基于层次分析法和熵值法的城市轨道交通车站安全评价＊

潘丽莎 陈 龙 刘 兰 陈 波 秦 勇

（1.广州市地下铁道总公司，510380，广州；2.北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，100044，北京∥第一作者，高级工程师）

城市轨道交通具有运营专业性强、技术设备复杂、客流量大等特点，若发生安全事故，将会造成大量的人员伤亡和财产损失。因此，采用安全态势感知技术对车站的安全状态进行综合评价，以客观反映城市轨道交通车站的安全状况，对确保车站的安全运营具有重要意义。

近年来，国内对态势感知在交通领域的应用进行了一些研究，文献［1］结合Elman神经网络和BP神经网络进行民航安全态势评估，为决策者提供民航安全态势和未来趋势；文献［2］提出基于多维联系数的城市交通安全态势监控模型，得到了城市轨道交通安全态势综合监控值；文献［3］提出了基于因果图、隐马尔科夫链和支持向量机等三种方法，实现对城市轨道交通系统的安全态势感知；文献［4］针对区域公路网构建了安全态势获取、态势理解和态势预测三个层次的安全态势评价研究框架，以评价公路网交通安全状况。

本文以某地铁车站为研究对象，根据车站安全态势影响因素构建安全态势评价指标体系，利用熵值法和层次分析法构建安全态势评价模型，从而得到车站安全态势值并进行安全等级划分，以综合反映车站的安全态势状况。

1 车站安全态势评价指标体系

1.1 备选评价指标集的确定

城市轨道交通车站安全态势备选评价指标集包含对乘客出行安全影响较大的关键因素，通过对某地铁车站的调研可知，城市轨道交通车站安全态势变化是由人、设备、环境和管理4个因素［5］及其相互之间作用、相互影响造成的。对这4个因素进行分析，结合指标体系建立的原则，初步确定了安全态势评价指标体系的备选评价指标集为：

1）人的因素备选评价指标集＝｛乘客、工作人员、客流｝；

2）设备因素备选评价指标集＝｛列车、通过型设施设备（通道、楼梯等）、环控系统、综合监控系统、电梯系统、火灾自动报警系统、自动售检票系统、车门和站台屏蔽门｝；

3）环境因素备选评价指标集＝｛站内乘候车环境、外部环境｝；

4）管理因素备选评价指标集＝｛安全管理、规章制度、事故救援、应急能力｝。

1.2 评价指标体系的建立

从城市轨道交通车站安全的基本内涵出发，参考上述的备选指标集，建立城市轨道交通车站安全态势评价指标体系如下：

1）以车站安全态势为目标层；

2）以人的因素、设备因素、环境因素和管理因素为准则层；

3）以站台客流拥挤度、火灾自动报警系统报警指数、电梯系统安全指数、安全管理分值、站内综合环境指数等12个安全评价指标作为指标层。

城市轨道交通车站安全态势评价指标体系，见图1所示。

2 车站安全态势评价

2.1 评价方法的选择

车站安全态势评价中，指标权重的精确度和科学性直接决定了安全态势评价结果的准确性。从目前的研究看，对于权重的确定，可以分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法根据专家的经验主观判断确定，主要有 Delphi 法、AHP（层次分析）法等［6］；客观赋权法根据评价指标的实际数据由EVM（熵值法）、PCA 法、灰色关联分析法［7］等来确定。不同的方法有各自的适用范围和优缺点，其中AHP法对各指标之间的重要程度的分析更具逻辑性，可信度较大，但对各指标之间相对重要程度的判断具有主观性。为此，本文采用将AHP 法与熵值法相结合的方法，充分利用了客观评价（熵值法）和主观评价（AHP法）的优点。

2.2 评价模型

为准确评价车站安全状况，首先要构建车站安全态势评价模型。以下按标准化、计算熵值，用AHP方法对方案进行评价，通过三个步骤构建评价模型。

图1 城市轨道交通车站安全态势评价指标体系

2.2.1 标准化

设某目标层的一级指标为xi、二级指标为xi，j，其中：i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n。则有判断矩阵

计算第j项指标下第i个方案所占指标的比重：

则可得决策矩阵为：

2.2.2 计算熵值

计算第j列指标下的熵值为

其中，j＝1，2，…，n，k＝1／lnm。由式（2）可知，0≤Ej≤1，则每个Ej指标的偏差度为：

则指标xi的权值为：

可得权值向量为：

2.2.3 用AHP法对方案进行评价

根据前面的计算结果，得到各方案对应某个一级指标的权重向量为：

由式（4）可得各方案对应各个一级指标的权值矩阵为：

对m个一级指标进行两两比较，构造AHP的判断矩阵，并对判断矩阵进行一致性检验，可以得出各一级指标权重向量为ωAHP＝（γ1，γ2，…，γk）T，各方案的总权重向量为：

