基于灰色多層次的高速鐵路列車(chē)運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)研究

仇前程　呂從高

【摘 要】本文闡述了高速鐵路動(dòng)態(tài)性能的內(nèi)涵以及研究方法，基于列車(chē)運(yùn)行圖仿真技術(shù)，引入了7個(gè)運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并詳細(xì)介紹了每個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方法。為了區(qū)別各指標(biāo)的重要程度，運(yùn)用灰色多層次方法評(píng)價(jià)兩兩指標(biāo)相對(duì)于準(zhǔn)則層、兩兩準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的重要程度，構(gòu)建了灰數(shù)判斷矩陣，最終得到各指標(biāo)對(duì)于動(dòng)態(tài)性能的權(quán)重。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路；多層次評(píng)價(jià)；動(dòng)態(tài)性能；灰色評(píng)價(jià)

0 引言

目前，我國(guó)關(guān)于高速鐵路列車(chē)運(yùn)行圖評(píng)價(jià)的研究可以分為兩個(gè)方面，即列車(chē)運(yùn)行圖的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。一方面，列車(chē)運(yùn)行圖靜態(tài)性能評(píng)價(jià)主要從列車(chē)運(yùn)行、列車(chē)乘務(wù)組安排、機(jī)車(chē)運(yùn)用和旅客服務(wù)質(zhì)量等方面進(jìn)行設(shè)置指標(biāo)，這些指標(biāo)主要是在列車(chē)運(yùn)行圖編制完成后通過(guò)直接查定運(yùn)行圖來(lái)獲取的。另一方面，列車(chē)運(yùn)行圖的動(dòng)態(tài)性能是指列車(chē)運(yùn)行圖在實(shí)施過(guò)程中承受各種隨機(jī)因素?cái)_動(dòng)的能力，即當(dāng)列車(chē)運(yùn)行偏離基本計(jì)劃時(shí)，根據(jù)列車(chē)調(diào)度人員的調(diào)整措施，列車(chē)運(yùn)行圖憑借其計(jì)劃無(wú)效能力向執(zhí)行有效能力的轉(zhuǎn)化，使列車(chē)恢復(fù)按圖行車(chē)或減少偏離的能力[1]。由于在運(yùn)行圖實(shí)施過(guò)程中計(jì)劃無(wú)效能力向執(zhí)行有效能力轉(zhuǎn)化的邏輯關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，而且調(diào)度人員的處理方法也不盡相同，因此現(xiàn)在還無(wú)法用分析的方法來(lái)解決動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算問(wèn)題。因此，需借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行實(shí)績(jī)的仿真獲取相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

1 高速鐵路運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)高速鐵路運(yùn)行仿真做了大量的研究[2-3]，也已經(jīng)設(shè)計(jì)了鐵路運(yùn)行圖仿真評(píng)估系統(tǒng)?；诜抡婕夹g(shù)，本文設(shè)置了如下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。

1.1 列車(chē)平均晚點(diǎn)列數(shù)

如果某一列車(chē)的實(shí)際區(qū)段到達(dá)時(shí)間tis晚于圖定到達(dá)時(shí)間ti，那么就認(rèn)為該列車(chē)是晚點(diǎn)列車(chē)，列車(chē)i是否晚點(diǎn)的邏輯變量為tis-ti>0，則ρi為1，否則為0。

1.2 列車(chē)平均延誤系數(shù)

通過(guò)一張運(yùn)行圖內(nèi)所有高速鐵路列車(chē)在區(qū)段終到站的實(shí)際與圖定到達(dá)時(shí)刻tis、ti，可以求得每次列車(chē)的實(shí)際延誤時(shí)間tis-ti，由于考慮列車(chē)旅行時(shí)間的不同，定義實(shí)際總延誤時(shí)間與圖定總旅行時(shí)間T的比值為列車(chē)平均延誤系數(shù)。

1.3 列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)度

列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)度的定義為列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)時(shí)間與列車(chē)初始晚點(diǎn)時(shí)間Tc的比值，列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)度可以衡量列車(chē)運(yùn)行圖對(duì)干擾的吸收效果，晚點(diǎn)恢復(fù)度越高，說(shuō)明運(yùn)行圖抗干擾能力越強(qiáng)，運(yùn)行圖的動(dòng)態(tài)性能也越好。

1.4 全圖非圖定額外停站次數(shù)

非圖定額外停站是指列車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因產(chǎn)生的，在原有運(yùn)行圖不規(guī)定停車(chē)的車(chē)站而發(fā)生的停站。非圖定額外停站作業(yè)打破了原有列車(chē)運(yùn)行圖的運(yùn)輸組織工作順序，通過(guò)鐵路調(diào)度人員的人為干預(yù)，從而改變了原有運(yùn)行圖的結(jié)構(gòu)，一般情況下，非圖定額外停站次數(shù)越少，列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃的動(dòng)態(tài)性能越好。

