劉潤愷，于龍，陳德明

基于AHP-熵權(quán)法的高鐵接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)研究

劉潤愷，于龍，陳德明

(西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 611756)

針對(duì)當(dāng)前我國高鐵接觸網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且現(xiàn)有研究在指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的選擇上存在不足等問題，擴(kuò)充高鐵接觸網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；對(duì)主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法作出融合改進(jìn)，提出AHP-熵權(quán)法(以層次分析法為主、熵權(quán)法為輔)；引入基于Spearman秩相關(guān)系數(shù)的效度檢驗(yàn)步驟，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)模型，以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可信性評(píng)分和等級(jí)劃分。選取10條高鐵線路的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過上述模型進(jìn)行實(shí)例分析。與當(dāng)前常用的灰色聚類模型相對(duì)比，基于AHP-熵權(quán)法評(píng)價(jià)模型效度更高，功能更為全面，更能有效區(qū)分接觸網(wǎng)可信性狀態(tài)。

接觸網(wǎng)；可信性評(píng)價(jià)；AHP；熵權(quán)法；灰色聚類；效度檢驗(yàn)

高鐵接觸網(wǎng)的故障診斷與綜合評(píng)價(jià)歷來就是重要且復(fù)雜的研究課題。近年來，現(xiàn)代綜合評(píng)價(jià)[1]和數(shù)據(jù)挖掘理論不斷深入發(fā)展，其中不少方法也被應(yīng)用到接觸網(wǎng)評(píng)價(jià)方面，如多尺度變換、時(shí)空聯(lián)合分析、隨機(jī)過程[2?4]、故障樹分析(FTA)、基于約束條件的優(yōu)化模型、GO法、故障Petri網(wǎng)、混沌自適應(yīng)算法(CSEA)、EMD法和PSD功率譜分解法等。但由于當(dāng)前對(duì)接觸網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致難以對(duì)上述方法的結(jié)果進(jìn)行較為客觀的對(duì)比分析。程宏波等[5]提出接觸網(wǎng)健康狀態(tài)的模糊綜合評(píng)估模型，選取接觸網(wǎng)的安全性指標(biāo)(如導(dǎo)高、拉出值)、平順性指標(biāo)(如硬點(diǎn)、跨內(nèi)高差)、受流性能指標(biāo)(如弓網(wǎng)接觸力、導(dǎo)線坡度、弓網(wǎng)離線)，采用隸屬度函數(shù)評(píng)價(jià)各指標(biāo)對(duì)評(píng)判集的隸屬程度，通過熵權(quán)理論確定各指標(biāo)的權(quán)重，并對(duì)評(píng)判集的秩進(jìn)行加權(quán)綜合，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)健康值的量化。王貞等[6]依據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則和可信性理論，選取接觸懸掛(如接觸線、承力索、吊弦)、支持裝置(如斜腕臂、承力索座)、定位裝置(如定位環(huán)、套管、線夾)等，對(duì)不同天氣下接觸網(wǎng)元件的故障率、修復(fù)率等進(jìn)行不確定性建模。劉仕兵等[7]將組合賦權(quán)法與灰色聚類思想相結(jié)合，選取安全性指標(biāo)、平順性指標(biāo)、受流性能指標(biāo)、電氣性能指標(biāo)，對(duì)高鐵接觸網(wǎng)健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。第一，文獻(xiàn)[5]，[6]和[7]所述的安全性指標(biāo)、平順性指標(biāo)、受流性能指標(biāo)等可歸納為質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，其主要是按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范[8]，依據(jù)各指標(biāo)參數(shù)值是否位于合理區(qū)間，或其偏離合理區(qū)間的程度，對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的總體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述文獻(xiàn)均忽略了質(zhì)量鑒定、可用性指標(biāo)、維修性指標(biāo)等對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)的綜合影響，導(dǎo)致評(píng)價(jià)體系不夠客觀全面。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[9]，本文將上述各項(xiàng)特性的集合命名為可信性，即接觸網(wǎng)系統(tǒng)在需要時(shí)按要求執(zhí)行其功能的能力，并據(jù)此對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充。第二，上述文獻(xiàn)運(yùn)用了熵權(quán)法、灰色聚類、模糊數(shù)學(xué)等，這些方法均屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果易受原始數(shù)據(jù)中錯(cuò)誤點(diǎn)、疏漏點(diǎn)和數(shù)據(jù)自身波動(dòng)的影響。況且，限于相關(guān)技術(shù)條件不夠完善，部分指標(biāo)參數(shù)難以提取分析。考慮到以上因素，本文引入了層次分析法(AHP)，該方法運(yùn)用接觸網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)的既有經(jīng)驗(yàn)和專家意見，對(duì)各指標(biāo)的重要性作出主觀判斷，可在一定程度上彌補(bǔ)接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、疏漏、波動(dòng)對(duì)指標(biāo)賦權(quán)帶來的不利影響。并在此基礎(chǔ)上提出了AHP-熵權(quán)法，該方法充分利用了層次分析法(作為主觀賦權(quán)法)和熵權(quán)法(作為客觀賦權(quán)法)的優(yōu)點(diǎn)，將既有經(jīng)驗(yàn)、專家意見和指標(biāo)本質(zhì)特征有機(jī)結(jié)合起來，作為接觸網(wǎng)系統(tǒng)評(píng)分和等級(jí)劃定的依據(jù)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)高效。第三，文獻(xiàn)[5?7]均忽略對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行效度檢驗(yàn)，難以充分闡明文中所用方法的有效性。為此，本文引入了效度檢驗(yàn)步驟，通過Spearman秩相關(guān)系數(shù)[10]對(duì)AHP-熵權(quán)法模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。與此同時(shí)選取文獻(xiàn)[7]中的灰色聚類模型，與本文提出的模型進(jìn)行對(duì)比分析。

