運(yùn)輸系統(tǒng)工程大作業(yè)

1、北京城市學(xué)院信息學(xué)部2012-2013-2學(xué)期運(yùn)輸系統(tǒng)工程課程大作業(yè)論文題目：層次分析法在城市軌道交通中的應(yīng)用專 業(yè)： 城市軌道交通運(yùn)營與管理 班 級： 11城軌專1班 學(xué)生姓名： 吳晨昊 學(xué) 號： 11131621129 2013年6月目 錄第一章 前言 2第二章 層次分析法理論概述 22.2概述 22.3層次分析法的原理與方法 2第三章 應(yīng)用層次分析法的優(yōu)點(diǎn)與其局限性 33.1 層次分析法有著明顯的優(yōu)點(diǎn) 33.2 其在HP在應(yīng)用上也有其局限性 3第四章 應(yīng)用層次分析法分析 44.1層次分析法在軌道交通線網(wǎng)方案評價(jià)中的應(yīng)用 44.2利用AHP進(jìn)行線網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)的步驟 4第五章 層次分析法應(yīng)用舉

2、例 65.1應(yīng)用舉例 65.2應(yīng)用要點(diǎn) 9第六章 對系統(tǒng)工程的未來展望 106.1加快交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展 106.2積極建設(shè)全國性交通大通道 106.3進(jìn)一步建設(shè)與完善客貨運(yùn)輸系統(tǒng) 10附-得分情況表 12第一章 前 言城市軌道交通在城市公共交通中扮演著重要的角色，其安全性關(guān)系著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。本文主要介紹層次分析法在城市軌道交通中的應(yīng)用，研究了層次分析法在風(fēng)險(xiǎn)評估建模中的應(yīng)用，以及層次分析法的相關(guān)理論、和例舉實(shí)例論據(jù)、分析最后得出結(jié)論。第二章 層次分析法理論概述2.1概述層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP法)是美國運(yùn)籌學(xué)家TLSaaty于

3、20世紀(jì)70年代中期提出，該法是對非定量事件做定量分析的一種有效方法。這是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。過去研究自然和社會(huì)現(xiàn)象主要有機(jī)理分析和統(tǒng)分析兩種方法，前者用經(jīng)典的數(shù)學(xué)工具分析現(xiàn)象的因果關(guān)系。后者以隨機(jī)數(shù)學(xué)為工具、通過大量觀測尋求統(tǒng)計(jì)規(guī)律。近年來發(fā)展的系統(tǒng)分析是又一種方法，而層次分析法就是系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)工具之一。利用AHP，不但可以把一個(gè)復(fù)雜問題簡化為有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，使決策問題通過簡單地兩兩比較形式導(dǎo)出，而且還使定性和定量分析有機(jī)地結(jié)合起來。在城市軌道交通運(yùn)營車輛風(fēng)險(xiǎn)評估中，由于影響因素的復(fù)雜性、多樣性，并缺少歷史經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料，因此在風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)過程中，尤其是在收集

4、資料和研究資料、確定主要風(fēng)險(xiǎn)類型、分析基本風(fēng)險(xiǎn)的構(gòu)成中大量運(yùn)用了智暴專家組的頭腦風(fēng)暴(Brainstorming)法、德爾菲(Oelphi)法、故障樹(FTA)法和幕景分析法，但這些方法往往受專家個(gè)人傾向和感受的影響，很難達(dá)到理想效果，而層次分析法運(yùn)用專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)設(shè)置指標(biāo)體系，用一致性檢驗(yàn)判斷專家意見的一致性，有效地將定性分析與定量分析結(jié)合在一起，為解決特定條件下大中型工程項(xiàng)目的多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評估提供了科學(xué)、可行的思路。應(yīng)用層次分析法可簡單有效的解決風(fēng)險(xiǎn)評估的建模及權(quán)重的確定問題。2.2層次分析法的原理與方法層次分析法的原理是把復(fù)雜的問題分解為各組成因素，將這些因素按支配關(guān)系分組，以形成有序的遞階

