以直接量化度量的指標，然后使用偏好分值描述各個指標滿足用戶需求的程度，再反向逐層聚合，得到系統總體滿足用戶的程度，從而實現對系統總體的評估。

LSP方法的理論基礎是模糊邏輯理論，通過引入部分合取/析取（Partial Conjunction/Disjunction，PCD）函數將傳統的邏輯運算模糊成一個連續函數。該函數屬于與的程度稱為“與度”，用α表示；屬于或的程度稱為“或度”，用ω表示。其中α+ω= 1，當α= 0時，PCD函數為完全或運算；當α= 0.5時，PCD函數為線性運算；當α= 1時，PCD函數為完全與運算。

基于LSP對環境進行綜合評價，首先需要確定待評價對象的指標層級結構。待評價對象通常涉及多方面的內容，而每個內容又可以分解為多個指標進行評價。因此，需要對評價對象進行多次分解，建立多層級指標結構。分解過程終止的條件是每個指標無法再分解，同時其可以直接進行量化評價，通常將這些指標稱為性能變量（Performance Variables），定義為x1，x2，…，xn，其中n為指標數量。

性能變量的評價基于基本標準，而基本標準是確定性能變量滿意度水平（基本偏好評分）的函數。基本偏好評分屬于區間[0，1]。

最簡單的基本偏好評分E關于x的函數見式（1）：

式（1）中，x為性能變量。

在定義了所有性能變量的基本標準后，則可以評價所有底層的性能變量。然后使用聚合函數L聚合這些性能變量的評價值計算總體評價值E0=L（E1，E2，…，En）。

聚合函數L定義為：[0，1]n→[0，1]是通過偏好邏輯聚合形成的，通過適當的邏輯運算，將底層的性能變量逐層聚合至頂層，得到總體評價值E0。在LSP方法中，聚合函數L采用PCD函數，則可得出式（2）：

r的取值與n和指標之間的關系有關，而指標之間的關系由α衡量。

α的值由有序加權平均（Ordered Weighted Averaging，OWA）方法確定。設一組變量（x1，x2，…，xn）∈In，將其按權重從大到小重新排列得到新的變量序列（x（1），x（2），…，x（n）），其對應的權重為（v1，v2，…，vn）∈In，則α的值可由式（3）獲得：

r與α的關系可近似采用表1的值。

2 控制中心環境評價方法

2.1 層級結構和指標體系建立

根據地鐵控制中心的環境特點和使用者的需求，地鐵控制中心的環境評價層級結構如圖1所示。指標體系分為3個層級，即頂層、中間層和底層。其中，地鐵控制中心環境評價為頂層，主觀指標和客觀指標為中間層，各具體指標為底層。

表1 r與α之間的關系

圖1 地鐵控制中心環境評價層級結構

2.2 主觀指標體系及其信效度分析

根據以上評價層級結構設計《地鐵控制中心環境滿意度調查問卷》。問卷的項目根據以上指標從正反2個方面設置題項，即有的題目為正向敘述，有的為反向敘述，有的為中性敘述，由此產生3類變量：極大型變量、極小型變量和中間型變量。極大型變量指得分越高、滿意度水平越好的變量；極小型變量指得分越低、滿意度越好的變量；中間型變量指得分越趨于中間、滿意度越好的變量。問卷指標對應的題項如表2所示。

表2 《地鐵控制中心環境滿意度調查問卷》題項

信度是對問卷題項一致性程度的估計，一般分為5種類型：再測信度、折半信度、復本信度、同質信度和評分者信度。本文采用同質信度檢驗問卷的一致性指標。同質信度又稱內在一致性系數，常用的估計方法有分半信度法、庫德-理查遜公式法和Cronbach’sα系數法。Cronbach’sα系數法是利用問卷中各條目彼此之間的相關性，以條目之間的平均相關系數反映內部的一致性。一般而言，若α系數大于0.6，則表明信度較好。

本文采用Cronbach’sα系數法對調查問卷的信度進行分析，得出α系數為0.669，其大于0.6，表明該問卷的信度較好。

效度也稱準確性，效度檢驗是用度量方法測出變量的準確程度。效度分為三大類型：內容效度、效標效度和結構效度。本文采用結構效度測量問卷的準確性。因子分析是常用的結構效度分析方法，利用統計產品與服務解決方案（SPSS）軟件得到分析結果，如表3所示。