1 可信性評(píng)價(jià)與效度檢驗(yàn)方法

1.1 層次分析法(AHP)

層次分析法[1, 7](AHP)是一種定性與定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法。該方法的基本原理為：設(shè)某級(jí)指標(biāo)有個(gè)下級(jí)指標(biāo)，將這個(gè)指標(biāo)兩兩進(jìn)行重要性對(duì)比，并賦予AHP標(biāo)度值，構(gòu)成判斷矩陣=[p]×m(1≤,≤)，其中p表示指標(biāo)相對(duì)于指標(biāo)的AHP標(biāo)度值。若p從1遞增至9，則表示指標(biāo)相對(duì)于指標(biāo)的重要性遞增；若p從1遞減至1/9，則表示指標(biāo)相對(duì)于指標(biāo)的重要性遞增。

通過對(duì)矩陣的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行層次單排序，可依次求取下一級(jí)指標(biāo)相對(duì)于上一級(jí)指標(biāo)的權(quán) 重w：

1.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法[7]利用數(shù)據(jù)中包含的有效信息量大小來衡量各指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響。該方法的基本原理為：設(shè)有個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)值經(jīng)歸一化后形成的評(píng)價(jià)矩陣為=[x]×m，其中x為第個(gè)對(duì)象的第項(xiàng)指標(biāo)。系統(tǒng)中第項(xiàng)指標(biāo)的信息熵e定義為：

1.3 灰色聚類

1.4 Spearman秩相關(guān)系數(shù)

Spearman秩相關(guān)系數(shù)評(píng)估法[10]的基本原理如下：首先通過排序值求和理論生成基準(zhǔn)等級(jí)序列。然后將評(píng)價(jià)方法A所得序列A與基準(zhǔn)等級(jí)序列B相對(duì)比，求取兩者的秩相關(guān)系數(shù)。當(dāng)A和B中均不存在排序值持平的情況下

