基于改进FAHP法的铁路应急预案评价研究

汤兆平，刘 欢，孙剑萍

(1.华东交通大学 信息工程学院， 江西 南昌 330013；2.华东交通大学 轨道交通学院，江西 南昌 330013)

基于改进FAHP法的铁路应急预案评价研究

汤兆平1，刘 欢2，孙剑萍2

(1.华东交通大学 信息工程学院， 江西 南昌 330013；2.华东交通大学 轨道交通学院，江西 南昌 330013)

运用改进的模糊层次分析法，对铁路应急预案质量状况进行了评价研究。在分析铁路应急预案现有研究的基础上，结合实地走访调查，从预案全面性、实用性、可操作性、可扩展性的角度出发，通过聚类分析，设计了包括4个一级指标，13个二级指标的评价指标体系。运用模糊层次分析法理论，以0.1～0.9的9级标度法为基础，提出一种“二次标度转换”的方法，获得更为公正准确的指标权重，并构建了铁路应急预案模糊综合评价模型。以某铁路局专项应急预案为例，进行了预案评价的实证分析，并提出了具有针对性的建议，指导应急预案的改进、调整。

交通运输工程；铁路运输；应急预案评价；标度转换；改进模糊层次分析法；实证分析

0 引 言

在现代铁路安全管理中，通常将铁路运输安全划分为4个阶段：事前预防，事发应对，事中处置和事后处理[1]，同时坚持“预防为主，安全第一”的原则。铁路应急预案作为事前预防阶段的安全管理机制，针对铁路各类危险源和各种可能发生的事故，事先制定应急方针政策、方法策略及处置方案等，它对于保障铁路运输安全，维持铁路正常运输秩序具有十分重要的作用[2]。铁路应急预案评价是针对应急预案的质量状况，包括编制质量、实施过程、预期效果等进行总体评估，通过评估形成反馈，提出具有针对性的建议，指导应急预案的改进、调整，从而更好地满足铁路安全管理的需求。

薛元杰等[3]对国内外突发事件应急预案进行了综合分析，提出重点对预案的充分性、可行性、完整性、可接受性、符合性等方面进行评估，并举例具体描述了评估过程；祝凌曦等[4]针对铁路应急预案评价指标体系多输入、多输出的特点，提出基于改进数据包络分析法的铁路应急预案绩效评价方法，并结合青藏铁路应急预案实例进行了评价研究；邢鑫鑫[5]从铁路应急预案的内容、体系、流程3个方面出发，构建了一个3级铁路应急预案评价指标体系，并分别应用神经网络法、模糊评价法、遗传算法3种方法，对铁路应急预案进行了评价研究；程谦[6]从完整性、合理性、有效性、经济性4个方面，构建了影响预案编制质量的指标体系，并运用层次分析法建立了高铁应急预案编制质量评价模型。

目前在铁路应急预案评价研究中，主要集中在指标体系和评估模型的构建，采用的方法有数据包 络分析法、神经网络法、遗传算法、层次分析法、模糊评价法等。评价方法较为单一，且定性评价研究较多，难以将预案质量状况准确量化，因此，笔者采用层次分析法和模糊评估理论相结合的综合评价方法——模糊层次分析法(FAHP)。由于综合了层次分析法和模糊数学的优点，故它在处理难以完全用定量方法分析的复杂问题上具有显著优势。且笔者针对指标权重难以合理确定的问题，对模糊层次分析法进行了改进，提出一种基于改进FAHP法的铁路应急预案综合评估模型。模型采用-4～4标度作为“二次标度转换”的中间量，对模糊层次分析法的矩阵标度进行改进，更加科学地确定指标权重系数，减少主观不确定性因素的影响，提高评价结果的准确性，对铁路应急预案质量状况进行全面科学的评估，并结合某局某专项应急预案进行实证分析。

1 铁路应急预案评价指标体系设计

应急预案评价指标体系是由影响铁路应急预案的相互联系、相互制约的因素所构成的有机整体，是进行铁路应急预案评价工作的基础。评价指标选取的科学与否，指标体系构建的合理与否，都会在很大程度上影响应急预案评价结果的精度。分析已有铁路应急预案评价研究可知，评价指标体系多从预案全面性、预案可操作性、预案经济性和预案可拓展性等方面进行设计，而作为事前预防阶段的预案实用性却很少被考虑。

通过对某局应急预案实际状况的调研、分析，结合已有应急预案评价研究资料，参考学者在应急预案评价指标体系方面的研究成果[5-6]，从全面性、实用性、可操作性、可扩展性4个角度出发，广泛选取评价指标因子。利用聚类法对评价指标因子进行分析并归类，通过计算每类指标因子与同类其他指标因子的相关系数均数，确定资源调配的快速性等16个评价指标因子，并以此构建了铁路应急预案综合评价指标体系。该指标体系设计了4个一级指标，每个一级指标下设若干个不同的二级指标，如图1。

