高铁运行评价体系的研究.doc

大庆师范学院本科毕业论文（设计）大庆师范学院本科生毕业论文高铁运行评价体系的研究学 院 数学科学学院 专 业 数学与应用数学 研 究 方 向 学 生 姓 名 学 号 王成宸 指导教师姓名 指导教师职称 2014年5月25日摘 要高速铁路已经成为一种世界化的铁路运输方式，它具有安全可靠、快捷舒适、超大运量、低碳环保的的特点。随着高铁的发展，高铁逐渐的暴露出来一系列问题，这些问题日益受到人民的关注，同时也昭示我们要加强高铁安全管理制度，这也对高铁运行评价体系作出了新的更高的要求。本文着重对我国高铁运行面临的问题进行研究，阐述了在高铁飞速发展的形势下建立安全评估体系的必要性，并根据我国既行高铁运行的具体情况运用层次分析提出一种对既行高铁的评估方法，以期对今后的高铁建设提供一定的指导方向。关键词：高铁运行；安全评估；层次分析法Abstract High-speed rail has become a cosmopolitan way of railway transportation, it is safe and reliable, fast and comfortable, the characteristics of large capacity, low carbon environmental protection. With the development of high-speed, high-speed gradually exposed a series of problems, these problems by the people more and more attention, and that we must strengthen the high-speed rail safety management system, and it also runs a evaluation system for high-speed rail has made new and higher requirements. This paper study of high-speed operation in our country are faced with the problem, this paper expounds the rapid development in the situation, the necessity of establishing safety assessment system, and according to the specific situations both line for HSR China put forward a kind of analytic hierarchy process (ahp) for the evaluation methods of high-speed rail, and in order to provide certain guidance for high-speed railway construction in the future direction.Keywords: High-speed operation; Safety evaluation; Analytic hierarchy process (AHP)目 录序言.1第1章 高速铁路的现状.2 1.1国外高速铁路评估现状.2 1.2中国高速铁路现状.4 1.3建立高铁安全评估体系的意义.5第2章 基于层次分析的高铁运行评价体系.6 2.1层次分析.6 2.2构建高铁运行评价体系.8 2.3构建评价集.11 2.4构建判断矩阵.11 2.5计算特征根和相应的特征向量.12 2.6一致性检验.13第3章 模型评价.14参考文献.15II序言高速铁路（High Speed Rail）通常简称为高铁，是一种铁路运输系统，营运它的速度相比于普通铁路较高。中国的高速铁路始建于1999年兴建的秦沈客运专线。经过十多年的不懈努力的高速铁路新线建设和对既有铁路的高速化改造，目前中国已经拥有世界上最高运营速度和最大规模的高速铁路网。目前中国制造和运营中的高速列车都是CRH（China Railway High-speed，中国铁路高速列车）系列电力动车组。目前中国国内，“和谐号”动车组列车是技术最先进的动车组列车。列车的运行时速可以达200公里以上，最高甚至可达到350公里，它是由外国引进的技术，采用动力分散式，经过调整后使之符合中国的实际情况并投入运行。高速铁路列车以其速度快、运输量大、节省能量等特点深受世界各国喜爱，推动着国家的社会经济发展，所以高铁的顺利运行对于国家的发展至关重要本文从安全性、及时性、经济型、便捷性、舒适性五个方面利用层次分析法对已经开通的高铁的运行给出一个评价模型。