基于G1-EW-MIE-可拓理論的露天礦山卡車調度系統綜合評價模型研究

趙 彬 寇向宇 康 虔 賀 嚴

（1.五礦勘查開發有限公司，北京 100010；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.南華大學資源環境與安全工程學院，湖南 衡陽 421001）

卡車運輸具有調度靈活快捷、環境適應性強等優勢，已經成為現階段我國露天礦山運輸的主要方式，其運輸費用約占礦山經營成本的一半［1］。隨著礦山機械化、科技化進程的加快，開采規模和生產能力不斷提升，露天礦山逐漸向智能化發展，越來越多的大型露天礦山建立了卡車調度系統［2］。卡車調度系統優化設計的合理性，直接決定著礦山調度運輸效率和企業經濟效益。因此，科學合理地進行露天礦山卡車調度系統評估分析，根據評估結果持續優化完善系統建設，是露天礦山企業實現降低運營成本、提高經濟效益的有效路徑。

目前，眾多專家學者在露天礦山卡車調度系統優化方面做了大量研究工作，取得了豐碩的研究成果。如引入生物地理學優化算法［3］、多目標遺傳算法［4］、改進蟻群算法［5］、改進DCW-QPSO算法［6］、SA-GA算法［7］等進行露天礦山卡車調度系統優化與系統評估中，提高了調度系統運行的合理性。趙松松等［8］基于層次分析法有效識別了卡車調度系統優化過程的主要因素，為系統優化提供了理論支撐；孫效玉等［9］基于模糊層次分析法理論，構建了卡車調度系統的綜合評價指標體系，對系統進行了整體評價。分析發現，在卡車調度系統評估方面研究相對較少，暫未形成完善的理論體系，難以指導實踐。由于露天礦山卡車調度系統評估要統籌考慮多個方面，影響因素多，因素之間具有不相容性的特點，且影響因素以定性指標為主，一定程度上增加了評估工作的難度。可拓理論模型通過構建關聯度函數計算指標關聯度，能夠實現定性概念的量化分析計算，在風險評估［10］、效果評價［11］等方面應用較多，并取得了滿意的效果。在應用可拓理論模型進行綜合評估時，首先要建立一套系統完善的多層次綜合評價指標體系，并確定各層次指標權重。指標權重合理性直接影響著評估結果的可靠性。當前，權重計算主要分為主觀計算法和客觀計算法兩大類，其中主觀計算法對于評估者認知水平依賴性較高，權重計算帶有較強的主觀性；客觀計算法對數據完整全面性要求較高，過分強調了數據本身屬性。單純采用主觀計算法或客觀計算法，會導致權重計算偏于主觀或偏于客觀，從而導致評估失效［12］。

鑒于此，本研究將可拓理論模型應用到露天礦山卡車調度系統評估中，并采用G1-EW分別計算指標主觀權重和客觀權重，基于MIE理論確定指標綜合權重，構建了基于G1-EW-MIE-可拓理論的露天礦山卡車調度系統的綜合評價模型，以福建某露天礦山為研究對象，進行卡車調度系統的綜合評估，驗證模型的有效性。

1 構建露天礦山卡車調度系統綜合評價指標體系

露天礦山卡車調度系統是以無線傳輸技術為基礎，尋求卡車的最優運行路線，在滿足運輸量、剝采比等約束條件下實現車流規劃和卡車的實時動態調度。在文獻［8-9］和咨詢相關專家的基礎上，從最優路線、車流規劃和實時調度3個方面，選取了包括運輸速度、路網節點等16個指標構建了露天礦山卡車調度系統綜合評價指標體系。為科學進行系統評估，將評估結果劃分為優秀、良好、中等和差4個等級。各指標選取情況和分級標準見表1。

2 基于G1-EW-MIE-可拓綜合評價模型

2.1 指標權重

2.1.1 G1法計算指標主觀權重

G1法是郭亞軍基于傳統層次分析法的基礎上提出的一種主觀權重計算法，該方法在權重計算過程中，只需要進行兩兩指標相對重要性比較，并確定相對重要性比值，根據相對重要性確定指標權重。與層次分析法相比較，G1法可以降低對評估者主觀認知要求，避免了重復性調整比較矩陣以滿足一致性的要求，因此，G1法計算指標主觀權重計算過程更加簡便、符合實際。具體計算過程如下［13］：