2 基于改进模糊层次分析法的评价模型构建

传统的层次分析法在对指标权重赋值时，通常采用1～9标度法，在实际操作中往往带有很强的主观性，并且需要对判断矩阵进行一致性检验，需要构造大量的判断矩阵，大大增加了实际计算量和决策的复杂度[7]。笔者运用改进的模糊层次分析法进行分析、解决问题，采用0.1～0.9的9级标度法对指标权重进行标度，由模糊互补判断矩阵构造得到的模糊一致判断矩阵满足一致性条件，不需要进行一致性检验，计算量小且方法容易掌握。在准则层向指标层进行层次展开时，采用隶属度函数和模糊加权变换法，充分考虑到各种因素的共同作用，更好地体现了评价的科学性。同时针对传统方法直接将专家意见数据构造成模糊互补判断矩阵，可能存在数据异常的问题，提出一种二次标度转换的方法，实现对专家意见数据的转换处理，获得更为准确公正的指标权重。

2.1 模糊层次分析法的改进

定义新的-4～4标度与0.1～0.9标度一一对应，作为二次标度转换的中间量，实现专家意见数据的转换处理，两种标度对应关系如表1。

表1 对应标度转换

具体实施步骤为：将初始判断矩阵中的元素按照标度对应关系，依次转换为-4～4标度元素，得到多个-4～4标度判断矩阵，按照Grubbs检验准则，计算对应矩阵元素的残差绝对值与标准差的比值，如式(1)：

(1)

下面举例说明二次标度转换法对模糊层次分析法的改进过程和效果。

假设针对某问题的一级指标(下属3个二级指标)，有4位专家(分别为A,B,C,D)打分，得到4个0.1～0.9标度的初始判断矩阵：

按照标度对应关系，将它们转化为-4～4标度判断矩阵，由于转换后的矩阵元素沿对角线具有互反性，故只对各矩阵上三角元素值x12，x13，x23进行判定，判定之前的数据处理见表2。

表2 元素数据处理

2.2 建立递阶层次结构模型

根据应急预案评价指标体系的设计，将应急预案的评价划分为3个层次，建立相应的递阶层次结 构模型[8]。最上层为目标层，表示为目标层A={铁路应急预案评价}，中间层为准则层B，最底层为指标层C。其中，准则层B共有4个一级指标，构成一级指标因素类集，即U={u1,u2,u3,u4}={预案全面性，预案实用性，预案可操作性，预案可拓展性}；指标层的13个二级指标，隶属于4个不同的一级指标，分别构成4个二级指标因素集。

2.3 评价集的确定

表3 铁路应急预案评价级度设计

2.4 指标权重的确定

根据评价指标体系，设计调查问卷，邀请5位专家评价，通过数据整理，分别得到准则层和目标层的模糊互补判断矩阵，再进行一致性推导，得到模糊一致判断矩阵。为了方便描述分析，以一级指标因素预案全面性u1为例，包括3个二级指标。具体的指标权重确定过程如下：

1)首先由调查问卷整理得到专家对于所有元素的赋值，得到5个0.1～0.9标度初始判断矩阵，用X表示初始判断矩阵，xij表示因素的重要度，s表示某个调查问卷，则有

(2)

式中：s=1,2,…,5；i=1,2,3；j=1,2,3。

(3)

(4)

3 实证分析

某铁路局专项应急预案是为预防与处置局内突发铁路交通事故，以原铁道部应急预案为基础，参考其编制思想和流程，并结合该局实际特点进行编制，于2011年8月在全局范围内印发。该专项应急预案坚持以人为本，预防为主，以最大限度地减少人员伤亡、财产损失和公共安全影响，及时有效地处置铁路交通事故，尽早恢复铁路运输正常秩序为原则。以此专项应急预案为评价对象，运用改进模糊层次分析法对其进行实证分析。

3.1 建立单因素评价矩阵

根据设计的评价指标体系和评价等级，制定指标层各因素的调查问卷，选取40位该铁路局与铁路交通事故救援有关的各部门、各工种的工作人员，按照优秀、良好、合格、不合格4个评价等级，分别对各个二级指标进行评价，评分结果统计整理如表4。

表4 铁路应急预案二级指标调查统计

(续表4)

二级指标uii评价集V优秀良好合格不合格演练培训的明确性u23161842资源配置的合理性u31515137物资调配的快速性u32316138现场处置的协同性u33713164保障措施的有力性u34181921事故分析的反馈性u41181750相似预案的类比性u42141592预案更新的及时性u431011163

