基于層次分析法的城市軌道交通安全評價體系研究

王 勛,王 沙

(1.西安交通工程學院,西安 710100; 2.玉山鎮前程小學,西安 710100)

城市軌道交通是城市交通的重要組成方式,可促進城市經濟發展。但城軌交通存在一定的安全問題,基于層次分析法對城市軌道交通安全評價體系進行分析,將與決策相關的元素劃分為目標、標準及方案三個層面,在此基礎上進行定性化與定量化分析,可對評價指標的相對權重進行定量表述,在處理目標因素構造復雜的問題上具有優勢,適用于城市軌道交通的運營安全評估[1]。

1 理論模型的選用

采用yaahp層次分析法模型,將其建立在層次分析法原理及流程上,是構造層次模型、生成判斷矩陣及計算相對權重與綜合權重的便捷方法。借助構建的軟件缺陷指標系統,在yaahp軟件中創建一個包括目標層、標準層、方案層3個層級的遞階層次結構模型[2],具體結構如圖1所示。

圖1 yaahp層次分析法模型Fig.1 Yaahp Analytic Hierarchy Process model

本模型的目的層是城市軌道交通安全評價體系,由人員、設備、管理、環境4個因素組成準則層。方案層由乘客、員工、基礎設備、車輛系統、管理部門、法規、外部環境及內部環境構成。

2 評價體系構建要點

確定指標體系,篩選指標。在構建城市軌道交通安全評價體系時,需綜合考慮人員、設備、管理及環境等核心因素,利用層次分析法全方位進行評估。此外,乘客、員工、基礎設施、車輛系統、管理部門、法規、外部環境及內部環境這8項指標與軌道交通安全性息息相關,被用于指標層[3-6]。城市軌道交通安全評價指標體系如圖2所示。

圖2 城市軌道交通安全評價指標體系Fig.2 Urban rail transit safety evaluation index system

構建指標權重判斷矩陣。對同一層次內各個因子與上一層次某一因子的相關重要程度進行評分,采用比例標度表進行定量分析,其中S表示準則層因素,W表示各因素互相對比的比值,如表1所示。

表1 判斷矩陣標準模型Tab.1 Standard model of judgment matrix

根據判斷矩陣用aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結果,如表2所示。

表2 比例標度Tab.2 Scale of proportion

3 案例分析

以某市軌道交通為例,采用層次分析法對城軌安全體系進行綜合評價。邀請交通運輸專業人士根據圖2對某市軌道交通地鐵運營安全評定標準進行評分,對打分結果進行整理,形成判斷矩陣以進行全面評估。

建立判斷矩陣,計算特征向量。合并專業人士的評分數據,形成城市鐵路交通運行安全評價標準的判斷矩陣。得到標準層B對目標層A的判斷矩陣,見表3。

表3 判斷矩陣ATab.3 Judgement matrix A

根據表3計算出人員、設備、管理、環境各自的總和,再將4個準則各自數據與該列的總和相比,計算其在總和中所占的比重,利用幾何平均法計算,得出人員、設備、管理、環境的權重值,將權重值與矩陣A相乘,得出Aω,如表4所示。

表4 計算權重值ω和AωTab.4 Calculation weightωand Aω

3.1 一致性檢驗

若矩陣中每個元素aij>0且滿足aij×aji=1,則稱矩陣為正互反矩陣,若正互反矩陣滿足aij×ajk=aik,則稱為完全一致正互反矩陣。

對每一個判定矩陣來說,需要求出其最大特征值λmax及相應的特征向量ω,計算它的一致性指數CI=(λ-n)/(n-1),其中n為判斷矩陣A的階數。根據隨機一致性指標RI的數值可以得出一致性比值CR=CI/RI。如果這個比值CR≤0.1,則說明一致性檢驗已經通過,如果不是就需對判定矩陣進行修正,直到達到規定的條件。對ω進行歸一化,其對應的元素ai即為對應第i個因素單一排序的權重[7-8]。

根據評估標準體系自上而下層層計算,獲得相對目標層的綜合權重,進行一致性校驗。只有一致性驗證通過,才能以組合權重作為決定的量化依據。

最大特征值λmax:

將數據代入公式得出:

經過運算λmax,找到矩陣A的最大特征值,即4.05。對矩陣A進行一致性檢驗,得出一致性指標CI:

將數據代入公式:

得到一致性指標CI=0.0119,再判斷矩陣階數n=4,根據隨機一致性指標取值可知隨機一致性指標RI=0.9。

將計算出來的一致性指標CI與隨機一致性指標RI代入公式可得檢驗系數CR:

算出檢驗系數后可知CR=0.0132<0.1,能夠通過一致性校驗。計算出矩陣A的特性向量并進行標準化,獲得特性向量ωA=(Wi)1×4=(0.302,0.500,0.056),相應地可以計算出乘客、員工、基礎設備、車輛系統、管理部門、法規、外部環境、內部環境各自相對的權重值。得出指標層C對準則層B的評判矩陣Ci的最大特征值為λmax=2。

重復一致性檢驗步驟,對矩陣Ci進行一致性檢驗,可得矩陣Ci的檢驗系數小于0.1,故矩陣Ci具有一致性。

3.2 評價結果分析

在首次算出人機環控準則權重值及第二次準則,包括乘客、員工、基礎設備、車輛系統、管理部門、法規、外部環境、內部環境的準則權重值后,某市城市軌道交通公司的運營安全評估指標權重如表5所示。根據表5數據可知,影響某市城市軌道交通運行安全的準則層各項因素影響比例為:設備50%,人員30.2%,管理14.2%,環境5%;指標層影響安全的因素按重要性排序依次為車輛系統、員工、基礎設施、管理部門、乘客、法規、內部環境、外部環境。

表5 某市城軌安全評價的指標權重Tab.5 Index weight of urban rail safety evaluation in a city

根據表5結果可知,車輛系統因素對于城市軌道交通安全評價體系的影響權重是最高的,故在以后的城軌運營過程中需進一步提升車輛系統的硬件與軟件性能,以保障城市軌道交通的安全性。

4 結論

在yaahp層次分析法軟件中編制了一個由目標層、準則層、方案層組成的遞階層級結構模型。鑒于城市軌道引發安全事故因素的多元化,基于層次分析法,從人員、設備、管理、環境四個維度對城市軌道交通安全評價體系進行研究,并采用此方法對某市城市軌道交通安全體系進行綜合評估。結果表明,影響該城市軌道交通安全的主要因素是設備準則層中的車輛系統因素。未來,在城軌運營及維護過程中,應加強對車輛系統安全因素的關注,以確保交通的順暢與安全。