軍事專用鐵道線路綜合質量評價方法

羅　翔，喻文波，張賀巖，欒天翔

(1.63607部隊，甘肅 酒泉 732750； 2.駐上海鐵路局軍代處 徐州軍代處，江蘇 徐州 221003)

?

軍事專用鐵道線路綜合質量評價方法

羅翔1，喻文波1，張賀巖1，欒天翔2

(1.63607部隊，甘肅 酒泉 732750； 2.駐上海鐵路局軍代處 徐州軍代處，江蘇 徐州 221003)

針對軍事專用鐵道線路質量評價的現狀和特點，分析了現有評價方法的不足，提出了線路綜合質量評價指標體系及具體的指標量化方法，構建了線路綜合質量評價直覺模糊推理模型，實現了評價結論的輸出，同時闡明了評價方法的應用手段、作用和意義。

軍事專用鐵道；綜合質量評價；直覺模糊推理

目前，軍事專用鐵道線路設備質量狀態的評價主要通過線路質量檢查來實現。一方面，利用軌檢車進行動態檢測，輸出TQI或T值對線路實施評價；另一方面，利用人工靜態檢查，根據線路設備評分標準對線路實施評價。由于軍事專用鐵道在使用、管理、維修和保養方面的特殊性，使得現有線路設備質量狀態評價方法在評價軍事專用鐵道上存在著一定的不適應性，評價缺乏針對性和全面性。如何在線路設備質量狀態評價方法上進行改進，提高評價的準確性、合理性、針對性，以更好地指導工務維修，確保軍事專用鐵道的安全、可靠運輸，是目前急需解決的問題。

1　現有評價方法存在的不足

1.1人工檢查評價的不足

人工檢查是根據《線路設備狀態評定標準》對各類線路設備的技術狀態進行全面的評定，它是一種靜態檢查手段，反映出線路在靜態條件下的質量狀態。人工檢查主要依靠人力來實現，在檢查中不免存在遺漏和疏忽，人為因素干擾明顯，影響評價的客觀性和全面性；另外，人工檢查的評定結果只能反映出靜態條件下的線路設備狀態，線路設備的動態質量數據無法獲取，評價結果存在著一定的局限性。

1.2TQI指標評價的不足

TQI(track quality index)是評價軌道不平順程度的質量指數，反映出軌道狀態的離散程度和平順程度，是一種采用數學統計方法描述區段軌道整體動態質量狀態的綜合指數和評價方法，對單一幅值扣分評判軌道質量方法起到補充作用。但是，TQI只對左高低、右高低、左軌向、右軌向、水平、軌距和三角坑7個軌道幾何形位狀態進行綜合評價，對鋼軌、軌枕、道岔、路基、道床、連結零件及附屬設施等線路設備狀態未進行評價，不能全面地反映線路設備的質量狀態[1]；同時，TQI僅針對各項軌道幾何形位偏差進行標準差的疊加計算，對多種偏差形成的聯合作用，及橫向加速度、垂向加速度、帶車通體橫向加速度超限等問題對線路設備質量的影響未考慮。

1.3評價理論體系不完善

鐵路線路質量現有的評價方法基本針對線路的某一方面進行評價，只能評價出線路的局部質量和部分狀態，缺乏綜合性和系統性。評價理論處于離散和分散狀態，線路的部分質量狀態只能依靠傳統的人工打分方法來實現，在一定程度上，評價的理論性和操作性還不強，尚未形成線路質量完整的評價體系。特別是軍事專用鐵道的線路設備整體處于落后狀態，維修保養主要依靠人工作業，主要通過峰值管理的手段對超限或扣分地段予以重點通報，以統計的扣分數值大小來評價線路狀態，現有的評價理論缺乏一定的針對性。

2　綜合質量評價指標的建立

軍事專用鐵道綜合質量的評價必須基于線路設施設備的現狀，同時能夠綜合反映子線路的綜合質量狀態。因此，需要建立一個線路質量綜合評價指標體系，使之既能反映靜態條件下線路質量現狀，又能反映動態條件下線路技術狀況；同時，能夠全面綜合地反映線路的各類超限問題和各項設施設備技術狀態。

2.1評價指標

線路質量綜合評價指數(railway comprehensive quality index，RCQI)反映鐵路線路的綜合質量狀態，是衡量線路設備整體質量和技術狀態的最終參數；軌道動態質量指數(track dynamic quality index，TDQI)是在動態條件下，軌道幾何形位狀態的評價參數，由軌道不平順質量指數(track quality index，TQI)和軌道加速度質量指數(track acceleration index，TAI)兩個子指標共同確定，既反映出高低、水平、軌距、軌向和三角坑等軌道幾何形位的綜合偏差程度，又反映出加速度的偏差超限問題；線路設備技術狀態指數(track equipment configuration index，TECI)是在靜態條件下，軌道幾何尺寸、鋼軌、軌枕、道岔、路基、道床、聯結零件、軌道加強設備、道口、標志等線路設備技術狀態的全面反映，線路綜合質量評價指標體系如圖1所示。

