基于遺傳層次分析法的高速鐵路運營統計指標篩選

薛 鋒，范千里，胡 萍，李青青

（1. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都611756；2. 綜合交通大數據應用技術國家工程實驗室，成都611756）

0 引 言

統計指標是鐵路運營效果的重要表現形式，運營統計指標體系的完善有助于提高統計工作的質量，同時建立健全統計指標體系是做好鐵路行業統計工作的基礎。我國鐵路早期的運營統計指標是根據前蘇聯的鐵路運營管理指標體系，結合我國鐵路運營管理的實踐和特點建立的，符合我國當時的鐵路運營實際情況。近年來，隨著高速鐵路的快速發展，以往基于普速鐵路構建的運營統計指標體系難以全面反映高速鐵路的運營狀況，因此亟須構建與高速鐵路運營實際相適應的指標體系。

在鐵路運營統計指標研究方面，我國取得了比較豐富的理論研究成果，大致可分為以下幾個方面：

（1）對現有的鐵路運營指標體系進行一定的改進。姜曉燕[1]為現有的鐵路運營統計指標體系進行了完善，使其符合鐵路發展特點，并結合作業成本理論，對現有的運營統計指標進行了修改；周尊仁[2]在現有鐵路運營統計指標的基礎上，分析了新的條件下運營統計指標建立的影響因素，初步提出了高速鐵路運營統計指標體系。

（2）針對需求主體，構建相應的運營統計指標體系。李雪飛等[3]基于現有的鐵路運營統計指標體系，提出了客運專線運營統計指標；仲亮[4]基于網絡時代特點，對鐵路運輸質量的含義以及當下統計工作中存在的問題進行了詳細分析，就提高運輸統計質量給出了解決對策；呂笑媛等[5]采用定性與定量相結合的方法，建立了高速鐵路客運服務質量評價指標體系，并通過結構方程模型對該評價指標體系的科學性與合理性進行了驗證；吳華穩[6]結合鐵路發展的需要和統計管理體制的特點，設計包括鐵路運輸業、鐵路安全、工程建設、鐵路設備在內的統計體系框架；崔華偉[7]構建了適應于資產經營責任制和現代企業經營理念的新運營指標體系，并以南京新客站為背景，對其運營成本、能源消耗狀況進行了系統的分析和評價；單杏花等[8]對鐵路旅客運營指標體系進行分析研究，并對運營指標體系進行分類和初步設計，最后給出利用指標體系和雷達圖進行評價的方法；王宇[9]根據貨運指標在不同時期的變化，對指標影響值進行計算，揭示貨運指標運行規律，從而更有效地指導鐵路運輸企業認識和發現問題。

（3）分析指標及指標間影響因素，以促進鐵路運營指標完善。胡思繼[10]在分析統計運營指標的基礎上，論述了指標間的內在聯系，以明確鐵路運營統計指標中生產指標與財務指標的相互關系；潘峰[11]分析了與客車運營效率相關的運用統計指標，提出通過完善運營統計指標，從而提高客車運用效率；郎茂祥等[12]人對鐵路貨運總收入與運營指標關系進行了全面的研究；程玲燕等[13]利用因素影響分析法，選取 2010 年和2011 年全路統計數據，計算出包括新增指標在內的各項運營指標變動對貨運總收入變動的影響程度，從而為提高貨運總收入提出對策建議。

在運用層次分析法計算權重以對指標權重排序，從而進行篩選的研究中，現有的研究較為豐富，包括特征值法、行和歸一化、列和求逆歸一化、模糊綜合評價法[14-16]等，但一方面，類似于特征值法在權重的計算時并沒有考慮到一致性條件，判斷矩陣確定后，權重與一致性指標隨之確定，無法改善，較為被動。另一方面，類似于行和歸一化、列和求逆歸一化等方法，計算精度不高，只考慮到了矩陣中一行或一列的影響。

綜上所述，目前我國鐵路運營統計指標體系的構建已經擁有了較為豐富的成果，將多個指標體系進行整合可以得到較為全面的運營統計指標體系，但不同的研究成果具有不同的側重點，直接進行整合會導致指標體系過于龐雜，且部分指標之間相互涵蓋，無法體現指標體系的整體性、系統性特點。另外，運用遺傳層次分析法計算指標權重，可以調整各指標的權值，從而改進一致性指標值，相較于其他方法，較為主動，且計算精度較高。因此，本文在現有的研究成果基礎上，采用定性分析與定量計算有機結合選取高速鐵路運營統計指標，并運用遺傳層次分析法[17-18]對現有統計指標進行篩選。

