基于AHP的高速鐵路列車旅客乘車疲勞度研究

□ 仇志成

(蘭州交通大學 交通運輸學院,甘肅 蘭州 730070)

1 引言

隨著高鐵的快速發展，我國的高鐵運營里程已經超過4萬公里，日趨發達的高鐵網絡為旅客出行提供了更多的選擇，同時旅客也產生了更多的個性化需求。旅客選擇出行方式時，除了考慮時間、票價等因素，乘車疲勞度也是影響旅客出行的重要因素，因此，研究乘車疲勞度有利于提高服務質量，滿足乘客需求，提升鐵路客運產品競爭力。

關于乘客舒適度的研究一直是列車設計的一個重要標準，回顧相關研究，鈴木浩明[1]闡明了乘客舒適度的定義以及評價方法，并通過相關調查分析了影響舒適度的主要因素。我國自上世紀90年代開始涌現出對乘客舒適度的研究，趙瑜[2]分析了影響旅客舒適度的主要因素，并根據旅客需求提出鐵路客運產品的優化途徑；趙洋等[3]針對青藏鐵路格拉段的特殊環境，引入了“弛豫時間”的標準，完善了旅客舒適度的評價標準；盧津等[4]通過問卷調查以及數據測試，提出了客車舒適度的定量綜合評價；陳祥等[5]結合旅客的心理及生理感受定義了高速列車廣義舒適度，并構建了乘客舒適度評價模型；林森等[6]基于振動、壓力等六個因素，通過Delphi、AHP方法以及調查問卷法構建模型，提出了一種旅客綜合舒適度的計算方法；張艷梅等[7]的研究闡明了影響長運距高速列車旅客疲勞度的最主要因素，并提出了優化措施。目前，對于旅客疲勞度的研究未能細致地考慮旅客的出行目的并結合旅客出行感受，因此，本文針對工作出行和旅游出行的兩類乘客的疲勞度進行分類研究。

2 旅客疲勞度模型及評價指標體系建立

2.1 旅客疲勞度因素分析

本文選用問卷調查法收集數據，問卷內容主要包括旅客出行目的、生理及心理感受三個方面的因素，問卷借鑒了陳祥以及張艷梅的研究結果，并結合長運距旅客的實際感受完成問卷，這里將調查對象分為以工作和旅游為目的的兩類群體，分別得到500份有效問卷。

根據調查問卷的題目，將問題歸納為空間層面、時間層面、空氣層面、物理層面、服務層面五個層面，使用SPSS(26.0)軟件進行數據處理，KMO檢驗值的結果符合因子分析的標準。因此，基于五部分因子建立旅客乘車疲勞度分層模型，目標層為旅客乘車疲勞度，準則層為空氣層面、時間層面、空間層面、物理層面、服務層面方面，指標層共有10個指標。具體如圖1所示。

圖1 旅客乘車疲勞度層次結構模型

2.2 旅客疲勞度因素權重計算

本文依據調查問卷中獲取的數據構建判斷矩陣，將10個指標進行兩兩比較以確定權重，如表1所示。

表1 判斷尺度表

如果因素i與因素j的差值并非0.1的倍數，這個時候就根據其差值與哪個判斷尺度距離近進行歸類。若差值為負數，首先將結果絕對值化，然后對其倒數化，得到真正的差值，然后依據之前的方法進行判斷。

基于調查數據，本文使用層次分析法中的方根法進行權重計算，同時在對相關系數矩陣進行一致性檢驗時，需要利用最大特征根λ、一致性指標CI、隨機一致性指標RI、矩陣階數分別對以工作和旅游為目的的兩類人群進行一致性檢驗。

①以工作為目的的旅客

對于P1，其λmax=5.0133，CI=0.0033，RI=1.12,CR=0.0030<0.1，通過一致性檢驗。對于P2、P3、P4、P5、P6，由于n=2，本身就具備完全一致性，因此均通過一致性檢驗。檢驗完畢后，進行層次總排序，如表2所示。

