（载运工具运用工程专业论文）高速公路隧道运营安全综合评价研究.pdf

摘要 我国高速公路隧道建设和管理起步较晚，对于高速公路隧道运营安全综合评价还停 留在定性判断阶段，尚没有定量化的诊断方法和系统。为此，本文通过研究建立了一套 高速公路隧道运营安全综合评价的定量化管理方法，并开发了相应的综合评价管理系 统，为高速公路隧道运营安全综合评价和科学管理提供了手段和依据。 从高速公路隧道运营现状出发，应用系统工程理论与方法，分析了高速公路隧道运 营安全管理体制、隧道结构健康度、机电系统、火灾救援系统、交通安全系统和运营效 果等准则层和指标层的意义，提出了高速公路隧道运营安全影响因素构成体系。 在此基础上，运用a h p 法建立了高速公路隧道运营安全层次结构分析模型，初步构 建了高速公路隧道运营安全综合评价指标体系，结合d e l p h i 法及优选法，通过定量筛 选和定性修改等方法，建立了正式的高速公路隧道运营安全综合评价指标体系。通过比 较分析，采用结合基于“功能驱动 的主观赋值法和“差异驱动 的客观赋值法的综合 集成法，确定了各指标的权重。广泛参考现有国家有关高速公路隧道运营技术规范和养 护等标准，设计了高速公路隧道运营安全综合评价指标体系各指标层定性和定量化的评 分标准及安全综合评价量表。 运用f s 法建立了高速公路隧道运营安全综合评价数学模型，采用二次加权增加负 熵的方法对评价主体指标进行量化处理。在此基础上，以v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 作 为开发平台，以关系型数据库服务器s q ls e r v e r2 0 0 0 作为后台数据库之城，开发了高 速公路隧道运营安全综合评价管理系统。 以西柞高速公路终南山隧道、西汉高速公路秦岭l 号隧道、黄延高速公路罗圈梁等 隧道为实例，分别运用f s 法和开发的管理系统进行了实践分析验证，结果表明，该评 价指标体系和评价方法具有较好的实用性。在基于人工神经网络的b p 算法学习和训练 收敛后，运用训练后的网络对其它隧道进行了计算，其结果与f s 法具有较高的一致性。 选用k e n d a l l 和谐系数和c r o n b a c ha 系数分别对评价主体信度和指标体系内部一致性 进行了考察。经实践检验，k e n d a l l 和谐系数具有显著性，表明安全综合评价具有意义； c r o n b a c ha 系数符合要求，表明综合评价指标体系具有良好的内部一致性。 关键词：高速公路；隧道安全；综合评价；a h p ；权重；信度；管理系统 a b s t r a c t t h es t a r to fo u rc o u n t r yf r e e w a yt u n n e lc o n s t r u c t i o na n dt h em a n a g e m e n ta r el a t e ，t h e s a f e t ye v a l u a t i o no ff r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e li nt h eq u a l i t a t i v ei sq u a l i t a t i v ea n a l ) 7 s i ss t a g e ， t h e r ei sn o tq u a n t i t a t i v ed i a g n o s i sm e t h o da n dt h es y s t e m t h e r e f o r e ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e da s e to fs a f e t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no ff r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e la n dd e v e l o p e dt h es a f e t y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo ff r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l ，i th a sc a r r i e do u t q u a n t i t a t i v ea p p r a i s a la n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n t f o rt h ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l t h ep a p e ri n t r o d u c e dc o n d i t i