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(xué)院,西安 710100; 2.玉山鎮(zhèn)前程小學(xué),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(jīng)濟發(fā)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(guān)的元素劃分為目標、標準及方案三個層面,在此基礎(chǔ)上進行定性化與定量化分析,可對評價指標的相對權(quán)重進行定量表述,在處理目標因素構(gòu)造復(fù)雜的問題上具有優(yōu)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(gòu)造層次模型、生成判斷矩陣及計算相對權(quán)重與綜合權(quán)重的便捷方法。借助構(gòu)建的軟件缺陷指標系統(tǒng),在yaahp軟件中創(chuàng)建一個包括目標層、標準層、方案層3個層級的遞階層次結(jié)構(gòu)模型[2],具體結(jié)構(gòu)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(shè)備、管理、環(huán)境4個因素組成準則層。方案層由乘客、員工、基礎(chǔ)設(shè)備、車輛系統(tǒng)、管理部門、法規(guī)、外部環(huán)境及內(nèi)部環(huán)境構(gòu)成。

2 評價體系構(gòu)建要點

確定指標體系,篩選指標。在構(gòu)建城市軌道交通安全評價體系時,需綜合考慮人員、設(shè)備、管理及環(huán)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(chǔ)設(shè)施、車輛系統(tǒng)、管理部門、法規(guī)、外部環(huán)境及內(nèi)部環(huán)境這8項指標與軌道交通安全性息息相關(guān),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(gòu)建指標權(quán)重判斷矩陣。對同一層次內(nèi)各個因子與上一層次某一因子的相關(guān)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(jù)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(jié)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(yè)人士根據(jù)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(jié)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(yè)人士的評分數(shù)據(jù),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(jù)表3計算出人員、設(shè)備、管理、環(huán)境各自的總和,再將4個準則各自數(shù)據(jù)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(shè)備、管理、環(huán)境的權(quán)重值,將權(quán)重值與矩陣A相乘,得出Aω,如表4所示。

表4 計算權(quán)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(yīng)的特征向量ω,計算它的一致性指數(shù)CI=(λ-n)/(n-1),其中n為判斷矩陣A的階數(shù)。根據(jù)隨機一致性指標RI的數(shù)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(jīng)通過,如果不是就需對判定矩陣進行修正,直到達到規(guī)定的條件。對ω進行歸一化,其對應(yīng)的元素ai即為對應(yīng)第i個因素單一排序的權(quán)重[7-8]。

根據(jù)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(quán)重,進行一致性校驗。只有一致性驗證通過,才能以組合權(quán)重作為決定的量化依據(jù)。

最大特征值λmax:

將數(shù)據(jù)代入公式得出:

經(jīng)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(shù)據(jù)代入公式:

得到一致性指標CI=0.0119,再判斷矩陣階數(shù)n=4,根據(jù)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(shù)CR:

算出檢驗系數(shù)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(yīng)地可以計算出乘客、員工、基礎(chǔ)設(shè)備、車輛系統(tǒng)、管理部門、法規(guī)、外部環(huán)境、內(nèi)部環(huán)境各自相對的權(quán)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(fù)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(shù)小于0.1,故矩陣Ci具有一致性。

3.2 評價結(jié)果分析

在首次算出人機環(huán)控準則權(quán)重值及第二次準則,包括乘客、員工、基礎(chǔ)設(shè)備、車輛系統(tǒng)、管理部門、法規(guī)、外部環(huán)境、內(nèi)部環(huán)境的準則權(quán)重值后,某市城市軌道交通公司的運營安全評估指標權(quán)重如表5所示。根據(jù)表5數(shù)據(jù)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(shè)備50%,人員30.2%,管理14.2%,環(huán)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(tǒng)、員工、基礎(chǔ)設(shè)施、管理部門、乘客、法規(guī)、內(nèi)部環(huán)境、外部環(huán)境。

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

根據(jù)表5結(jié)果可知,車輛系統(tǒng)因素對于城市軌道交通安全評價體系的影響權(quán)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(tǒng)的硬件與軟件性能,以保障城市軌道交通的安全性。

4 結(jié)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(jié)構(gòu)模型。鑒于城市軌道引發(fā)安全事故因素的多元化,基于層次分析法,從人員、設(shè)備、管理、環(huán)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(jié)果表明,影響該城市軌道交通安全的主要因素是設(shè)備準則層中的車輛系統(tǒng)因素。未來,在城軌運營及維護過程中,應(yīng)加強對車輛系統(tǒng)安全因素的關(guān)注,以確保交通的順暢與安全。