圖1　線路綜合質量評價體系

2.2指標體系的綜合性

TSQI和TECI都是線路質量評價靜態指標，其中，TSQI是靜態軌道水平、高低、軌向、軌距和三角坑的超限程度的集中反映。TECI是線路全部設施設備技術狀態的綜合反映，通過兩者的處理和利用，既重點體現軌道質量水平，又全面評價線路的各類設備技術狀態。TDQI是線路質量評價動態指標。其中：TQI是軌道動態水平、高低、軌向、軌距和三角坑的超限程度的集中反映；TAI是動態軌道加速度超限問題的集中反映，兩個指標相結合，使得軌道幾何形位評價指標與加速度評價指標相互補充，提高評價項目的完整性。RCQI是TDQI、TSQI、TECI三者綜合，全面體現了在動態、靜態條件下，線路整體設備的綜合質量，評價體系各指標間的綜合關系如圖2所示。

圖2　各指標相互補充作用關系

2.3評價指標的量化

《既有線軌道不平順質量指數標準及管理暫行辦法》中，確定TQI管理辦法以千米為管理和維修的長度單位，對TQI值的評價引入“T值”的概念，按照每千米作為管理長度，每千米所包含的5個200 m單元區段的TQI扣分之和為T，并根據T值的大小評價每千米軌道狀態質量，評價標準包括“均衡”“計劃”“優先”3個不同程度的等級[2]。TDQI是動態條件下的軌道質量指標，其量化的基礎數據主要來源與軌檢車和便攜式添乘儀的檢測數據。TAI值可采取與TQI值同樣的偏差標準差計算方法，通過對TAI和TQI賦予一定的權重，加權得到TDQI，根據計算結果，借鑒利用T值評價軌道質量的標準和方法，評價等級依然采用“均衡”“計劃”“優先”3個等級，由此可以確定每千米線路基于TDQI的評價結果。

《鐵路線路修理規則》中明確了線路設備狀態和線路設備保養質量評定標準，評定應以千米為單位，滿分為100分，100～85分為優良，85(不含)～60分為合格，60分以下為失格。TECI的量化依據標準化千米檢查、人工定期檢查和鋼軌探傷數據，參考線路設備狀態和保養質量的評定標準，進行逐項扣分，以每千米作為評價長度，根據所得TECI值確定線路是“優良”“合格”還是“失格”。

TSQI是靜態條件下的軌道質量指標，根據標準化千米檢查和人工定期檢查數據加權處理并計算。《鐵路線路修理規則》中規定了線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值，TSQI值的計算可參考《既有線軌道不平順質量指數標準及管理暫行辦法》中T200值的定義標準和方法，以“未超過管理值”“超過管理值2 mm”“超過管理值4 mm”為節點，劃分為4個扣分區間，在一千米范圍內每處不同的超限項目，根據所在的不同扣分區段扣取不同的分值，最后統計每千米扣分總值，得出TSQI，評價標準采用“優”“良”“差”3個等級。

3　評價模型的構建

3.1直覺模糊集概念

1983年Atanassov提出了直覺模糊集的概念，它能更加客觀地描述和刻畫客觀的模糊現象和事物[3]，按照TDQI、TSQI、TECI的量化規則，直覺模糊集能更好地描述這些指標，RCQI是三者指標的綜合，直覺模糊推理評價模型，通過直覺模糊子集和推理規則的，以解模糊算法實現評價結果的很好輸出。

設X為一個非空的論域，則論域X上的一個直覺模糊集可定義為：A={(x,μA(x),γA(x))|x∈X}。其中：μA∶X→[0，1]；γA∶X→[0，1]，對于任意x∈X，0≤μA(x)+γA(x)≤1。

μA(x)為元素x對直覺模糊集合A的隸屬度；γA(x)為元素x對直覺模糊集合A的非隸屬度；πA(x)=1-μA(x)-γA(x)為元素x在直覺模糊集A上的直覺指數。

3.2直覺模糊子集

TDQI有3個直覺模糊子集，分別為A1=﹛優先﹜、A2=﹛計劃﹜、A3=﹛均衡﹜，這3個直覺模糊子集可分別表示為(x1，μA1，γA1)、(x1，μA2，γA2)、(x1，μA3，γA3)，則TDQI直覺模糊隸屬度函數與直覺指數可按下面公式進行計算：

(1)

(2)

TSQI有3個直覺模糊子集，分別為B1=﹛差﹜、B2=﹛良﹜、B3=﹛優﹜，這3個直覺模糊子集可分別表示為(x2，μB1，γB1)、(x2，μB2，γB2)、(x2，μB3，γB3)，則TSQI直覺模糊隸屬度函數與直覺指數可按下面的公式進行計算：

