论文部分内容阅读
基金项目：汽车测控与安全四川省重点实验室开放基金资助项目（No.Szjj 2012-009）；综合运输四川省重点实验室基金项目（No.B01B1201）西华大学2010年校重点基金项目（No.Z1020308）。
【摘要】铁路中间站作业安全的评价大多采用定性以及层次分析法、模糊综合评价等常用定量方法进行分析，突变评价法相对于上述方法更为简单实用。在分析中间站作业安全影响因素的基础上，建立了中间站作业安全的评价指标体系。将底层评价指标进行标准化赋值后，运用突变归一公式量化递归运算，分别计算出不同时期的中间站作业安全综合评价值。针对突变评价值偏高的固有缺陷，利用得分变换方法将其评价值进行了转换。实例分析表明，突变评价法用于铁路中间站的作业安全评价是可行的。
【关键词】铁路；中间站；作业安全；突变评价法；指标体系
0 引言
中间站是铁路运输最基层的生产单位，虽然它的设备规模较小，但是数量众多，约占全国铁路车站总数的90%。由于中间站大部分地处偏僻、交通不便，生活和文化设施条件相对较差，在线路数量及其配置上都远不如技术站，因而事故发生的概率和实际发生的事故件数也远远大于技术站。当技术站发生故障时，可经由平行径路或迂回径路组织列车运行，能够保证不间断地接发列车；而中间站一旦发生故障，就有可能造成行车中断，影响整条线路的畅通[1]。如果救援不及时还容易导致事故性质升级，造成线路的堵塞和瘫痪，严重干扰正常运输秩序，影响铁路运输企业形象。因此，必须加强中间站的作业安全管理，进行有效控制，才能遏制作业事故的发生。
目前，对于铁路中间的作业安全分析，多采用定性方法[2-5]，亦有部分专家学者采用事故树分析法[6]、层次分析法和模糊综合评价[7]等定量方法对铁路技术站及中间站的作业安全进行评价，取得了很好的效果。本文在上述研究基础上，对影响中间站作业安全的主要因素进行分析并归类，然后运用突变理论对铁路中间站的作业安全状况进行定量评价。
1 突变评价方法原理
突变理论（Catastrophe Theory）是法国数学家雷勒·托姆在上世纪70年代创立的，它提供了一种研究跃迁、不连续和突然质变的普适方法，是关于系统状态变量特征对控制变量依从关系的数学理论。突变评价法是在突变理论基础上发展起来的一种综合评价方法，它吸取了现有层次分析法和模糊评价法的优点，所需的信息量少，且数学过程简单[8，9]。常用的突变模型有尖点突变、燕尾突变及蝴蝶突变（见表1），其状态变量有不同的维数，评价时需要根据实际情况进行选择。
突变评价法的主要步骤为：
（1）按系统的内在关系及影响因素，将其分解为由若干评价指标组成的多层系统，构建评价指标体系；（2）按照指标的重要程度进行排序，并根据各层指标相应的维数，选择合适的突变模型；（3）对评价指标体系的底层指标进行赋值，即融合突变理论与模糊数学，产生一种多维的突变模糊隶属度值，其取值范围在[0，1]之间。对于定性指标，一般可采取专家打分法确定；对于定量指标，可运用级差变换法，将其标准化为[0，1]之间的无量纲数值，即
对于正向指标：
（1）
对于逆向指标：
（2）
式中， 为标准化处理后的指标值， 为底层指标的赋值， 为底层指标的最大值， 为底层指标的最小值。
（4）根据底层指标的隶属度函数，利用归一公式进行综合量化递归运算，并根据“互补”或“非互补”原则逐层计算出指标因素的量值，进而得出系统总的隶属函数值。
2 铁路中间站作业安全的评价指标体系
铁路中间站安全状况受多种因素的影响，且各因素之间相互作用，有些因素难以量化，从而使得这些因素难以纳入评价指标体系。根据影响中间站作业安全的要素分析，其安全状况可以从人员素质、技术设备、作业组织、安全管理4个方面考察。
人员素质可以分解为业务技能、安全意识、应变能力、人员构成，技术设备可以分解为设备陈旧、设备数量，作业组织可以分解为互联互控、作业到位、作业环境，安全管理可以分解为规章制度、标准落实、业务管理、车站管理。由此建立铁路中间站多层次安全评价指标体系，并根据指标之间的关系及该指标对中间站作业安全影响的重要程度从左至右排序，如图1所示。
3 铁路中间站作业安全的突变评价
3.1 底层指标赋值
在将底层指标标准化处理时，由于建立的中间站作业安全评价指标均为定性指标，因此采取专家打分法来确定评价因素对作业安全的影响程度。将中间站的安全状况划分为5个等级，即“好”、“较好”、“中”、“较差”、“差”，其模糊值确定为（0.9，0.8，0.7，0.6，0.5）。由5位铁路专家对某中间站2008～2012年的安全状况进行评分，如表2所示。
