军事专用铁道线路综合质量评价方法

罗　翔，喻文波，张贺岩，栾天翔

(1.63607部队，甘肃 酒泉 732750； 2.驻上海铁路局军代处 徐州军代处，江苏 徐州 221003)



军事专用铁道线路综合质量评价方法

罗翔1，喻文波1，张贺岩1，栾天翔2

(1.63607部队，甘肃 酒泉 732750； 2.驻上海铁路局军代处 徐州军代处，江苏 徐州 221003)

针对军事专用铁道线路质量评价的现状和特点，分析了现有评价方法的不足，提出了线路综合质量评价指标体系及具体的指标量化方法，构建了线路综合质量评价直觉模糊推理模型，实现了评价结论的输出，同时阐明了评价方法的应用手段、作用和意义。

军事专用铁道；综合质量评价；直觉模糊推理

目前，军事专用铁道线路设备质量状态的评价主要通过线路质量检查来实现。一方面，利用轨检车进行动态检测，输出TQI或T值对线路实施评价；另一方面，利用人工静态检查，根据线路设备评分标准对线路实施评价。由于军事专用铁道在使用、管理、维修和保养方面的特殊性，使得现有线路设备质量状态评价方法在评价军事专用铁道上存在着一定的不适应性，评价缺乏针对性和全面性。如何在线路设备质量状态评价方法上进行改进，提高评价的准确性、合理性、针对性，以更好地指导工务维修，确保军事专用铁道的安全、可靠运输，是目前急需解决的问题。

1　现有评价方法存在的不足

1.1人工检查评价的不足

人工检查是根据《线路设备状态评定标准》对各类线路设备的技术状态进行全面的评定，它是一种静态检查手段，反映出线路在静态条件下的质量状态。人工检查主要依靠人力来实现，在检查中不免存在遗漏和疏忽，人为因素干扰明显，影响评价的客观性和全面性；另外，人工检查的评定结果只能反映出静态条件下的线路设备状态，线路设备的动态质量数据无法获取，评价结果存在着一定的局限性。

1.2TQI指标评价的不足

TQI(track quality index)是评价轨道不平顺程度的质量指数，反映出轨道状态的离散程度和平顺程度，是一种采用数学统计方法描述区段轨道整体动态质量状态的综合指数和评价方法，对单一幅值扣分评判轨道质量方法起到补充作用。但是，TQI只对左高低、右高低、左轨向、右轨向、水平、轨距和三角坑7个轨道几何形位状态进行综合评价，对钢轨、轨枕、道岔、路基、道床、连结零件及附属设施等线路设备状态未进行评价，不能全面地反映线路设备的质量状态[1]；同时，TQI仅针对各项轨道几何形位偏差进行标准差的叠加计算，对多种偏差形成的联合作用，及横向加速度、垂向加速度、带车通体横向加速度超限等问题对线路设备质量的影响未考虑。

1.3评价理论体系不完善

铁路线路质量现有的评价方法基本针对线路的某一方面进行评价，只能评价出线路的局部质量和部分状态，缺乏综合性和系统性。评价理论处于离散和分散状态，线路的部分质量状态只能依靠传统的人工打分方法来实现，在一定程度上，评价的理论性和操作性还不强，尚未形成线路质量完整的评价体系。特别是军事专用铁道的线路设备整体处于落后状态，维修保养主要依靠人工作业，主要通过峰值管理的手段对超限或扣分地段予以重点通报，以统计的扣分数值大小来评价线路状态，现有的评价理论缺乏一定的针对性。

2　综合质量评价指标的建立

军事专用铁道综合质量的评价必须基于线路设施设备的现状，同时能够综合反映子线路的综合质量状态。因此，需要建立一个线路质量综合评价指标体系，使之既能反映静态条件下线路质量现状，又能反映动态条件下线路技术状况；同时，能够全面综合地反映线路的各类超限问题和各项设施设备技术状态。

2.1评价指标

线路质量综合评价指数(railway comprehensive quality index，RCQI)反映铁路线路的综合质量状态，是衡量线路设备整体质量和技术状态的最终参数；轨道动态质量指数(track dynamic quality index，TDQI)是在动态条件下，轨道几何形位状态的评价参数，由轨道不平顺质量指数(track quality index，TQI)和轨道加速度质量指数(track acceleration index，TAI)两个子指标共同确定，既反映出高低、水平、轨距、轨向和三角坑等轨道几何形位的综合偏差程度，又反映出加速度的偏差超限问题；线路设备技术状态指数(track equipment configuration index，TECI)是在静态条件下，轨道几何尺寸、钢轨、轨枕、道岔、路基、道床、联结零件、轨道加强设备、道口、标志等线路设备技术状态的全面反映，线路综合质量评价指标体系如图1所示。