5、層次結(jié)構(gòu)。通過兩兩比較判斷，確定每一層中因素的相對重要性，建立判斷矩 陣，通過矩陣的最大特征值與特征向量的計(jì)算，得出該層要素對于上層準(zhǔn)則的權(quán)重8 。建立層次結(jié)構(gòu)通常的模型最簡單的結(jié)構(gòu)有頂、中、底3層，及為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、分準(zhǔn)則層。頂層通常是決策的目標(biāo)和目的，是唯一的，底層是可供選擇的不同方案，中層是分析評價(jià)影響方案好壞的因素，如下圖所示。 第三章 應(yīng)用層次分析法的優(yōu)點(diǎn)與其局限性3.1層次分析法AHP作為一種有用的決策工具有著明顯優(yōu)點(diǎn)層次分析法AHP作為一種有用的決策工具有著明顯優(yōu)點(diǎn)。第一是它的適用性。用AHP進(jìn)行決策，輸入的信息主要是決策者的選擇與判斷，決策過程充分反映了決策者對決策問題的認(rèn)識(shí)

6、。加之很容易掌握這種方法，這就使以往決策者與決策分析者難于互相溝通的狀況得到改變，在多數(shù)情況下，決策者直接使用AHP進(jìn)行決策，這就大大增加了決策的有效性。第二是它的簡潔性。了解AHP的基本原理，掌握它的基本步驟，一個(gè)簡單計(jì)算器足以完成全部運(yùn)算，所得的結(jié)果簡單明確，一目了然。第三是它的實(shí)用性。AHP不僅能進(jìn)行定量分析，也可以進(jìn)行定性分析。它把決策過程中定性與定量因素有機(jī)地結(jié)合起來，用一種統(tǒng)一方式進(jìn)行處理。AHP也是一種最優(yōu)化技術(shù)，從學(xué)科的隸屬關(guān)系看，人們往往把AHP歸為多目標(biāo)決策的一個(gè)分支。但AHP改變了最優(yōu)化技術(shù)只能處理定量分析問題的傳統(tǒng)觀念，使它的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展。對某些預(yù)測、系統(tǒng)分析，AH

7、P也不失為一種有效方法。第四是它的系統(tǒng)性。AHP的特點(diǎn)是把問題看成一個(gè)系統(tǒng)，在研究系統(tǒng)各組成部分相互關(guān)系以及系統(tǒng)所處環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行決策。對于復(fù)雜問題系統(tǒng)方式是有效的決策思維方式。相當(dāng)廣泛的一類系統(tǒng)具有遞階層次的形式。AHP恰恰反映了3.2 HP在應(yīng)用上也有其局限性這主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，AHP的應(yīng)用主要是針對那種方案大抵確定的決策問題，一般來說它只能從己知方案中選優(yōu)，而不能生成方案。第二，AHP得出的結(jié)果是粗略的方案排序。對于那種有較高定量要求的決策問題，單純運(yùn)用AHP是不適合的。第三，在AHP的使用過程中，無論建立層次結(jié)構(gòu)還有構(gòu)造判斷矩陣，人的主觀判斷、選擇、偏好對結(jié)果的影響極大，

8、判斷失誤即可能造成決策失誤。這就使得用AHP進(jìn)行決策主觀成分很大。要使AHP的決策結(jié)論盡可能符合客觀規(guī)律，決策者必須對所面l臨的問題有比較深入和全面的認(rèn)識(shí)。盡管AHP有局限性，但并不影響它在許多領(lǐng)域的成功應(yīng)用。第四章 應(yīng)用層次分析法應(yīng)用分析4.1層次分析法在軌道交通線網(wǎng)方案評價(jià)中的應(yīng)用 AHP的基本原理是排序的原理,即最終將各方法(或措施)排出優(yōu)劣次序,作為決策的依據(jù)。具體可描述為:AHP首先將決策的問題看作受多種因素影響的大系統(tǒng),這些相互關(guān)聯(lián)、相互制約的因素可以按照它們之間的隸屬關(guān)系排成從高到低的若干層次,叫做構(gòu)造遞階層次結(jié)構(gòu)。然后請專家、學(xué)者、權(quán)威人士對各因素兩兩比較重要性,再利用數(shù)學(xué)方法