（1）確定指標序列。假設選取了n個評價指標，評估者根據自身經驗，從所有指標中挑選出認為最重要的指標，記為X1，權重記為w1，在剩下的n-1個指標中繼續挑選最重要的指標，直到n個指標依次按照相對重要性全部挑選完成，得到指標序列（X1，X2，…，Xn）。

（2）確定指標相對重要性比值。根據指標序列（X1，X2，…，Xn），由評估者確定相對重要性比值rj。其中，相對重要性大小表征指標相對重要性程度的描述見表2。相對重要性比值rj計算公式為

注：1.1、1.3、1.5、1.7、1.9，介于上面情況之間。

（3）計算第n個指標權重。第n個指標權重計算公式為

（4）計算所有指標權重。根據相對重要性比值rj，確定其他所有指標權重，計算公式為

2.1.2 熵權法計算指標客觀權重

熵權法是依據各指標反映整體信息量大小來確定指標權重的客觀計算法。該方法可以最大限度體現數據本身屬性和反映數據關聯性。具體計算步驟見文獻［14］。

2.1.3 組合權重的計算

為提高權重結果科學性和合理性，以G1-EW分別計算指標主觀權重αi和客觀權重βi，根據MIE原理，計算指標組合權重，權重結果更加均衡。計算公式如下：

式中，αi為主觀權重；βi為客觀權重；w為組合權重；n為指標個數。

基于拉格朗日算法，組合權重w計算公式為

2.2 可拓理論

2.2.1 確定經典域、節域和評價物元

蔡文提出的物元可拓模型理論，通過構建關聯函數計算指標關聯度，實現定性概念向量化計算的轉化，為不相容性問題的分析提供了解決思路。該模型以有序數組R=（N，C，V）來表征事物整體特征；其中N代表事物名稱，C為事物特征，V為事物關于特征的量值。經典域表示為

式中，Rj為經典域；Nj代表劃分等級；C為指標Vji表示第i個指標第j個等級；aji、bji分別為指標等級劃分標準取值。

節域表示為Rp：

式中，Rp為節域；api、bpi分別代表各等級下指標取值閾值。

待評對象可以組成物元：

式中，vi為指標對應的實測值。

2.2.2 關聯函數的計算

關聯度K公式為

式中，Ki（vj）代表各指標關聯度；ρ（vi，Vji）、ρ（vi，Vpi）分別代表vi與有限區間Vji、Vpi的距離。

2.2.3 等級判斷

由于待評對象受多方面、多因素的共同影響，需要計算綜合指標關聯度，并基于最大隸屬度原則綜合分析評估。其中綜合關聯度計算公式為

為更好分析待評對象的變化與發展趨勢，引入變量特征值概念，其中變量特征值j*計算公式［15］為

2.3 基于G1-EW-MIE-可拓綜合評價模型的實現過程

如前所述，本文建立了基于G1-EW-MIE-可拓綜合評價模型，具體的計算過程為：①在分析待評對象影響因素的基礎上，構建露天礦山卡車調度系統綜合評價指標體系，并進行指標分級；②采用G1-EW-MIE計算指標主觀權重和客觀權重和組合權重，根據各指標取值情況，構建指標關聯度函數，計算各層次指標關聯度；③計算綜合關聯度和變量特征值，并基于最大隸屬度原則，確定卡車調度系統的綜合等級，描述系統發展變化趨勢。

3 模型應用

為驗證本研究所建立的基于G1-EW-MIE-可拓理論模型在露天礦山卡車調度系統綜合評估方面具有適用性，以福建省某露天礦山為研究對象，進行相應的計算。

為提高現場生產調度管理水平和礦石運輸效率，該露天礦山于2018年底正式上線卡車調度系統，并不斷持續優化完善系統建設，卡車調度系統得到了成功的應用。為對該礦山卡車調度系統進行評估，組織了5位專家，根據指標分級標準，逐一對指標進行打分，取各專家打分的平均數作為各指標的最終值。各指標取值情況見表3。