A={1,2,…,a,…,a…,a},,=1,2, …,

B={1,2,…,b,…,b,…,b},,=1,2,…,

則評(píng)價(jià)方法A的Spearman秩相關(guān)系數(shù)為

式中：a和a為序列A中對(duì)象和的排序值；b和b為基準(zhǔn)等級(jí)序列B中對(duì)象和的排序值；為評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)。

同理，可將評(píng)價(jià)方法E所得序列E(E中不存在排序值持平的情況)與B相對(duì)比，通過式(6)求取其秩相關(guān)系數(shù)r，若r>r，則說明方法E的效度高于方法A，其評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性也更高。

2 可信性評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 原有評(píng)價(jià)體系的擴(kuò)充

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9]和技術(shù)規(guī)范[8]，高鐵接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)除需考慮質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(包括安全性指標(biāo)、平順性指標(biāo)、受流性能指標(biāo))外，還需考慮質(zhì)量鑒定指標(biāo)、可用性評(píng)價(jià)指標(biāo)、維修性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

質(zhì)量鑒定，即通過對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備及零部件的故障強(qiáng)度、缺陷等級(jí)等進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，掌握接觸網(wǎng)整體技術(shù)狀態(tài)，其指標(biāo)選取為：故障強(qiáng)度、1級(jí)缺陷比例。故障強(qiáng)度，是指接觸網(wǎng)系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)；1級(jí)缺陷比例，是指1級(jí)缺陷占所有缺陷的比重(當(dāng)前我國將高鐵接觸網(wǎng)缺陷劃分為兩級(jí)，其中1級(jí)缺陷比2級(jí)缺陷嚴(yán)重)。

可用性評(píng)價(jià)，即對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)在規(guī)定區(qū)間、規(guī)定工況下持續(xù)供電的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，其指標(biāo)選取為：中斷供電頻率、中斷供電平均時(shí)間。中斷供電頻率，是指接觸網(wǎng)在給定時(shí)間內(nèi)跳閘停電的次數(shù)；中斷供電平均時(shí)間，是指每一次中斷供電事故的平均持續(xù)時(shí)間。

維修性評(píng)價(jià)，即在規(guī)定的程序和可使用資源下，評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)系統(tǒng)或零部件恢復(fù)原有狀態(tài)或工況的能力，其指標(biāo)選取為：修復(fù)率、平均修復(fù)時(shí)間。修復(fù)率，是指被修復(fù)的故障占所有故障的比例；平均修復(fù)時(shí)間，是指修復(fù)每一個(gè)故障平均所用時(shí)間，若某些故障并未查到修復(fù)記錄，則其修復(fù)時(shí)間給定為365 d(考慮到接觸網(wǎng)一年進(jìn)行一次大修)。

根據(jù)上述定義，結(jié)合接觸網(wǎng)評(píng)價(jià)的實(shí)際需求，本文將質(zhì)量鑒定等3大類指標(biāo)考慮在內(nèi)，對(duì)接觸網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充，形成包含4項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)和13項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)的高鐵接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)模型，如圖2所示?？尚判栽u(píng)價(jià)具體步驟如圖3所示。

2.2 可信性評(píng)價(jià)具體步驟

Step 1 指標(biāo)參數(shù)歸一化。常用到線性歸一化方法(也稱Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化方法)，但其只適用于指標(biāo)值越大越好的情況。本文根據(jù)接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的本質(zhì)特性和評(píng)價(jià)需求，對(duì)該方法作出了適當(dāng)改進(jìn)。改進(jìn)后的方法將原始數(shù)據(jù)中的指標(biāo)大致分為以下幾大類型：極大型指標(biāo)，即指標(biāo)值越大越好，只有修復(fù)率一項(xiàng)；極小型指標(biāo)，即指標(biāo)值越小越好，包括一跨內(nèi)接觸線高差、硬點(diǎn)、最大燃弧時(shí)間、故障強(qiáng)度、一級(jí)缺陷比例、中斷供電頻率、中斷供電平均時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間共8項(xiàng)；區(qū)間型指標(biāo)，即指標(biāo)值以落入某個(gè)區(qū)間內(nèi)為最佳，包括接觸線高度、弓網(wǎng)接觸力、定位器坡度共3項(xiàng)。拉出值屬于特殊類型，若其取值不超過規(guī)定上限，則認(rèn)為其處于合理范圍，將其歸一化值定為1；對(duì)于超出上限的取值，可參照極小型指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。