表3 KMO和巴特利的檢驗

由結果可知，KMO＞0.7，p＜0.05，2種結果均表明結構效度良好。

2.3 客觀指標體系及其標準范圍

根據評價層級結構確定需要測量的指標，具體包括溫度、濕度、風速、室內可吸入顆粒物濃度、照明、噪聲和電磁輻射。所有指標依據國家標準進行測量。

對于溫度、濕度和風速，應在2條對角線上采用梅花布點，測點距地面的高度應為0.8～1.6 m，距墻壁和熱源不小于0.5 m。對于照度，通常采用中心布點法或四角布點法，即一般將照度測量區域劃分成矩形網格，網格一般為正方形，在矩形網格中心點或四角點位置測量照度。對于噪聲，若聲場分布均勻，工作地點很多，一般選擇3～5個測點，測點位置應為工作者的耳高度，距耳部10 cm左右。對于電磁輻射，測量操作位場強時，一般測量工作者的頭部和胸部位置，當操作中其他部位可能受到更強烈的照射時，應在這些位置予以加測。每個測點連續測量3次，每次測量時間不應小于15 s，并讀取穩定狀態時的最大值。

由標準中設定的指標范圍可以確定指標變量的類型及其對應的基本偏好評分。根據ISO 11064-6 : 2005 Ergonomic design of control centres - Part 6 : Environmental requirements for control centres可以確定：合適的溫度范圍為[20 ℃，26 ℃]、濕度范圍為[30%，70%]，氣流速度應小于0.15 m/s，合理的照度水平范圍為[200 lx，500 lx]，環境噪聲不應高于45 dB。根據GB/T 17095-1997《室內空氣中可吸入顆粒物衛生標準》得室內可吸入顆粒物的濃度應小于0.15 mg/m3。根據GB/T 8702-2014《電磁輻射防護規定》得電磁輻射的平均功率密度應小于40 μW/cm2。因此，可以確定出溫度、濕度和照度水平屬于中間型變量，氣流速度、可吸入顆粒物濃度、環境噪聲和電磁輻射屬于極大值變量。

2.4 綜合評價模型

依據LSP理論，結合控制中心環境評價體系，構建控制中心環境綜合評價模型。根據式（2）可得綜合評價E0的計算公式為：

式（4）中，E1為主觀指標評價；E2為客觀指標評價。

以E1為例，其計算公式為：

以溫度E11為例，其計算公式為：

式（6）中，xi，（i= 1，2，3）分別對應大廳夏、冬季溫度和溫度分布3個指標。

3 實例驗證

本文采用上文提出的綜合評價方法評價上海地鐵11號線的控制中心環境，整個評價過程分為問卷調查、客觀指標測量和綜合評價3個部分。

3.1 問卷調查

問卷采用李克特9級評定方法，其中級別越低表明其滿意度越低。本問卷對該地鐵控制中心單條線路的全體調度員進行了調查，獲得有效問卷21份，其統計結果如表4所示。

表4 上海地鐵11號線控制中心環境滿意度統計表 %

3.2 客觀指標測量

該地鐵控制中心大廳呈規則矩形，尺寸為13 m×28 m，總面積約為360 m2。依據標準，采用梅花布點法設置測點。各指標測點分布如圖2～圖4所示。

在測量過程中，溫濕度采用數字式溫濕度計、風速采用數字風速表、噪聲采用數字式聲級計、電磁輻射采用射頻電場場強計進行測量，分別對白班和夜班進行12 h測量，測量間隔為2 h。通過測量，計算出各指標數據的均值如表5所示。

3.3 綜合評價

由問卷和實地測量得到主、客觀指標得分，結合各性能變量的基本標準，通過聚合得到相應的綜合評分。限于篇幅，未列出其中的映射關系，環境評估計算過程如圖5所示。

從圖5可以看出，控制中心環境的綜合評價良好，但是在個別指標上評價相對較低。主、客觀指標中，濕度評價都較低，而客觀指標中，由于照度和噪聲指標的測量值超出了標準范圍，因此其滿意度較低。

4 結語

隨著地鐵網絡化進程的推進，控制中心的重要性愈發突出。本文根據LSP理論，建立了基于其綜合評價方法的地鐵控制中心環境評價模型，并通過實例分析驗證了該方法在控制中心環境評價中的可行性。通過對上海地鐵11號線控制中心環境進行實地調查和測量，使用該方法進行環境評價分析，發現了影響控制中心環境的薄弱環節，對地鐵控制中心的設計及改善具有一定的指導意義。

圖2 溫濕度、噪聲、電磁輻射測點分布

圖3 風速測點分布

圖4 照明測點分布

表5 物理環境測量統計表

圖5 基于LSP的環境評估計算過程