寧 靜 ，佘振國，蔣 薈

（中國鐵道科學(xué)研究院 電 子計算技術(shù)研究所，北京 1 00081）

我國鐵路建設(shè)正處在快速發(fā)展的重要時期，鐵路運輸安全面臨著巨大挑戰(zhàn)。長期以來，我國鐵路安全監(jiān)察部門普遍采用單一的反饋控制安全管理模式，已不能適應(yīng)鐵路快速發(fā)展和現(xiàn)代鐵路運輸安全監(jiān)察管理工作的需求。鐵路運輸安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一是對運輸生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合的安全預(yù)警分析、安全評估，并采取對策、措施來控制、消除其中的各種安全隱患，預(yù)防事故及危害的發(fā)生，從而實現(xiàn)鐵路安全運輸。由于鐵路運輸涉及多種專業(yè)、設(shè)備更新快，受外部環(huán)境、氣候條件等不可控制因素制約等特點，其安全工作效果的評價與衡量尚未形成一個比較科學(xué)的評價體系。作為事前預(yù)防進(jìn)一步落實問題的有效手段，為了企業(yè)落實安全生產(chǎn)責(zé)任和鐵路運輸安全生產(chǎn)行業(yè)的管理提供理論依據(jù)，急需建立鐵路運輸安全生產(chǎn)安全綜合評價體系。

鐵路交通安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)（以下簡稱安監(jiān)信息系統(tǒng)）的建設(shè)和應(yīng)用，主要服務(wù)于鐵路安全監(jiān)察部門，接入了鐵道部和鐵路局在運用和管理上相對成熟的監(jiān)測系統(tǒng)信息，共享有專業(yè)安全管理和事故調(diào)查處理分析等信息，實現(xiàn)部、局、站段3級應(yīng)用，通過對信息的分析、預(yù)警、分類掌握、分級管理和綜合應(yīng)用，實現(xiàn)了監(jiān)測報警、安全檢查、事故調(diào)查和安全綜合分析4個方面的閉環(huán)管理，為鐵路交通安全管理的有序可控提供強有力的技術(shù)支撐。同時，該系統(tǒng)收集的設(shè)備監(jiān)測報警、安全檢查和事故調(diào)查處理信息為安全評價和安全管理提供了數(shù)據(jù)支持。

本文構(gòu)建了鐵路交通安全綜合評價指標(biāo)體系，提出基于屬性數(shù)學(xué)的鐵路交通安全評價方法，并使用安監(jiān)信息系統(tǒng)采集的信息，驗證了評價模型的可行性。

1 鐵路交通安全綜合評價的關(guān)鍵問題

1.1 安全評價指標(biāo)體系的建立

評價指標(biāo)體系的選擇和確定是進(jìn)行安全綜合評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，直接影響到評價的精度和結(jié)果。通過對鐵路運輸安全生產(chǎn)和管理的實際情況分析，結(jié)合目前鐵路安全管理和災(zāi)害預(yù)警管理[1~3]的評價考核指標(biāo)，建立了鐵路交通安全綜合評價指標(biāo)體系。

設(shè)備監(jiān)測報警、安全檢查和事故調(diào)查處理信息為各級安全監(jiān)察部門進(jìn)行鐵路安全運輸生產(chǎn)的監(jiān)督管理提供了有力的支持，這些數(shù)據(jù)符合所建立評價指標(biāo)體系的要求，也驗證了其合理性和可行性。本文建立的3層評價指標(biāo)體系如圖1。

圖1 鐵路運輸安全評價指標(biāo)體系

1.2 權(quán)重的關(guān)聯(lián)度評價

可用的，否則認(rèn)為權(quán)重不可用，需要調(diào)整，并給出指標(biāo)關(guān)聯(lián)度排序，為合理調(diào)整權(quán)重提供理論依據(jù)。