圖2 高鐵接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)模型

圖3 接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)步驟

對(duì)于極大型指標(biāo)，歸一化公式為：

對(duì)于極小型指標(biāo)，歸一化公式為：

對(duì)于區(qū)間型指標(biāo)，設(shè)[1,2]為該指標(biāo)的最佳取值區(qū)間，則歸一化公式為：

指標(biāo)的歸一化取值越高，表明該指標(biāo)越符合評(píng)價(jià)者的心理預(yù)期；歸一化取值越低，表明該指標(biāo)越遠(yuǎn)離評(píng)價(jià)者的心理預(yù)期。

Step 2指標(biāo)權(quán)重的確定。本文提出的AHP-熵權(quán)法中，以層次分析法(AHP)為主，以熵權(quán)法為輔。對(duì)于圖2所示模型中的4項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)，采用層次分析法確定權(quán)重；對(duì)于質(zhì)量鑒定、可用性評(píng)價(jià)、維修性評(píng)價(jià)下屬的2級(jí)指標(biāo)，也采用層次分析法確定權(quán)重；對(duì)于質(zhì)量評(píng)價(jià)下屬的2級(jí)指標(biāo)，采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方式確定權(quán)重。考慮到當(dāng)前我國對(duì)接觸網(wǎng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)仍需大量借鑒既有經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)主觀和客觀賦權(quán)法進(jìn)行融合時(shí)，主觀賦權(quán)法的比例宜略大于客觀賦權(quán)法，此處根據(jù)專家意見擬定為0.6:0.4。可得指標(biāo)權(quán)重w的計(jì)算公式：

式中：w?AHP為利用層次分析法對(duì)指標(biāo)的賦權(quán)，w?Entropy為利用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)的賦權(quán)。

Step 3 評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算。根據(jù)AHP-熵權(quán)法，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化值直接進(jìn)行加權(quán)求和，得接觸網(wǎng)對(duì)象的總體可信性評(píng)分公式：

式中：為評(píng)價(jià)對(duì)象序數(shù)；為1級(jí)指標(biāo)序數(shù)；為2級(jí)指標(biāo)序數(shù)；W為1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重；q為對(duì)象的1級(jí)指標(biāo)的可信性評(píng)分；W為2級(jí)指標(biāo)在總體評(píng)價(jià)中所占權(quán)重；x為對(duì)象的2級(jí)指標(biāo)的歸一化值。

若將4項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)所包含的2級(jí)指標(biāo)序數(shù)看作一個(gè)集合，則可形成4個(gè)集合，1={1,2,3,4,5,6,7}，2={8,9}，3={10,11}，4={12,13}。對(duì)于對(duì)象的一級(jí)指標(biāo)，其可信性評(píng)分為：

式中：w為2級(jí)指標(biāo)相對(duì)于其所屬的1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

則指標(biāo)在總體評(píng)價(jià)中的權(quán)重：

可根據(jù)接觸網(wǎng)的可信性評(píng)分Q對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 接觸網(wǎng)可信性等級(jí)劃分

Step 4評(píng)價(jià)結(jié)果效度檢驗(yàn)。本文選用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法。若秩相關(guān)系數(shù)較高，則說明評(píng)價(jià)方法的效度較高，評(píng)價(jià)結(jié)果較為可靠；若秩相關(guān)系數(shù)較低，則需對(duì)評(píng)價(jià)模型中指標(biāo)的權(quán)重設(shè)置進(jìn)行必要的檢查調(diào)整。