9、,對各因素層層排序,最后對排序結(jié)果進(jìn)行分析,輔助進(jìn)行決策。它的主要特點(diǎn)是定性與定量分析相結(jié)合,將人的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)出來并進(jìn)行科學(xué)處理,因此,更能適合復(fù)雜的社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的情況,較準(zhǔn)確地反映社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的問題。同時(shí),這一方法雖然有深刻的理論基礎(chǔ),但表現(xiàn)形式非常簡單,容易被人理解、接受,因此,這一方法得到了較為廣泛的應(yīng)用,尤其適合于對決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計(jì)量的場合。4.2利用AHP進(jìn)行線網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)的步驟：建立遞階層次結(jié)構(gòu)。構(gòu)造判斷矩陣并請專家填寫。層次單排序與檢驗(yàn)單排序是指每一個(gè)判斷矩陣各因素針對其準(zhǔn)則的相對權(quán)重。層次總排序與檢驗(yàn)。方案決策。4.2.1建立遞階層次結(jié)構(gòu)。應(yīng)用 AHP 解決實(shí)際

10、問題,要明確分析決策的問題,并把它條理化、層次化,理出遞階層次結(jié)構(gòu)。AHP要求的遞階層次結(jié)構(gòu)一般由以下三個(gè)層次組成:1)目標(biāo)層(最高層) :指問題的預(yù)定目標(biāo);2)準(zhǔn)則層(中間層) :指影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)則;3)措施層(最低層) :指促使目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的措施。明確各個(gè)層次的因素及其位置,并將它們之間的關(guān)系用連線連接起來,就構(gòu)成了遞階層次結(jié)構(gòu)。4.2.2.構(gòu)造判斷矩陣并請專家填寫。根據(jù)遞階層次結(jié)構(gòu)就能很容易地構(gòu)造判斷矩陣。構(gòu)造判斷矩陣的方法是:每一個(gè)具有向下隸屬關(guān)系的元素(被稱作準(zhǔn)則)作為判斷矩陣的第一個(gè)元素(位于左上角) ,隸屬于它的各個(gè)元素依次排列在其后的第一行和第一列。重要的是填寫判斷矩陣。填寫判斷

11、矩陣的方法是:向填寫人(專家)反復(fù)詢問:針對判斷矩陣的準(zhǔn)則,其中兩個(gè)元素兩兩比較哪個(gè)重要,重要多少,對重要性程度按1 - 9賦值。下表是軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃填寫后的部分判斷矩陣：4.2.3.層次單排序與檢驗(yàn)單排序是指每一個(gè)判斷矩陣各因素針對其準(zhǔn)則的相對權(quán)重。計(jì)算權(quán)重有和法、根法、冪法等。需要注意的是,在層層排序中,要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣可以具有傳遞性和一致性。在實(shí)際中要求判斷矩陣滿足大體上的一致性,需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。只有通過檢驗(yàn),才能說明判斷矩陣在邏輯上是合理的,才能繼續(xù)對結(jié)果進(jìn)行分析。一致性檢驗(yàn)的步驟分兩步。第一步,計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.(consistency index); C

12、.I. =（max- n）/（n 1）第二步,查表確定相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.(random index);第三步 , 計(jì)算一致性比例 C.R.(consistency ratio) 并進(jìn)行判斷。 C.R.=C.I./R.I. 當(dāng) C.R. 0.1 時(shí),認(rèn)為判斷矩陣不符合一致性要求,需要對該判斷矩陣進(jìn)行重新修正。下表是軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中填寫的部分層次單排序及檢驗(yàn)結(jié)果表。4.2.4.層次總排序與檢驗(yàn)?？偱判蚴侵该恳粋€(gè)判斷矩陣各因素針對目標(biāo)層(最上層)的相對權(quán)重。這一權(quán)重的計(jì)算采用從上而下的方法,逐層合成。最后通過對排序結(jié)果的分析,得出最后的決策方案。4.2.5.方案決策。從方案層總排序的

13、結(jié)果看,方案 1(D1)的權(quán)重(0.5809)大于方案2(D2)的權(quán)重(0.4691)。因此,最終的決策方案是方案1。4.2.6結(jié)論:實(shí)踐表明,基于層次分析法的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃綜合評價(jià)指標(biāo)體系是合理的、科學(xué)的,它的建立,將為各大城市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃提供更科學(xué)的評價(jià)參考。第五章 層次分析法應(yīng)用舉例 5.1應(yīng)用舉例： 某市是以鋼鐵為主的新興工業(yè)城市，近年來，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值持續(xù)穩(wěn)定增長。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，運(yùn)輸缺口也越來越大，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙，急需投資交通工程項(xiàng)目，以擴(kuò)大運(yùn)輸能力。該項(xiàng)目有3個(gè)備選方案：水運(yùn)、公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸，試用層次分析法對優(yōu)先發(fā)展的運(yùn)輸方案作一排序。 解：（1