o no fo u rc o u n t r yf r e e w a y , p u tf o , a r dt h ea p p l i c a t i o n s y s t e ma n a l y s i st h e o r ya n dt h em e t h o db a s e do nt h ep r e s e n ts i t u a t i o no ff r e e w a yo p e r a t i o n t u n n e l ，p r o p o s e dt h es a f e t yf a c t o rc o n s t i t u t i o ns y s t e mo fi n f l u e n c ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l a f t e rq u a l i t a t i v ea n a l y s i st ot h es y s t e mi nt h ef o u n d a t i o no fe a c hi n f l u e n c i n gf a c t o r , u n i f i e s d e l p h ia n dp r e f e r e n c em e t h o d s ，d e t e r m i n e dt a k e st h ea p p r a i s a lp a t ht r a n s p o r t a t i o ne n t e r p r i s e s e c u r i t yt a r g e tt h ep r i m a r yf a c t o ra n de s t a b l i s h e dt h es a f e t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d e x s y s t e mo ff r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l b a s e do nt h e s a f e t yt h e o r y o ff r e e w a y o p e r a t i o nt u n n e l ，a n a l y z e d i n d e xo f c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni n d e x s y s t e m o ff r e e w a y o p e r a t i o nt u n n e l ，f o re x a m p l e ， m a n a g e m e n to r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n te f f e c t , s t r u c t u r eh e a l t h ，m e c h a n i ca n de l e c t r i c a l s y s t e m s ，f i r es a v es y s t e ma n d t r a f f i cs a f e t ys y s t e ms i g n i f i c a n c e r e f e r e n c ee x i s t i n gc o u n t r yt e c h n o l o g ys t a n d a r da n dm a i n t e n a n c eo ff r e e w a yo p e r a t i o n t u n n e l ，e s t a b l i s h e dt h eq u a l i t ys 3 r n t h e t i ce v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e m st a r g e tl e v e lq u a l i t a t i v e a n dt h eq u a n t i t a t i v ep o i n ts c a l eo ff r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l a n a l y z e dt h em o d e ms a f e t y c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o d s ，f o re x a m p l e ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a 口) ， w e i g h t i n gm e t h o d sa n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d