3.2 利用归一公式计算突变值
按照突变评价法，利用归一公式逐步向上计算，直至算出最高层指标的突变值。以2012年的数据为例，具体计算过程如下：
底层指标A1，A2，A3，A4构成互补型蝴蝶突变，由归一公式可得
上述各控制变量之间互补，共同对人员素质要素发挥正向作用，由互补原则，取均值为
指标B1，B2构成非互补型尖点突变，由归一公式计算得出二者突变值后，取较小的数值作为设备要素的突变值，计算可得 。
同理，指标C1，C2，C3构成互补型燕尾突变，指标D1，D2，D3，D4构成互补型蝴蝶突变，分别采用对应的归一公式计算可得 ， 。
中间准则层指标A，B，C，D构成互补型蝴蝶突变，由互补原则，可计算得出2012年该中间站的安全综合评价值为0.98。同理，可计算出2008～2011年的安全综合评价值，如表3所示。 由表3分析可知，近三年，该中间站采取调整一线作业人员结构，增设专职调车人员，增加调车技术设备，改善作业环境，加强业务管理，完善规章制度并抓落实，增强现场一线人员作业组织时的互联互控等措施，其安全水平有所提高。但从各年份最终的综合评价值来看，都比较高，接近1，且差距较小，这很难有说服力。事实上，这是由突变评价法归一公式的聚集特点所致，其最终综合评价值仅仅是对底层指标赋值结果的一种数值反映，并无“优”、“劣”的判别，在实际应用中还需要对最终结果利用得分变换方法[10]进行转化，综合评价值y与xi的对应关系如下：
由上述公式计算可得y与xi的对应关系数值如表4所示。
由表3所示的综合评价值y=（0.96，0.96，0.97，0.97，0.98），根据y与xi的对应关系，可得变换后的综合评价值 =（0.7，0.7，0.8，0.8，0.85）。由此可见，变换后的数值较之前的更为直观，相对比较分散，能更接近绝对意义的“优”、“劣”，也更实用。
4 结 论
目前，基于突变理论的评价方法已经在经济、交通、农业、水利、地质、环境等领域广泛应用，但对于铁路中间站作业安全的定量分析，大多采用层次分析法、模糊综合评价、灰色评价等方法。本文通过建立中间站作业安全的分层次指标体系，应用突变评价法来进行分析，该方法相对于定性分析法减少了主观性，能使评价结果更趋于实际；相对于其他定量分析方法，所需信息量少，且计算简单。计算实例表明，该方法用于评价铁路中间站的作业安全是可行的，但突变评价方法本身存在评价值偏高问题，需要采用一定方法进行改进。此外，铁路中间站作业安全的评价指标体系也有待进一步规范。
【参考文献】
[1] 马修身. 铁路中间站安全风险管理探讨[J].铁道运输与经济，2012，34（5）：14-16.
[2] 佟罡. 中间站调车作业安全的探讨[J].铁道货运，2009，（2）：23-25.
[3] 李华. 铁路中间站调车作业安全探讨[J]. 铁道运输与经济，2010，32（12）：49-51.
[4] 李学林. 中间站调车作业安全管理[J]. 铁道货运，2010，（9）：24-26.
[5] 王大光. 铁路中间站行车安全问题与对策[J]. 黑龙江交通科技，2010，（8）：239-241.
[6] 陈波. 铁路中间站行车安全评价研究[D].西南交通大学，2005：24-31.
[7] 陈明伟，郑晓东.编组站安全管理考核评价方法探讨[J].中国安全科学学报，2008，18（11）：138-142.
[8] Wenyu Doua， Sanjoy Ghose. A dynamic nonlinear model of online retail competition using cusp catastrophe theory [J]. Journal of Business Research.2006， 59（7）：838-848.
[9] ZHANG Qiang.Research on the Thin Coal Mining Equipment Decision Model and Method Based on Catastrophe Evaluation Theory[J].Advances in Intelligent and Soft Computing，2009，62（2） ： 511-516.
