基于层次分析法的区间估计的车站能力查定误差因子分析研究

李　东　叶国庆　夏　超

西南交通大学，交通运输与物流学院，成都610031

基于层次分析法的区间估计的车站能力查定误差因子分析研究

李东叶国庆夏超

西南交通大学，交通运输与物流学院，成都610031

本文归纳总结了车站能力查定计算过程中存在的多种影响因素，深入分析了其产生原因和不可避免性。然后利用层次分析法的区间估计方法计算得出各种误差因子对计算结果的影响权重大小，并对比不同误差因子的权重区间，筛选出强误差因子，剔除弱误差因子，为精确计算车站能力值提供依据。

车站能力；误差因子；层次分析法；区间估计

0 引 言

技术站能力查定工作是一项复杂而系统的工作流程，存在数据采集量大、分析和计算任务重、涉及面广、交叉干扰大、参与人员多种多样等特点。车站能力查定步骤一般是先采集车站作业原始数据样本，通常为具有代表性的连续3昼夜数据，然后通过数据处理软件或统计软件总结计算出所需各种参数代入公式计算即可[1]。这种查定方法得出的能力计算值理论上代表了车站通过能力的最大值，但是在车站实际作业过程中，作为查定对象的车站各项设备自身作业情况每天也存在差异。因此，车站能力查定结果毋庸置疑存在着误差，本文将对这些影响车站通过能力计算误差因子做出分析比较，讨论各因素在能力查定中的影响权重大小，对今后车站能力查定工作提供参考。

1 车站能力查定误差分析

（1）在查定车站能力之前，一般要做以下几点假设来简化我们的计算，但是这些理论上行得通的假设条件在实际操作中很难完全实现，必然会对计算结果造成影响。

① 在车站全年365天中选择具有代表性的3昼夜作业车站设备运用情况作为车站能力查定原始数据样本来源；

② 车站能力查定3昼夜期间,车站各项固定设备、移动设备状态良好，不考虑设备施工和检修的影响；

③ 车站各岗位管理人员和现场操作人员配备齐全，并能技术娴熟地完成各项技术作业，没有大的作业偏差；

④ 运输流特性保持一致，各到达旅客和货物列车在到达时刻和列车组成上没有大的波动，各出发旅客列车和货物列车在出发时刻和列车组成上也变化不大。

根据上面的假设条件可以归纳出以下影响能力查定结果的因素，即假设误差因子：

① 运输流的波动性

由于受到各种因数的影响，车站列车流的到达与出发时间与顺序无时无刻不在发生着变化，具有很强的随机性、波动性和不均衡性。

② 作业占用时间的波动性

实际作业过程中，车站各项作业不可能完全按照车站各项作业时间标准来进行，总是围绕着这一标准上下波动。

③ 作业人员的随机影响

车站工作人员由于受到外部环境或者自身技术水平和业务素质不同的影响，对车站设备利用效率会产生一定差异。

④ 作业接续和相互干扰

由于运输流的波动性影响，车站的各项作业任务的接续时间不可避免的存在随机变化，以及车站平行任务之间的干扰也势必造成作业时间的偏差。

⑤ 相关子系统干扰。

车站内部各个子系统之间的关联紧密，某个子系统的作业偏差具有传递特点。

（2）查定条件误差因子

客观上来说，除了上述影响因素，还有一类误差来源于数据采集过程中。这类误差的影响作用大小会根据外在查定条件的变化而变化，因此我们称之为查定条件误差。主要有以下三种：

① 工具和手段误差

由于受到数据采集工具和手段的条件限制，目前的微机联锁系统构造存在不完备性以及操作软件的延误等造成的误差。

② 记录误差

数据采集者自身业务素质、精神状态等对于工作的影响。

③ 外界环境误差

客观来说，外部工作环境的变化也直接或者间接地影响数据采集者的采集结果。

车站能力查定误差因子如表1所示。

表1　车站能力查定误差因子Tab.1 Error factors in calculating a railway station carrying-capacity

2 层次分析法原理

层次分析法简称AHP，在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯·赛蒂提出，是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法。应用此方法最主要的步骤是构造出成对比较矩阵，矩阵必须满足一致性检验，找出矩阵的最大特征值及所对应的特征向量，标准化之后即为各种因子的权重向量。构造比较矩阵的最早方法是由赛蒂提出的1～9标度法，对层次分析法的理论与应用研究起到了十分巨大的作用。然而，人们在实际应用中也发现，1～9标度存在诸多缺陷，如权重计算太粗，矩阵一致性与思维一致性不协调，一致矩阵容量太小等。针对1～9标度存在的缺陷，国内外学者相继提出了一些不同的数字标度⑶。本文采用指数标度法（eo/4～e8/4）来构造权重判断矩阵，其描述见表2。