e s t a b l i s h e dt h ef a c t o rt h eh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ea n a t o m i cm o d e lb a s e do na h p u s e d u n i f i e db a s e do nt h em e a ns q u a r em e t h o do fd i f f e r e n c e so b j e c t i v ee v a l u a t i o nl a w h a s d e t e r m i n e dt h es a f eq u a l i t ys 3 a a t h e f i ce x ，a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e mv a r i o u st a r g e t sw e i g h tb a s e d o nt h eg 1m e t h o ds u b j e c t i v ev a l u a t i o na n dt h eu n b i a s e dv a r i a n c em e t h o d u t i l i z e st h ef u z z y m a t h e m a t i c sq u a l i t ys ) a a t h e t i ce v a l u a t i o nt h e o r ya n dt h em e t h o dc a r r i e so nt h es a f eq u a l i t y s y n t h e t i ce v a l u a t i o nt ot h ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l ，u s e st w ot i m em e t h o do fw e i g h t i n gt o v c a r r yo nq u a n t i f i c a t i o np r o c e s s i n gt ot h et a r g e t , h a sc o n s t r u c t e dt h ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e l s a f eq u a n t ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm a t h e m a t i c a la n a l y s i sm o d e l ；a l s ou t i l i z e dh a sc a r r i e do n t h ec o m p u t a t i o nb a s e do nt h eb pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k sa l g o r i t h mt ot h ef r e e w a yo p e r a t i o n t u n n e ls a f eq u a l i t ys y n t h e t i ce v a l u a t i o n ；f i n a l l y , t h eu n i o nc o n c r e t ee x a m p l e ，h a sc a r r i e do n t h ep r a c t i c e a n a l y s i sc o n f i r m a t i o n s e l e c t e dt h ec r o n b a c hc o e f f i c i e n ta n dt h ek e n d a l l h a r m o n i o u sc o e f f i c i e n tt oa p p r a i s et h el e t t e rt oc a r r yo nt h ee s t i m a t e a f t e rt h ee x a m i n a t i o n , h a st h er e m a r k a b l es i g n i f i c a n c e ，s h o w st h ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e ls a f eq u a l i t ys y n t h e t i c e v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e mw h i c ht h ed y n a s t yp r i n t e db o o k st o p i ce s t a b l i s h e st oh a v et h e g o o di n t e r n a lu n i f o r m i t y i n t r o d u c e dt h ef r e e w a yo p e r a t i o nt u n n e ls a f e t yq u a l i t ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e mm a n a g e m e n ts y s t e m 。