3.1 指標權重計算

（1）G1法計算指標主觀權重。根據露天礦山卡車調度系統綜合評價指標體系的構建情況，由專家確定各層次指標序列，并給出相對重要性比值。以一級指標層為例，專家給出指標序列為：X2＞X3＞X1，權重分別記為w1、w2、w3，相對重要性比值分別為：r1=1.8，r2=1.6，根據式（1）～式（3），可得w3=（1+1.8×1.6+1.6）-1=0.183，w2=0.183× 1.6=0.291，w1=0.291× 1.8=0.526。那么，一級指標層指標權重分別為（0.183，0.526，0.291）。同理，可得各一級層下二級指標權重，具體計算結果見表4。

（2）EW法計算指標客觀權重。根據文獻［14］，將指標取值與各指標分級標準的中間值（即95，85，70，30）構建多屬性決策矩陣，通過計算得到各指標熵和權重，具體計算結果見表4。

（3）基于MIE原理計算指標綜合權重。根據式（4）～式（5），對一級指標層和二級指標層指標分別計算組合權重，具體計算結果見表4。

3.2 計算綜合隸屬度

（1）二級指標層等級關聯度的計算。以X11為例，根據式（9）～式（11），計算單指標關聯度：

同理，可得其他各指標單指標關聯度，結果見表5。將指標權重與單指標關聯度相乘，可以得到等級關聯度，基于最大隸屬度原則，進行等級判斷，結果見表6。

（2）綜合關聯度計算。根據式（12），得到一級指標層的等級關聯度和綜合關聯度，并確定各層次等級。最后，將本研究所建立的基于G1-EW-MIE-可拓綜合評價模型與模糊層次分析法和未確知測度理論評估結果相對比，具體結果見表7。由表7可知，3種評估模型評價結果完全一致；該露天礦山卡車調度系統的最優路線、車流規劃和實時調度評估等級分別為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅱ級，綜合評價等級為Ⅱ級，表明該礦山卡車調度系統在路線尋優方面為優秀，在車流規劃和實時調度方面表現良好，還有待提升的空間。

在確定露天礦山卡車調度系統的綜合評估等級后，根據式（13）～式（14），計算變量特征值j*，j*=1.913＞1.5，表明該系統綜合評價等級介于Ⅰ級～Ⅱ級，且偏向于Ⅱ級，表明該系統還需要進一步持續優化升級。現場調研發現：盡管該礦山卡車調度系統處于領先地位，且根據實際需要與軟件供應公司共同開發了特色功能模塊，但是在配礦功能方面存在程序不穩，會發生數據處理異常導致計算失敗的現象；在智能調度方面操作界面稍顯復雜，沒有指令反饋等技術漏洞，容易導致生產調度失誤，嚴重影響了運輸效率。該系統需要進一步優化配礦功能，做好現場網路實時更新，確保路線調度最優；進一步優化系統軟件配置，提升系統功能的可操性。

綜上所述，本文所建立的基于G1-EW-MIE-可拓理論的綜合評價模型評估結果合理可靠，符合實際，表明該模型在露天礦山卡車調度系統評估方面具有適用性，可以為系統評估提供新思路，也可以為系統優化升級提供理論依據。

4 結論

（1）為提高指標權重計算的科學性和合理性，采用G1-EW分別計算指標主觀權重和客觀權重，并基于MIE算法確定指標組合權重，避免了因權重計算失衡導致評估結果失效。

（2）考慮了露天礦卡車調度系統評估指標不相容性，且指標以定性指標為主的特點，將可拓理論模型引入到到系統評估中，構建了基于G1-EW-MIE-可拓理論綜合評價模型，并以福建某露天礦為研究背景，驗證了該模型的適用性，為系統評估工作提供了一種完善有效的評估思路。

（3）由于露天礦卡車調度系統評估影響因素多，且因素之間具有不相容性，在后續的研究中，還需要進一步完善指標體系結構，優化指標分級標準，以提高模型的應用性。