灰色關(guān)聯(lián)度算法如下[4]：

指定參考序列，表示為x0(k)。被比較序列，表示為xi(k），i=1，2…m

當(dāng)某一比較序列作為參考序列時，兩比較序列絕對差：

△ij(k)為xi和xj之間第k個差的絕對值，xi為參考序列、xj為其它比較序列。

（1）求得所有比較序列在各點的絕對差中最小值與最大值：

（2）計算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)r（xi(k), xj(k)）：

其中i=1,2,3,…,m, j=1,2,3,…n， j∈i，最大差△max、最小差△min及辨識系數(shù)ζ。辨識系數(shù)ζ∈[0,1]，大小可以根據(jù)實際需要作適當(dāng)調(diào)整，由實際的數(shù)學(xué)證明中可知，其大小只會改變相對數(shù)值的大小，不會影響灰關(guān)聯(lián)度的排序，一般ζ取值為0.5。

（3）計算灰關(guān)聯(lián)度r（xi, xj）：

當(dāng)求得灰關(guān)聯(lián)系數(shù)后，取灰關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值作為灰關(guān)聯(lián)度：

1.3 屬性數(shù)學(xué)評價模型描述

1.3.1 屬性集與屬性測度

屬性數(shù)學(xué)的立足點是屬性集與屬性測度[5]，現(xiàn)通過例子解釋這2個概念。設(shè)x為評價的對象，x中元素的某類性質(zhì)，即記為F稱為屬性空間。例如，要研究某單位的安全工作狀況，可以令F={安全評價成績}。屬性空間F中的任何一種狀態(tài)，都稱為一個屬性集。例如，A={優(yōu)秀}、B={良好}、C={合格}、D={不合格}，A、B、C、D都是屬性空間F={安全評價成績}的一種狀態(tài)，所以A、B、C、D都是屬性集，都可看成F的子集。

用“x∈A”表示“x具有A屬性”。用μx(A)定量地形容“x具有A屬性”的程度，稱它為x∈A的屬性測度。為方便起見，要求屬性測度在[0~1]之間取值。不同的屬性集都可以有相應(yīng)的屬性測度，而這些屬性測度必須滿足一定的規(guī)則[5~6]。

1.3.2 基于屬性數(shù)學(xué)的安全評價模型

鐵路運輸安全評價屬性數(shù)學(xué)模型的輸入為第3層指標(biāo)的測量值，即評價指標(biāo)的實際測量值，模型的輸出為評價類，即對該評價對象屬于哪一類安全等級的判別或預(yù)測。根據(jù)屬性數(shù)學(xué)模型，第3層單個指標(biāo)的屬性測度，按照指標(biāo)值的大小和評價類的關(guān)系確定性能函數(shù)，根據(jù)測量值計算出性能函數(shù)值；最終評價結(jié)果及第2層和第1層指標(biāo)的屬性測度，由其下一層單個指標(biāo)屬性測度經(jīng)加權(quán)求和得到的。最終評價結(jié)果，根據(jù)屬性判別準(zhǔn)則，確定該評價對象屬于哪一個評價類。

對于第3層單個指標(biāo)的屬性測度[7~8]，設(shè)第i個指標(biāo)的測量值為t，由圖2所示的函數(shù)μxik(t)計算其屬性測度。其中（aik－1, aik）為第i個指標(biāo)第k類(等級)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，且ai0

圖2 第3層單個指標(biāo)的屬性測度函數(shù)

得到最終評價的屬性測度μx(k)，1≤k≤K，再根據(jù)屬性判別準(zhǔn)則確定其評價集，即評價等級，本文采用置信度準(zhǔn)則作為屬性判別準(zhǔn)則。設(shè){C1,C2,…,CK}為有序分割，C1>C2>…CK, λ為置信度，通常要求0.5<λ≤1。