以期对今后的高铁运行有一定的指导作用。第1章 高速铁路的现状1.1国外高速铁路的评估现状 1.1.1欧洲铁路安全评估国外发达国家的铁路系统已经形成了比较完善的安全评估和安全管理体系, 制定了一系列优秀先进的的安全评估的技术标准。由欧洲电气化标准委员会制定的包括可靠性、可用性、可维护性和安全性铁路行业标准, 已成为世界铁路现今安全评估的指导性规范标准。在这套安全评估标准中中, 系统生命周期划分为14 个阶段,每个阶段都有各自的任务, 整个系统涵盖了从最初的构想到废弃的整个运行生命周期, 我们用“V”形(如图1)表示这一系统 。理念 1 退役和报废14系统定义和应用条件2 运营和维修11系统验收10风险分析3系统要求4系统验证（包括安全认可和调试）9系统要求的分配5设计和实现6安装8制造 7 图1 1.1.2日本新干线安全评估日本的高铁称为新干线，它始于战后的经济重建。至今四十多年过去了，虽然日本的新干线的前10年也是小故障不断，其间只是在2004年因为地震发生过脱轨一次，但是也没有人员伤亡，最终实现了人员零伤亡的安全神话，引得世界各国纷纷研究效仿。日本新干线的运行形成了车辆、轨道、架线、信号“四合一”的独特综合运行与管理指挥系统。也因此保证了新干线列车至今没有发生事故。除了这一系统的保障，还安装了称为“ATC”的列车速度自动控制系统，设立“绝对信号停止”防止列车追尾；重视列车的保养与检修，并随时更新安全技术；同时开发地震检测警报系统，在新干线的各主要路段或风口设置了气象预报监控系统，一旦有异常天气的发生，这一系统就会自动把报告给指令中心，指令中心就能据此及时地对在该地区运营的新干线列车实行控制，这些都是保证新干线安全运行不不可少的。而日本对于列车的检查尤其重视，形成了他们特有的检查工程（图2）。 图2 1.2中国高速铁路的现状目前，中国高速铁路建立了较为完善的运营管理体系，确保了运营持续安全，取得了良好的经营业绩，提供了安全、快捷、舒适、经济的运输服务，有力地促进了经济社会又好又快发展。如今，中国铁路每天开行“和谐号”高速动车组列车一千多列，发送旅客近百万人。而且高速铁路开通后，既有铁路通道的货运能力得到了巨大释放，为实现货运增量、丰富货运产品体系、提升货运服务质量奠定了坚实基础。我国高速铁路以惊人的速度发展，近五年时间走完了国际上四十年高速铁路发展历程。我国高速铁路建设在取得巨大成就的同时，也出现了一系列问题。1、 高铁事故频发 从2007年以来，中国高铁发送旅客量以惊人的速度逐年递增。伴随着高铁的快速发展，乘坐高铁出行也成为了人们更好的选择。然而，高铁故障总是发生，从我国铁路的现状看来，中国铁路应该是世界上最繁忙的铁路，同时安全事故的的发生率也引起高度重视。2、 票价过高，上座率低，运营出现亏损 与普通列车相比，高铁更加快速，更加舒适，票价也更加昂贵。高昂的票价令很大一部分乘客，对高铁这一运输工具望而却步。客运票价高，难以符合民众收入水平和消费水平。春节期间，特快车一票难求，而动车却空位不少，说明民众现有收入水平与高铁客运的票价还有较大差距，高速度、高票价的高速铁路并不是普通乘客们普遍能接受的。高昂的票价限制了一般乘客对高铁的选择，自然影响了高铁的上座率。3、 高铁晚点，影响人民的出行计划虽说高铁从开始运行到成熟有一个磨合期，偶发故障晚点是可以理解的，但对于像武广高铁这样早起开行的也频繁因故障晚点。许多旅客选择高铁出行也是希望借助高铁的安全、快速提高出行质量。高铁晚点，打乱了乘客原有的工作、生活节奏，给乘客们出行造成了不便。 1.3建立高铁安全评估的意义当前，随着社会经济的发展、生活的改善，追求安全、快速、舒适的运输已成为新时代运输工具的必然要求。高速铁路已成为新时代人们出行的主要交通工具之一，与常规铁路相比，它速度更快，密度更大，更节能，但是安全问题也随之加剧。因此高速铁路安全系统的研究就更具有突出的意义。高速铁路安全系统的安全工作的好坏主要取决于行车安全工作，高速铁路运行速度高，危险性大，事故一旦发生，往往都是伤亡大。我国高速铁路发展时间又短速度又快，行车组织工作比之国外更为复杂，不安因素更多，工作人员素质不够高，发生事故的概率也比其他国家高。因此利用先进科学技术，借鉴国外高速铁路安全运行的经验，研究我国高速铁路安全系统，做的防患于未然，减少事故发生具有重要的意义。第2章 基于层次分析的高铁运行评价体系2.1层次分析法 2.2.1层次分析法定义 层次分析法是一种无结构的多准则决策方法，它将定性分析和定量分析相结合，把人们的思维过程层次化和数量化，在目标（因素）结构复杂且缺乏必须的数据情况下尤为实用。2.2.2层次分析法的原理人们在日常生活中常常要做各种各样的决策。决策活动是人们进行选择或判断的一种思维活动。有的决策比较简单，而很多决策面临的常常是一个由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统，很难完全用定量的数学模型解决。