3 實(shí)例分析

為對(duì)上述可信性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行分析驗(yàn)證，本文引用了華北地區(qū)2條線路和華南地區(qū)8條線路的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)，共計(jì)10條高鐵線路，分別編號(hào)為A—J，以每條線路每個(gè)季度的接觸網(wǎng)系統(tǒng)為一個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，共計(jì)70個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象(某些線路資料全面，涉及季度較多；某些線路資料缺乏，涉及季度較少)。

表2 部分接觸網(wǎng)對(duì)象可信性評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化結(jié)果

注：檢測季度中的“2015-Q1”，表示2015年第一季度，其余以此類推。

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果的計(jì)算

上述接觸網(wǎng)的13項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)大致可分為3種類型：極大型指標(biāo)、極小型指標(biāo)、區(qū)間型指標(biāo)。利用式(7)~(9)分別對(duì)以上3種類型的指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，拉出值指標(biāo)的超限值參照式(8)處理，部分結(jié)果摘錄如表2所示。

表3 接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

表4 質(zhì)量評(píng)價(jià)下屬二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

表5 接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)指標(biāo)總體權(quán)重

對(duì)于4項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)，采用層次分析法予以賦權(quán)。按照高鐵接觸網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可用性評(píng)價(jià)對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要；質(zhì)量評(píng)價(jià)和質(zhì)量鑒定的作用次之；維修性評(píng)價(jià)只是對(duì)故障的后續(xù)處理，其重要性最低。據(jù)此構(gòu)建AHP判斷矩陣如下：

將矩陣代入式(1)進(jìn)行層次單排序，得出各項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，如表3所示。

對(duì)于質(zhì)量評(píng)價(jià)下屬的7項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)，將其歸一化值代入式(2)(3)，求取其熵權(quán)。與此同時(shí)，根據(jù)技術(shù)規(guī)范[8]附件5的規(guī)定，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這7項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建AHP判斷矩陣：

將矩陣代入式(1)，求取各項(xiàng)指標(biāo)的AHP權(quán)重。將AHP權(quán)重和熵權(quán)按照式(10)加權(quán)求和，得出組合權(quán)重。上述權(quán)重如表4所示。

對(duì)于質(zhì)量鑒定等3個(gè)大類下屬的2級(jí)指標(biāo)，采用層次分析法求取權(quán)重，其結(jié)果如下：質(zhì)量鑒定之下，故障強(qiáng)度(0.9)，1級(jí)缺陷比例(0.1)；可用性評(píng)價(jià)之下，中斷供電頻率(0.5)，中斷供電平均時(shí)間(0.5)；維修性評(píng)價(jià)之下，修復(fù)率(0.9)，平均修復(fù)時(shí)間(0.1)。

將表3中的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重與各項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)的權(quán)重對(duì)應(yīng)相乘，得到13項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)在可信性評(píng)價(jià)體系內(nèi)的總體權(quán)重，如表5所示。

利用式(12)計(jì)算各項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)的評(píng)分，利用式(11)計(jì)算接觸網(wǎng)對(duì)象的可信性評(píng)價(jià)總分，并按表1進(jìn)行等級(jí)劃分，部分結(jié)果摘錄如表6所示。

為與AHP-熵權(quán)法進(jìn)行對(duì)比，特選取灰色聚類法對(duì)上述70個(gè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化值取自表2，總體權(quán)重取自表5。將上述數(shù)據(jù)代入式(4)和(5)進(jìn)行運(yùn)算，得出各個(gè)對(duì)象的灰類等級(jí)和評(píng)分，部分結(jié)果摘錄如表7所示。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果的效度檢驗(yàn)

首先利用排序值求和理論，通過上述2種方法的排序結(jié)果生成基準(zhǔn)等級(jí)序列B，部分結(jié)果摘錄如表8所示。

表6 部分接觸網(wǎng)對(duì)象可信性評(píng)價(jià)結(jié)果(AHP-熵權(quán)法)

表7 部分接觸網(wǎng)對(duì)象可信性評(píng)價(jià)結(jié)果(灰色聚類)

