層次分析法在地鐵運營交路方案比選中的應用

周 剛 盧 靜

(1.重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶;2.重慶電子工程職業學院,401331,重慶∥第一作者,工程師)

層次分析法在地鐵運營交路方案比選中的應用

周 剛1盧 靜2

(1.重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶;2.重慶電子工程職業學院,401331,重慶∥第一作者,工程師)

運用多目標決策分析原理,采用層次分析法,構建運營交路優選模型,將定性分析轉化為定量計算,進行運營交路方案的比選,克服了傳統一一列表評價方法的缺點。并通過重慶市軌道交通6號線工程可行性研究運營交路方案比選的實證,得到和傳統評價方法一致的結果,表明該方法是可行的。

城市軌道交通;運營交路方案;多目標決策;層次分析法;綜合評價

First-author's addressChongqing Rail Transit Group Corporation,400051,Chongqing,China

傳統的地鐵運營交路方案比選方法,一般是將各方案的優缺點一一列舉,然后以列表對比的方式進行分析研究,最后選出推薦方案。但是,當各方案定量指標差異不大,而定性指標又相互影響、相互交叉時,就很難綜合定量指標和定性指標對方案進行整體評價[1-2]。本文運用多目標決策分析原理,采用層次分析法,以重慶市軌道交通6號線工程可行性研究運營交路方案比選為例,將各個影響因素進行分解,經過計算得出最優方案。

1 運營交路方案簡介

根據重慶市軌道交通6號線預測客流斷面分布特征,對重慶市軌道交通6號線運營交路提出3個方案。

1.1 搭接運營交路方案

根據重慶市軌道交通6號線的客流特征,各組團與中心組團以及中心組團內部的客流交流量較大,而處于線路兩端的北碚組團與茶園組團間的客流交流量很小,因此采用如圖1所示的搭接運營交路。即茶園南——蔡家和上新街——五路口兩個運營交路搭接的方式,可以很好地適應客流特征,同時能縮短運營交路距離。

圖1 搭接運營交路

1.2 貫通運營交路方案

從服務水平出發,減少乘客換乘,提高乘客直達性,盡量縮短乘客一次出行時間,主線全線采取圖2所示的貫通運營交路。由于線路較長,且客流特征為兩端小、中間大,因此列車交路采取大小交路套跑。

圖2 貫通運營交路

1.3 分段運營交路方案

從運營經濟性出發,如圖3所示,分段運營,即將主線從蔡家斷開,采取分段運營,可在蔡家——五路口段采用小編組列車,既提高運營經濟性,也縮短了運營交路距離。

圖3 分段運營交路

三種方案綜合比較見表1。

表1 各方案綜合比較表

2 方案比選

2.1 構建運營交路優選模型

系統的層次結構模型見圖4的多目標決策的層次分析結構圖。

圖4 多目標決策的層次分析結構圖

式中:

Ui——第 i個運營交路方案決策的結果;

kij——第i個運營交路方案在第j個指標的評定值;

wj——第j個指標在準則層的權重值。

2.2 確定指標主觀權重

對指標的主觀賦權方法有二項系數法、德爾斐法、層次分析法等。本文采用系統工程學的兩兩比較法,確定決策指標的權重分配矩陣[3]。實踐證明,這個方法可靠性高,誤差小。在n個目標(因素)中,每次只對兩個因素進行比較,并作如下約定:

地鐵運營交路優選模型為:

將準則層各評價指標之間的重要程度進行兩兩比較,得比較矩陣

用和法計算權向量W:

進行一致性檢驗:

經試算CR＜0.1,滿足一致性檢驗要求。其中,RI為平均隨機一致性指標。RI的取值如表2所示。

表2 RI取值表

2.3 建立判斷矩陣

地鐵運營交路方案比選所涉及的指標通常包括獲益性指標和損失性指標。獲益性指標是指屬性值越大對方案有利的指標,如乘客服務水平等;損失性指標是指屬性值越大對方案越不利的指標,如運營成本、工程投資等。由于項目評價模型中,不同的評價指標往往具有不同的量綱,為了最終的目標評價置于同一個標準條件下,須對指標進行無量綱化,而后進行計算。

對于獲益性指標

對于損失性指標

式中:

Dij——第 i個方案第j項評價指標計算值;

Dj max和Dj min——分別為評價方案集中第 j項評價指標的最大值和最小值;

pij——第i個方案第j項評價指標無量綱化后的分值[4]。

由于地鐵運營交路方案比選牽涉面大,比選范圍廣,既有工程投資等定量指標,又有乘客服務水平等定性指標,很難綜合定量指標和定性指標對各方案進行整體評價。為了將定性分析轉化為定量計算,對定性指標評價,可采用如表3的標度法所示,反映它們之間差異[5]。

表3 標度法

因此,重慶市軌道交通6號線工程可行性研究運營交路方案綜合比較表里的各指標可根據表3標度法和公式(2)和式(3),構建判斷矩陣

2.4 計算綜合評價指標

可得三種運營交路方案優選排序結果:u1＞u2＞u3,即應選方案一(搭接運營方案)為最優方案。此結果與項目最終采納的方案一致。

3 結語

層次分析法是將分析者的思維過程數字化的一種方法。本文結合地鐵行車運營組織的實際,建立運營交路比選方案綜合評價模型并進行實例驗證,得出和傳統評價方法一致的結論,為決策者提供了新的決策方法。文中的多目標決策綜合評價模型利用定性指標與定量指標相結合,對地鐵運營交路方案進行綜合比選評價,得出推薦方案,增強了方案的科學性和合理性。

[1]吳小萍,陳秀方.線路方案灰色優選模型及其應用研究[J].系統工程理論與實踐,2002,12(7):101.

[2]李艷紅,齊永國.層次分析法在鐵路線路方案比選中的應用[J].鐵道運輸與經濟,2009,31(9):86.

[3]許樹柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學出版社,1988.

[4]羅君君,劉有軍.城市交通運輸項目經濟評價方法研究[J].華中科技大學學報:自然科學版,2006,23(2):67.

[5]董化珍,李春霞多.目標模糊決策在線路方案比選中的研究及應用[J].鐵路與公路設計,2008,28(1):67.

Application of Analytic Hierarchy Process on Optimal Locomotive Routing Schemes in Subway Operation

Zhou Gang,Lu Jing

The optimal locomotive routing operation model is set up and the quantitative analysis is transformed into quantitative calculation by applying the principle of multiobjective decision making and the analytic hierarchy process.This model conquers the disadvantages of the traditional tabulation method,and is testified by a feasibility study of Chongqing rail transit Line 6.The result is in accordance with the traditional evaluating methods.

urban rail transit;operation locomotive routing scheme;multi-objective decision making;AHP;overall evaluation

U 231+.92

2010-01-22)