齊 超

（西安鐵路局 營(yíng)銷處，陜西 西安 710054）

基于粗糙集-遺傳算法的鐵路貨運(yùn)事故分析

齊 超

（西安鐵路局 營(yíng)銷處，陜西 西安 710054）

從人員、貨物、設(shè)備、管理4個(gè)方面分析鐵路貨運(yùn)事故的主要影響因素，提出基于粗糙集-遺傳算法的鐵路貨運(yùn)事故分析方法。首先使用粗糙集從鐵路貨運(yùn)事故歷史數(shù)據(jù)中提取有效信息，然后采用基于遺傳算法的鐵路貨運(yùn)事故屬性約簡(jiǎn)算法得到鐵路貨運(yùn)事故決策規(guī)則表。算例結(jié)果表明該方法高效可行，能夠?yàn)轭A(yù)防鐵路貨運(yùn)事故發(fā)生提供科學(xué)合理的建議。

鐵路貨運(yùn)；事故分析；粗糙集；遺傳算法

1 概述

隨著貨運(yùn)組織改革的推進(jìn)，鐵路貨物運(yùn)輸安全作為衡量客戶滿意度的重要指標(biāo)再次受到人們的廣泛關(guān)注。因此，在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中，分析和防范鐵路貨運(yùn)事故的發(fā)生極為重要，而許多學(xué)者已經(jīng)針對(duì)鐵路貨運(yùn)事故的預(yù)防措施進(jìn)行大量研究，通過(guò)分析影響貨運(yùn)安全運(yùn)輸?shù)闹饕蛩?，為相關(guān)部門科學(xué)決策提供依據(jù)[1]。

鐵路貨運(yùn)事故是指在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中貨物發(fā)生滅失、短少、變質(zhì)、污染、損壞，以及在辦理過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)等情況[2]。鐵路貨運(yùn)事故通常是多種不確定因素綜合作用的結(jié)果，其歷史數(shù)據(jù)量大且冗余信息較多，如何從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有效預(yù)防鐵路貨運(yùn)事故發(fā)生的規(guī)則，在保持主要因素與事故類型不變的前提下，提高工作效率顯得極為重要。

粗糙集理論能夠在保持原有分類能力不變的前提下去除數(shù)據(jù)中的冗余信息，而遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過(guò)程而形成的一種自適應(yīng)全局最優(yōu)化搜索算法，具有廣泛的自適應(yīng)性。通過(guò)分析影響鐵路貨運(yùn)事故的原因，建立反映事故原因與事故類型之間的決策表，提出利用粗糙集-遺傳算法的屬性約簡(jiǎn)方法去除決策表中冗余的規(guī)則，為預(yù)防鐵路貨運(yùn)事故的發(fā)生提供科學(xué)合理的決策依據(jù)[3]。

2 鐵路貨運(yùn)事故的主要影響因素

2.1 人員因素

在鐵路內(nèi)部，影響貨物運(yùn)輸安全的人員因素主要表現(xiàn)在：①貨運(yùn)從業(yè)人員存在責(zé)任心不強(qiáng)、違章作業(yè)的現(xiàn)象；②職工業(yè)務(wù)水平有待提高，存在沒有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，簡(jiǎn)化作業(yè)流程；③作業(yè)人員應(yīng)變能力不足，對(duì)突發(fā)事故處理不當(dāng)，尤其對(duì)危險(xiǎn)貨物等存在的安全隱患沒有做到冷靜處理、及時(shí)上報(bào)，未能采取適當(dāng)措施將貨物損失減少至最低。

另外，由于托運(yùn)人、押運(yùn)人和收貨人的責(zé)任，也存在貨物運(yùn)輸安全隱患，表現(xiàn)在：①貨物運(yùn)單、訂單填寫不規(guī)范或填寫錯(cuò)誤，錯(cuò)報(bào)、匿報(bào)貨物品名，少報(bào)重量等；②對(duì)于要求裝載加固的貨物，沒有嚴(yán)格按照裝載加固方案要求進(jìn)行裝載和加固，簡(jiǎn)化作業(yè)流程，導(dǎo)致貨物垮塌等；③托運(yùn)貨物的包裝不符合規(guī)定。

2.2 貨物因素

一些特殊貨物本身會(huì)存在一些貨運(yùn)安全隱患，如闊大貨物和危險(xiǎn)貨物。闊大貨物的建筑限界尺寸、相鄰線路中心線間距、動(dòng)態(tài)偏載量和作用力，危險(xiǎn)貨物自身的理化性質(zhì)等都對(duì)鐵路貨運(yùn)安全造成較大影響。