图1　线路综合质量评价体系

2.2指标体系的综合性

TSQI和TECI都是线路质量评价静态指标，其中，TSQI是静态轨道水平、高低、轨向、轨距和三角坑的超限程度的集中反映。TECI是线路全部设施设备技术状态的综合反映，通过两者的处理和利用，既重点体现轨道质量水平，又全面评价线路的各类设备技术状态。TDQI是线路质量评价动态指标。其中：TQI是轨道动态水平、高低、轨向、轨距和三角坑的超限程度的集中反映；TAI是动态轨道加速度超限问题的集中反映，两个指标相结合，使得轨道几何形位评价指标与加速度评价指标相互补充，提高评价项目的完整性。RCQI是TDQI、TSQI、TECI三者综合，全面体现了在动态、静态条件下，线路整体设备的综合质量，评价体系各指标间的综合关系如图2所示。

图2　各指标相互补充作用关系

2.3评价指标的量化

《既有线轨道不平顺质量指数标准及管理暂行办法》中，确定TQI管理办法以千米为管理和维修的长度单位，对TQI值的评价引入“T值”的概念，按照每千米作为管理长度，每千米所包含的5个200 m单元区段的TQI扣分之和为T，并根据T值的大小评价每千米轨道状态质量，评价标准包括“均衡”“计划”“优先”3个不同程度的等级[2]。TDQI是动态条件下的轨道质量指标，其量化的基础数据主要来源与轨检车和便携式添乘仪的检测数据。TAI值可采取与TQI值同样的偏差标准差计算方法，通过对TAI和TQI赋予一定的权重，加权得到TDQI，根据计算结果，借鉴利用T值评价轨道质量的标准和方法，评价等级依然采用“均衡”“计划”“优先”3个等级，由此可以确定每千米线路基于TDQI的评价结果。

《铁路线路修理规则》中明确了线路设备状态和线路设备保养质量评定标准，评定应以千米为单位，满分为100分，100～85分为优良，85(不含)～60分为合格，60分以下为失格。TECI的量化依据标准化千米检查、人工定期检查和钢轨探伤数据，参考线路设备状态和保养质量的评定标准，进行逐项扣分，以每千米作为评价长度，根据所得TECI值确定线路是“优良”“合格”还是“失格”。

TSQI是静态条件下的轨道质量指标，根据标准化千米检查和人工定期检查数据加权处理并计算。《铁路线路修理规则》中规定了线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值，TSQI值的计算可参考《既有线轨道不平顺质量指数标准及管理暂行办法》中T200值的定义标准和方法，以“未超过管理值”“超过管理值2 mm”“超过管理值4 mm”为节点，划分为4个扣分区间，在一千米范围内每处不同的超限项目，根据所在的不同扣分区段扣取不同的分值，最后统计每千米扣分总值，得出TSQI，评价标准采用“优”“良”“差”3个等级。

3　评价模型的构建

3.1直觉模糊集概念

1983年Atanassov提出了直觉模糊集的概念，它能更加客观地描述和刻画客观的模糊现象和事物[3]，按照TDQI、TSQI、TECI的量化规则，直觉模糊集能更好地描述这些指标，RCQI是三者指标的综合，直觉模糊推理评价模型，通过直觉模糊子集和推理规则的，以解模糊算法实现评价结果的很好输出。

设X为一个非空的论域，则论域X上的一个直觉模糊集可定义为：A={(x,μA(x),γA(x))|x∈X}。其中：μA∶X→[0，1]；γA∶X→[0，1]，对于任意x∈X，0≤μA(x)+γA(x)≤1。

μA(x)为元素x对直觉模糊集合A的隶属度；γA(x)为元素x对直觉模糊集合A的非隶属度；πA(x)=1-μA(x)-γA(x)为元素x在直觉模糊集A上的直觉指数。

3.2直觉模糊子集

TDQI有3个直觉模糊子集，分别为A1=﹛优先﹜、A2=﹛计划﹜、A3=﹛均衡﹜，这3个直觉模糊子集可分别表示为(x1，μA1，γA1)、(x1，μA2，γA2)、(x1，μA3，γA3)，则TDQI直觉模糊隶属度函数与直觉指数可按下面公式进行计算：

(1)

(2)

TSQI有3个直觉模糊子集，分别为B1=﹛差﹜、B2=﹛良﹜、B3=﹛优﹜，这3个直觉模糊子集可分别表示为(x2，μB1，γB1)、(x2，μB2，γB2)、(x2，μB3，γB3)，则TSQI直觉模糊隶属度函数与直觉指数可按下面的公式进行计算：

