鐵路零散貨物快運(yùn)列車開行效果評(píng)價(jià)方法

張平升，李夏苗，茍　敏

(中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)調(diào)整，運(yùn)輸市場的需求結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯變化。為了滿足零散貨物運(yùn)輸市場需求，降低社會(huì)物流成本，提高鐵路貨運(yùn)市場競爭力，2014年9月，鐵總組織各鐵路局開行貨物快運(yùn)列車。貨物快運(yùn)是指以高附加值貨物為主要服務(wù)對(duì)象，對(duì)運(yùn)輸送達(dá)時(shí)間和運(yùn)輸質(zhì)量要求較高，按“固定車次、固定始發(fā)時(shí)間、固定運(yùn)行區(qū)段、固定編組內(nèi)容、固定作業(yè)地點(diǎn)”的“五固定”客運(yùn)化組織模式，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、安全、便捷地將貨物運(yùn)達(dá)目的地的鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品[1]。各局陸續(xù)推出各具特色的零散快運(yùn)班列品牌?，F(xiàn)有研究主要集中于快運(yùn)發(fā)展對(duì)策、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、開行方案等方面[1?3]，更多地關(guān)注列車開行前的方案規(guī)劃設(shè)計(jì)，而對(duì)開行后的運(yùn)營效果關(guān)注甚少。列車開行效果評(píng)價(jià)有助于檢驗(yàn)現(xiàn)行方案的運(yùn)營狀況，了解列車的開行效果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為開行方案的改進(jìn)提供支持。常用的評(píng)價(jià)方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、DEA法和 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[4?6]。列車開行效果評(píng)價(jià)涉及多個(gè)方面，涵蓋指標(biāo)多。模糊綜合評(píng)價(jià)法可有效反映對(duì)象的一些不確定性特征，但計(jì)算過程較復(fù)雜且指標(biāo)權(quán)重的確定還需要借助其他方法。投影尋蹤評(píng)價(jià)模型是一種集指標(biāo)權(quán)重計(jì)算與目標(biāo)決策于一體的評(píng)價(jià)模型，其思想是將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間上，找出最能反映高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征的投影，從而達(dá)到分析高維數(shù)據(jù)的目的[7]。它是一種直接由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的探索性數(shù)據(jù)分析方法，可以排除與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、特征無關(guān)的，或關(guān)系很小的變量的干擾，被廣泛用于數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)[7?9]。將模糊綜合評(píng)價(jià)法與投影尋蹤法結(jié)合能有效發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)。在分析零散貨物快運(yùn)(簡稱零散快運(yùn))特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建零散快運(yùn)列車開行效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立模糊投影尋蹤評(píng)價(jià)模型，以期客觀分析零散快運(yùn)列車的開行效果，為鐵路部門管理決策提供理論依據(jù)。

1　零散快運(yùn)列車開行效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1　零散貨物快運(yùn)

零散快運(yùn)的運(yùn)輸對(duì)象多是來自電子通信、醫(yī)藥、精密儀器、家電、高檔服裝等行業(yè)的高附加值物品，相比“協(xié)議運(yùn)輸物資”而言，具有零散性。零散貨物在運(yùn)輸中表現(xiàn)出品類多、時(shí)間敏感度高、價(jià)格敏感度低、個(gè)性化需求強(qiáng)、對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高等特征。它與鐵路零擔(dān)貨物運(yùn)輸有著本質(zhì)區(qū)別，與普通貨物運(yùn)輸在運(yùn)輸組織方面也存在差異。

1) 零擔(dān)貨物運(yùn)輸注重零擔(dān)整裝的運(yùn)輸組織，從而在一定程度上降低了貨運(yùn)速度與貨運(yùn)質(zhì)量，在營銷觀念上展現(xiàn)出明顯的生產(chǎn)觀念和產(chǎn)品觀念的特性，注重賣方而忽略買方需求，難以滿足客戶需求。零散快運(yùn)則以市場需求為導(dǎo)向，注重滿足貨主的運(yùn)輸需求的時(shí)效特征。提供多種辦理方式，簡化辦理手續(xù)，敞開收貨，隨到隨運(yùn)，提供“門到門”全程物流服務(wù)，運(yùn)價(jià)靈活，定價(jià)貼近市場。

