基于AHP-离差最大化法的燃气公交本质安全评价

2018-05-21邓红星李清苹屈郁郦

交通科技与经济 2018年3期

邓红星，李清苹，毕伟，屈郁郦

(东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨 150040)

燃气车辆具有节能效果好、有害气体排放少、噪声污染小等诸多优点，在我国得到了广泛使用[2]。但随着燃气车辆在公共交通领域中的大力推广，在实际运营中，许多燃气泄漏、非法改装车辆等因素导致的安全问题也引起了大家的重视，因此，建立一个完善的燃气公交运营本质安全综合评价体系十分迫切[3]。通过对哈尔滨市燃气公交企业进行实地调研，目前燃气公交事故的致因主要是基于人员、车辆、外部环境和管理等4种情况。

1 本质安全综合评价指标体系的建立

广义的本质安全是指“人-机-环境-管理”系统所体现出来的安全性能。通过追求运营过程中的人、机、环境、管理等各因素的安全可靠及和谐统一，使各因素始终处于受控制的状态，最终逐渐趋于本质型、恒久型的安全目标[4]。而对于燃气公交企业来说，是通过和谐各因素的安全关系，达到人员、车辆、外部环境、管理的相互协调和制约目的，最终实现整个系统的安全运营。

评价指标体系是指对于所评价的系统制定的能衡量各方案优劣的统一标准。指标体系的建立应遵循以下原则：系统性、可测性、简单性、层次性、可比性、定性与定量相结合以及绝对和相对的结合。通过对往年燃气车辆发生的事故进行分析，不难发现，事故的发生多由人、车、环境及管理等单一或多种原因造成，所以选择驾驶员、车辆、外部环境、管理等4个指标作为评价体系的准则层，而以职业素质、判断能力等13个指标作为指标层[5]。最后，确定的综合评价指标体系如图1所示。

图1 燃气公交运营本质安全综合评价体系

2 评价指标体系权重的确定

权重的确定有多种方法，例如主观赋权法就有层次分析法、直接构权法、主成分分析法等，而客观赋权法则有离差最大化法、熵值法等[6]。考虑到主、客观权重的各自优缺点，采用AHP及基于离差最大化法的主、客观赋权相结合的方法计算综合权重，既减少了主观因素带来的影响，又能合理、科学地对燃气公交企业运营本质安全做出科学可靠的评价[7]。

2.1 层次分析法确定主观权重

层次分析法主观赋权法由美国运筹学家、匹兹堡大学教授T.L.Saaty提出[8]，主要针对一些评价指标不能完全简单地归纳为定量指标进行评价的复杂系统。层次分析法因其适用性强、计算过程简便、分析思路清晰，在安全评价领域得到了广泛应用。层次分析法的主要步骤如下：

2.1.1 建立评价系统的层次关系

按照目标层、准则层、方案层的结构建立层次关系。

2.1.2 构造判断矩阵

文中采用常用的1～9间的整数及其倒数作为标度，判断矩阵通过调查问卷的方式由相关专家给出，构造的判断矩阵为

式中：aij为指标i与指标j相比的重要性标度。

2.1.3 计算比较层要素对上层要素的相对权重系数

计算相对权重的方法有根法、和法等多种方法，文中采用根法进行计算。

首先,按行相乘

(1)

进行开n次方处理

(2)

归一化处理得到各指标的主观权重向量

(3)

2.1.4 一致性检验

如果能通过一致性检验，则说明该权重向量符合要求；否则，应重新计算相对权重。一致性检验具体步骤如下：

1)计算一致性指标

(4)

C.I.=(λmax-n)/(n-1).

