模糊层次分析法和灰色关联度在铁路方案决策中的应用
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摘要
铁路建设长期以来作为我国交通基础设施建设的重要组成部分,在我国国民经济的建设和发展中起着重要的作用。铁路建设项目具有投资大、工期长,影响因素众多等特点,因此对铁路项目进行科学的,合理的,客观的论证与决策是关系到铁路建设全局战略的重大问题,对项目本身的投资与收益,对环境和社会、经济发展都会产生深远影响。
现阶段关于铁路线路方案的决策分析主要还是通过计算铁路项目换算工程运营费最省,并结合对各方案的技术条件,环境影响效果,社会、经济发展意义等的简要分析,作出最优方案的决策。但该过程存在着评价指标选择不够全面,对定性因素的分析仅依靠工程师经验主观判断等不足。本文在总结有关线路方案比选决策理论研究成果的基础上,尝试建立以模糊_层次分析法和灰色关联度法相结合的评判分析模型,来为线路方案决策分析提供参考,具有一定的现实意义。
本文首先分析研究了影响铁路线路方案决策的因素,以及不同因素在影响方案决策时的重要性程度。按照全面性、系统性、合理性、可比性等原则建立方案评价指标体系,从技术条件,经济合理性、环境影响、社会经济效益及意义四个方面综合选择评价指标。
然后,通过对模糊_层次分析理论和灰色理论的研究,结合两者各自优点,建立起以模糊_层次分析法和灰色关联度法相结合的评判分析模型,并对评判指标权重分配,各方案对于评判指标的隶属度的确定方法作了一定的改进,保证了最终评判分析结果的合理性和客观性。
最后,选用云南省蒙自至河口新建铁路线路项目为例,对模糊_层次分析法和灰色关联度评判模型运用于方案比选决策进行了实例分析。其计算结果验证了本文方法在运用于铁路方案评判决策过程中的合理性,能够给实际方案决策分析提供依据和参考,具有一定的实用意义。
Railway construction plays an important role in the construction and development of the national economy in our country long-term since as China's transportation infrastructure construction of important component. Railway construction project has Characteristics such as big investment, time long, many factors to affect etc, Therefore it is an important things weather railway project can be argued and decided scientifically, reasonably and objectively, which is related to the global strategy to railway construction. Also it will have a profound influence to the investment and profit for project itself, environment, social and economic development.
The railway line scheme decision analysis current is mainly done by calculating the minimum conversion cost of the construction and operation for railway project, and combining with the technical conditions, the environmental impact effect, and the significance for the social and economic development. Finally the optimal railway line scheme can be decide. But this process there are drawbacks when engineer make judgment as evaluation index selection is not comprehensive, the analysis of the qualitative factors is only depending on engineer experience etc. Based on summarizing the theory research achievements about railway scheme decision, Fuzzy_ Analytic Hierarchy Process (F_AHP) and Gray Correlation Analysis (GCA) model were established to provide reference for railway scheme decision analysis, such process has certain practical significance.
Firstly, factors affecting the railway line scheme and the effect of different level when all factors affect the scheme decision were analyzed. Meanwhile the schemes evaluation index system was established according to the comprehensive, systematic, rationality, comparability principles and the evaluation indexes were synthetically selected from four aspects containing technical conditions, economic rationality, environmental impact, social economic benefits and significance.
Secondly basing on the research for fuzzy_ analytic hierarchy theory and gray theory, the Fuzzy_ Analytic Hierarchy Process (AHP) and Gray Correlation Analysis (GCA) model were established which were combined with their respective advantages. Then the evaluation index weight distribution was calculated and the method to confirm membership grade of each scheme to all judging indexes was improved, such processes above ensured the final evaluation analysis result be reasonable and objective.
In the end, the new railway project from Mengzi to Hekou, in Yunnan province was choused as an example to have practically analysis on Fuzzy_Analytic Hierarchy Process and Gray Correlation evaluation model used in scheme selected decision-making. The calculation results demonstrate the rationality when the method apply in railway scheme evaluation and the decision-making process, Fuzzy_Analytic Hierarchy Process and Gray Correlation evaluation model has certain practical significance for it can provide the basis and the reference when we make the actual railway scheme decision analysis.
