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基于模糊综合评价模型的轨道交通安全性评价

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第27卷第2期 交通科学与工程 Vol。27 No.2 2 0 1 1年6月 JoURNAL OF TRANSPORT SCIENCE AND ENGINEERING Jun. 201I 文章编号:1674—599X【2011)02—0091--05 基于模糊综合评价模型的轨道交通安全性评价 李 晋 ,宋瑞,蒋金亮 (北京交通大学 交通运输学院,北京100044) 摘要:为保障轨道交通的安全运行,需要对轨道交通进行安全性评价.针对影响轨道交通安全的各种 因素,采用定性与定量相结合的方法,从运营管理、设施设备、从业人员及外部条件等4个方面,建立了 层次结构的评价指标;根据层次分析法,确定了各项评价指标的权重;用模糊数学方法,建立了轨道交通 安全性评价的二级模糊综合评价模型;对轨道交通的安全性,进行了综合评价.以对南京市地铁系统为 实例进行分析,说明了模糊综合评价模型的适用性和合理性. 关键词:轨道交通;安全评价;模糊评价;层次分析法 中图分类号:X951 文献标识码:A Safety evaluation of rail transit based on comprehensive fuzzy evaluation model LI Jin,SONG Rui,JIANG Jin—liang (School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China) Abstract:The status of rail transit is gradually improved in modern society and more at— tention are paid to the safety issues.In order to insure the safe operation of rail transit, a rail transit safety evaluation system must be set up.The various factors that affected the safety of rail transit at first waN analyzed.Then the indexes of safety evaluation sys— tem of rail transit were chosen by a conjoint way of integrating the qualitative and quan— titative methods from four parts which were operational management,facilities,person— nel and external conditions.Again,it made the index quantifiable and assured the index pro— portion by AHP.Finally,fuzzy math way was chosen to set up a two-grade fuzzy synthetically evaluation model of rail transit safety system to evaluate the running safety of rail transit. Key words:rail transit;safety evaluation;fuzzy evaluation;AHP 自1969年1O月北京地铁一期工程建成通车 长度为1 129.5 km,平均客运量达1 687万乘次/ 至今,轨道交通在中国已有4O多年的历史.在这 日.然而,轨道交通由于其运量大、速度快等特点, 不到半个世纪的时间里,特别是2O世纪90年代 一旦发生事故就意味着重大生命财产损害,因此 以来,中国轨道交通的发展非常迅速.目前,北京、 安全问题对于轨道交通来说尤为重要.安全性评 天津、上海、重庆、广州、武汉、南京、大连、深圳及 价便是保障轨道交通安全的一种重要方法.通过 长春等城市都建成了轨道交通,在交通状况得到 评价,不仅可以得出轨道交通的安全性大小,而且 极大改观的同时,也促进了城市的发展.到2010 可以找出影响轨道交通安全比较重要的因素,对 年,中国城市轨道交通运营线路达37条,运营总 提高轨道交通的安全性具有一定的意义. 收稿日期:2011--01—13 基金项目:高校基本科研业务费专项资金资助(2009JBM042) 作者简介:李晋(1989一),男,北京交通大学硕士生. 92 交通科 学 与 工程 第27卷 由于国外发达国家起步较早、技术力量雄厚, 在轨道交通的全过程中已经拥有较完备的安全性 评价方法,而中国轨道交通安全性评价起步较晚, 还处在探索阶段.何理Ⅲ1 等人通过统计分析国内、 外历年发生的轨道交通事故,总结了轨道交通在 施工期间、供电系统、车辆系统、通风排烟系统、给 排水系统、通信信号系统、公用工程及辅助设施等 方面存在的危险因素.