(5)

C.I.的值越大，判断矩阵一致性就越差，且随着矩阵阶数的增大，判断矩阵的一致性也越差，为克服这一弊端，此处引入了平均随机一致性指标R.I.，平均随机一致性指标如表1所示。

表1 平均随机一致性指标

2)计算一致性比例。其中，C.R.=C.I./R.I.<0.1时，判断矩阵符合要求，否则应重新对判断矩阵予值。

2.1.5 根据各层指标的主观权重大小对各指标进行排序

2.2 离差最大化法计算各指标的客观权重

基于离差最大化思想的客观赋权法最初是由王应明在1998年提出，其基本思想是：对于某项指标而言，各方案得出的指标值差异越大，则该项指标对方案的决策起较大的作用，应赋予较大的权重系数，反之，应赋予较小的权重系数[9]。而对于数据来源方面，由于文中所建立的评价指标体系注重本质安全管理，指标多为不可量化的定性指标，指标值是结合模糊数学的理论思想，通过专家评测的方式得出，所以通过此种方法得出的数据较为客观并符合实际情况。

对于王应明提出的离差最大化算法步骤较为繁琐[10]，文中引用另外一种更为简洁明了的计算过程[11]，其给出的离差最大化客观赋权法的基本算法如下：

对于给定的n个指标，m位专家根据燃气公交企业实际情况进行打分，得到各项指标的指标值。

1)首先对xij进行规范化处理

(6)

2)计算方案j与其他方案的离差

i=1,2,…,n;j=1,2,…,m.

(7)

3)计算所有方案对其他各方案的离差

i=1,2,…,m.

(8)

4)计算得到各指标的客观权重系数

(9)

2.3 计算各指标的综合权重

(10)

3 多级模糊综合评价模型的建立

在进行权重系数的确定后，需要通过模糊综合评判法将定性评价转为定量评价，以确定所评价对象的安全等级。模糊综合评判法是以模糊数学隶属度理论为基础，将一些不易定量化、边界模糊的指标定量化，通过多层复合运算，最终得出多指标对象的安全等级[13]。多级模糊综合评判法的具体步骤如下：

3.1 确定评判指标集与评语集

1)建立评判指标集。建立由所有评价指标为元素组成的集合，燃气公交运营本质安全水平的指标集由驾驶员、车辆、外部环境和管理4个方面构成，记为B=(b1,b2,b3,b4)。驾驶员本质安全指标集记为C1=(c11,c12,c13)。车辆本质安全指标集记为C2=(c21,c22,c23)。外部环境本质安全指标集记为C3=(c31,c32,c33)。管理本质安全指标集记为C4=(c41,c42,c43)。

2)建立评判指标的评语集。对专业人员作出的评价结果，用适当的语言进行描述，根据实际情况确定评语集数量为5个，评判指标所有可能得到的评语组成的集合记为P=(p1,p2,…,p5)=(非常满意，满意，一般，不满意，非常不满意)。

3.2 权重集的确定

同一层次指标对上一层次指标的相对性权重系数组成的集合。准则层相对于目标层的权重集记为WB=(w1,w2,w3,w4)。指标层相对于准则层的权重集记为Wci=(w1,w2,…,wn)，其中i=1,2,3,4，…，n为每个准则层对应的指标层指标个数。

3.3 建立评判标准

对于评价对象建立的评判指标评语集赋予一定的数值，根据实际情况，将评判标准确定为V=(v1,v2,…,v5)=(90,80,70,60,50)，分值越高则表示企业安全运营水平越高，反之，安全水平越低。其中当分值在90～100内时，表示评价对象处于非常满意的安全水平，企业应当继续保持现状。当分值在80～90内时表示评价对象处于满意的安全水平，企业应需完善细节。当分值在70～80内时表示评价对象处于一般的安全水平，企业应注重发展。当分值在60～70内时表示评价对象处于不满意的安全水平，企业的运营存在问题，需要大力改革。当分值低于60时，表示评价对象处于非常不满意的安全水平，企业存在极大问题，应进行重建。

3.4 一级模糊评判

处于最底层的三级指标，能够决定上一层次中的二级指标。4个二级指标的单指标模糊评价分析如下：

1)建立评价指标模糊判别矩阵。dij表示第i个指标隶属于第j评价等级的专家数。建立的模糊判别矩阵为

(11)

2)计算模糊综合评判向量

Bci=Wci·R(rij)=(bci1,bci2,…,bci5).

(12)

3.5 二级模糊评判

若要对燃气公交运营本质安全作出总体评价，还需对下一级进行模糊评价分析。则评价体系总指标的单指标模糊评价分析如下：

1)以一级模糊评判得出的评判向量作为二级模糊评判的判别矩阵。即

2)计算模糊综合评判向量

(13)

3)计算各指标的安全评价得分值

M=B·VT.