1.5 緩沖時(shí)間利用率

緩沖時(shí)間的利用率表示列車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程對(duì)預(yù)留的緩沖時(shí)間的利用程度。一般來(lái)說(shuō)，列車(chē)運(yùn)行圖的緩沖時(shí)間越多，列車(chē)的動(dòng)態(tài)性能越好。列車(chē)i在車(chē)站p的緩沖時(shí)間利用率可表示為：

1.7 列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)鋪畫(huà)

在一張列車(chē)運(yùn)行圖中，如果一輛列車(chē)與其后續(xù)列車(chē)是緊湊鋪畫(huà)的，相鄰列車(chē)間無(wú)緩沖時(shí)間或緩沖時(shí)間很小，一旦該列車(chē)運(yùn)行晚點(diǎn)，必然會(huì)引起相鄰后續(xù)列車(chē)晚點(diǎn)，這樣的列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)稱(chēng)為列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)[4]?？梢杂?jì)算列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)的晚點(diǎn)度即列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)的晚點(diǎn)列車(chē)數(shù)與列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)的總列車(chē)數(shù)的比值，作為衡量運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)之一，列車(chē)關(guān)鍵運(yùn)行線(xiàn)晚點(diǎn)度越低，說(shuō)明運(yùn)行計(jì)劃抵抗干擾的能力越強(qiáng)，其動(dòng)態(tài)性能也就越好。

2 基于灰色多層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

建立了均可以量化處理的運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)體系，然后采用群體灰色層次分析法確定以上各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，即通過(guò)對(duì)比兩兩指標(biāo)重要性，構(gòu)建以區(qū)間灰數(shù)的形式給出的指標(biāo)判斷矩陣，然后通過(guò)區(qū)間灰數(shù)白化處理，指標(biāo)間層次分析與決策，得到各指標(biāo)的權(quán)重。

其評(píng)價(jià)步驟如下：

Step1建立動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。

構(gòu)建包括目標(biāo)層G、準(zhǔn)則層C和指標(biāo)層P的評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

Step2構(gòu)建指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的每個(gè)專(zhuān)家的灰數(shù)判斷矩陣X（k）。

若有s位專(zhuān)家參與評(píng)價(jià)過(guò)程，每位專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)層各因素關(guān)于準(zhǔn)則層的重要性進(jìn)行兩兩對(duì)比，在專(zhuān)家打分時(shí)，給出的是一個(gè)重要性取值區(qū)間，構(gòu)建每個(gè)專(zhuān)家的灰數(shù)判斷矩陣X（k）=（xijk）n×n式中xii（k）=1；xij（k）×xji（k）=1，其中xij（k）∈[xijkmin，xijkmax]為指標(biāo)層中第i個(gè)元素和第j個(gè)元素相比對(duì)于目標(biāo)層重要程度的比值。

Step5指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的層次單排序。

求出灰數(shù)判斷矩陣X最大特征值λmax，然后使用對(duì)應(yīng)的特征方程X′W=λmaxW解出相應(yīng)的特征向量W，再進(jìn)行歸一化，即為指標(biāo)層各因素相對(duì)于準(zhǔn)則層的重要性權(quán)重。

Step6一致性檢驗(yàn)。

用λmax-r度量X′中個(gè)元素的估計(jì)一致性，為此引入一致性指標(biāo)CI，一致性隨機(jī)指標(biāo)RI以及一致性比率CR。當(dāng)CR<0.1時(shí)，X′的不一致性可以接受，否則需要調(diào)整判斷矩陣。

Step7 根據(jù)Step2-6，構(gòu)建準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的每個(gè)專(zhuān)家的灰數(shù)判斷矩陣Y（k），灰數(shù)判斷矩陣Y及白化矩陣Y，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和層次單排序，確定準(zhǔn)則層各因素相對(duì)于目標(biāo)層的重要性權(quán)重。

Step8層次總排序。

為計(jì)算總層次排序需先計(jì)算判斷矩陣X′以及Y′的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，則層次總排序， 即各指標(biāo)權(quán)重分別為：

3 結(jié)束

本文建立了包括7個(gè)可以量化處理的指標(biāo)的運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)體系，運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)成熟的灰色層次分析法，來(lái)確定各指標(biāo)的權(quán)重，這樣就可以量化分析運(yùn)行圖的動(dòng)態(tài)性能，具有一定的實(shí)用意義。然而，在灰色層次分析法，通過(guò)專(zhuān)家對(duì)比兩指標(biāo)相對(duì)于準(zhǔn)則的重要性，建立評(píng)價(jià)判斷矩陣，具有一定的主觀性。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]孟令云.客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)列車(chē)運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)性能及其仿真評(píng)估系統(tǒng)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[3]楊肇夏，胡安洲，李菊.列車(chē)晚點(diǎn)傳播模擬系統(tǒng)[J].鐵道學(xué)報(bào)，1995（02）：17-02.

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[責(zé)任編輯：薛俊歌]