1 高速鐵路運營統計指標的選取

1.1 指標選取的原則

（1）科學性原則

高速鐵路運營統計指標的選取，需要尊重高速鐵路運營管理與發展的實際情況以及客觀規律。運用各類科學的理論方法，對現有的運營統計指標體系進行篩選，以期構建出的高速鐵路運營統計指標體系能夠符合高速鐵路運營實際。

（2）全面性原則

高速鐵路運營統計指標體系的構建需要全面反映高速鐵路運營全過程及運營過程中的特點，為之后依據統計指標的結果，制定相應的發展策略奠定基礎。

（3）系統性原則

高速鐵路運營統計指標必須結合系統性原則，在建立統計指標體系時根據子體系、一級指標、二級指標層層遞進，實現各級指標的完善性和全面性。

（4）主體化原則

運營指標體系涉及高速鐵路運營管理全過程，在建立過程中需要明確運營統計指標服務的主體，明確統計指標體系是服務于車站還是其他相關部門，從而使整個高速鐵路運營統計指標更準確地把握重點。

1.2 高速鐵路運營統計指標的初步選取

借鑒文獻[1-13]中的鐵路運營統計指標體系，并根據高速鐵路運營統計指標的選取原則和運營特點進行分析、整合，進一步研究可以發現，高速鐵路運營工作可以從資產規模及運用、人力資源及運用、運營消耗、運營工作量、旅客服務質量、運營效益等方面反映。因此，將統計指標體系初步分為如下6 個子體系，分別為資產規模及運用指標子體系、人力資源及運用指標子體系、運營消耗指標子體系、運營工作量指標子體系、旅客服務質量指標子體系、運營效益指標子體系，具體如表1 所示。

表1 高速鐵路運營統計的初步指標體系

續表1

在這6 個子系統中：

（1）資產規模及運用指標子體系主要表示現有高速鐵路的規模以及發展情況，并且涉及高速鐵路系統的資產運用水平，因此，該子系統的一級指標主要包括總體規模、基礎線網、發展水平以及資產運用水平四個方面。

（2）人力資源及運用指標子體系表示現有高速鐵路系統中的基本人員情況。人員情況應考慮人員發展水平以及人員工作水平，因此，該子系統的一級指標包括人員狀況以及績效情況兩個方面。

（3）運營消耗指標子體系應反映高速鐵路總體的消耗以及總體污染物的排放。因此，該子體系的一級指標包括能源消耗以及污染物排放兩個方面。

（4）運營工作量指標子體系應反映高速鐵路系統車輛以及列車的運輸情況，同時高速鐵路的事故情況也應反映在該子體系中。因此，該子體系包括車輛運用情況、運能與運力、行駛里程、運行速度、人員傷亡、財產損失、事故率7 個方面。

（5）旅客服務質量指標子體系應該反映兩個方面，一方面是高速鐵路系統站內服務水平，另一方面是列車運行計劃完成率。因此，該子體系包括旅客服務、計劃兌現、延誤時間三個方面。

（6）運營效益指標子體系反映高速鐵路系統具體財政情況，因此，該子體系包括成本、收入、利潤三個方面。

2 高速鐵路運營統計指標的篩選方法

高速鐵路運營統計指標的篩選，可由專家對各子體系中具體指標進行重要性排序。在重要性排序值中，數值越小表示重要程度越高，若數個指標的重要度值相同時，則表示這些指標具有相同的重要性，比如表2 為某專家對資產規模及運用指標子體系中各指標的重要性排序示例。

表2 某專家對資產規模及運用指標子體系重要值排序

通過對指標的重要性排序，利用遺傳層次分析法計算各指標權重值，具體計算方法如下：

（1）若專家r 對高速鐵路運營管理指標體系子體系i 中的指標k 的重要性排序值為｛x (i , k , r )｝，則子體系i 中的指標k 的重要性排序值的均值可由下式計算：

式中，rn 表示專家人數。

（2）計算子體系i 中的指標k 的重要性標準差，計算方法如下：

（3）建立評價子體系i 的互反判斷矩陣iP，計算方法如下：

式中， pi,k,l表示子體系i 中的指標k 相對于指標l的重要程度。

（4）計算權重以及一致性指標系數

式中，CIC ( ni)表示一致性指標系數；d 表示一個非負參數，從[0,0.5]內選擇。對于式（4）的求解，可以采用全局優化的遺傳算法[17-18]進行加速求解。具體計算思路為：若一致性指標系數小于某一設定的臨界值時，那么可以認為互反判斷矩陣滿足一致性檢驗，排序權重可取，否則改變非負參數或修改判斷矩陣。

