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        基于理想點(diǎn)法的城際鐵路運(yùn)營方案評價

        2014-03-17 00:52:58曲思源
        城市軌道交通研究 2014年6期
        關(guān)鍵詞:城際旅客指標(biāo)體系

        洪 玲 曲思源

        (1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實驗室,201804,上海;2.上海鐵路局調(diào)度所,200071,上海∥第一作者,高級工程師)

        城際鐵路是指為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的城市群內(nèi)各個城市之間或城市與衛(wèi)星城市之間旅客出行需要的鐵路。合理的列車運(yùn)營方案能為城際鐵路旅客提供快捷、舒適、方便的乘車環(huán)境,以吸引更多的客流。旅客列車開行方案評價是優(yōu)化城際鐵路列車開行方案的重要手段之一,同時也是一個復(fù)雜的多指標(biāo)綜合評價問題。對列車開行方案的評價有多種方法,常見的主要有層次分析法、主成分分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和模糊評價法等。文獻(xiàn)[1]通過對旅客運(yùn)輸組織和設(shè)備運(yùn)用現(xiàn)行指標(biāo)的分析,綜合構(gòu)建包括經(jīng)濟(jì)、服務(wù)指標(biāo)在內(nèi)的評價指標(biāo)體系,通過對其進(jìn)行聚類和主成分分析,合理簡化了指標(biāo)體系的規(guī)模;文獻(xiàn)[2]應(yīng)用兩種模糊數(shù)學(xué)理論的評價模型,分別對相同的城際列車開行方案進(jìn)行評價,給出了合理使用兩種模型的建議;文獻(xiàn)[3]采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法對旅客列車開行方案進(jìn)行了分析和評價。本文在充分借鑒已有文獻(xiàn)成果的基礎(chǔ)上,通過分析有關(guān)影響城際鐵路列車開行方案的影響因素的特征,建立起城際鐵路列車開行方案評價體系,并結(jié)合理想點(diǎn)和熵權(quán)系數(shù)法對列車開行方案進(jìn)行評價,使得評價模型具有計算過程簡單、使用方便等特點(diǎn),以便為列車開行方案優(yōu)化問題提供新的思路和方法,從而為城際鐵路運(yùn)營組織提供技術(shù)支撐。

        1 評價指標(biāo)體系的建立

        1.1 指標(biāo)體系的建立

        建立評價體系是綜合評價的基礎(chǔ)。評價體系的合理性在很大程度上取決于所建立體系的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)內(nèi)容,要求其能夠充分反映被評價對象不同側(cè)面的屬性及整體功效。從不同的側(cè)面分析,城際鐵路列車開行方案的影響因素很多。對旅客來說,主要是運(yùn)輸服務(wù)產(chǎn)品質(zhì)量;對運(yùn)輸企業(yè)來說,需要考慮運(yùn)營成本和受益,即產(chǎn)品成本和受益。而對運(yùn)輸企業(yè)來說,指標(biāo)體系的建立需考慮以下幾方面。

        1)客運(yùn)需求:開行方案的制定要從既有線的基于運(yùn)輸能力的傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向基于客運(yùn)需求的模式。在編制開行方案前,要把握城際鐵路的客流需求狀況。開行方案要符合旅客出行規(guī)律、最大限度地方便旅客、提高服務(wù)頻率,并盡可能地減少換乘、提高列車上座率。

        2)運(yùn)營特征:城際鐵路運(yùn)距一般在300 km以內(nèi),通常以動車組(8輛為1組)為運(yùn)載工具,運(yùn)營時間一般為6:00—23:00。在不同的時段,例如高峰時段和平緩時段,應(yīng)安排不同密度的列車,通過各種列車停站組合方式來輸送旅客;高峰時段還要采取動車組重聯(lián)的方式,并要求以最小的投入獲得最大的產(chǎn)出。

        3)服務(wù)水平:旅客乘車、候車、換乘時間是衡量服務(wù)水平的重要因素。為了減少旅客的旅行時間,需要對影響旅客旅行時間的各因素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,確保旅客旅行時間消耗最小化。消耗時間通常包括始發(fā)站旅客候車時間消耗和中間站候車時間消耗,以及停站時間消耗。其中,停站方案既要適應(yīng)客流需求,又要保證動車組列車的高速特性。

        4)動車組運(yùn)用:動車組本身比較昂貴,完成同樣的列車運(yùn)行圖,在保證完成給定的運(yùn)輸任務(wù)和必需的檢修作業(yè)情況下,通常以投入的動車組數(shù)量最少為目標(biāo),來作為周轉(zhuǎn)運(yùn)用最佳的方案。

        因此,城際列車開行方案要通過技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計以提供低成本、高質(zhì)量的服務(wù),相應(yīng)的評價指標(biāo)就要包括經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、服務(wù)三大指標(biāo)。針對以上分析,并參考文獻(xiàn)[1]、[4],建立城際鐵路列車開行方案指標(biāo)體系如表1所示。

        由表1可見,影響列車開行方案優(yōu)選的因素包括多個方面,每個方面又有若干個評價指標(biāo),它們分別從某一側(cè)面反映了列車開行方案的某個特征。在眾多評價指標(biāo)中,一些指標(biāo)不能量化,能夠量化的評價指標(biāo),其量綱也不盡相同。

        1.2 評價指標(biāo)