表2　（eo/4～e8/4）指数标度的描述Tab.2 （eo/4～e8/4）Index scales

指数标度法有如下优点：

（1）相比1～9标度，指数标度法具有较好的保序性，即能够真实客观地反映各个比较对象原来的次序关系，且适用于单一准则和多准则下的排序问题。

（2）通过多次模拟计算可知指数标度法计算得出的C. I. 值最小，误差较小，更容易满足一致性检验，而且真实可靠。

（3）由文献[5]可知，指数标度法的权重拟合度最好，1～9标度法的权重拟合度最差。所谓权重拟合度即是指对某一标度下的9个标度值，用该标度法计算其权重，与用该标度值进行直接加权所得的权重的拟合程度。

此外，指数标度法的标度均匀性较好，在构造判断矩阵时，专家可以在1～9个等级中选择，再由工作人员将重要性等级转化为指数标度即可，操作简单易行，计算科学精细。

在一致性检验过程中，由于评价人员本身的感官差别或是经验程度不同，得出的权重向量往往相差甚远，本文通过AHP权重向量区间估计理论，利用区间权重向量最大指标权重区间宽度来对评价指标进行筛选。

3 误差因子比较分析

为了比较精确地计算车站的通过能力，首先通过微机联锁系统获取近年来车站作业的原始数据，并分析了车站作业过程，证实了上述误差因子的存在。然后依照表2中的等级划分，结合相关数据，认真咨询经验丰富的相关专家，对车站能力查定误差因子做出评估，可以构造判断矩阵，如表3所示。本文以肃宁北站为实例进行分析。

表3　车站能力查定误差因子判断矩阵Tab.3 Judgement matrix of the factors in calculating a railway station carrying capacity

利用层次分析法的区间估计方法原理，运用Excel、MATLAB等软件可以得到矩阵的权重向量，最大特征值maxλ，一致性指标随机一致性比率各项指标的权重取值上下限如表4所示。

表4　误差因子权重及区间估计Tab.4 Factors’ weights and their range estimation

从表4数据可以看出，由于CR=0.012 8<0.1，所以判断矩阵满足一致性检验。表中各个误差因子权重大小都已得出，其中且各个因子权重都有一个估计区间，区间波动范围以表示由于6C、7C、8C的权重上限故这三项因素应属于弱影响因子，其对于能力结果的影响效果远远不及其他因子，在精确计算时可以只考虑前面6个误差因子，忽略这3个弱因子。例如，在计算到发线通过能力时，采用利用率算法计算结果是一个固定值，其中T值取决于3天的采集数据。但是，由于车站车流情况、技术作业情况并不是一成不变的，所以这些数据得出的计算值不可能完全代表车站整月、整年或是整个阶段的能力值。客观上来说，车站能力值具有随机性，有一个波动区间，这个波动区间的计算就得考虑到上述误差因子的影响，特别是几项强误差因子，它们是如何影响能力计算的，如何能够得到一个科学合理的能力波动区间估计，是接下来要探讨的。

4 结 论

本文首先指出了目前车站能力查定过程的不确定性，能力查定值的片面性表明了查定过程存在的缺陷，因此，我们总结归纳出各种影响因素，包括假设条件影响因素和查定条件影响因素。为了分析各个误差因子对于能力计算结果的影响大小，本文引入了层次分析法及其区间估计，具体计算得出各个误差因子的权重，从中筛选出强权重因子，剔除弱权重因子。最终得出影响能力查定结果的5个方面的影响因子：运输流的波动性、作业占用时间的波动性、作业人员的随机影响、作业接续和相互干扰、相关子系统干扰。这些客观存在的因素不可避免的造成能力计算结果的偏差，理论上来说能力值是随着这些因子变化而变化的随机变量。所以，下一步的研究将是如何将这些因子科学合理的考虑到能力计算的公式当中，得出能力波动的区间估计。

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（中文编辑：刘娉婷）

Research on the Error Factors in Calculating Railway Station Carrying-capacity Based on the Range Estimation Method from AHP

LI Dong YE Guo-qin XIA Chao
School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China

This paper analyzed the various influence factors in calculating a railway station carrying capacity， and the inevitability of deviation. The weights of these factors were calculated with the range estimation method from AHP. Having compared the weight ranges of the factors， the strong factors were selected and the weak ones were excluded.This research provids a base for accuratly calculating a railway station carrying-capacity.

Carrying-capacity， error factors， AHP， range estimation method

U292.5+1

A

1672-4747（2015）01-0092-05

10.3969/j.issn.1672-4747.2015.01.016

2014-03-26.

李 东（1991-）安徽宣城人，西南交通大学交通运输与物流学院硕士研究生，研究方向：交通运输规划与管理。