丁烈云[2 等人阐述了安全 标准体系的构建原则,并建立了城市轨道交通安 全技术、安全管理及安全行为3个子体系构成的 安全标准体系结构模型.贾水库[3 等人根据层次 分析法的基本原理,构建了地铁运营系统的层次 险,其安全性也会大大降低.运营管理方面的主要 影响因素有:安全检查、安全责任制、人员配备、安 全预防和保障、应急体系、维修工作及调度工作. 2)设备设施 轨道交通是一个复杂而庞大的系统,要想把 乘客安全、快速地输送到目的地,顺利地完成运输 任务,需要轨道交通各子系统协调运作.而系统中 任一部分出现故障,就可能造成重大的安全事故, 因此,设备设施是影响轨道交通安全的重要因素. 其中,设备设施方面包括车辆系统、线路及轨道系 统、电气系统、通信及信号设备、环境及其监控系 统、消防系统、自动售检票系统、通风与给排水系 统及土建工程等9个因素. 3)从业人员 分析法模型,并确定了地铁运营系统指标体系.朱 昌锋[4 利用信息熵分析,优化了城市轨道交通运 营安全评价指标体系,建立了基于数据包络分析 轨道交通设备设施的检修维护和管理都离不 开轨道交通的从业人员,从业人员的素质直接关 系到轨道交通的安全性.从业人员方面的主要影 的城市轨道交通运营安全评价的c R模型. 但是,由于中国缺乏轨道交通安全的相关数 据,并且评价轨道交通安全性的指标中既有定性 响因素有:业务素质、安全意识、安全教育和培训、 敬业精神及误操作和误指挥. 4)外部因素 外部因素包括自然灾害、人为因素及外部条 指标又有定量指标,仅采用定量的处理方法难以 进行准确评价.本研究拟在详细分析影响轨道交 通安全的各种因素的基础上,从运营管理、设施设 备、从业人员及外部条件等4个方面建立轨道交 通安全性评价的二级模糊综合评价模型,以期客 观地反映轨道交通的安全性. 件.自然灾害主要指水灾、地震、海啸等.人为因素 主要指乘客、沿线居民等可能影响轨道交通安全 的人员对轨道交通安全的影响.外部影响主要指 停电、恐怖袭击等不可预测和控制的外部因素. 1 轨道交通安全影响因素分析 考虑到轨道交通的复杂性,影响轨道交通安 全性的因素有很多,主要因素有4个方面. 1)运营管理 2 构建轨道交通安全性评价指标体系 2.1轨道交通安全性评价指标 根据全面性、科学性、可比性及可操作性的评 价原则,结合轨道交通安全性的主要影响因素,选 取如图1所示的评价指标,并构建轨道交通安全 轨道交通需要合理而高效的运营管理.当运 营管理方面出现问题,轨道交通就会存在安全风 性评价指标体系. 轨道交通安全性 运营管理 设备设施 从业人员 lI外部因素 安 全 检 查 l 1妻l I I l耋l l l  II l耋 ll囊1 1 保l II 1 I{I l 1 II 1霎 I1耋I 11 I} l I 外 部 条 件 I l 图1 轨道交通安全性评价指标体系 Fig.1 Index system of rail transit safety evaluation 第2期 李晋,等:基于模糊综合评价模型的轨道交通安全性评价 93 该指标体系分为3个层次.第一层次为轨道 交通安全性;第二层次为运营管理、设备设施、从 业人员及外部因素等4个方面;第三层次为轨道 交通安全性评价的各个具体指标.评价指标用分 值(0~1)表示. 2.2利用层次分析法确定指标的权重 层次分析法是建立在系统理论基础上的一种 解决实际问题的方法.运用层次分析法确定轨道 交通安全性评价指标的权重,具体步骤可分为: 1)建立层次结构.设目标层A:轨道交通安全 性;准则层B:运营管理B。,设备设施B ,从业人 员 ,外部因素B ;指标层C:轨道交通安全性评 价的各个具体指标C ~C . 2)构造准则层B对目标层A的比较矩阵 P ,得到权重w,并进行一致性检验. 3)构造指标层C对准则层的比较矩阵Q。, Qz,Q。,Q ,分别得到相对应的权重w。,wz, 。, w ,并进行一致性检验. 4)求出指标层C相对于目标层A的权重(层 次总排序). 3建立轨道交通安全评价模糊模型 模糊综合评价是模糊数学的一种具体应用方 法,就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则,考 虑与被评价事物相关的各个因素,对其所作的综 合评价.其主要步骤为: 步骤1建立因素集 将影响轨道交通安全性的因素组成因素集: 一{“。, 。, 。,“ )::={运营管理,设备设施,从业 人员,外部因素). 步骤2建立评价集 评价集是评价者对评价对象可能做出的各种 总的评价结果所组成的集合.则轨道交通安全性 评价的评价集: 一{ 。, 。, , , 。)一{安全,较 安全,临界,较危险,危险). 步骤3对每一子因素集分别进行一级模糊综 合评价 采取专家调查评分的方法,由不同的专家从 不同的着眼点进行打分,分别得出4个子因素集 l,“2, 3, 4的评价矩阵Rt,R2,R3,R4. 根据子因素集“ , , 。,“ 所对应的权重 w ,w ,w。,w ,采用加权平均型算子M(・,o) 进行运算,可得各子因素集的一级综合评价. Z1=W1・R卜 Z2一W2・R2. Z3一W3・R3. Z4一W4・R4. 