现阶段关于铁路线路方案的决策分析主要还是通过计算铁路项目换算工程运营费最省,并结合对各方案的技术条件,环境影响效果,社会、经济发展意义等的简要分析,作出最优方案的决策。但该过程存在着评价指标选择不够全面,对定性因素的分析仅依靠工程师经验主观判断等不足。本文在总结有关线路方案比选决策理论研究成果的基础上,尝试建立以模糊_层次分析法和灰色关联度法相结合的评判分析模型,来为线路方案决策分析提供参考,具有一定的现实意义。
本文首先分析研究了影响铁路线路方案决策的因素,以及不同因素在影响方案决策时的重要性程度。按照全面性、系统性、合理性、可比性等原则建立方案评价指标体系,从技术条件,经济合理性、环境影响、社会经济效益及意义四个方面综合选择评价指标。
然后,通过对模糊_层次分析理论和灰色理论的研究,结合两者各自优点,建立起以模糊_层次分析法和灰色关联度法相结合的评判分析模型,并对评判指标权重分配,各方案对于评判指标的隶属度的确定方法作了一定的改进,保证了最终评判分析结果的合理性和客观性。
最后,选用云南省蒙自至河口新建铁路线路项目为例,对模糊_层次分析法和灰色关联度评判模型运用于方案比选决策进行了实例分析。其计算结果验证了本文方法在运用于铁路方案评判决策过程中的合理性,能够给实际方案决策分析提供依据和参考,具有一定的实用意义。
Railway construction plays an important role in the construction and development of the national economy in our country long-term since as China's transportation infrastructure construction of important component. Railway construction project has Characteristics such as big investment, time long, many factors to affect etc, Therefore it is an important things weather railway project can be argued and decided scientifically, reasonably and objectively, which is related to the global strategy to railway construction. Also it will have a profound influence to the investment and profit for project itself, environment, social and economic development.
The railway line scheme decision analysis current is mainly done by calculating the minimum conversion cost of the construction and operation for railway project, and combining with the technical conditions, the environmental impact effect, and the significance for the social and economic development. Finally the optimal railway line scheme can be decide. But this process there are drawbacks when engineer make judgment as evaluation index selection is not comprehensive, the analysis of the qualitative factors is only depending on engineer experience etc. Based on summarizing the theory research achievements about railway scheme decision, Fuzzy_ Analytic Hierarchy Process (F_AHP) and Gray Correlation Analysis (GCA) model were established to provide reference for railway scheme decision analysis, such process has certain practical significance.
Firstly, factors affecting the railway line scheme and the effect of different level when all factors affect the scheme decision were analyzed. Meanwhile the schemes evaluation index system was established according to the comprehensive, systematic, rationality, comparability principles and the evaluation indexes were synthetically selected from four aspects containing technical conditions, economic rationality, environmental impact, social economic benefits and significance.
Secondly basing on the research for fuzzy_ analytic hierarchy theory and gray theory, the Fuzzy_ Analytic Hierarchy Process (AHP) and Gray Correlation Analysis (GCA) model were established which were combined with their respective advantages. Then the evaluation index weight distribution was calculated and the method to confirm membership grade of each scheme to all judging indexes was improved, such processes above ensured the final evaluation analysis result be reasonable and objective.
In the end, the new railway project from Mengzi to Hekou, in Yunnan province was choused as an example to have practically analysis on Fuzzy_Analytic Hierarchy Process and Gray Correlation evaluation model used in scheme selected decision-making. The calculation results demonstrate the rationality when the method apply in railway scheme evaluation and the decision-making process, Fuzzy_Analytic Hierarchy Process and Gray Correlation evaluation model has certain practical significance for it can provide the basis and the reference when we make the actual railway scheme decision analysis.
引文
[1]李远富.铁路、公路总体规划与设计理论[M].成都：西南交通大学出版社,2008.
[2]吴小萍,陈秀方,金守华等.客运专线线路走向多目标决策分析[J].中国铁道科学,2003,24(2)：48-52.
[3]吴小萍,詹振炎.基于灰色和模糊集理论的铁路方案多目标综合评价方法及模型研究[J].铁道学报,2001,23(5)：107-113.
[4]董华珍,李春霞.多目标模糊决策在线路方案比选中的研究及应用[J].铁路与公路设计.四川建筑,2008,28(1)：67-72.
[5]黄淑.基于模糊重心理论的铁路既有线改建方案评价方法研究[D].西南交通大学硕士学位论文.2006：8-10.
[6]陆亚军,李远富.方案优选模型的研究及应用[J].铁道勘察,2007,(2)：65-68
[7]朱茵,孟志勇,阚叔愚.铁路建设优选方法的研究[J].北方交通大学学报,2000,23(2)：127-130.
[8]龙许友,魏庆朝,赵金顺.基于神经网络和灰色系统理论的新建铁路基本走向智能决策支持系统研究.铁道勘察,2006,(4)：12-15.