2) 普通貨運(yùn)采用集結(jié)式編組，而零散快運(yùn)實(shí)行“固定車次、固定始發(fā)時(shí)間、固定運(yùn)行區(qū)段、固定編組內(nèi)容、固定作業(yè)地點(diǎn)”的客運(yùn)化組織模式。普通貨物列車開行有滿重或滿長要求，途中進(jìn)行有解編作業(yè)，通常需較長的車流集結(jié)時(shí)間；而零散快運(yùn)無需“滿軸”，多采取循環(huán)徑路或往返徑路，固定車底循環(huán)運(yùn)行，途中進(jìn)行裝卸或摘掛作業(yè)，注重面向市場和提高服務(wù)質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)貨物的快速、便捷、準(zhǔn)時(shí)、安全送達(dá)。

零散快運(yùn)是鐵路貨運(yùn)改革的重要部分，組織零散快運(yùn)有利于擴(kuò)大鐵路貨運(yùn)服務(wù)覆蓋范圍、提高市場份額、為貨主提供高質(zhì)量運(yùn)輸服務(wù)、降低全社會(huì)綜合物流成本。

1.2　零散快運(yùn)列車開行效果分析

對(duì)列車開行效果評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容是分析其產(chǎn)生的綜合效益大小，提高經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)開行快運(yùn)班列的主要目的。考慮到鐵路運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用和地位，注重這種經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也須兼顧社會(huì)效益。

從不同角度看，開行效果衡量的標(biāo)準(zhǔn)有所差別。從貨運(yùn)生產(chǎn)部門的角度看，零散快運(yùn)列車的開行效果是指開行本次列車所帶來的直接利潤；從企業(yè)的市場角度看，開行效果還包括列車開行對(duì)鐵路市場競爭力的提升影響；從社會(huì)的角度看，開行效果還有列車開行為社會(huì)帶來的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益等。因此，列車開行所產(chǎn)生的效果可分為經(jīng)濟(jì)效益、市場效益和社會(huì)效益，且3種效益具有關(guān)聯(lián)性。一般情況下，經(jīng)過一段時(shí)間的市場培育，列車開行的市場效益和社會(huì)效益往往會(huì)逐步轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益。

在運(yùn)能短缺的環(huán)境下，我國鐵路比較貨運(yùn)重視效率、經(jīng)濟(jì)類指標(biāo)，而較少關(guān)注貨主滿意度和產(chǎn)品市場競爭力等指標(biāo)。零散快運(yùn)作為鐵路市場化的重要產(chǎn)品，更加注重滿足貨主需求，提升服務(wù)質(zhì)量，提高產(chǎn)品競爭力。我國零散快運(yùn)起步較晚，現(xiàn)在大部分列車的經(jīng)濟(jì)效益并不顯著，運(yùn)營中還存在一定的爭議。因此，對(duì)零散快運(yùn)列車開行要進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，有必要綜合考慮其產(chǎn)生的由經(jīng)濟(jì)效益、市場效益和社會(huì)效益構(gòu)成的綜合效益。

1.3　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

遵循綜合評(píng)價(jià)和指標(biāo)體系構(gòu)建的原則，基于已有相關(guān)成果和現(xiàn)場調(diào)研[10?12]，構(gòu)建的零散快運(yùn)列車開行效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 鐵路零散貨物快運(yùn)列車開行效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1　Evaluation index system of operation effect of railway fragmented cargo express freight train