步骤4对因素集进行二级模糊综合评价 根据步骤3得出的Z1,Z2, 及Z4,令总评判 矩阵R一(Z1 Z2 Z4) ,并由计算所得因素集 【,的权重w,用加权平均法确定轨道交通安全性 评价二级模糊综合评价的最终结果:z—W・R— W・(Z1 Z2 Z3 Z4)T===(z1 2 z3 z4). z ( ===1,2,…, )的含义是综合考虑轨道交通 安全性评价所有因素的影响时,评价对象对评价 集 中第i个元素的隶属度.根据最大隶属度原 则,选择综合评价集z中最大的评判指标z 作为 轨道交通安全性评价的最后评价结果. 4 实例分析 南京地铁1号线自2005年9月便投入运营. 目前,南京市投入商业运营的线路有两条,分别是 地铁1号线和地铁2号线,共有57座车站,总里 程达到85 km,每天的运营时间达17 h.通过专家 打分并结合本研究中的评价方法,现对南京市地 铁系统的安全性进行评价. 首先,通过专家打分的方式,获取4个子因素 集的评判矩阵R ,R。,R。,R . Rl— 94 交通科学与 工程 第27卷 0.2 0.4 0.2 0.1 0.1。 0.3 0.4 0.1 0.1 0.1 0.5 0.3 0.2 0 0 0.3 0.3 0.3 0.1 0 R2一 0.2 0.2 0.2 0.3 0.1 0.5 0.4 0.1 0 0 0.3 0.6 0.1 0 0 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1 0.2 0.2 0.5 0.1 0 0.1 0.5 0.2 0.1 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1 0.1 R3— 0.2 0.4 0.2 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.4 0.4 0.2 0 0 F0.2 0.2 0.3 0.2 0.ii R4一1100.1 0.1・2。‘3 3 0.3 0.2 2 0 0.3  lI ’ 而4个子因素集 , , 。, 所对应的权重w , w2,w。,w 分别为: W 一(O.030 5,0.044 5,0.158 3,0.067 3, 0.100 0,0.239 3,0.360 1); W2一(O.308 1,0.223 5,0.108 4,0.157 0, 0.024 7,0.0509,0.017 9,0.035 2,0.074 3); W3一(0.417 4,0.061 5,0.16O 2,0.097 5, 0.263 4); W 一(0.075 4,0.695 5,0.229 0). 可得4个子因素集的一级综合评判: Z1一W1・Rl一(0.457 4,0.309 8, 0.134 6,0.051,0 0.047 2); Z2一W2・R2一(O.284,1 0.350 2, 0.215 8,0.090 7,0.059 2); Z3一W3・R3=(O.201 2,0.422 2, 0.209 8,0.102 9,0.063 9); Z4一W4・R4一(O.177 1,0.246 6, 0.300 0,0.200 0,0.076 2). 则: R一[Z1 Z2 Z3 Z ] 一 0.457 4 0.309 8 0.134 6 0.051 0 0.047 2 0.284 1 0.350 2 0.215 8 0.090 7 0.059 2 0.201 2 0.422 2 0.209 8 0.102 9 0.063 9 0.177 1 0.246 6 0.300 0 0.200 0 0.076 2 然后,根据因素集U的权重: W一(O.117 8,0.263 4,0.563 8,0.055 O). 则可得南京地铁安全性评价的二级模糊综合 评判向量: Z===W・R一(0.251 9 0.380 3 0.207 5 0.098 9 0.061 4). 根据最大隶属度原则,选择综合评价集z中 最大的评判指标z。=0.380 3作为南京地铁安全 性评价的最后评价结果,即南京地铁的安全性评 价结果为较安全. 结合南京地铁近年来的具体运行情况,总体 来看,其安全性处于较安全状态.因此,本研究建 立的二级模糊综合评价模型对南京地铁安全性评 价的结果接近南京地铁的现实运行情况,这说明 本研究所建立的轨道交通安全性评价模型是合理 和准确的. 5 结语 根据轨道交通的现状,从运营管理、设施设 备、从业人员及外部条件等4个方面对影响轨道 交通安全性的因素进行分析,建立了轨道交通安 全性评价的二级模糊综合评价模型.通过对南京 市地铁系统进行安全性评价,最终得出的其评价 结果为较安全状态,安全性评价结果与南京市地 铁系统实际安全状况吻合.实例分析结果表明,本 研究所建立的轨道交通安全性评价二级模糊综合 评价模型可操性强、效果较好,可为轨道交通安全 评价提供参考. 参考文献(References): [1]何理,钟茂华,邓云峰.城市轨道交通危险因素分析 [J].中全生产科学技术,2005,1(3):25—29. 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