sd e v e l o p m e n tg o a l ，t h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，t h ef u n c t i o n , t h em a i nf e a t u r ea n dt h ew o r kf l o w , d e t a i l e de x p o u n dt h em a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n t s ) ，s t e m r e a l i z e st h ep r o c e s s ；d i s c o u r s et h ee x a m p l em a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n t s y s t e m sa p p l i c a t i o n , c o n f t r r n e dt h em e t h o dv a l i d i t ya n dm a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n t s y s t e m su s a b i l i t yo fs a f e t yq u a l i t ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nd i a g n o s i so ft h ef r e e w a yo p e r a t i o n t u l l e l k e yw o r d s ：f r e e w a y ；t u n n e ls a f e t y ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；a n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ( a h p ) ；v a l u e ；r e l i a b i l i t y ；m a n a g e m e n ts y s t e m 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名水 一p 月中 论文知识产权权属声明 本人在导师的指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何形式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等 权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文时， 署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：忡 铷一彦和j 1 1 1 长安大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景、目的和意义 1 1 1选题的背景和问题的提出 随着我国基础建设的大量投入，公路交通基础设施有了长足的进步，取得了令人瞩 目的成就，为公路交通跨越式发展奠定了良好的基础。我国先后建成和在建一大批具有 世界先进水平的大断面以及复杂技术的长大隧道。2 0 世纪8 0 年代，深圳梧桐山隧道长 度超过2 k m ，9 0 年代重庆中梁山隧道长度超过3 k m ，2 0 0 0 年建成的四川二郎山隧道超过 了4 k m ，大坂坡公路隧道( 亚洲第一海拔3 8 0 0 m ，优良工程，解决了高海拔隧道冻害问题) ， 龙潭特长公路隧道( 全长左洞8 7 k m ，右洞8 6 k m ，上下分离，中线间距5 0 m ) ，秦岭终南 山特长隧道全长1 8 0 2 k m ，北京的潭谷沟隧道和浙江的黄鹤山隧道建成单洞三车道，沈 大高速公路隧道的改扩建单洞四车道创单洞跨度新记录；隧道结构形式也有新发展，接 线方便和节省用地的连拱隧道、三跨连拱和多跨连拱隧道不断出现。这一切都充分说明 我国隧道( 特别是长大公路隧道) 的建设与科研都取得了长足进步与发展。 截止2 0 0 7 年底，我国高速公路通车里程已达5 3 9 0 0 k m ，全国公路隧道为4 6 7 3 处、 2 5 5 5 5 万延米。