表2 以工作為目的的層次總排序表

最終計算得到，空間類的權重為0.300，其中座椅間距的權重為0.340，空間擁擠度的權重為0.660；時間類的權重為0.300，其中候車時間的權重為0.100，旅行時間的權重為0.900；空氣類的權重為0.160，其中溫濕度的權重為0.800，空氣品質的權重為0.200；物理類的權重為0.160，其中噪聲的權重為0.800，振動的權重為0.200；服務類的權重為0.080，其中WiFi信號的權重為0.750，充電插座的權重為0.250。

②以旅游為目的的旅客

對于P1，其λmax=5.0684，CI=0.0171，RI=1.12,CR=0.0153<0.1，通過一致性檢驗。對于P2、P3、P4、P5、P6，由于n=2，因此不必對其實行一致性檢驗。檢驗完畢后，其層次總排序的具體數據如表3所示。

表3 以旅游為目的的層次總排序表

最終依據調查數據得出，空間類的權重為0.32，時間類的權重為0.22，空氣類的權重為0.26，物理類的權重為0.12，服務類的權重為0.08。其中，座椅間距的權重為0.34，空間擁擠度的權重為0.66；候車時間的權重為0.10，旅行時間的權重為0.90；溫濕度的權重為0.50；空氣品質的權重為0.50；噪聲的權重為0.75，振動的權重為0.25；WiFi信號的權重為0.75，充電插座的權重為0.25。

3 旅客疲勞度計算及分析

3.1 各因素疲勞度標準

對旅客受各指標影響的疲勞程度進行研究，并進行量化處理，建立一個綜合評價標準。通過調查發現，除振動指標外，其余指標未有具體的精確標準。因此，本文參考相關舒適度的標準并結合乘客的實際感知，采取李克特五級量表設計問卷，基于調查問卷所獲得的數據，構建關于旅客疲勞度的評價標準。該標準的具體格式參考UIC513標準且同樣將標準分為5個等級，具體如表4所示。

表4 旅客疲勞度調查表

表中的溫濕度標準引用國內外在各領域應用廣泛的人體舒適度指標——溫濕指數，以此反映旅客對車廂內溫濕度的感知情況。本文空氣質量標準參考了不同二氧化碳濃度對人體舒適度的影響，構建疲勞值與二氧化碳濃度關系之間的評價標準。國內外制定的關于振動的評價標準有許多，本文采用歐洲的UIC513標準作為對振動的評價，它更加適合對旅客乘坐感受進行評價。對于噪聲的標準，目前只有對高速列車的限值標準《鐵道客車內部噪聲限值及測量方法(GB/T 12816-2006)》，基于該標準結合調查數據對噪聲與疲勞度構建評價標準。

關于旅客疲勞程度與候車時間長短的聯系，可以對不同候車時長的旅客進行研究，設計標準如表5所示。

表5 候車時間與疲勞值調查表

由于得到的數據不是簡單的線性變化，規律不明顯，無法得到候車時間與疲勞值的具體關系，因此通過MATLAB軟件對數據進行擬合，并最終得到了候車時間與旅客平均疲勞值關系之間的數學關系式，公式如下:

F1(t)=3.366e-9t5-4.672e-7t4+1.208e-5t3+0.0005811t2-0.003615t+0.000258

(1)

式(1)中的t表示候車時間，單位為min；F1表示產生的疲勞值。

對于旅行時間與旅客身體疲勞程度的聯系，從不同乘坐席的角度進行調查研究，設計標準如表6所示。

表6 旅行時間與平均疲勞值調查表

同上，表格里的數據不是簡單的線性變化，規律不明顯，無法得到旅行時間與疲勞值的具體關系。將表6的數據通過MATLAB軟件擬合得到了不同席別平均疲勞值與旅行時間的數學關系式。

F2(t)=0.00129t4-0.03087t3+0.23t2-0.2575t+0.1406

(2)

