可拓学理论在铁路工务系统安全评价中的应用

邵 婉，高清平

(1.浙江师范大学数理与信息工程学院;2.浙江师范大学工学院)

可拓学理论在铁路工务系统安全评价中的应用

邵 婉1，高清平2

(1.浙江师范大学数理与信息工程学院;2.浙江师范大学工学院)

为客观评价铁路工务系统安全状况，应用可拓学方法建立铁路工务系统安全的可拓评价模型。算例结果表明，能够有效地对铁路工务安全状况进行排序，识别安全状态倾向、减少评价指标层级以及增加待评方案的区分度等优势，能更为有效地解决铁路工务安全风险评价问题。

可拓学理论;铁路;工务系统;安全评价

0 引言

随着铁路列车提速、列车密度加大、车辆轴重增加，对铁路工务系统的安全提出越来越高的要求。而铁路工务安全评价又为工务系统安全管理提供重要依据，有必要对工务安全的评价方法进行研究。目前已有多种评价方法，如加权平均法、层次分析法(AHP)、模糊综合评价法(FCE)和数据包络分析法，取得了大量有益的成果，但仍存在一些不足。如:AHP方法主观性较强、不能表达不确定性和计算量过大;FCE容易获得伪优解、评价因素较多时灵敏度低。鉴于可拓方法能减少评价指标层级以及增加待评方案的区分度等优势，本文基于可拓理论建立铁路工务系统安全评价模型，并进行算例分析。

1 物元模型

1.1 物元与距

给定事物的名称E，它关于特征x的量值为v，以有序三元组r=(E，x，v)作为描述事务的基本元，简称为物元。E、x和v称为物元的三要素。如果一个事物有多个特征，则采用m 维物元来描述 R=(E，xj，vj)，j=1，2，…，q。

设x为实域(-∞，+∞)上的任一点，X0=［a，b］为实域上任一区间，称ρ(x，X0)=│x-(a+b)/2│为点x与区间X0之距。

1.2 关联函数

2 铁路工务系统安全的可拓评价模型及算法

2.1 铁路工务系统安全的评价指标体系

铁路工务系统是一个较为复杂的系统，其评价因素主要包括:安全教育、安全资金投入、职工安全管理水平、桥路设备状况、外部设备环境等，具体的指标体系构成见算例分析部分。

2.2 规范化处理评价指标

在评价铁路工务系统安全风险的各项指标中，可采用极差化对数据进行无量纲化处理。

2.3 确定指标权重

考虑到影响铁路工务系统安全的各项指标相互联系、相互影响，有必要在确定各项指标的权重时考虑该指标对其余指标的影响程度。为此，采用相关文献的方法确定指标权重。

2.4 单指标关联度计算

采用可拓方法中关联函数的定义，确定待评对象的单指标关联度，即待评对象的第j(j=1，2，…，m)个指标关于分类等级 r(r=1，2，…，p)的关联度，表达式为

2.5 多指标综合关联度

多指标综合关联度表征待评对象关于各评价等级的归属程度表达式为

2.6 评价等级和级别变量特征值的确定

若Kr0(N)=［ Kr(N)］，则评定对象N属于等级r。设

式中:j*为待评车间所属级别特征值。

3 算例分析

为验证本文可拓评价方法的有效性及便于对比研究，参考文献中的算例，以某工务段6个车间为研究对象进行算例分析。

3.1 构建评价指标体系

续表1

3.2 规范化处理评价指标并确定各指标权重

依据相关文献公式对评价体系中的指标进行规范化处理并计算各指标的权重，得到{w1，w2，…w18}={0.043 87，0.054 83，0.071 59，0.053 46，0.062 14，0.070 01，0.029 70，0.065 95，0.074 17，0.073 56，0.068 08，0.051 78，0.069 91，0.043 87，0.071 13，0.041 73，0.036 10，0.018 12}。

3.3 单指标关联度计算和多指标综合关联度的计算

采用可拓方法中关联函数的定义，应用式(1)计算得到待评车间的单指标关联度，再由公式(2)计算多指标综合关联度，得到的结果如下表2所示。

表2 铁路工务安全的可拓评价计算结果

3.4 级别变量特征值的确定

由公式(3)计算可得到6个车间的级别变量特征分别为 2.169 3，2.675 2，2.012 8，1.721 9，2.082 5，1.997 0。比较各车间级别变量特征值的大小，得到的排序结果为车间4＞车间6＞车间3＞车间5＞车间1＞车间2。由评价结果可知，车间4为较安全偏向安全，其安全状况较好，而车间2的安全状况不佳，需要改进。采用模糊综合评价法计算得到安全等级得分为 73.67，70.17，76.46，81.01，75.26，74.22。可见，本文的评价结论的评价结论在安全状况最好与最差上是完全一致的。可见，本文提出的可拓评价模型能够有效解决铁路工务安全风险评价问题。

4 结论

铁路工务系统安全评价是确保工务系统安全管理，防范于未然的重要环节。本文将可拓理论引入铁路工务系统安全综合评价过程中。分析过程和算例结果表明，与模糊综合评价法、层次分析法和灰关联法相比，本文提出的可拓模型能够有效识别车间安全状况排序情况以及安全状态倾向、减少评价指标层级、有效避免伪优解以及增加待评方案的区分度等优势，能更为有效地解决铁路工务安全风险评价问题。

［1］叶茂瑞，莫善军，黄凯，等.铁路工务安全信息集成方法研究［J］.铁道运输与经济，2007，29(7):39-42.

［2］田元福，仇立峰.铁路工务系统安全风险与综合评价研究［J］.铁道学报，2009，31(4):121-126.

［3］孟繁晶，邓家.合作伙伴的可拓综合评价模型［J］.计算机集成制造系统，2005，11(6):869-874.

［4］蔡文，杨春燕，林伟初.可拓工程方法［M］.北京:科学出版社，1997.

［5］毛霖，李文权.基于灰关联分析的公交智能化调度评价方法［J］.东南大学学报，2011，41(1):190-193.

［6］谈小龙，徐卫亚，梁桂兰.可拓方法在岩石边坡整体安全评价中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2009，28(12):2503-2509.

［7］潘科，王洪德，石剑云.多级可拓评价方法在地铁运营安全评价中的应用［J］.铁道学报，2011，33(5):14-19.

U29

A

1008-3383(2012)02-0122-02

2011-11-27

邵婉(1989-)，女，浙江衢州人，学士，研究方向:应用数学、交通运输规划与管理。