(14)

4 实例验证

以哈尔滨市某客运有限责任公司为例，验证该综合评价指标体系的科学性、合理性及可靠性。该公司是哈尔滨市一家燃气公交企业，企业共有两条公交线路，共拥有68辆公交车辆。

4.1 层次分析法确定主观权重

采用调问卷的形式确定评价体系所需的判断矩阵，共5位专业人员参与调查，其中1份问卷进行一致性检验时不通过，此处不予考虑，其余4份问卷采用分别计算权重系数，再按照算术平均的方法进行处理。由于数据较多，文中只列出一致性检验及最后经算术平均的权重系数。最后的一致性检验计算结果如表2—表6所示。

表2 各准则层对目标的一致性检验

最后根据公式计算得出各评价指标的主观权重系数。

4.2 离差最大化法确定客观权重

考虑到本评价体系的性质，采用专家打分的形式得出决策矩阵，共有5位专家参与打分。专家打分结果如表7所示。

表3 各方案层对驾驶员本质安全的一致性检验

表4 各方案层对车辆本质安全的一致性检验

表5 各方案层对外部环境本质安全的一致性检验

表6 各方案层对管理本质安全的一致性检验

表7 各专家对各指标的决策矩阵

1)首先对决策矩阵按照式(6)进行规范化处理,得到矩阵R(zij)nm，如表8所示。

表8 进行规范化处理的决策矩阵

2)根据式(7)计算某一方案对其余方案的离差Vij，结果如表9所示。

3)根据式(8)计算所有方案对其余方案的离差Vi，结果如表9所示。

表9 各方案与其余方案的离差

4)根据式(9)计算出各指标的客观权重系数，结果如表10所示。

4.3 确定综合权重

表10 各指标的相对权重系数及层次总排序

4.4 模糊综合评判模型的应用

4.4.1 一级模糊综合评判

1)确定模糊综合评判判断矩阵。共50名专业人员参与评价，根据式(11)对评价结果进行归一化处理,得到判别矩阵Rrij,一级模糊综合评判的判别矩阵为

2)根据式(12)确定模糊综合评判向量，具体计算结果为

BC1=(0.273，0.360,0.202,0.107,0.058),

BC2=(0.278，0.263，0.254，0.156，0.049)，

BC3=(0.121，0.355，0.245，0.201，0.078)，

BC4=(0.174，0.365，0.180，0.186,0.095).

4.4.2 二级模糊综合评判

1)二级模糊综合评判的判别矩阵如下：

R(bcij)=(BC1,BC2,BC3,BC4,BC5)T=

2)根据式(13)确定模糊综合评判向量,即

BB=(0.605,0.222,0.086,0.087)·

R(bcij)=(0.252,0.338,0.216,0.133,0.061).

3)根据式(14)计算燃气公交企业安全水平综合评价得分值，即

MB=(0.252,0.338,0.216,0.133,0.061)·

同理可得，驾驶员本质安全评价得分值MC1=76.83；车辆本质安全评价得分值MC2=75.65；外部环境本质安全评价得分值MC3=72.40；管理本质安全评价得分值MC4=73.35。

5 结论

1)由相对权重系数计算结果可知，层次分析法与离差最大化法计算出的权重系数存在一定差异。从主观权重可以看出，各指标间的权重系数存在非常大的差异，根据实际情况可以判断这种结果受到较大的主观因素影响。但由于客观赋权法也存在一定的弊端，导致对于同一指标体系的不同样本，其确定的权重系数结果也可能存在较大差异。最后，通过合成算法得出的综合权重更加科学合理、符合实际情况，可为燃气公交企业进行安全评价提供参考的结论。

2)采用多级模糊综合评判，对燃气公交企业运营本质安全水平进行定量评价，最终得到企业运营安全综合评价得分值为75.88，属于“一般”安全水平，而且其四项准则层指标评价得分值均处于“一般”等级，故该企业应当注重发展、不断完善自身。

参考文献：

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