3 指標篩選方法的應用分析

對高速鐵路運營管理初步統計指標體系的6個子體系制作類似于表2 的專家咨詢表。經過20位鐵路局公司的運營管理人員打分，可以獲得指標的重要性排序。根據前文建立的篩選模型，可以進一步得到子體系各自以及總體的一致性指標系數，其一致性指標系數經核算均符合要求，從而可以獲得各指標的具體權重。

高速鐵路運營統計指標各子體系權重值如表3 所示。從表3 各指標權重情況可以看出，各子系統的重要程度層次劃分較為明顯，資產規模及運用和運營效益是最重要的指標，人力資源及運用、旅客服務質量以及運營工作量為較重要的指標，而運營消耗的重要性程度較低。

表3 高速鐵路運營統計指標體系中各子體系權重值

資產規模及運用指標子體系中各指標權重如表4 所示，從中可以發現高速鐵路總產值是重要度最高的指標，但路網的發展程度等也較為重要，這說明對于高速鐵路運營統計而言，最重要的是總體的資產水平，在后續高速鐵路發展過程中，仍需著眼于高速鐵路總體資產的增長。

表4 資產規模及運用指標子體系中各指標權重

人力資源及運用指標子體系中各指標權重情況如表5 所示，可以看出相較于人員的績效情況，專家認為人員的總量以及人員的培訓水平以及技術水平更為重要，人員是推動高速鐵路發展的第一要素。

表5 人力資源及運用指標子體系各指標權重

運營消耗指標子體系中各指標的權重情況如表6 所示，不難發現，相比于污染物的排放，高速鐵路運營統計較為重視能源的消耗，因為高速鐵路的能源消耗水平很大程度上與高速鐵路運營成本及收益相關。

表6 運營消耗指標子體系中各指標權重

續表6

運營工作量指標體系中各指標的權重情況如表7 所示。在鐵路運營過程中，鐵路公司最為重視的是高速鐵路的安全情況，與實際情況相符。

表7 運營工作量指標子體系各指標權重

旅客服務質量子體系中各指標權重如表 8所示，可以發現最為重要的指標是計劃開行列次和計劃兌現列次。鐵路運輸部門非常重視計劃的完成情況，因此此指標相較于其他指標更為重要。

表8 旅客服務質量指標子體系各指標權重

運營效益指標子體系中各指標權重情況如表9 所示，最為重要的是總收入，相較之下，成本相關的相關指標重要程度偏低。

表9 運營效益指標子體系中各指標權重

為驗證遺傳層次分析法的優越性，以資產規模及運用指標子體系進行說明，運用最優傳遞矩陣法可以得到對應的排序權重為（0.118，0.092，0.081，0.040，0.078，0.066，0.023 ，0.006，0.092，0.040，0.062，0.102，0.085，0.015，0.049，0.052），一致性指標系數為0.8051；而結合表4 可以發現，運用遺傳層次分析法對指標權重進行計算，可以得到在設置d 為0.3 后，對應的排序權重向量為（0.109，0.089，0.084，0.042，0.072，0.071，0.018，0.011，0.101，0.05，0.052，0.096，0.091，0.025，0.047，0.042），一致性指標系數為0.034 6，可見，運用遺傳層次分析法得到的一致性指標系數更小，具有較好的優越性。

4 結 論

本文以高速鐵路運營統計指標為研究對象，分析高速鐵路運營統計指標體系建立的原則，選取初步指標體系，并通過遺傳層次分析法計算指標體系中各指標權重，篩選出相比之下較為重要的指標。

（1）在高速鐵路運營統計指標體系中，六個子體系按照重要度排序為資產規模及運用、運營效益、人力資源及運用、旅客服務質量、運營工作量、運營消耗。

（2）在應用遺傳層次分析法對高速鐵路運營統計指標體系的各項指標篩選時，可以對部分權重值較低的指標進行刪減。此外，采用專家給出的數據作為依據，雖然能夠避免缺乏定量指標而無法準確篩選的不足，但由于各專家對指標重要程度的評判存在一定分歧，因此需要進一步做出約束，以提高篩選的準確性。