圖1中，列車競爭力是指該列車優(yōu)于其他列車或運(yùn)輸方式的程度，零散快運(yùn)面向靈活多變的零散快運(yùn)需求，面臨激烈的市場競爭，提高列車競爭力至關(guān)重要，主要包括因該列車開行而吸引的潛在貨流市場的增大、市場份額的增加，以及應(yīng)對(duì)外界風(fēng)險(xiǎn)的能力(如：運(yùn)輸需求突增時(shí)能夠盡可能滿足運(yùn)輸需求的能力；運(yùn)輸環(huán)境突變時(shí)快速調(diào)整開行方案，且對(duì)現(xiàn)行鐵路運(yùn)輸造成不良影響盡可能小的能力)。網(wǎng)絡(luò)效益是指對(duì)整個(gè)運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的影響，一是促進(jìn)與外局套環(huán)交接作業(yè)，完善零散快運(yùn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和提高與其他運(yùn)輸方式聯(lián)合運(yùn)輸便捷度(如：與公路運(yùn)輸合作完成“門到門”運(yùn)輸?shù)哪芰?等正面效應(yīng)；另一方面是對(duì)其他列車造成的負(fù)面效應(yīng)。貨主滿意度指貨主對(duì)運(yùn)輸服務(wù)的滿意程度。國民經(jīng)濟(jì)效益是指給整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)和沿線地區(qū)的經(jīng)貿(mào)往來、物資流通等帶來的促進(jìn)作用，降低社會(huì)物流成本等。環(huán)境效益是指快運(yùn)相比公路運(yùn)輸少產(chǎn)生的對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，如：因快運(yùn)列車開行，相比汽車對(duì)沿線減少的大氣污染和緩解的交通擁堵效應(yīng)。零散快運(yùn)作為鐵路貨運(yùn)向現(xiàn)代物流企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要措施，應(yīng)多向優(yōu)秀的物流企業(yè)學(xué)習(xí)，物流企業(yè)常采用“計(jì)件收費(fèi)”的方式，加上零散貨物“小批量、零散性”等特征，有必要以“件”為統(tǒng)計(jì)單位，故將“完成件數(shù)”納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中。

圖中的定量指標(biāo)可通過運(yùn)營統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得，貨主滿意度可通過問卷調(diào)查結(jié)果獲得，其他定性指標(biāo)則由相應(yīng)專業(yè)人員評(píng)定。

2　模糊投影尋蹤評(píng)價(jià)模型

將模糊綜合評(píng)價(jià)得到的模糊評(píng)價(jià)矩陣作為投影尋蹤技術(shù)的樣本數(shù)據(jù)，通過投影降維，將各指標(biāo)對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度綜合成評(píng)價(jià)對(duì)象整體對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，并根據(jù)隸屬度和綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1　建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

2.1.1確定因素集

2.1.2 確定評(píng)語集

評(píng)語集是評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合，記為： V = { v1,v2,… ,vn}，vi表示第i個(gè)評(píng)語等級(jí)，n為等級(jí)數(shù)。

2.1.3建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

2.2　確定最佳單位投影方向a*

尋找將模糊評(píng)價(jià)矩陣從p維降至一維的最佳單位投影方向a*。

2.2.1構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)Q(a)

利用投影尋蹤技術(shù)把 p維數(shù)據(jù){ xij|i =1,2… ,n ; j = 1,2… , p}綜合成以 a = { a1,a2,… ,ap}為投影方向的一維投影值z(mì)i。

在綜合投影指標(biāo)值時(shí)，要求投影值的散布特征為：局部投影點(diǎn)盡可能密集，最好凝聚成若干個(gè)點(diǎn)團(tuán)，而在整體上投影點(diǎn)團(tuán)之間盡可能散開[15]。因此，投影指標(biāo)函數(shù)Q(a)可表示為

式中：Sz為一維投影值z(mì)i的標(biāo)準(zhǔn)差，表征投影點(diǎn)整體稀疏度；Dz為zi的局部密度，表征投影點(diǎn)局部密集度，即

式(3)～(4)中：E(z)為 zi的平均值；R 為局部密度的窗口半徑，它的選取既不能太小以致分布在窗口內(nèi)投影數(shù)量過少，也不能太大導(dǎo)致聚類效果轉(zhuǎn)劣。研究表明[9]，max(rij)，一般取 R=p；rij為樣本間距離，；u(t)為單位跳躍函數(shù)，若 t ≥ 0 ，其值取1，否則為0。