其中，特长隧道8 3 处、3 6 1 0 万延米，长隧道6 0 7 处、1 0 0 1 l 万延米， 中隧道7 5 8 处、5 3 6 8 万延米，短隧道3 2 2 5 处、6 5 6 6 万延米【l l 。全国高速公路发展状 况如图1 1 所示，公路隧道发展情况分别如表1 1 和图1 2 所示。 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 点4 0 0 0 0 运3 0 0 0 0 茁 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 o 图1 1我国高速公路发展情况 第一章绪论 表1 1 我国公路隧道发展统计表单位：万延米 公路隧道分类 年份 合计 特长隧道 长隧道中隧道短隧道 2 0 0 16 6 02 4 2 02 8 1 0 1 1 6 07 0 5 0 2 0 0 27 5 93 0 5 2 3 3 0 21 2 3 88 3 5 0 - 2 0 0 39 9 73 8 5 63 8 0 71 3 4 7 1 0 0 1 0 2 0 0 41 2 6 34 9 3 3 2 9 7 83 2 8 11 2 4 6 0 2 0 0 51 6 5 96 2 5 13 4 1 83 9 4 3 1 5 2 7 0 2 0 0 61 9 1 87 2 3 2 4 0 9 45 1 7 51 8 4 2 0 2 0 0 73 6 o o1 0 0 1 15 3 6 8 6 5 6 62 5 5 5 5 3 0 0 2 5 0 鬈2 0 0 警1 5 0 裂1 0 0 吲5 0 0 图1 2 我国公路隧遭发展情况 现代交通的发展在给人们带来便利的同时，也带来负面的影响：伴随着汽车的增加， 交通事故与公害、居住环境的破坏成为极大问题。道路交通事故是人们在享受便捷、高 效道路交通服务的同时必须承受的一个严重威胁。从1 9 7 3 年至2 0 0 7 年，我国共发生交 通事故9 6 7 6 0 5 万起，死亡1 9 7 9 0 3 2 万人，受伤7 4 3 0 1 5 2 万人【2 1 。1 9 9 7 2 0 0 7 年我国 交通用事故统计及死亡人数变化分别如表1 2 和图1 3 所示。 表1 21 9 9 8 - 2 0 0 8 年我国道路交通事故情况统计表 事故次数死亡人数受伤人数直接经济损失 年份 增长率增长率增长率 ( 次) ( 人)( 人)( 亿元) 1 9 9 8 3 4 6 1 2 9 7 8 0 6 72 2 2 7 2 1 1 9 3 1 9 9 94 1 2 8 6 01 9 2 8 8 3 5 2 9 7 0 0 2 8 6 0 8 02 8 4 5 2 1 2 2 0 0 06 1 6 9 7 l5 0 1 6 9 3 8 5 31 2 3 6 4 1 8 7 2 14 6 3 7 2 6 7 2 0 0 1 7 5 4 9 1 92 1 7 7 1 0 5 9 3 01 2 8 7 5 4 6 4 8 53 0 5 1 3 1 0 2 0 0 27 7 3 1 3 72 4 1 1 0 9 3 8 13 2 6 5 6 2 0 7 42 8 5 3 3 2 2 0 0 3 6 6 7 5 0 71 3 7 0 1 0 4 3 7 2 4 6 0 4 9 4 1 7 4- 1 2 1 2 3 3 7 2 长安大学博士学位论文 表1 21 9 9 7 - 2 0 0 7 年我国道路交通事故情况统计表( 续表) 事故次数死亡人数受伤人数直接经济损失 年份增长率增长率 增长率 ( 次)( 人)( 人)( 亿元) 2 0 0 45 6 7 7 5 3- 2 2 4 1 9 9 2 1 74 9 3 4 5 1 8 1 0一2 7 1 2 7 7 2 0 0 54 5 0 2 5 4- 1 3 6 2 9 8 7 3 87 7 9 4 6 9 9 1 14 0 0 1 8 8 2 0 0 63 7 8 7 8 1- 1 5 9 4 8 9 4 5 59 4 3 4 3 1 1 3 98 2 5 1 4 9 2 0 0 73 2 7 2 0 9- 1 3 6 2 8 1 6 4 9- 8 7 3 3 8 0 4 4 21 i 7 6 1 2 0 2 0 0 82 6 5 2 0 4- 1 8 9 7 3 4 8 4- 1 0 0 3 0 4 9 1 9- 1 9 9 1 0 1 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 _ 5l 32 a 3 al a 2 a b 91 a l a 表2 3 当无法确定衬砌裂缝是否存在发展时的判定标准 = 芯： l 1 0 l o l 之5 l 52 a 3 al a 2 a l a 2 a 5 b 芝3 2 a1 a 2 a1 a b 5 0 0 5 0 0 之l 1o o 1 0 0 i 0o 注：当拱背存在高3 0 e r a 以上的空洞且有效衬砌厚度小于3 0 c m 时，可判定为2 a 3 a 级。 