(3)

(4)

TECI有3个直觉模糊子集，分别为C1=﹛失格﹜、C2=﹛合格﹜、C3=﹛优良﹜，这3个直觉模糊子集可分别表示为(x3，μC1，γC1)、(x3，μC2，γC2)、(x3，μC3，γC3)，则TECI直觉模糊隶属度函数与直觉指数可按下面的公式进行计算：

(5)

(6)

设RCQI的3个直觉模糊子集分别为Z1=﹛立即维修﹜、Z2=﹛优先整修﹜、Z3=﹛计划保养﹜、Z4=﹛暂不维修﹜。则RCQI直觉模糊隶属度函数与直觉指数可按公式(7)、(8)进行计算。式中σμ和σπ表示宽度，根据计算的实际情况选取，此处取σμ=0.07，σπ=0.035。

3.3直觉模糊推理结果的输出

根据专家经验和实际操作情况，确定直觉模糊推理规则，采用“极大极小”合成运算，得到RCQI直觉模糊集，利用最大真值法来进行解模糊计算[4]，然后将最大的贴近度作为RCQI的判决结果。

(7)

(8)

设论域Z上的直觉模糊集p的真值为Tp(z)，取α=1，β=1/2，则

Tp(z)=αμp(z)+βπp(z)，z∈Z

(9)

论域Z上的直觉模糊集p和Q之间的贴近度σ(p，Q)可定义为

(10)

RCQI的3个直觉模糊子集分别为Z1=﹛立即维修﹜、Z2=﹛优先整修﹜、Z3=﹛计划保养﹜、Z4=﹛暂不维修﹜。

4　评价方法的应用

RCQI是均值管理手段的集中体现，能够较全面地反映出区段线路的综合质量状态，RCQI的评价结果分为4个等级。其中：“立即维修”表示区段线路的整体质量很差，需要立即安排和指导维修；“优先整修”表示区段线路的整体质量较差，应该优先安排该区段的线路维修保养；“计划保养”表示区段线路的整体质量目前较好，只需制定合理的维修保养计划，定期对线路实施维修保养；“暂不维修”表示

区段线路的整体质量现阶段很好，暂时不需要列入线路维修计划，根据原有维修制度和计划实施维修保养即可。利用上述评价方法，实现RCQI的评价结果的输出，使工务部门从整体上掌握区段线路的综合质量状态，从而指导工务部门做好维修计划，确定维修频率和维修程度。

5　结　语

本文基于军事专用铁道的现有维修保养、检查评价的手段和能力，提出了更加有针对性和全面性的线路设备综合质量评价指标体系和评价方法，运用直觉模糊推理模型实现评价结论的输出，并对评价方法的应用进行阐述和说明，在一定程度上改善了现有铁路线路设备质量评价方法的局限性和片面性，使评价结论更具全面性和指导性，更加有效地指导工务维修和保养；同时，改变了军事专用铁道在线路质量评价上单一的峰值管理模式，实现了峰值管理和均值管理的有效补充，使各部门更加直观地了解铁路线路设备的综合质量状态。

[1]黄守刚，牛红凯，于炳炎.铁路线路综合质量评价办法的研究[J].铁道运输与经济，2007，29(8)：73-75.

[2]铁道部运输局.既有线轨道不平顺质量指数标准及管理暂行办法[Z].北京：中华人民共和国铁道部，2009.

[3]Atanassov K.Intuitionistic Fuzzy Sets[J].Fuzzy Sets and Systems，1986(1):87-96.

[4]李弼程，王瑾，林琛.基于直觉模糊推理的网络舆情预警方法[J].计算机应用研究，2010(09)：3312-3315.

(编辑：闫晓枫)

Comprehensive Quality Evaluation Method of the Special Military Railway Lines

LUO Xiang1,YU Wenbo1,ZHANG Heyan1,LUAN Tianxiang2

(1.Unit 63507, Jiuquan 732750, China; 2.Xuzhou Military Representative Office， Shanghai Railway Administrative Bureau, Xuzhou 221003, China)

On the base of current quality evaluation conditions and characteristics of special military railway lines, this paper analyzes the problems of the present evaluation method and puts forward the evaluation index system and the method for index quantification. With intuitionistic fuzzy reasoning, it builds a comprehensive quality evaluation model, from which the evaluation results is output. The application, function and significance of the evaluation method are also expounded.

special military railway line; comprehensive quality evaluation; intuitionstic fuzzy reasoning

2016-01-12；

2016-03-08.

罗翔(1990—)，男，硕士研究生.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.08.003

U21

A

1674-2192(2016)08- 0010- 04

● 国防交通National Defense Traffic