人们在对决策的研究中，逐步认识到数学工具并非万能，决策中总会有大量因素无法定量的表示出来。运筹学家们重新回到人的选择和判断上，认真研究决策思维的规律，层次分析法正是这种背景下提出的。根据人们的思维规律，面对复杂的选择问题，人们往往是将它分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总的排序，从而做出选择和判断。这一思维过程关键是层次的划分，权重的确定和总的排序的合并规则。2.2.3层次分析的一般步骤1、 把决策问题分解为3个层次，最上层为目标层A，最下层为方案层为，中间层为准则层，如图 2、 通过相互比较确定各准则对于目标的权重，及各方案对于每一准则的权重。原理如下设有个物品，它们的质量或评分分别为，若把它们两两比较，其比值可构成阶矩阵若用向量右乘矩阵，则有即所以为的特征向量，为的特征值。3、 但是人们在决策过程中，先有两两比较矩阵，最后希望通过两两比较矩阵计算出，而两两比较矩阵不可能做到判断的完全一致性，这样判断的误差必然导致特征向量和特征值的偏差，为了避免，需要检验其一致性。定义为一致性指标。由于中含有矩阵的维数，一般维数越大，判断的一致性越差。应放宽对矩阵的一致性要求，故可采用随机性指标,其中，随机的从当中取数，用充分大的子样得到其最大特征值的平均值 定义 当 时，认为其不一致性是可以接受的。2.2构建高铁运行评价体系 对于高速铁路的客运服务，旅客在出行前、进站、候车、乘车、中转、出站和换乘等全过程中的各环节都存在着相应的需求。对高铁运行建立了如下指标体系（表1）一级指标权重二级指标权重安全性0.406旅客乘车安全0.523站前治安、秩序0.215餐饮食品卫生0.262及时性0.257发、到站时间好0.539发、到正点0.164保障列车速度0.297经济性0.145票价合理0.833餐饮质价相符0.167便捷性0.073订、购票便利0.633进出站、上下车便捷0.106与城市其他交通方式换乘便利0.261舒适性0.110车站设备和候车环境0.282列车设备和乘车环境0.390列车运行平稳0.126客服人员态度0.202 对此，充分考虑到旅客的需求，到火车站对五条线路的高铁进行了问卷调查。从安全性、及时性、经济性、便捷性、舒适性五个大方向十五个小方向进行了调查，被调查者自主打分，每项满分为十分。 通过问卷调查的意见反馈，对广大旅行者就上述五大类的关心程度的进行了整理，如表（其中1、2、3、4、5分别为安全性、及时性、经济性、便捷性、舒适性）从上表可以看出，安全性是旅客最关心的问题。随着社会的发展，科技的进步，人们的生活日益富裕，安全也愈来愈重要。高速铁路已成为现代社会外出旅行的主要交通工具之一，而作为运输工具它的安全性就成为人们认同的最重要最基本的要求了。高速铁路与常规铁路相比，高速铁路的安全技术要求比常规铁路要更上一层，其构成更为复杂全面一些。表从三个方面简要表明对高铁运行的安全做出评估。 试运行验收安全预评估安全验收评估安全现状定期评估 调度规章制度设备调度人员素质应急管理及时性、公正性 进一步，我们分析得到，对于每项指标，旅客的满意度差别还是比较大的，其中餐饮卫生和列车的准点率相比于其它指标都低。 对于每趟列车整体的满意程度，是比较稳定的，都是介于8-8.5分间。说明中国的高铁整体运行水平很好。2.3构建评价集 评价因素集 考核因素评价集分别表示“好、较好、一般、差、很差”2.4构造判断矩阵对一级指标进行两两比较：如果i指标与j指标相同重要，取1，i指标比j指标绝对重要，取5；其他根据相对重要性，取15之间的一个整数值。方便地表示如下表：尺度含义1与的影响相同3比的影响稍强5比的影响绝对的强2,4与的影响之比在上述两个相邻等级之间与的影响之比为上面的互反数对于各元素的权重，得到各个判断矩阵如下： 2.5 计算最大特征根和对应的特征向量 应用层次分析法中的和法来计算A的最大特征根和对应的特征向量。 （1） （2） 利用公式（1）并归一化处理后，求得一级指标和二级指标层的权重分别如下，并把计算结果填入表1。 利用公式（2），求得各判断矩阵的最大特征根：2.6对判断矩阵进行一致性检验 成对比较阵通常不是一致阵，但是为了能用它的对应于特征根的特征向量作为被比较因素的权向量，其不一致程度应在容许范围内，可以通过以下公式来衡量： 偏差一致性指标 随机一致性比值 时，为一致阵；越大，的不一致程度越严重。 当时，认为其不一致性是可以接受的。 计算得， 偏差一致性指标：CI=0.066，CI1=0.0165，CI2=0.003， CI3=0，CI4=0.0015，CI5=0.004。 随机性一致性比值：CR=0.0587，CR1=0.0317，CR2=0.0057，CR3=0，CR4=0.0017，CR5=0.0077。 根据表2的平均一致性指标值，得出各判断矩阵CR=CI/RI0.1，具有满意的一致性。