2 2 5 衬砌变形、移动和沉降 我国公路隧道养护技术规范中的判定标准如表2 7 所示。 1 4 长安大学博士学位论文 表2 7 基于变形速度的判定标准 判定3 a 2 al ab 变形速度v ( m m 年)v 1 0 l o v 33 v lv 1 ) 。 ( 5 ) 权重系数 权重反映了指标间客观存在的不平衡性，揭示了与其相应的因素在影响事物的价值 上的差异，并通过数量上的规定尽可能使这种揭示和刻画精确、客观。若国，是评价指 标x 的权重系数，一般应有 缈j o ( j f = l ，2 ，聊) ，功= 1 ( 3 1 ) j = l ( 6 ) 综合评价模型 所谓多指标( 或多属性) 综合评价，就是指通过一定的数学模型( 或算法) 将多个评价 指标值“合成 为一个整体性的的综合评价值。可用于“合成”的数学方法较多。在获 5 l 第三章安全综合评价理论和方法 得玎个系统的评价指标值( ) ( f = 1 , 2 ，n ；j = 1 , 2 ，聊) 的基础上，如何选用或构造综 合评价函数 y = 厂佃，x ) ( 3 2 ) 式中：国= ( c o l ，0 3 2 ，国。) 7 为指标权重向量； x = ( 而，x ：，工。) 丁为系统的状态向量。 由式( 3 2 ) 可求出各系统的综合评价值y ，= 厂 ，x ，) ，x ，= ( x n ，x 加，x 。) ，为第f 个系 统的状态参量( i = 1 , 2 ，n ) ，并根据y ，值的大小( 由小到大或由大到小) 将这甩个系统进行 排序。 ( 7 ) 综合评价结果 输出综合评价结果并依据综合评价结果进行决策。 3 1高速公路隧道安全综合评价的理论基础 3 1 1 综合评价的过程 评价的过程包括评价问题的提出、评价主体的确定、评价组织者的确定、评价标准 和方法的选择、评价结果的处理和反馈，其运行过程如图3 1 所示。 图3 1 评价过程运行图 5 2 长安大学博士学位论文 3 1 2 综合评价的一般结构 高速公路隧道的特性是多维性、多层次性。它的每个维度包括许多要素，而各个要 素往往又是一个具有一定结构的系统。这些子系统间彼此互相联系、互相制约，进行着 非线性的相互作用，并通过与外界交流信息，形成和维持着时空有序结构。在组织结构 上，高速公路隧道运营安全评价系统由下列要素组成： ( 1 ) 目标子系统 这是系统的导向部分，它应该表征被评对象总的前进方向，主要应以交通工程学、 桥隧工程学、机电一体化、管理学、国标、法规等为依据而确定。 ( 2 ) 指标子系统 由各指标要素组成，各指标要素应相互联系构成统一的有序的整体。各指标要素随 社会发展不断接受信息而逐步更新，体现方向性、科学性、可测性和发展性原则，要注 意均衡性、扼要性和可行性。 ( 3 ) 评价人员子系统 一般由高速公路隧道运营管理方面的专家、交通主管人员等组成，同时吸收高速公 路隧道内部安全管理人员( 评价对象的自我评价) 参加。为了使系统不断从外界环境吸收 “负熵 。 ( 4 ) 评价对象子系统 高速公路隧道及它的子系统都应列为评价对象。其系统不是孤立地存在于某一个平 衡状态下，而是彼此相互制约、相互作用，其中某一要素状态的变化直接影响着其它要 素的状态变化。 ( 5 ) 方法子系统 主要是指收集和处理信息得出结论的方法。它包括了心理测量方法、传统的以及可 以被利用的现代科学方法，如系统方法、统计学方法、概率论方法、模糊数学方法、层 次分析方法、灰色系统理论等等，而且随着科学的进步不断从社会环境中接受信息，使 系统不断演化，功能不断增强。 可以看出，各要素之间有着非常具体的相互作用，既依靠定向，又依靠评价人员按 照指标体系运用一定的方式方法加以操纵，而且随时接受被评价对象以及其他子系统的 反作用，这样，高速公路隧道运营安全评价在组织结构层面上的各个系统之间，不断交 流着信息。同时不断从社会环境输入信息并得到人力、物力的补充，因而保持了开放的 不平衡状态。 第三章安全综合评价理论和方法 3 1 3 高速公路隧道运营安全评价的理论基础 高速公路隧道运营安全评价是一项复杂的社会活动，要使这项活动具有正确的方向 和科学的方法，既要有结合我国国情的评价实践作为源泉，又要有相应学科的理论作为 基础。 ( 1 ) 从评价对象看，交通运输安全管理学、企业管理学是高速公路隧道运营安全评 价的理论基础 高速公路隧道是通过车辆对旅客或货物进行位置或空间位移这个特定的运动中开 展的一项社会活动。作为一种社会活动，它与社会的发展存在着必然的联系，它反映一 定社会的特点，适应社会发展的需要，受到社会政治、经济、文化、科技等条件的约束； 同时，它也会通过本身的活动对社会起反作用，促进社会的进步和发展。 ( 2 ) 从评价标准看，人力资源管理学、道路交通安全学、心理学、车辆工程学是高 速公路隧道运营安全评价的理论基础 高速公路隧道安全评价的实质是价值判断，因此建立价值判断的标准是高速公路隧 道评价的核心。