F3(t)=0.0001713t4-0.003115t3+0.008071t2+0.39t-0.1056

(3)

式(2)(3)中，t表示旅行時間，單位為h，F2、F3表示對應的疲勞值。

近年來，鐵路部門在動車組上采取了許多人性化的措施，如CR系列上WiFi信號的全車覆蓋以及充電插座的配備。依據調查結果對兩個指標進行研究，依據調查數據定義車廂內各項服務與疲勞值的評價標準，如表7所示。

表7 服務與疲勞值評價標準

3.2 綜合疲勞度標準

在上述標準的基礎上，將各種影響因素對旅客的疲勞程度處理并與前一章計算所得到的權重值一一對應，得到每類因素對應的疲勞值以及旅客的綜合疲勞值，旅客的綜合疲勞值反映了在旅行過程中旅客的疲勞變化情況，公式如下：

(4)

式(4)中，Z表示綜合疲勞值，i1、i2、i3、i4、i5分別表示Y層每類對應的權重；j1-j10分別表示Z層每個指標對應的權重；F1-F10分別為每個指標對應疲勞值。

4 實例驗證

為對上述研究的評價方法進行驗證，本文以長沙南—北京西線路上運行的G402次列車的某節車廂為例應用該評價方法，假設其旅客的出行目的分別為工作和旅游。其中表8為該列車某節車廂具體數據。

表8 G402次列車某節車廂具體數據

物理類各指標對旅客乘車疲勞度的影響因旅客乘坐列車型號和經由線路條件的不同而略有區別，且各指標的數值是實時變化的。對于復興號系列動車組噪聲均取65分貝，N取1。同時本文默認實例中旅客的候車時間為1h。

利用表8中的數據依據評價標準計算得到乘坐G402次列車二等座的旅客每個指標影響的疲勞值分別為F1=4；F2=4；F3=1；F4=2.4；F5=1；F6=1；F7=3；F8=3；F9=0；F10=-5；將上述疲勞值分別與表3和表4中各指標權重依據式(4)進行計算，數據整理后如表9所示。

表9 乘坐G402次列車第10節車廂旅客疲勞值

在參數相同的情況下，乘坐G402次列車第10節車廂旅游出行的旅客相比工作出行的旅客的疲勞值更低。其中，造成綜合疲勞值差別較大的主要原因在于不同出行目的的旅客對車廂內部、外部等各層面及各指標的敏感和在意程度不同。以旅游為出行目的的旅客相比以上學、工作為出行目的的旅客更為在意空間、空氣層面對自身疲勞程度的影響，對時間層面敏感性相對較低，而以工作為出行目的的旅客對時間層面比較重視。基于研究結果，本文提出以下建議。

針對不同出行目的的人群，依據不同旅客的不同需求，推出多樣化的運輸產品。如上述以工作為出行目的的旅客更注重時間，因此可以推出由CR系列動車組擔當運行任務，采用一站直達或僅在大站停靠的停站方案，盡可能減少因時間層面給旅客帶來的影響。如長沙南—北京西的G402次列車主要由CR系列動車組擔當運行任務，且只在武漢、鄭州、石家莊3個大站停靠，旅行時間較短，更適合以工作為出行目的的旅客，可以減輕旅客乘車疲勞度。若商務客流量較大，可依據客流變化，增開該類列車。

5 結論

研究合理的旅客乘車疲勞度對提高高鐵客運服務質量有著重要意義，本文針對旅客出行目的的不同，探究了旅客乘車疲勞度與兩類出行目的人群的關系，分析了兩類人出行乘車疲勞度的異質性，提出了旅客乘車疲勞度的綜合評價系數。同時對于兩類人群的差異，提出了合理的建議措施，對提高客運服務質量、滿足旅客的出行需求有著一定的實際意義。同時，本文的研究還存在不足，如針對旅客出行情況，僅考慮到工作以及旅游，未能考慮到乘坐臥鋪對于旅客疲勞度的恢復情況，未來可以考慮擴大研究群體，開展更細致的研究。