根据评价集对应的模糊集U(V)=[μ(v1),μ(v2),…,μ(vn)]，对评价结果进行归一化处理，即用评价等级人数的比例来表述以上评价结果，得到每个指标评价等级vi对应的模糊隶属度μ(vi)，并将各二级指标因素的μ(vi)构造成单因素评价矩阵。具体评价矩阵如下：

3.2 权重向量的计算

整理前面5位铁路应急预案研究专家的调查问卷，得到一级指标u1下的3个二级指标u11，u12，u13构成的5个模糊互补判断矩阵：

根据2.1描述的方法和步骤，得到合成模糊互补判断矩阵为

并构造模糊一致判断矩阵为

3.3 模糊综合评价

单因素评判向量计算公式[10]为

Di=Wi×Ri

(5)

式中：Wi为一级指标权重因素i下的二级指标权重向量；Ri为一级指标权重因素i下的二级指标评价矩阵。

由式(5)分别计算单因素评判向量D1，D2，D3，D4，通过D=(Di)的组合构造，得到单因素评判矩阵：

因素集评判向量为

F=E×V′=78.20

通过对某铁路局专项应急预案的模糊综合评价，得到78.20分的模糊综合评价分值，根据之前设计的评价等级隶属范围，可知该专项应急预案属于“良好”等级。

由以上评价分析结果可知：

1)该专项应急预案总体状况良好。对于4个一级指标，评价最高的是预案实用性84.38分，这与本专项应急预案针对性强，是专门针对铁路交通事故这一类铁路突发事件有关。其次是预案可拓展性80.39分，预案全面性和预案可操作性得分较低，分别为75.73分和72.35分，说明在该预案编制时，没有充分考虑各个方面的因素，预案整体性把握较差，缺乏实际可操作性。

2)对于该指标体系的13个二级指标，评价得 分最高的为突发事件设想的针对性88.10分，评分接近优秀等级；较高的有事故分析的反馈性85.98分，保障措施的有力性85.80分，演练培训的明确性83.10分，应当在以上方面继续巩固和保持。评价得分最低的是物资调配的快速性67.70分，较低的有资源配置的合理性69.65分，救援方案的完备性72.10分，现场处置的协同性73.08分，应该在这些方面采取相应措施进行加强和提高。适当加强资源配置和救援调度方面的研究，并提高铁路和地方，各铁路局之间的救援协同能力。

4 结 语

在对应急预案实地调查分析的基础上，设计了较为完整科学的铁路应急预案评价指标体系。综合运用改进的层次分析法和模糊数学理论，提出一种“二次标度转换”的方法，对传统的指标权重的确定方法进行优化改进，结合铁路应急预案的特点，构建铁路应急预案模糊层次评价模型。针对某铁路局专项应急预案，阐明了模糊综合评价过程及计算方法，并对评价结果进行了简要分析。研究成果对于保障铁路运输安全具有一定的参考价值和现实意义。

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Evaluation of Railway Emergency Plans Based on Improved Fuzzy Analytic Hierarchy Process

TANG Zhaoping1, LIU Huan2, SUN Jianping2

(1. School of Information Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, P.R.China; 2. School of Railway Tracks and Transportation, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, Jiangxi, P.R.China)

Improved fuzzy analytic hierarchy process was used to evaluate the quality conditions of railway emergency plans. Based on the analysis of railway emergency plan in current research and combining with the field investigation, an evaluation index system consisting of 4 first-level indicators and 13 secondary indicators was designed by the method of clustering analysis, from the perspective of comprehensiveness, practicality, operability and scalability of the plan. Using the theory of fuzzy analytic hierarchy process and the 0.1 ～ 0.9 nine scaling method, a method of “twice scale conversion” was proposed to get the more fair and accurate index weight, and a fuzzy comprehensive evaluation model of railway emergency plan was also established. Taking a special emergency plan of one railway bureau for example, empirical analysis was carried out and some corresponding suggestions were proposed for the improvement and adjustment of the emergency plan.

traffic and transportation engineering; railway transportation; evaluation of emergency plans; scale conversion; improved fuzzy analytic hierarchy process; empirical analysis

2015-12-22；

2016-04-07

江西省科技厅软科学重点基金项目(20161BBA10012)；江西省教育厅2015年度科技项目(GJJYB15014)

汤兆平(1970—)，男，江苏常州人，教授，主要从事交通运输规划与管理方面的研究。E-mail: tzp@ecjtu.jx.cn。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.06.27

U298.6

A

1674-0696(2016)06-131-05