在高速公路隧道安全评价的价值问题中，高速公路隧道投入与产出的关 系、经济效益与社会效益的关系、简政放权与加强管理的关系等都是应该考虑的问题。 ( 3 ) 从评价过程看，系统科学是高速公路隧道运营安全评价的理论基础 在整体性方面，进行高速公路隧道运营安全评价前必须对高速公路隧道的结构、功 能、安全管理模式、高速公路隧道法规法令等有一个比较完整的认识，还要重视这个系 统整体同外部环境( 高速公路隧道与上级主管部门的关系、道路的特点等) 的联系及相互 作用。进行高速公路隧道运营安全评价时必须建立一套能够完整反映高速公路隧道安全 管理目标的指标系统。 ( 4 ) 从评价方法看，综合评价理论与方法、层次分析法、模糊数学、统计学、测量 学等理论体系是高速公路隧道运营安全评价量化方法的基础 高速公路隧道安全评价是对所设计的评价内容，根据一定的评价标准进行测量，并 对测量的结果进行统计分析，做出价值判断的过程。所以，综合评价理论与方法和层次 分析法理所当然的是评价的重要手段之一。 3 2 层次分析法( a h p ) 人们对社会、经济、企业及科学管理领域的问题进行系统分析时，面临的常常是一 个相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统。为了解决此类问题，美国著名运筹 长安大学博士学位论文 学家、匹兹堡大学教授t l s a a t y 于二十世纪七十年代提出了一种将思维量化，将复杂 系统简化的、简捷的、实用的系统分析方法一层次分析法( a n a l y t i c a lh i e r a r c h y p r o c e s s ) 【7 6 l 。 其大致有以下几步：首先是确定管理体制及运营效果、机电系统、防火救援系统等 因素在评价高速公路隧道运营安全状况这个总目标中各占多大比重；然后是比较这些高 速公路隧道的管理体制及运营效果、机电系统、防火救援系统等因素及其它条件如何： 最后是综合以上结果得到这些高速公路隧道的基本状况。 运用层次分析法解决问题，可以分为四个主要步骤【7 7 】【7 8 l ： ( 1 ) 建立递阶层次结构 复杂问题分解成称之为元素的组成部分，把这些元素按属性不同分成若干组，以形 成不同层次。将同一层次的元素作为准则，该元素对下层的某些元素起支配作用，同 时它又受上一层元素约束。这种从上到下的支配关系形成了一个递阶层次。处于最上边 的称为目标层，通常它只有一个元素，一般是分析问题的预定目标或理想结果，中间的 层次一般是准则层，第三层为指标层。一个典型的层次结构如图3 1 所示。 目标层i旦堡i 丁- 准则层 回固固 上上上 指标层 困 司 司 图3 1 递阶层次结构示意图 ( 2 ) 构造两两比较判断矩阵 在建立递阶层次结构以后，上下层之间的隶属关系就确定了。假定将上一层的元素 口作为准则，口对下一层的元素而，x ：，以有支配关系，我们的目的是在口之下按它们 的相对重要性赋予x ，相应的权重c o 。( 扛1 , 2 ，2 ) 7 9 1 洲。 比较玎个元素x i ，x ：，x 。对准则口的影响，以确定它们在准则口中所占的比重。每 次取两个元素和x ，用a 。表示x ，和x j 关于准则口的相对重要程度之比，其全部比较 结果可用矩阵a 表示： 第三章安全综合评价理论和方法 彳= a l i0 1 2 a 2 1g 2 2 口月1a h 2 = 彳( 口i ，) a 称为比较判断矩阵，简称判断矩阵。 判断矩阵中的赋值口。表示元素x 关于元素x ，的重要程度的赋值。这些赋值的根据或来 源，可以由决策者直接提供，或是通过决策者与分析者的对话来确定，或是由分析者通过 某种技术咨询而获得，或是通过其它合适的途径来酌定。一般地，判断矩阵应由熟悉问题 的专家独立给出。 ( 3 ) 元素相对权重的计算 对于元素x l ，x ：，x 。，通过两两比辕判断得到判断矩阵a 。若a 是致阵，则了解特 征值问题。 a 缈= 玎国 所得到的0 3 = ( c o l ，2 ，0 3 。) ，经归一化后作为元素x l ，x 2 ，x 。在准则口下的排序权 重，这种方法称为排序权向量计算的特征值法。 ( 4 ) 矩阵一致性的检验 由于客观事物比较复杂，而人们认识问题的能力有限等原因，判断者只能给出它的估 计判断或大概判断。这样，就不能保证判断矩阵具有一致性。为了保证应用层次分析法分 析得到的结论合理、正确，还需要对所构成的判断矩阵进行一致性检验。 3 3 赋权法 如何确定权重系数，是综合评价中的核心问题。概括地讲，权重系数的确定方法可分 为三大类：一是基于“功能驱动 原理的赋权法，即主观赋权法；二是基于“差异驱动 原理的赋权法，即客观赋权法；三是综合赋权法，即同时体现主、客观的赋权法【”】。 3 3 1 基于“功能驱动”原理的赋权法 基于“功能驱动”原理的赋权法中具有代表性的两种方法是：特征值法、g 。法。 