2.2.2優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)Q(a)

通過求解投影指標(biāo)函數(shù)最大值來尋找最佳投影方向。

目標(biāo)函數(shù)

主觀性約束條件

如果決策者對(duì)某個(gè)指標(biāo)存在偏好，可通過添加主觀性約束條件來實(shí)現(xiàn)。式(7)表示決策者對(duì)k指標(biāo)的偏好超出對(duì)其他指標(biāo)的偏好。

2.2.3算法求解

上述模型是以{aj, j = 1 ,2 … , p}為優(yōu)化變量的復(fù)雜線性優(yōu)化問題，可應(yīng)用基于實(shí)數(shù)編碼的加速遺傳算法(RAGA)求解，RAGA是遺傳算法的一種改進(jìn)算法，它利用進(jìn)化過程中產(chǎn)生的優(yōu)秀個(gè)體逐步調(diào)整優(yōu)化變量的搜索空間，從而快速收斂于最優(yōu)解[13]。

以Max()Qa為目標(biāo)函數(shù)，各指標(biāo)的投影aj為優(yōu)化變量，按照?qǐng)D2計(jì)算步驟，運(yùn)用matlab軟件迭代求解。

通過上述步驟可以得到初始最佳投影方向 a，將其按式(8)歸一化，得到最佳單位投影方向 a*=

2.3　綜合評(píng)判

2.3.1單一對(duì)象評(píng)價(jià)

將最佳單位投影方向a*代入式(1)，得到i級(jí)評(píng)語的投影值(i = 1 ,2,… ,n )，zi展現(xiàn)了所有因素對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)i的隸屬度，通過投影從p維降至一維后的數(shù)據(jù)特征。評(píng)價(jià)對(duì)象整體上對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度為 Z = {}。根據(jù)最大隸屬度原則，最大的所對(duì)應(yīng)的等級(jí)為該對(duì)象的評(píng)語等級(jí)。也可以通過j指標(biāo)i等級(jí)的投影分量來分析評(píng)價(jià)對(duì)象各因素對(duì)整體評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)情況。

圖2　RAGA計(jì)算步驟流程圖Fig.2　Flow chart of real coded accelerating genetic algorithm calculating step

2.3.2多對(duì)象評(píng)價(jià)

當(dāng)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以通過給各等級(jí)賦予一定的秩 Y =，計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)值E，根據(jù)E值的大小進(jìn)行優(yōu)劣排序。

3　實(shí)例分析

根據(jù)調(diào)研的資料，以下選取某局管內(nèi)運(yùn)行的 4次零散快運(yùn)列車(分別記為：L1，L2，L3和 L4)為對(duì)象，依據(jù)模糊投影尋蹤評(píng)價(jià)模型的上述步驟，對(duì)它們的開行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

3.1　單一列車開行效果評(píng)價(jià)

1) 根據(jù)圖1確定由16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)因素集：

3) 根據(jù)L1實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)、運(yùn)營期望值、開行方案設(shè)計(jì)目標(biāo)及貨主滿意度問卷調(diào)查結(jié)果等調(diào)研資料，邀請(qǐng)到 10位專家對(duì)其進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，從而確定了模糊評(píng)價(jià)矩陣X(1)。

4) 建立模糊投影尋蹤評(píng)價(jià)模型，由于運(yùn)營收入是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和追求的目標(biāo)，可以認(rèn)為是最重要的指標(biāo)，因此，在模型中增加主觀性約束條件。用matlabR2014a軟件編程進(jìn)行迭代求解，選定初始種群規(guī)模為n=400，交叉概率Pc=0.80，變異概率 pm=0.80，優(yōu)秀個(gè)體數(shù)目選定為 20個(gè)，α=0.05，加速次數(shù)為 20，得出最大投影指標(biāo)值為1.322 8，最佳投影方向?yàn)?a=(0.340 0，0.211 1，0.284 1，0.317 1，0.251 6，0.288 8，0.339 5，0.326 4，0.306 4，0.385 7，0.109 5，0.066 2，0.058 8，0.122 7，0.078 0，0.080 3)。由式(8)得最佳單位投影方向a*=(0.095 3，0.059 2，0.079 7，0.088 9，0.070 6，0.081 0，0.095 2，0.091 5，0.085 9，0.108 2，0.030 7，0.018 6，0.016 5，0.034 4，0.021 9，0.022 5)。