[10] 施玉群，刘亚莲，何金平. 关于突变评价法几个问题的进一步研究[J]. 武汉大学学报（工学版），2003，36（4）：132-136.
【摘要】铁路中间站作业安全的评价大多采用定性以及层次分析法、模糊综合评价等常用定量方法进行分析，突变评价法相对于上述方法更为简单实用。在分析中间站作业安全影响因素的基础上，建立了中间站作业安全的评价指标体系。将底层评价指标进行标准化赋值后，运用突变归一公式量化递归运算，分别计算出不同时期的中间站作业安全综合评价值。针对突变评价值偏高的固有缺陷，利用得分变换方法将其评价值进行了转换。实例分析表明，突变评价法用于铁路中间站的作业安全评价是可行的。
【关键词】铁路；中间站；作业安全；突变评价法；指标体系
0 引言
中间站是铁路运输最基层的生产单位，虽然它的设备规模较小，但是数量众多，约占全国铁路车站总数的90%。由于中间站大部分地处偏僻、交通不便，生活和文化设施条件相对较差，在线路数量及其配置上都远不如技术站，因而事故发生的概率和实际发生的事故件数也远远大于技术站。当技术站发生故障时，可经由平行径路或迂回径路组织列车运行，能够保证不间断地接发列车；而中间站一旦发生故障，就有可能造成行车中断，影响整条线路的畅通[1]。如果救援不及时还容易导致事故性质升级，造成线路的堵塞和瘫痪，严重干扰正常运输秩序，影响铁路运输企业形象。因此，必须加强中间站的作业安全管理，进行有效控制，才能遏制作业事故的发生。
目前，对于铁路中间的作业安全分析，多采用定性方法[2-5]，亦有部分专家学者采用事故树分析法[6]、层次分析法和模糊综合评价[7]等定量方法对铁路技术站及中间站的作业安全进行评价，取得了很好的效果。本文在上述研究基础上，对影响中间站作业安全的主要因素进行分析并归类，然后运用突变理论对铁路中间站的作业安全状况进行定量评价。
1 突变评价方法原理
突变理论（Catastrophe Theory）是法国数学家雷勒·托姆在上世纪70年代创立的，它提供了一种研究跃迁、不连续和突然质变的普适方法，是关于系统状态变量特征对控制变量依从关系的数学理论。突变评价法是在突变理论基础上发展起来的一种综合评价方法，它吸取了现有层次分析法和模糊评价法的优点，所需的信息量少，且数学过程简单[8，9]。常用的突变模型有尖点突变、燕尾突变及蝴蝶突变（见表1），其状态变量有不同的维数，评价时需要根据实际情况进行选择。
突变评价法的主要步骤为：
（1）按系统的内在关系及影响因素，将其分解为由若干评价指标组成的多层系统，构建评价指标体系；（2）按照指标的重要程度进行排序，并根据各层指标相应的维数，选择合适的突变模型；（3）对评价指标体系的底层指标进行赋值，即融合突变理论与模糊数学，产生一种多维的突变模糊隶属度值，其取值范围在[0，1]之间。对于定性指标，一般可采取专家打分法确定；对于定量指标，可运用级差变换法，将其标准化为[0，1]之间的无量纲数值，即
对于正向指标：
（1）
对于逆向指标：
（2）
式中， 为标准化处理后的指标值， 为底层指标的赋值， 为底层指标的最大值， 为底层指标的最小值。
（4）根据底层指标的隶属度函数，利用归一公式进行综合量化递归运算，并根据“互补”或“非互补”原则逐层计算出指标因素的量值，进而得出系统总的隶属函数值。
2 铁路中间站作业安全的评价指标体系
铁路中间站安全状况受多种因素的影响，且各因素之间相互作用，有些因素难以量化，从而使得这些因素难以纳入评价指标体系。根据影响中间站作业安全的要素分析，其安全状况可以从人员素质、技术设备、作业组织、安全管理4个方面考察。
人员素质可以分解为业务技能、安全意识、应变能力、人员构成，技术设备可以分解为设备陈旧、设备数量，作业组织可以分解为互联互控、作业到位、作业环境，安全管理可以分解为规章制度、标准落实、业务管理、车站管理。由此建立铁路中间站多层次安全评价指标体系，并根据指标之间的关系及该指标对中间站作业安全影响的重要程度从左至右排序，如图1所示。
3 铁路中间站作业安全的突变评价
3.1 底层指标赋值
在将底层指标标准化处理时，由于建立的中间站作业安全评价指标均为定性指标，因此采取专家打分法来确定评价因素对作业安全的影响程度。将中间站的安全状况划分为5个等级，即“好”、“较好”、“中”、“较差”、“差”，其模糊值确定为（0.9，0.8，0.7，0.6，0.5）。由5位铁路专家对某中间站2008～2012年的安全状况进行评分，如表2所示。
