仇前程　呂從高

【摘 要】本文闡述了高速鐵路動態(tài)性能的內(nèi)涵以及研究方法，基于列車運行圖仿真技術(shù)，引入了7個運行圖動態(tài)性能評價指標(biāo)，并詳細(xì)介紹了每個指標(biāo)的計算方法。為了區(qū)別各指標(biāo)的重要程度，運用灰色多層次方法評價兩兩指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層、兩兩準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的重要程度，構(gòu)建了灰數(shù)判斷矩陣，最終得到各指標(biāo)對于動態(tài)性能的權(quán)重。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路；多層次評價；動態(tài)性能；灰色評價

0 引言

目前，我國關(guān)于高速鐵路列車運行圖評價的研究可以分為兩個方面，即列車運行圖的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。一方面，列車運行圖靜態(tài)性能評價主要從列車運行、列車乘務(wù)組安排、機車運用和旅客服務(wù)質(zhì)量等方面進行設(shè)置指標(biāo)，這些指標(biāo)主要是在列車運行圖編制完成后通過直接查定運行圖來獲取的。另一方面，列車運行圖的動態(tài)性能是指列車運行圖在實施過程中承受各種隨機因素擾動的能力，即當(dāng)列車運行偏離基本計劃時，根據(jù)列車調(diào)度人員的調(diào)整措施，列車運行圖憑借其計劃無效能力向執(zhí)行有效能力的轉(zhuǎn)化，使列車恢復(fù)按圖行車或減少偏離的能力[1]。由于在運行圖實施過程中計劃無效能力向執(zhí)行有效能力轉(zhuǎn)化的邏輯關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，而且調(diào)度人員的處理方法也不盡相同，因此現(xiàn)在還無法用分析的方法來解決動態(tài)指標(biāo)的計算問題。因此，需借助計算機仿真技術(shù)，通過對列車運行實績的仿真獲取相應(yīng)的動態(tài)數(shù)據(jù)。

1 高速鐵路運行圖動態(tài)性能評價指標(biāo)

目前，我國學(xué)者對高速鐵路運行仿真做了大量的研究[2-3]，也已經(jīng)設(shè)計了鐵路運行圖仿真評估系統(tǒng)。基于仿真技術(shù)，本文設(shè)置了如下的動態(tài)性能指標(biāo)。

1.1 列車平均晚點列數(shù)

如果某一列車的實際區(qū)段到達(dá)時間tis晚于圖定到達(dá)時間ti，那么就認(rèn)為該列車是晚點列車，列車i是否晚點的邏輯變量為tis-ti>0，則ρi為1，否則為0。

1.2 列車平均延誤系數(shù)

通過一張運行圖內(nèi)所有高速鐵路列車在區(qū)段終到站的實際與圖定到達(dá)時刻tis、ti，可以求得每次列車的實際延誤時間tis-ti，由于考慮列車旅行時間的不同，定義實際總延誤時間與圖定總旅行時間T的比值為列車平均延誤系數(shù)。

1.3 列車晚點恢復(fù)度

列車晚點恢復(fù)度的定義為列車晚點恢復(fù)時間與列車初始晚點時間Tc的比值，列車晚點恢復(fù)度可以衡量列車運行圖對干擾的吸收效果，晚點恢復(fù)度越高，說明運行圖抗干擾能力越強，運行圖的動態(tài)性能也越好。

1.4 全圖非圖定額外停站次數(shù)

非圖定額外停站是指列車在實際運行過程中，由于各種原因產(chǎn)生的，在原有運行圖不規(guī)定停車的車站而發(fā)生的停站。非圖定額外停站作業(yè)打破了原有列車運行圖的運輸組織工作順序，通過鐵路調(diào)度人員的人為干預(yù)，從而改變了原有運行圖的結(jié)構(gòu)，一般情況下，非圖定額外停站次數(shù)越少，列車運行計劃的動態(tài)性能越好。

1.5 緩沖時間利用率

緩沖時間的利用率表示列車在實際運行過程對預(yù)留的緩沖時間的利用程度。一般來說，列車運行圖的緩沖時間越多，列車的動態(tài)性能越好。列車i在車站p的緩沖時間利用率可表示為：