1 特征值法 要将柳个评价指标关于某个评价目标的重要程度做两两比较判断获得矩阵a ，再求 a 与特征值m 相对应的特征向量0 3 = ( 缈。，：，国。) r ，并将其归一化记为评价指标的权重 系数，然后进行一致性检测。若不符合，就认为初步建立的判断矩阵是不能令人满意的， 需要重新赋值或运用修正法对判断矩阵进行修正，直到一致性检测通过为止。 ? ： 长安大学博士学位论文 进： 特征值法的流程框图如图3 2 所示。通过分析，可知特征值法存在以下问题需要改 图3 2 特征值法的沉程框图 2 g ，法 针对上述原因，下面提出了一种无需一致性检验的新方法- - g i 法，其算法分以下 四个步骤： ( 1 ) 确定序关系 定义一若评价指标x 。相对于某评价准则( 或目标) 的重要性程度大于( 或不小于) x 时，则记为x ，卜x ，。 定义二若评价指标x 。，x ：，x 。相对于某评价准则( 或目标) 具有关系式 x ： x ； _ x 二 时，则称评价指标x 。，x ：，x 。之间按“ 确立了序关系。这里x j 表示“) 按序关系“ - 排定顺序后的第f 个评价指标( f = 1 , 2 ，所) 。 对于评价指标集 而，x ：，x 。) ，可按下述步骤建立序关系： a 专家( 或决策者) 在指标集 x 。，x ：，x 。 中，选出认为是最重要( 关于某评价准则) 的一个( 只选一个) 指标记为x 0 b 专家( 或决策者) 在余下的m 一1 个指标中，选出认为是最重要( 关于某评价准则) 的 5 7 第三章安全综合评价理论和方法 一个( 只选一个) 指标记为x ； ( k ) 专家( 或决策者) 在余下的m 一( k 一1 ) 个指标中，选出认为最重要( 关于某评价准 则) 的一个( 只选一个) 指标记为x ：； ( m ) 经过m 一1 次挑选，剩下的评价指标记为x 二。 这样，就唯一确定了序关系( 定义二) 。对于某些问题来说，仅仅给出了序关系( 定 义二) 还不够，还要确定出评价指标相对于某评价准则( 或目标) 的权重系数。为书写方 便且不失一般性，以下仍记( 定义二) 为 x l _ x 2 卜 - x 肌 ( 2 ) 给出x 与坼间相对重要程度的比较判断 设专家关于评价指标妖一。与k 的重要程度之l gc o h c o 。的理性判断分别为 缈i l c o i = ，k = m ，m 一1 ，m 一2 ，3 , 2 丘的赋值可参考表3 1 。 ，- 七 说明 1 o 指标x 与指标具有同样重要性 1 2 指标x h 比指标k 稍微重要 1 4 指标x h 比指标坼明显重要 1 6 指标x h 比指标x t 强烈重要 1 8 指标x h 比指标以极端重要 ( 3 ) 权重系数略的计算 若专家( 或决策者) 给出的理性赋值满足表3 1 的要求，贝l jc o 脚为 0 3 。= ( 1 + 兀) 一 而 国i l = r , o j t ，k = m ，m l ，3 ，2 ( 3 3 ) ( 3 4 ) ( 4 ) 群组判断的情形 为了减弱专家人为因素的影响，更客观、更准确地评价指标x i , x ：，工。的权重系数， 可同时聘请l ( l 1 ) 位专家对同一排序问题进行比较判断，然后从中“综合”出一个较 5 8 长安大学博士学位论文 为理想的结果。下面分两种情形加以讨论： a l 个序列关系一致的情形 假设l 位专家关于指标x 。，x ：，x 。之间( 相对于某评价准则) 序关系的给出是完 全一致的，不妨记为 x l - x 2 卜x 设专家k 关于，( j f = m ，m 一1 ，m 一2 ，3 , 2 ) 的赋值依次记为 0 2 ，r 1 3 ，册一1 ) ，k = 1 , 2 ，l 其中满足 r k ，一l 1 ，歹= m ，m 一1 ，3 ，2 ；k = 1 , 2 ，l 由式( 3 3 ) 得 而 式中 c o j l = r ；f d j ，= m ，m 一1 ，。，3 ，2 = 了1 - ，歹= 2 ，3 ，m ( 3 5 ) “k = l b l 个序关系不一致的情形 不失一般性，假设有l o ( 1 l 。 x 七2y - x 加，k = 1 , 2 ，l l o 式中：x h 表示专家k 按“y - 排列的集( 一) ( 待1 , 2 ，m ) 中的第f 个元素。 设专家k 关于以j - l 与h ( 七= l ，2 ，l l 。；歹= m ，m 一1 ，3 ，2 ) 间重要性程度之比 的理性赋值分别记为( k = 1 , 26 l - l o ；= m ，m 一1 ，3 ，2 ) ，当厂幻满足 j l 1 r 匆( j = m ，m 一1 ，m 一2 ，3 ，2 ；k = 1 , 2 ，l 一三o ) 时，可求出元素的权重系数 国b ( k = 1 , 2 ，l 一三o ；歹= m ，m 一1 ，3 ，2 ) 对于每一个七( 1 k 三一厶) ，集 o , k 2 0 且后l + 七2 = 1 ，可 取k l = l o l ，k 2 = ( l l