层次分析法在地铁运营交路方案比选中的应用

周 刚 卢 静

(1.重庆市轨道交通(集团)有限公司,400051,重庆;2.重庆电子工程职业学院,401331,重庆∥第一作者,工程师)

层次分析法在地铁运营交路方案比选中的应用

周 刚1卢 静2

(1.重庆市轨道交通(集团)有限公司,400051,重庆;2.重庆电子工程职业学院,401331,重庆∥第一作者,工程师)

运用多目标决策分析原理,采用层次分析法,构建运营交路优选模型,将定性分析转化为定量计算,进行运营交路方案的比选,克服了传统一一列表评价方法的缺点。并通过重庆市轨道交通6号线工程可行性研究运营交路方案比选的实证,得到和传统评价方法一致的结果,表明该方法是可行的。

城市轨道交通;运营交路方案;多目标决策;层次分析法;综合评价

First-author's addressChongqing Rail Transit Group Corporation,400051,Chongqing,China

传统的地铁运营交路方案比选方法,一般是将各方案的优缺点一一列举,然后以列表对比的方式进行分析研究,最后选出推荐方案。但是,当各方案定量指标差异不大,而定性指标又相互影响、相互交叉时,就很难综合定量指标和定性指标对方案进行整体评价[1-2]。本文运用多目标决策分析原理,采用层次分析法,以重庆市轨道交通6号线工程可行性研究运营交路方案比选为例,将各个影响因素进行分解,经过计算得出最优方案。

1 运营交路方案简介

根据重庆市轨道交通6号线预测客流断面分布特征,对重庆市轨道交通6号线运营交路提出3个方案。

1.1 搭接运营交路方案

根据重庆市轨道交通6号线的客流特征,各组团与中心组团以及中心组团内部的客流交流量较大,而处于线路两端的北碚组团与茶园组团间的客流交流量很小,因此采用如图1所示的搭接运营交路。即茶园南——蔡家和上新街——五路口两个运营交路搭接的方式,可以很好地适应客流特征,同时能缩短运营交路距离。

图1 搭接运营交路

1.2 贯通运营交路方案

从服务水平出发,减少乘客换乘,提高乘客直达性,尽量缩短乘客一次出行时间,主线全线采取图2所示的贯通运营交路。由于线路较长,且客流特征为两端小、中间大,因此列车交路采取大小交路套跑。

图2 贯通运营交路

1.3 分段运营交路方案

从运营经济性出发,如图3所示,分段运营,即将主线从蔡家断开,采取分段运营,可在蔡家——五路口段采用小编组列车,既提高运营经济性,也缩短了运营交路距离。

图3 分段运营交路

三种方案综合比较见表1。

表1 各方案综合比较表

2 方案比选

2.1 构建运营交路优选模型

系统的层次结构模型见图4的多目标决策的层次分析结构图。

图4 多目标决策的层次分析结构图

式中:

Ui——第 i个运营交路方案决策的结果;

kij——第i个运营交路方案在第j个指标的评定值;

wj——第j个指标在准则层的权重值。

2.2 确定指标主观权重

对指标的主观赋权方法有二项系数法、德尔斐法、层次分析法等。本文采用系统工程学的两两比较法,确定决策指标的权重分配矩阵[3]。实践证明,这个方法可靠性高,误差小。在n个目标(因素)中,每次只对两个因素进行比较,并作如下约定:

地铁运营交路优选模型为:

将准则层各评价指标之间的重要程度进行两两比较,得比较矩阵

用和法计算权向量W:

进行一致性检验:

经试算CR＜0.1,满足一致性检验要求。其中,RI为平均随机一致性指标。RI的取值如表2所示。

表2 RI取值表

2.3 建立判断矩阵

地铁运营交路方案比选所涉及的指标通常包括获益性指标和损失性指标。获益性指标是指属性值越大对方案有利的指标,如乘客服务水平等;损失性指标是指属性值越大对方案越不利的指标,如运营成本、工程投资等。由于项目评价模型中,不同的评价指标往往具有不同的量纲,为了最终的目标评价置于同一个标准条件下,须对指标进行无量纲化,而后进行计算。

对于获益性指标

对于损失性指标

式中:

Dij——第 i个方案第j项评价指标计算值;

Dj max和Dj min——分别为评价方案集中第 j项评价指标的最大值和最小值;

pij——第i个方案第j项评价指标无量纲化后的分值[4]。

由于地铁运营交路方案比选牵涉面大,比选范围广,既有工程投资等定量指标,又有乘客服务水平等定性指标,很难综合定量指标和定性指标对各方案进行整体评价。为了将定性分析转化为定量计算,对定性指标评价,可采用如表3的标度法所示,反映它们之间差异[5]。

表3 标度法

因此,重庆市轨道交通6号线工程可行性研究运营交路方案综合比较表里的各指标可根据表3标度法和公式(2)和式(3),构建判断矩阵

2.4 计算综合评价指标

可得三种运营交路方案优选排序结果:u1＞u2＞u3,即应选方案一(搭接运营方案)为最优方案。此结果与项目最终采纳的方案一致。

3 结语

层次分析法是将分析者的思维过程数字化的一种方法。本文结合地铁行车运营组织的实际,建立运营交路比选方案综合评价模型并进行实例验证,得出和传统评价方法一致的结论,为决策者提供了新的决策方法。文中的多目标决策综合评价模型利用定性指标与定量指标相结合,对地铁运营交路方案进行综合比选评价,得出推荐方案,增强了方案的科学性和合理性。

[1]吴小萍,陈秀方.线路方案灰色优选模型及其应用研究[J].系统工程理论与实践,2002,12(7):101.

[2]李艳红,齐永国.层次分析法在铁路线路方案比选中的应用[J].铁道运输与经济,2009,31(9):86.

[3]许树柏.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社,1988.

[4]罗君君,刘有军.城市交通运输项目经济评价方法研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2006,23(2):67.

[5]董化珍,李春霞多.目标模糊决策在线路方案比选中的研究及应用[J].铁路与公路设计,2008,28(1):67.

Application of Analytic Hierarchy Process on Optimal Locomotive Routing Schemes in Subway Operation

Zhou Gang,Lu Jing

The optimal locomotive routing operation model is set up and the quantitative analysis is transformed into quantitative calculation by applying the principle of multiobjective decision making and the analytic hierarchy process.This model conquers the disadvantages of the traditional tabulation method,and is testified by a feasibility study of Chongqing rail transit Line 6.The result is in accordance with the traditional evaluating methods.

urban rail transit;operation locomotive routing scheme;multi-objective decision making;AHP;overall evaluation

U 231+.92

2010-01-22)