則認(rèn)為評價對象屬于Ck類。上述準(zhǔn)則是要求“強”的類占相當(dāng)大的比例。置信度λ一般取在0.6~0.7之間[5]。

2 鐵路交通安全綜合評價應(yīng)用實例

將鐵路運輸?shù)陌踩燃墸磳傩约蚍Q評價集分為4類，評價集{C1,C2, C3,C4}={“優(yōu)秀”，“良好”，“合格”，“不合格”}，且C1>C2> C3>C4，是屬性空間F的有序分割。上述圖1，按照3層的指標(biāo)體系對某單位的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行評價。

2.1 權(quán)重關(guān)聯(lián)度評價

在灰色關(guān)聯(lián)評判模型中，參考列是各指標(biāo)的初始權(quán)重。以某路局最近3年各類事故的歷史數(shù)據(jù)記錄為依據(jù)，經(jīng)分析整理，將事故樣本劃分到各指標(biāo)，得到各指標(biāo)的事故件數(shù)，作為灰色關(guān)聯(lián)評價的被比較列。若被比較列與參考列的灰色關(guān)聯(lián)度大小在可接受范圍內(nèi)，則說明用初始權(quán)重基本符合實際情況，反之，則要修改權(quán)重，并且使權(quán)重大小排序符合關(guān)聯(lián)度的排序。根據(jù)最近3年事故樣本計算的2組指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，如表1和表2。

表1 第1組指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

表2 第2組指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

表1中，所得的關(guān)聯(lián)度均大于辨識系數(shù)ζ=0.5，因此，這組指標(biāo)的權(quán)重可用。表2中，由于有一個關(guān)聯(lián)度小于辨識系數(shù)，所以這組指標(biāo)的權(quán)重不符合實際，需要調(diào)整。試驗表明：利用事故樣本計算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度比，并參考指標(biāo)關(guān)聯(lián)度排序調(diào)整指標(biāo)權(quán)重后所得的關(guān)聯(lián)度均大于辨識系數(shù)，權(quán)重得以可用。試驗結(jié)果見表3和表4。

表3 各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

表4 第2組指標(biāo)權(quán)重調(diào)整后關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

2.2 計算單個指標(biāo)屬性測度

將設(shè)備監(jiān)測和人工檢查的安全信息經(jīng)過加工，作為各指標(biāo)的實測值。進(jìn)行歸一化處理，按照單個指標(biāo)屬性測度公式，計算單個指標(biāo)屬性測度，可構(gòu)造第3層指標(biāo)屬性測度矩陣。表5是評價該路局某一月一組3級指標(biāo)的屬性測度。

表53 級指標(biāo)屬性測度計算結(jié)果

2.3 計算最終評價測度和評價結(jié)果

通過加權(quán)求和計算第2層、第1層指標(biāo)屬性測度矩陣，最終得出綜合評價屬性測度。計算結(jié)果見表6和表7。

表62 級指標(biāo)測度計算結(jié)果

根據(jù)屬性識別準(zhǔn)則，判別出該路局屬于“合格”級別。該評價結(jié)果與實際安全管理的定性分析結(jié)果相符。

表71 級指標(biāo)測度計算結(jié)果

3 結(jié)束語

本文以研究鐵路運輸安全評價方法為出發(fā)點，通過對鐵路運輸安全生產(chǎn)系統(tǒng)和管理情況的分析，提出鐵路安全評價3層指標(biāo)體系，使安全評價更具規(guī)范性和可操作性。利用鐵路交通事故與檢查監(jiān)測的安全問題之間的內(nèi)在聯(lián)系，用灰色關(guān)聯(lián)分析法評判指標(biāo)權(quán)重的合理性，給出調(diào)整權(quán)重的有效方法。最后采用屬性數(shù)學(xué)綜合評價法對某路局的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行評價，很好地解決了具有多個指標(biāo)或?qū)傩缘木C合評價問題，使評價結(jié)果更加真實合理。利用某路局安監(jiān)信息系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)對以上模型進(jìn)行驗證，結(jié)果表明，本文提出的評價模型可行和適用，是鐵路運輸安全綜合評價的一種有效的方法。

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