3.2 利用归一公式计算突变值
按照突变评价法，利用归一公式逐步向上计算，直至算出最高层指标的突变值。以2012年的数据为例，具体计算过程如下：
底层指标A1，A2，A3，A4构成互补型蝴蝶突变，由归一公式可得
上述各控制变量之间互补，共同对人员素质要素发挥正向作用，由互补原则，取均值为
指标B1，B2构成非互补型尖点突变，由归一公式计算得出二者突变值后，取较小的数值作为设备要素的突变值，计算可得 。
同理，指标C1，C2，C3构成互补型燕尾突变，指标D1，D2，D3，D4构成互补型蝴蝶突变，分别采用对应的归一公式计算可得 ， 。
中间准则层指标A，B，C，D构成互补型蝴蝶突变，由互补原则，可计算得出2012年该中间站的安全综合评价值为0.98。同理，可计算出2008～2011年的安全综合评价值，如表3所示。 由表3分析可知，近三年，该中间站采取调整一线作业人员结构，增设专职调车人员，增加调车技术设备，改善作业环境，加强业务管理，完善规章制度并抓落实，增强现场一线人员作业组织时的互联互控等措施，其安全水平有所提高。但从各年份最终的综合评价值来看，都比较高，接近1，且差距较小，这很难有说服力。事实上，这是由突变评价法归一公式的聚集特点所致，其最终综合评价值仅仅是对底层指标赋值结果的一种数值反映，并无“优”、“劣”的判别，在实际应用中还需要对最终结果利用得分变换方法[10]进行转化，综合评价值y与xi的对应关系如下：
由上述公式计算可得y与xi的对应关系数值如表4所示。
由表3所示的综合评价值y=（0.96，0.96，0.97，0.97，0.98），根据y与xi的对应关系，可得变换后的综合评价值 =（0.7，0.7，0.8，0.8，0.85）。由此可见，变换后的数值较之前的更为直观，相对比较分散，能更接近绝对意义的“优”、“劣”，也更实用。
4 结 论
目前，基于突变理论的评价方法已经在经济、交通、农业、水利、地质、环境等领域广泛应用，但对于铁路中间站作业安全的定量分析，大多采用层次分析法、模糊综合评价、灰色评价等方法。本文通过建立中间站作业安全的分层次指标体系，应用突变评价法来进行分析，该方法相对于定性分析法减少了主观性，能使评价结果更趋于实际；相对于其他定量分析方法，所需信息量少，且计算简单。计算实例表明，该方法用于评价铁路中间站的作业安全是可行的，但突变评价方法本身存在评价值偏高问题，需要采用一定方法进行改进。此外，铁路中间站作业安全的评价指标体系也有待进一步规范。
【参考文献】
[1] 马修身. 铁路中间站安全风险管理探讨[J].铁道运输与经济，2012，34（5）：14-16.
[2] 佟罡. 中间站调车作业安全的探讨[J].铁道货运，2009，（2）：23-25.
[3] 李华. 铁路中间站调车作业安全探讨[J]. 铁道运输与经济，2010，32（12）：49-51.
[4] 李学林. 中间站调车作业安全管理[J]. 铁道货运，2010，（9）：24-26.
[5] 王大光. 铁路中间站行车安全问题与对策[J]. 黑龙江交通科技，2010，（8）：239-241.
[6] 陈波. 铁路中间站行车安全评价研究[D].西南交通大学，2005：24-31.
[7] 陈明伟，郑晓东.编组站安全管理考核评价方法探讨[J].中国安全科学学报，2008，18（11）：138-142.
[8] Wenyu Doua， Sanjoy Ghose. A dynamic nonlinear model of online retail competition using cusp catastrophe theory [J]. Journal of Business Research.2006， 59（7）：838-848.
[9] ZHANG Qiang.Research on the Thin Coal Mining Equipment Decision Model and Method Based on Catastrophe Evaluation Theory[J].Advances in Intelligent and Soft Computing，2009，62（2） ： 511-516.
[10] 施玉群，刘亚莲，何金平. 关于突变评价法几个问题的进一步研究[J]. 武汉大学学报（工学版），2003，36（4）：132-136.