14、）分析該運(yùn)輸系統(tǒng)的要素集合及相關(guān)關(guān)系，用結(jié)構(gòu)分析法建立系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型： （2）確定評價(jià)基準(zhǔn)或判斷標(biāo)度。（3）從最上層要素開始，依次以最上層要素為依據(jù)，對下一層要素兩兩比較，建立判斷矩陣：1.先以第一層要素投資層為依據(jù)，對第二層準(zhǔn)則層要素建立判斷矩陣 投資C B1 B2 B3 B4優(yōu)先級向量經(jīng)濟(jì)效益B1 1 3 3 4 0.4944方便可靠B2 1/3 1 4 3 0.2854社會(huì)效益B3 1/3 1/4 1 2 0.1290環(huán)境污染B4 1/4 1/3 1/2 1 0.09122.再以第二層要素為依據(jù)，對第三層要素建立判斷矩陣。由于此時(shí)有4個(gè)準(zhǔn)則，故有4個(gè)判斷矩陣： 以“經(jīng)濟(jì)效益”為依據(jù)對

15、各方案建立判斷矩陣經(jīng)濟(jì)效益B1 A1 A2 A3 優(yōu)先級向量水運(yùn)方案A1 1 1/7 1/5 0.0719公路方案A2 7 1 3 0.6491鐵路方案A3 5 1/3 1 0.2790 以“方便可靠”為依據(jù)對各方案建立判斷矩陣方便可靠B2 A1 A2 A3優(yōu)先級向量水運(yùn)方案A1 1 5 3 0.6483公路方案A2 1/5 1 1/2 0.1220鐵路方案A3 1/3 2 1 0.2297 以“社會(huì)效益”為依據(jù)對各方案建立判斷矩陣社會(huì)效益B3 A1 A2 A3 優(yōu)先級向量 水運(yùn)方案A1 1 2 3 0.5400公路方案A2 1/2 1 2 0.2970鐵路方案A3 1/3 1/2 1 061

16、33 以“環(huán)境污染”為依據(jù)對各方案建立判斷矩陣 環(huán)境污染B4 A1 A2 A3優(yōu)先級向量水運(yùn)方案A1 1 3 5 0.6483公路方案A2 1/3 1 2 0.2297鐵路方案A3 1/5 1/2 1 0.1220（4）根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算各要素的優(yōu)先級向量：（5）確定總體優(yōu)先級向量：(總體優(yōu)先向量計(jì)算結(jié)果)投資C B1 B2 B3 B4總體優(yōu)先級 0.4944 0.2854 0.1290 0.0912 A1 0.0719 0.6483 0.5400 0.6483 0.3493 A20.6491 0.1220 0.2970 0.2297 0.4150 A30.2790 0.2297 0.1633

17、 0.1220 0.2357總體優(yōu)先級向量的計(jì)算如下：（6）按照優(yōu)先級別向量，對系統(tǒng)進(jìn)行分析、評價(jià)、排序。根據(jù)總體優(yōu)先級向量，可知，水運(yùn)方案的總體優(yōu)先級為0.3493，公路方案的總體優(yōu)先級為0.4150，鐵路方案的總體優(yōu)先級為0.2357?？梢哉J(rèn)為三個(gè)方案的排序應(yīng)為A2、A1、A3，即應(yīng)選擇公路方案。3.應(yīng)用要點(diǎn)在應(yīng)用層次分析法進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)的時(shí)候，要注意以下幾點(diǎn)：（1） 正確建立系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型。因?yàn)閷哟畏治龇ㄊ且韵到y(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)的，只有層次結(jié)構(gòu)模型正確，在此基礎(chǔ)上所做的分析才是可信的、可靠的。（2） 判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)。層次分析法是將分析者的思維過程數(shù)學(xué)化的一種方法。但是在一般的