表8 部分接觸網(wǎng)對(duì)象可信性評(píng)價(jià)基準(zhǔn)等級(jí)序列

觀察表6和表7，對(duì)上述2種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。就可信性評(píng)分而言，灰色聚類模型僅能求取評(píng)價(jià)對(duì)象的總分，不能獲知該對(duì)象在某一方面指標(biāo)的評(píng)分；而AHP-熵權(quán)法模型既能進(jìn)行總體可信性評(píng)分，也能針對(duì)某一方面的指標(biāo)進(jìn)行可信性評(píng)分，其功能較前者更為全面。就可信性等級(jí)劃分而言，灰色聚類排序中所有評(píng)價(jià)對(duì)象等級(jí)均為“優(yōu)”，無法有效區(qū)分接觸網(wǎng)狀態(tài)；而AHP-熵權(quán)法將評(píng)價(jià)對(duì)象劃分為優(yōu)、良、中和合格4個(gè)等級(jí)，能有效區(qū)分接觸網(wǎng)狀態(tài)。

綜上所述，針對(duì)本文中選取的高鐵接觸網(wǎng)實(shí)例，灰色聚類模型和本文所提出的AHP-熵權(quán)法模型都是效度較高的評(píng)價(jià)模型，但后者的效度相對(duì)前者更高，功能更為全面，且更能有效區(qū)分接觸網(wǎng)狀態(tài)，因此AHP-熵權(quán)法模型的整體性能優(yōu)于灰色聚類模型。

4 結(jié)論

1) 在接觸網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，納入了質(zhì)量鑒定、可用性評(píng)價(jià)、維修性評(píng)價(jià)，將原有體系擴(kuò)充為接觸網(wǎng)可信性評(píng)價(jià)模型，使得評(píng)價(jià)體系更為客觀全面，更能有效反映接觸網(wǎng)系統(tǒng)的綜合狀態(tài)。

2) AHP-熵權(quán)法的提出，在一定程度上降低了數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、疏漏、波動(dòng)對(duì)接觸網(wǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)的影響，充分利用了主觀和客觀賦權(quán)的優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)結(jié)合了接觸網(wǎng)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)、專家意見和指標(biāo)本質(zhì)特征，提升了評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。

3) 評(píng)價(jià)結(jié)果的效度檢驗(yàn)是可信性評(píng)價(jià)的必備環(huán)節(jié)。本文提出的AHP-熵權(quán)法模型通過了效度檢驗(yàn)，證明了該模型的效度較高，功能較為全面，狀態(tài)劃分較為可靠，對(duì)高鐵接觸網(wǎng)的狀態(tài)評(píng)估和運(yùn)營維護(hù)具有一定指導(dǎo)意義。

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Research on dependability evaluation of high-speed railway catenary based on AHP-entropy method

LIU Runkai, YU Long, CHEN Deming

(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China)

At present, there is no unified evaluation standard for high-speed railway catenary in China. Besides, the existing researches are insufficient for index systems and evaluation methods. In order to deal with the above problems, the paper firstly extended the index system, secondly combined and improved subjective and objective weighting methods, put forward the AHP-entropy method (mainly based on AHP and supplemented by the entropy method), thirdly adhibited the step of validity test with Spearman rank correlation coefficient (RCC). On the basis, the dependability evaluation model was constructed to realize the dependability scoring and classification of catenary system. Catenary data of 10 high-speed railways were selected and analyzed by the model. Compared with the grey clustering model, the model with AHP-entropy method has higher validity, more comprehensive functions, and more effective identification of catenary status.

catenary; dependability evaluation; AHP; entropy method; grey clustering; validity test

U225

A

1672 ? 7029(2019)08? 1882 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.08.003

2018?11?19

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015J008-A)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(U1734202)

于龍(1980?)，男，遼寧沈陽人，副教授，博士，從事接觸網(wǎng)檢測與機(jī)器視覺研究；E?mail：yulong.swjtu@163.com

(編輯 蔣學(xué)東)