依据总权重的大小计算安全态势值，并根据安全态势值进行安全等级划分，以综合评价车站的安全状况。

3 实例分析

本文选择具有代表性的某地铁车站作为研究对象，根据评价指标体系中各指标对于数据的要求，获取车站2011年全年共365组数据，并对原始数据进行归一化处理。

3.1 车站准则层的权重

如图1所示，目标层为车站安全态势，准则层（一级指标）为人的因素、设备因素、环境因素和管理因素；指标层（二级指标）为12个指标。针对准则层的人的因素、设备因素、环境因素、管理因素采用熵值法计算对应的权重，分别见图2～图5。

图2 人的因素的权重

图3 设备因素的权重

图4 环境因素的权重

图5 管理因素的权重

3.2 车站安全态势评价

根据专家经验对准则层4 个因素的人的因素B1、设备因素B2、环境因素B3和管理因素B4进行两两比较［8］，构造判断矩阵A，见表1。

由表1计算出判断矩阵的最大特征值为λmax＝4.0734，其对应的特征向量为ωAHP＝（0.423 0.104 0.051 0.423）T，一致性指标为0.025，随机一致性指标为0.89；则计算出一致性比率为0.027 5＜0.1，通过一致性检验。根据式（6）可以计算出车站安全态势的权重，见图6所示。

表1 判断矩阵A

图6 车站的安全态势权重

根据专家经验，对车站安全态势权重进行标准化处理，得车站安全态势值，见图7所示。

图7 车站的安全态势值

为了更加直观、科学合理地评价车站的安全态势，将城市轨道交通车站安全态势值作为界定安全等级的依据。按照有关专家建议和文献［9］，本文将城市轨道交通车站安全态势划分为五级，得到安全等级界定的区间值，见表2所示。

表2 城市轨道交通车站安全态势等级界定

根据某地铁车站2011年全年安全态势值分布情况和表2可得该车站的安全等级状况，见表3所示。

表3 某地铁车站2011年安全态势等级状况表

由表3和图7可以看出某地铁车站一年的安全状况：2011年中有60 d安全处于一级，其中3月24日、6月19日和6月26日安全态势值大于0.9，乘客出行安全快捷；有237 d处于低风险的二级，说明车站运转良好，乘客有一个较为安全的乘候车环境；有68 d处于中风险的三级，需要加强车站管理，采取防控措施，以确保乘客出行安全和车站运营安全，其中9 d安全态势值分布在0.4～0.5范围内，存在较大的安全风险，其主要分布在春节前、元旦、五一和十一期间，这段时间内因车站客流量较大、通过型设备的负荷过高、乘客违章出行及发生客伤事件等情况，建议车站工作人员应该加强客流疏导、加强设备巡检力度和乘客安全教育工作，以降低安全隐患。

4 结语

本文将层次分析法和熵值法应用到城市轨道交通车站的安全态势评价，构建车站安全态势评价指标体系，获得准则层和目标层各指标的权重，最终得到车站安全态势值并进行安全等级划分。结果表明，用此方法能够准确地评价轨道交通车站的安全态势，并为车站安全态势预测奠定了基础。

［1］欧韬，周长春.基于神经网络的民航安全态势评价模型及仿真［J］.中国安全生产科学技术，2011（2）：34.

［2］胡启洲，吴娟.基于多维联系树的城市交通安全态势监控模型［J］.中国安全生产科学技术，2011（10）：16.

［3］范汇川.轨道交通安全态势感知研究［D］.北京：北京交通大学，2011.

［4］牛建峰，丛浩哲，王俊骅.区域公路网交通安全态势评估关键技术的探讨［J］.上海公路，2009（3）：54.

［5］施毓凤，杨晟，孙力彤.城市轨道交通的安全管理问题［J］.城市轨道交通研究，2003（2）：26.

［6］宋光兴，杨德礼.基于决策者偏好及赋权法一致性的组合赋权法［J］.系统工程与电子技术，2004（9）：1226.

［7］Oliveira L B d， Camponogara E. Multi－agent model predictive control of signaling split in urban traffic network［J］.Transportation Research Part C，2010（1）：120.

［8］李铭辉.我国地铁运营安全评价体系研究［D］.北京：北京交通大学，2007.

［9］胡启洲，王海涌，刘英舜.道路交通安全态势监控的测定方法［M］.北京：科学出版社，2012.