2.3 設(shè)備因素

由于零散貨物快運(yùn)等一系列新興貨運(yùn)產(chǎn)品的相繼推出，現(xiàn)行鐵路運(yùn)輸貨物種類繁多、尺寸不一、包裝紛雜，這對(duì)貨運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)備和裝卸機(jī)械設(shè)備提出更高的要求，而目前鐵路貨運(yùn)設(shè)備普遍較為陳舊，一些設(shè)備更新的車站，由于新設(shè)備缺乏相應(yīng)的使用、管理與維修制度，并且責(zé)任落實(shí)不到位，影響貨物運(yùn)輸安全；另外，由于貨運(yùn)設(shè)備不足、維修不到位等原因?qū)е碌能圀w代用現(xiàn)象也同樣威脅鐵路貨運(yùn)安全[1]。

2.4 管理因素

目前，鐵路貨運(yùn)安全管理存在的主要問(wèn)題有：①思想重視程度不高；②在處理問(wèn)題上缺乏嚴(yán)格把關(guān)；③安全檢查存在應(yīng)付心態(tài)，使貨運(yùn)安全存在一定的隱患。

3 基于粗糙集-遺傳算法的鐵路貨運(yùn)事故分析

3.1 粗糙集理論知識(shí)

定義 1：四元組 S = (U，A，V，f ) 是一個(gè)決策表。其中，U 為論域；A 為屬性集，A = C∪D，C∩D = φ，C 為條件屬性集，D 為決策屬性集；V =a∪∈AVa，其中 Va為屬性 a 的值域；f 為一個(gè)信息函數(shù)。

定義 2：令 R 為 1 組等價(jià)關(guān)系。當(dāng) r ∈R 時(shí)，如果 ind (R) = ind (R-{r})，則稱 r 為 R 中必要的。如果每一個(gè) r ∈R 都為R 中必要的，則稱R 為獨(dú)立的。設(shè)Q ? P ，若 Q 是獨(dú)立的，并且 ind (Q) = ind (P)，則稱Q 為P 的一個(gè)約簡(jiǎn)。

定義 3：決策屬性d 對(duì)條件屬性c 的正域?yàn)閜osc(d ) =

3.2 屬性約簡(jiǎn)算法

屬性約簡(jiǎn)問(wèn)題屬于 NP 完全問(wèn)題，因而提出具體算法如下。

（1）染色體編碼[4]。采用長(zhǎng)度 l (即 l 為條件屬性的個(gè)數(shù)) 的二進(jìn)制字符串 {0，1} 表示每個(gè)個(gè)體編碼，其中每一位對(duì)應(yīng)于 1 個(gè)條件屬性。因此，對(duì)于 (c1，c2，…，cl)，如果個(gè)體中包含第 i (i = 1，2，…，l ) 個(gè)屬性，則 ci= 1；否則， ci= 0。

（3）遺傳算子設(shè)計(jì)[5]。①選擇，采用輪盤賭策略進(jìn)行選擇。②交叉，采用單點(diǎn)交叉算子，以交叉概率 pc在其交叉點(diǎn)處相互交換 2 個(gè)個(gè)體的部分染色體，產(chǎn)生 2 個(gè)新的個(gè)體。③變異，采用均勻變異算子，以變異概率 pm隨機(jī)反轉(zhuǎn)某個(gè)等位基因的二進(jìn)制字符值。④停止規(guī)則，當(dāng)?shù)綌?shù)達(dá)到最大代數(shù) Max_Gen或 γreduct(C)(d ) = γC(d ) 時(shí) 停止運(yùn)算。

該算法的具體步驟如下。

輸入：S = (U，A，V，f )。輸出：S = (U，A，V，f ) 的所有約簡(jiǎn)。

步驟 1：計(jì)算出決策屬性 d 關(guān)于條件屬性 c 的支持度 γc(d )。

步驟 2：reduct (C) 為屬性 C 的約簡(jiǎn)。令 reduct (C) = φ，逐一去掉單個(gè)屬性 ci∈C，當(dāng) γC-{ci}≠ γc(d )時(shí)，則 reduct (C) = reduct (C) ∪{ci}；當(dāng) γreduct(C)(d ) = γc(d )時(shí)，則終止計(jì)算。否則，轉(zhuǎn)入步驟 3。

步驟 3：由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生 Pop_size 個(gè)長(zhǎng)度為 |C| (條件屬性的個(gè)數(shù)) 的二進(jìn)制串所代表的個(gè)體組成初始種群，其對(duì)應(yīng)位隨機(jī)取 0 或 1，計(jì)算初始種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度。

步驟 4：按照輪盤賭方法選擇個(gè)體，依據(jù)交叉概率 pc和變異概率 pm產(chǎn)生新一代群體，變異時(shí)保持該屬性對(duì)應(yīng)的基因位不發(fā)生變異。