[9]李俊芳,吴小萍.基于AHP-FUZZY多层次评判的城市轨道交通线网规划方案综合评价.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2007,31(2)：205-208.
[10]宋久鹏,董大伟,高国安.基于层次分析法和灰色关联度的方案决策模型研究[J].西南交通大学学报,2002,37(4)：463-466.
[11]杨立国,刘铮,欧阳志峰.基于层次分析法及模糊综合评价法的铁路“绿色”选线方案比选[J].铁道标准设计,2007,(12)：20-22.
[12]沈寒.基于灰色系统理论的公路建设项目环境影响评价方法[D].长沙理工大学硕士学位论文.2006：19-22
[13]曾祥.基于AHP的铁路线路方案模糊综合评价研究[D].北京交通大学硕士学位论文.2009.
[14]吴小萍.可持续发展战略指导下的轨道交通规划与评价方法研究[D].中南大学博士学位论文.2003.
[15]苏为华.多指标综合评价理论与方法问题研究[D].厦门大学博士学位论 文.2009：19-21.
[16]易思蓉.线路工程信息技术[M].成都：西南交通大学出版社,2007.
[17：李远富,薛波,易思蓉.铁路线路设计方案综合优选决策系统的研究[J].系统工程学报,2001,16(2)：151-155
[18]张海燕,陈峰,阐叔愚.新建铁路技术方案辅助决策系统的研究[J].铁道学报,2001,23(2)：94-98.
[19]易思蓉.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社,2005.
[20]TB10504-2007.铁路建设项日预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法[S].
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[25]杨晓宇,吴小萍,冉茂平.铁路噪声环境影响综合评价研究[J].中国铁道科学,2005,26(1)：63-66
[26]杨舟.基于GIS的铁路绿色选线决策支持系统—模型库系统研究[D].中南大学硕士学位论文.2007
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[28]李安贵,张志宏等.模糊数学及其应用[M].北京：冶金工业出版社,2005.
[29]肖盛燮,王平义,吕恩琳.模糊数学在土木与水利工程中的应用[M].北京：人民交通出版社,2004.
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[31]朱建军.层次分析法的若干问题研究及应用[D].东北大学博士学位论文.2005
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[33]刘亚新.既有铁路改建速度目标值模糊决策方法研究[D].西南交通大学硕士学位论 文.2006：39-41.
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[4]]单仁亮,黄宝龙,李广景.基于灰色关联分析的综合评价模型在爆破方案选定中的应用[J].岩土力学,2009,30(8)：206-210.
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[43]张全.复杂多属性决策研究[M].沈阳：东北大学出版社,2008.
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[45]宿志平,白宝英.京沈客运专线引入阜新地区线路方案与设计研究[J].铁道工程学报,2010(2)：6-10.
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[50]丁文富.蒙河铁路主要地质灾害与地质选线[J].铁道工程学报,2008(4)：12-15.
[51]龚庆五.引入河口地区方案研究[J].山西建筑,2010,36(3)：306-307.
[52]谷永磊.新建铁路线路方案岩溶塌陷灰色模糊综合评判研究[D].北京交通大学硕士学位论文,2007.
[53]康彦仁,张邦仞.云南蒙自五里冲水库岩溶及其工程处理[J].中国岩溶,2002,21(2)：120-129.
[54]王维.泛亚铁路东线方案(国内部分)走向研究[J].四川建筑,2007,27(1)：78-81.
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[56]Bryson N, Joseph A. Generating consensus priority interval vectors for group decision making in the AHP[J]. Journal of Multi-Criteria Decision Analysis,2000,9(4):127-137.
[57]Buckley J, Fearing T, Hayashi Y. Fuzzy hierarchical analysis revisited [J]. European Journal of Operational Research,2001,129(1):48-64.
[58]胡涛.模糊数学和灰色系统理论在岩土及结构工程中的应用研究[D].广西大学硕士学位论文,2007.
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[60]段恒胜.云南省西南部发展米轨铁路的探讨[J].铁道运输与经济,1997(5)：9-11.
[61]何六友.昆河米轨铁路发展对策研究[D].河北工业大学工商管理硕士(MBA)学位论文,2006.
[62]丁亮.昆明铁路枢纽改扩建规划与分期实施的研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2002.
[63]田友春.泛亚铁路(东线)对区域产业优化升级的影响[J].红河学院学报,2010,8(4)：5-8.
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[61]何六友.昆河米轨铁路发展对策研究[D].河北工业大学工商管理硕士(MBA)学位论文,2006.
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