(3)

(4)

TECI有3個直覺模糊子集，分別為C1=﹛失格﹜、C2=﹛合格﹜、C3=﹛優良﹜，這3個直覺模糊子集可分別表示為(x3，μC1，γC1)、(x3，μC2，γC2)、(x3，μC3，γC3)，則TECI直覺模糊隸屬度函數與直覺指數可按下面的公式進行計算：

(5)

(6)

設RCQI的3個直覺模糊子集分別為Z1=﹛立即維修﹜、Z2=﹛優先整修﹜、Z3=﹛計劃保養﹜、Z4=﹛暫不維修﹜。則RCQI直覺模糊隸屬度函數與直覺指數可按公式(7)、(8)進行計算。式中σμ和σπ表示寬度，根據計算的實際情況選取，此處取σμ=0.07，σπ=0.035。

3.3直覺模糊推理結果的輸出

根據專家經驗和實際操作情況，確定直覺模糊推理規則，采用“極大極小”合成運算，得到RCQI直覺模糊集，利用最大真值法來進行解模糊計算[4]，然后將最大的貼近度作為RCQI的判決結果。

(7)

(8)

設論域Z上的直覺模糊集p的真值為Tp(z)，取α=1，β=1/2，則

Tp(z)=αμp(z)+βπp(z)，z∈Z

(9)

論域Z上的直覺模糊集p和Q之間的貼近度σ(p，Q)可定義為

(10)

RCQI的3個直覺模糊子集分別為Z1=﹛立即維修﹜、Z2=﹛優先整修﹜、Z3=﹛計劃保養﹜、Z4=﹛暫不維修﹜。

4　評價方法的應用

RCQI是均值管理手段的集中體現，能夠較全面地反映出區段線路的綜合質量狀態，RCQI的評價結果分為4個等級。其中：“立即維修”表示區段線路的整體質量很差，需要立即安排和指導維修；“優先整修”表示區段線路的整體質量較差，應該優先安排該區段的線路維修保養；“計劃保養”表示區段線路的整體質量目前較好，只需制定合理的維修保養計劃，定期對線路實施維修保養；“暫不維修”表示

區段線路的整體質量現階段很好，暫時不需要列入線路維修計劃，根據原有維修制度和計劃實施維修保養即可。利用上述評價方法，實現RCQI的評價結果的輸出，使工務部門從整體上掌握區段線路的綜合質量狀態，從而指導工務部門做好維修計劃，確定維修頻率和維修程度。

5　結　語

本文基于軍事專用鐵道的現有維修保養、檢查評價的手段和能力，提出了更加有針對性和全面性的線路設備綜合質量評價指標體系和評價方法，運用直覺模糊推理模型實現評價結論的輸出，并對評價方法的應用進行闡述和說明，在一定程度上改善了現有鐵路線路設備質量評價方法的局限性和片面性，使評價結論更具全面性和指導性，更加有效地指導工務維修和保養；同時，改變了軍事專用鐵道在線路質量評價上單一的峰值管理模式，實現了峰值管理和均值管理的有效補充，使各部門更加直觀地了解鐵路線路設備的綜合質量狀態。

[1]黃守剛，牛紅凱，于炳炎.鐵路線路綜合質量評價辦法的研究[J].鐵道運輸與經濟，2007，29(8)：73-75.

[2]鐵道部運輸局.既有線軌道不平順質量指數標準及管理暫行辦法[Z].北京：中華人民共和國鐵道部，2009.

[3]Atanassov K.Intuitionistic Fuzzy Sets[J].Fuzzy Sets and Systems，1986(1):87-96.

[4]李弼程，王瑾，林琛.基于直覺模糊推理的網絡輿情預警方法[J].計算機應用研究，2010(09)：3312-3315.

(編輯：閆曉楓)

Comprehensive Quality Evaluation Method of the Special Military Railway Lines

LUO Xiang1,YU Wenbo1,ZHANG Heyan1,LUAN Tianxiang2

(1.Unit 63507, Jiuquan 732750, China; 2.Xuzhou Military Representative Office， Shanghai Railway Administrative Bureau, Xuzhou 221003, China)

On the base of current quality evaluation conditions and characteristics of special military railway lines, this paper analyzes the problems of the present evaluation method and puts forward the evaluation index system and the method for index quantification. With intuitionistic fuzzy reasoning, it builds a comprehensive quality evaluation model, from which the evaluation results is output. The application, function and significance of the evaluation method are also expounded.

special military railway line; comprehensive quality evaluation; intuitionstic fuzzy reasoning

2016-01-12；

2016-03-08.

羅翔(1990—)，男，碩士研究生.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.08.003

U21

A

1674-2192(2016)08- 0010- 04

● 國防交通National Defense Traffic