步驟 5：計(jì)算新一代群體中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度。

步驟 6：依據(jù)最優(yōu)保存策略將最優(yōu)個(gè)體復(fù)制到下一代群體中，并且依最優(yōu)保存策略保存最優(yōu)個(gè)體。

步驟 7：判斷是否連續(xù) t 代的最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)值不再提高，如果是則終止計(jì)算，并且輸出最優(yōu)個(gè)體，否則轉(zhuǎn)入步驟 4。

3.3 鐵路貨運(yùn)事故分析決策規(guī)則生成算例

在歷年的貨運(yùn)事故中選取 15 次最具有代表性的事故作為論域，將影響因素作為條件屬性集，將事故類型作為決策屬性集，確定從業(yè)人員是否違章作業(yè)、從業(yè)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)水平、托運(yùn)貨物是否符合規(guī)定、闊大貨物裝載加固是否符合要求、危險(xiǎn)貨物自身理化性質(zhì)是否活躍、運(yùn)輸設(shè)備情況、管理是否完善 7 個(gè)因素為條件屬性，分別用 c1，c2，…，c7表示，鐵路貨運(yùn)事故為決策屬性。通過(guò)對(duì)原始事故數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)除噪、離散化、歸一化后，建立鐵路貨運(yùn)事故決策表如表 1 所示，其中 c1，c2，…，c7的取值規(guī)則如表 2 所示。此處將所考慮的 7 個(gè)因素作為造成鐵路貨運(yùn)事故的主要原因，其他一些次要因素則被忽略[6]，D 的取值為：0 表示發(fā)生一般事故；1 表示發(fā)生重大事故。

通過(guò)屬性約簡(jiǎn)去掉冗余條件屬性和重要信息得到簡(jiǎn)化信息表，從而得到鐵路貨運(yùn)事故預(yù)警規(guī)則[7]。假設(shè) pc= 0.7，pm= 0.01，Max_Gen = 100，得到最優(yōu)解為1011010，即 c1，c3，c4，c6屬性保留。由此可知，決定鐵路貨運(yùn)事故類型的主要是從業(yè)人員是否按章作業(yè)、托運(yùn)貨物是否符合規(guī)定、闊大貨物裝載加固是否符合要求、運(yùn)輸設(shè)備狀況是否良好 4 個(gè)因素，因而在上述 4 個(gè)方面應(yīng)加大監(jiān)管力度，完善相應(yīng)管理體制[8]。去除表 1 中的 c2，c5，c7屬性后，省略重復(fù)的序列內(nèi)容，約簡(jiǎn)后的決策規(guī)則如表 3 所示。

表 2 條件屬性取值規(guī)則

表 3 約簡(jiǎn)后的決策規(guī)則

由表 3 可知，為確保鐵路貨運(yùn)安全，降低鐵路貨運(yùn)事故發(fā)生頻率，應(yīng)主要從去掉冗余后的 4 個(gè)制約因素著手加以規(guī)避及改進(jìn)，具體為：①提升從業(yè)人員執(zhí)行力，嚴(yán)查違規(guī)操作，加強(qiáng)貨運(yùn)相關(guān)崗位人員的責(zé)任心；②將預(yù)防鐵路貨運(yùn)事故風(fēng)險(xiǎn)把控關(guān)口前移，嚴(yán)格檢查運(yùn)輸貨物，對(duì)于具有不可控因素的貨物應(yīng)嚴(yán)格按照貨物運(yùn)輸相關(guān)制度予以處理，消除貨物運(yùn)輸安全隱患；③對(duì)于闊大貨物嚴(yán)格把關(guān)其尺寸要求和裝載加固方案，杜絕運(yùn)輸過(guò)程中偏移、侵限、散落等事故發(fā)生；④加大貨物運(yùn)輸設(shè)備日常檢修維護(hù)保養(yǎng)工作，結(jié)合實(shí)際貨物運(yùn)輸需求，及時(shí)補(bǔ)充或更換貨物運(yùn)輸設(shè)備，杜絕車體代用及其他影響鐵路貨運(yùn)安全事件。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路實(shí)施貨運(yùn)組織改革以來(lái)，提升貨運(yùn)服務(wù)質(zhì)量、提高客戶滿意度成為鐵路亟待解決的問(wèn)題，而最大限度地減少鐵路貨運(yùn)事故、保障貨物運(yùn)輸安全是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹刂兄亍Ｍㄟ^(guò)從大量歷史數(shù)據(jù)中提取有效數(shù)據(jù)生成決策規(guī)則，為找出鐵路貨運(yùn)事故發(fā)生原因提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)還可據(jù)此采取有針對(duì)性措施預(yù)防類似事故發(fā)生，這對(duì)于鐵路不斷減少貨運(yùn)事故發(fā)生、降低保價(jià)理賠率、提升貨運(yùn)服務(wù)質(zhì)量具有重要意義，也為提高鐵路生產(chǎn)效率和經(jīng)營(yíng)效益奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯：馮姍姍

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