5) 由式(1)得L1對(duì)5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度的綜合投影值 Z(1)=(0.022 2，0.343 0，0.488 1，0.133 0，0.013 9)，其中最大值為 0.488 1，對(duì)應(yīng)等級(jí)是“一般”，因此，L1次零散快運(yùn)列車開行效果為“一般”。

3.2　多次列車開行效果評(píng)價(jià)

根據(jù)調(diào)研資料和上述單一列車評(píng)價(jià)過程，得到其他3次零散快運(yùn)列車開行效果的相關(guān)指標(biāo)值。

L2：Z(2)=(0.006 9，0.213 1，0.553 9，0.213 1，0.013 1)，開行效果“一般”；

L3：Z(3)=(0.029 1，0.328 0，0.458 4，0.166 8，0.017 5)，開行效果“一般”；

L4：Z(4)=(0.006 9，0.042 7，0.292 4，0.574 2，0.083 9)，開行效果“較好”。

用 Y = ｛ 1, 2 ,3,4,5｝ 作為評(píng)價(jià)等級(jí){差，較差，一般，較好，好}的秩，通過式(9)得到各次零散快運(yùn)列車綜合評(píng)價(jià)值：E(1)=2.77，E(2)=3.01，E(3)=2.82，E(4)=3.69，由于 E ( 4) ＞ E ( 2) ＞ E ( 3) ＞ E (1)，因此4條線上零散快運(yùn)列車開行效果的優(yōu)劣順序?yàn)椋篖4最優(yōu)，其次是L2，接著是L3，L1最差。評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1　評(píng)價(jià)結(jié)果Table1　Evaluation results

實(shí)際上，L1，L2和L3分別是運(yùn)行在3條環(huán)線上列車(簡稱“三環(huán)”列車)，開行效果一般；L4是運(yùn)行在武漢與十堰間的往返列車，開行效果較好。整體來看，該局的4次快運(yùn)列車開行效果都達(dá)到了“一般”水平，可以繼續(xù)開行。但“三環(huán)”列車綜合得分較低，特別是L1和L3次列車的開行效果盡管可算作一般水平，但是綜合評(píng)分不足 3.0，傾向于“較差”，開行效果不夠理想。因此，必須盡快采取措施提高其開行效益，而“三環(huán)”列車在各指標(biāo)上的投影分量值普遍較低，若要提高其開行效果，可以優(yōu)化開行方案，提高旅行速度；加強(qiáng)貨運(yùn)營銷，提高貨運(yùn)量；注重服務(wù)質(zhì)量，提高貨主滿意度。對(duì)于 L4次列車則主要是吸引回程貨流，減少空車走行。

4　結(jié)論

1) 模型由模糊綜合評(píng)價(jià)和改進(jìn)的投影尋蹤模型融合而來，既能較好地表述不確定性信息，又能有效處理評(píng)價(jià)指標(biāo)過多的情況。在傳統(tǒng)投影尋蹤模型中加入了決策者主觀偏好，體現(xiàn)了主觀與客觀結(jié)合。

2) 本文的評(píng)價(jià)方法既能評(píng)價(jià)單一零散快運(yùn)列車的開行效果，又能評(píng)價(jià)多次班列的開行效果。

3) 通過具體實(shí)例驗(yàn)證了本文評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的有效性，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果指明了提高快運(yùn)列車開行效益的方向。

4) 本文評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)是不斷更新、動(dòng)態(tài)變化的，定期收集相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)零散快運(yùn)列車的開行效果，更有利于科學(xué)決策。