18、系統(tǒng)評價(jià)中，由于涉及的因素量多且廣，對有些因素評價(jià)者不可能給出精確的比較判斷，就可能會(huì)產(chǎn)生判斷的不一致性。這種判斷的不一致性可以由判斷矩陣的特征根的變化反映出來。因此，引入判斷矩陣最大特征根的概念，來進(jìn)行判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)。 根據(jù)矩陣?yán)碚摽芍绻?滿足：則， 就是矩陣M的特征根，并且，對于所有的 有：顯然，當(dāng)矩陣M具有完全一致性時(shí)， ，其余特征根均為零；而當(dāng)矩陣M不具有完全一致性時(shí)，則有：其余特征根 有如下關(guān)系：當(dāng)矩陣M具有滿意一致性時(shí)， 稍大于n，而其余特征根也接近于零。 所以，當(dāng)判斷矩陣不能保證完全一致性時(shí)，相應(yīng)的判斷矩陣的特征根也將發(fā)生變化，這就可以用判斷矩陣的特征根的變化來檢查判斷

19、矩陣的一致性程度。即用檢查系統(tǒng)評價(jià)者判斷思維的一致性。 當(dāng) 時(shí)，為完全一致；CI的值越大，判斷矩陣的完全一致性越差，一般，只要CI0.1，就認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，否則要重新進(jìn)行兩兩比較。（3）當(dāng)判斷矩陣的維數(shù)n越大時(shí)，判斷的一致性就差，故應(yīng)放寬對高價(jià)判斷矩陣一致性的要求。于是，引入判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值：即用更為合理的平均隨機(jī)性指標(biāo)CR進(jìn)行判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)。對于19階判斷矩陣，其RI值分別見表維數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RI 0.00 0.00 0.58 096 112 1.24 1.23 1.41 1.45例如，比例中方便可靠準(zhǔn)則 對3個(gè)運(yùn)輸方案建立的

20、判斷矩陣的最大特征根及一致性檢驗(yàn)如下： 由：有最大特征根為：則:且:故認(rèn)為準(zhǔn)則 對3個(gè)運(yùn)輸方案建立的判斷矩陣的一致性較好，是可以接受的。同樣，可求得其余幾個(gè)判斷矩陣的最大特征根，并經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，認(rèn)為其余幾個(gè)判斷矩陣的一致性也較好，也是可以接受的。第六章 未來交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程的未來發(fā)展設(shè)想與展望通過本學(xué)期對交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程的學(xué)習(xí)與了解，我對該方面未來的發(fā)展有以下幾點(diǎn)設(shè)想與展望：1加快交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，增強(qiáng)交通運(yùn)輸服務(wù)能力未來的交通運(yùn)輸建設(shè)必須積極貫徹“以發(fā)展為主題”的方針，繼續(xù)加大交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2積極建設(shè)全國性交通大通道，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域間的通暢連接全國性大通道由多條東西與南北向的運(yùn)輸干

21、線構(gòu)成，作為國家運(yùn)輸系統(tǒng)的主骨架，是在大客貨流方向上由多種運(yùn)輸方式交通線路構(gòu)成的運(yùn)輸走廊。大通道擔(dān)負(fù)著區(qū)域間的大密度客貨交流的重任，連接著區(qū)域經(jīng)濟(jì)中心、重要工業(yè)基地和眾多的大中型城市，并與多個(gè)地區(qū)交通網(wǎng)相連接。建設(shè)全國性大通道，暢通各大區(qū)域之間的交流，這是我國今后交通運(yùn)輸發(fā)展的主要任務(wù)。 3進(jìn)一步建設(shè)與完善客貨運(yùn)輸系統(tǒng)，解決交通運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)問題交通運(yùn)輸應(yīng)對未來的形勢與任務(wù)，重點(diǎn)是建設(shè)城市間快速客運(yùn)系統(tǒng)、城市公共運(yùn)輸系統(tǒng)、集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)和大宗散貨運(yùn)輸系統(tǒng)等四大運(yùn)輸系統(tǒng)。(1)城市間快速客運(yùn)系統(tǒng)城市間快速客運(yùn)系統(tǒng)主要由鐵路、航空和公路等運(yùn)輸方式構(gòu)成。按照可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略，未來將大力發(fā)展軌道交通以解決城市間的快速旅客運(yùn)輸，包括在主要鐵路干線方向上建設(shè)旅客運(yùn)輸專線