        本文結(jié)合城際鐵路開行方案的輸入和輸出指標(biāo)的實際,經(jīng)過篩選和分析,并確保各輸入和輸出指標(biāo)相互獨(dú)立的原則,可將符合城際鐵路列車開行方案輸入和輸出指標(biāo)體系建立如表2所示。其中,輸入、輸出各5個指標(biāo),合計指標(biāo)10個。

        2 基于理想點(diǎn)分析的運(yùn)營方案評價方法

        2.1 決策矩陣標(biāo)準(zhǔn)化

        假設(shè)某綜合交通樞紐有n個待評估的運(yùn)營方案(S1,S2,…,Si,…,Sn),記為 S={S1,S2,…,Sn},評價指標(biāo)集(見表1)記為P={P1,P2,…,P7},則方案Si的決策矩陣yi用物元分析矩陣[3]表示為:

        表1 城際鐵路列車開行方案指標(biāo)體系

        表2 城際鐵路列車開行方案輸入與輸出指標(biāo)體系

        式中:

        Ai——n個待評估的運(yùn)營方案;

        yi1,…,yi7——評價指標(biāo)量綱所對應(yīng)的屬性值。

        由于7個評價指標(biāo)量綱各異,應(yīng)先對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,令P+={越大越好型指標(biāo)},P-={越小越好型指標(biāo)},則有:

        式中:

        rij——Yi的標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果。

        則標(biāo)準(zhǔn)化處理后方案Si的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)決策矩陣為:

        2.2 理想方案指標(biāo)矩陣的確定

        2.3 理想方案指標(biāo)矩陣的確定

        權(quán)重表示的是各影響因素在決策過程中所占的重要性程度,權(quán)重確定方法通常有主觀和客觀確定法。為減少決策中的主觀因素,本文采取客觀權(quán)重法中的熵權(quán)系數(shù)法來確定指標(biāo)的權(quán)重。該算法同樣具有計算過程簡單、使用方便等特點(diǎn)。在信息論中,熵是無序程度的度量,它還可以度量數(shù)據(jù)所提供的信息量,其過程如下:

        第j個優(yōu)化目標(biāo)的熵為

        式中:

        且當(dāng)rij=0時,令fij=0,則第j個優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重

        則目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重

        2.4 計算到理想方案的距離和相對貼近度

        令方案Si(i=1,2,…,n)到正理想方案的距離為,到負(fù)理想方案的距離為,則:

        方案 Si(i=1,2,…,n)到理想方案的距離貼近度

        由式(12)可知0<ei<1,當(dāng)ei接近0時越接近0,方案越靠近負(fù)理想方案,該方案越劣;當(dāng)ei接近1時越接近0,方案越靠近正理想方案,該方案越優(yōu)。

        3 算例

        現(xiàn)根據(jù)某一時間段內(nèi)滬寧城際高速鐵路6個列車開行方案進(jìn)行模擬分析與評價。各方案的輸入和輸出指標(biāo)值如表3所示。各指標(biāo)值可根據(jù)方案執(zhí)行前相關(guān)推算得知。其中,旅客滿意程度可采取抽樣調(diào)查方式獲得,其他指標(biāo)體系均可從給定方案樣本中計算取得。評價過程步驟如下。

        1)矩陣歸一化:依據(jù)表3和式(2)、(3),輸入的各項指標(biāo)均為成本型(越小越好型),輸出的各項指標(biāo)均為效益型(越大越好型),將其標(biāo)準(zhǔn)化處理后的決策矩陣為:

        表3 滬寧城際鐵路某一時間段內(nèi)列車開行方案輸入輸出指標(biāo)值

        2)確定權(quán)重:由式(6)、(7)、(8)可得到表3各指標(biāo)的權(quán)重值為 w={0.098 0.092 0.087 0.1780.091 0.088 0.075 0.107 0.090 0.094}。

        3)距離貼近度計算:根據(jù)式(10)、(11)、(12)計算可得表3中6個方案的距離貼近度為ei={0.0660.127 0.110 0.125 0.127 0.068}。

        4)方案優(yōu)選:e2(方案2)=e5(方案5)>e4(方案4)>e3(方案3)>e6(方案6)>e1(方案1),則方案2及方案5為最佳。

        4 結(jié)語

        通過對滬寧城際鐵路進(jìn)行算例分析可知,該評價模型具有計算過程簡單、使用方便等特點(diǎn),是一種具有實用價值的評價方法,同時也可以看作是一種處理多輸入、多輸出問題的多目標(biāo)評價方法。理想點(diǎn)決策方案適用于多指標(biāo)復(fù)雜的城際鐵路運(yùn)營方案的決策,能較客觀地反映被評價對象的屬性及整體功效,包括運(yùn)輸服務(wù)產(chǎn)品質(zhì)量及運(yùn)營成本和效益,能夠為優(yōu)化城際鐵路列車開行方案提供新的思路和方法。

        [1]鄧連波,史峰.旅客列車開行方案評價指標(biāo)體系[J].中國鐵道科學(xué),2006,27(3):106.

        [2]徐行方,程赟奇.城際列車開行方案評價模型的適用性分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,36(1):53.

        [3]曲思源,徐行方.基于DEA的城際鐵路列車開行方案評價與分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2012,27(1):29.

        [4]胡啟洲,鄧衛(wèi),周媛.公交線網(wǎng)優(yōu)化的物元分析法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版,2009(1):25.

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