1.7 列車關(guān)鍵運行線鋪畫

在一張列車運行圖中，如果一輛列車與其后續(xù)列車是緊湊鋪畫的，相鄰列車間無緩沖時間或緩沖時間很小，一旦該列車運行晚點，必然會引起相鄰后續(xù)列車晚點，這樣的列車運行線稱為列車關(guān)鍵運行線[4]。可以計算列車關(guān)鍵運行線的晚點度即列車關(guān)鍵運行線的晚點列車數(shù)與列車關(guān)鍵運行線的總列車數(shù)的比值，作為衡量運行圖動態(tài)性能的指標(biāo)之一，列車關(guān)鍵運行線晚點度越低，說明運行計劃抵抗干擾的能力越強，其動態(tài)性能也就越好。

2 基于灰色多層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重

建立了均可以量化處理的運行圖動態(tài)性能指標(biāo)體系，然后采用群體灰色層次分析法確定以上各評價指標(biāo)的權(quán)重，即通過對比兩兩指標(biāo)重要性，構(gòu)建以區(qū)間灰數(shù)的形式給出的指標(biāo)判斷矩陣，然后通過區(qū)間灰數(shù)白化處理，指標(biāo)間層次分析與決策，得到各指標(biāo)的權(quán)重。

其評價步驟如下：

Step1建立動態(tài)性能評價系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。

構(gòu)建包括目標(biāo)層G、準(zhǔn)則層C和指標(biāo)層P的評價系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

Step2構(gòu)建指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的每個專家的灰數(shù)判斷矩陣X（k）。

若有s位專家參與評價過程，每位專家對指標(biāo)層各因素關(guān)于準(zhǔn)則層的重要性進行兩兩對比，在專家打分時，給出的是一個重要性取值區(qū)間，構(gòu)建每個專家的灰數(shù)判斷矩陣X（k）=（xijk）n×n式中xii（k）=1；xij（k）×xji（k）=1，其中xij（k）∈[xijkmin，xijkmax]為指標(biāo)層中第i個元素和第j個元素相比對于目標(biāo)層重要程度的比值。

Step5指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的層次單排序。

求出灰數(shù)判斷矩陣X最大特征值λmax，然后使用對應(yīng)的特征方程X′W=λmaxW解出相應(yīng)的特征向量W，再進行歸一化，即為指標(biāo)層各因素相對于準(zhǔn)則層的重要性權(quán)重。

Step6一致性檢驗。

用λmax-r度量X′中個元素的估計一致性，為此引入一致性指標(biāo)CI，一致性隨機指標(biāo)RI以及一致性比率CR。當(dāng)CR<0.1時，X′的不一致性可以接受，否則需要調(diào)整判斷矩陣。

Step7 根據(jù)Step2-6，構(gòu)建準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的每個專家的灰數(shù)判斷矩陣Y（k），灰數(shù)判斷矩陣Y及白化矩陣Y，進行一致性檢驗和層次單排序，確定準(zhǔn)則層各因素相對于目標(biāo)層的重要性權(quán)重。

Step8層次總排序。

為計算總層次排序需先計算判斷矩陣X′以及Y′的最大特征值對應(yīng)的特征向量，則層次總排序， 即各指標(biāo)權(quán)重分別為：

3 結(jié)束

本文建立了包括7個可以量化處理的指標(biāo)的運行圖動態(tài)性能指標(biāo)體系，運用已經(jīng)相當(dāng)成熟的灰色層次分析法，來確定各指標(biāo)的權(quán)重，這樣就可以量化分析運行圖的動態(tài)性能，具有一定的實用意義。然而，在灰色層次分析法，通過專家對比兩指標(biāo)相對于準(zhǔn)則的重要性，建立評價判斷矩陣，具有一定的主觀性。

【參考文獻】

[1]楊肇夏，胡安洲.列車運行圖動態(tài)性能及其指標(biāo)體系的研究[J].鐵道學(xué)報， 1993，15（04）：46-56.

[2]孟令云.客運專線列車運行圖動態(tài)性能及其仿真評估系統(tǒng)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[3]楊肇夏，胡安洲，李菊.列車晚點傳播模擬系統(tǒng)[J].鐵道學(xué)報，1995（02）：17-02.

[4]彭其淵.列車運行圖均衡性評價方法研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，1998，33（04）：372-377.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]