基于三角模糊和可变模糊集理论的地铁运营风险

0 引言

地铁运营风险评价在保障地铁车站及地铁列车的安全运营方面具有重要的作用.近年来，关于地铁运营风险评价体系及其方法的研究发展迅速.文献[1]分析了《地铁运营安全评价标准》在权重确定及评价方法方面的不足，尝试在地铁运营风险评价中引入变权理论和相对差异函数，以弥补个别指标因权重过小导致的评价结果失真问题.文献[2]针对地铁建设和运营特点建立了地铁运营安全评价的多级可拓评价模型.文献[3]为评估地铁安全运营水平，建立了基于DT 法的地铁设备设施动态分级模型.文献[4]基于Petri网络建立了地铁火灾应急响应模型.地铁运营风险评价体系的完备性、权重计算及评价方法的科学性是影响风险评价结果的主要因素，在现有的指标权重确定方法中，专家经验法和AHP法不同程度上且有一定的主观性，本文基于地铁运营风险的两大基本特征，即各指标对于地铁运营事故发生的可能性(RP)和后果的严重程度(RI)两方面考虑其影响，并采用三角模糊理论来解决风险影响因素的不确定性问题[5- 7]，从而确定各风险指标的权重；考虑到可变模糊集理论解决模糊问题的合理性[8]，论文提出了地铁运营风险评价的可变模糊评价方法，该方法能够科学合理地确定影响地铁运营风险各评价指标对各风险等级的相对隶属度，并且可以通过变化模型及其参数，合理地确定出地铁运营风险等级，提高其结果的可信度.

1 地铁运营风险评价体系的构建

基于系统安全的原理，影响系统安全的关键因素是“人-车(设备)-环境-管理”4个方面，对于地铁运营，将“人”的因素归纳为运营组织及管理层，针对《城市轨道交通技术规范》(GB -2009)在“运营”、“限界”、“土建工程”、“车辆”、“机电设备”等方面的要求，并结合《地铁运营安全评价标准》(GB/T -2007)及文献[4]的成果，建立并完善了地铁运营风险评价指标体系，如表1所示.

表1 地铁运营风险评价指标体系及取值目标层1级指标yi1级指标权重ωi2级指标yij2级指标权重ωij指标分值指标分值xij相对隶属度iuh1234地铁运营风险水平安全管理评价0．27安全管理机构及人员0．(10)85(8．5)00．1670．6670．167安全生产责任制0．(10)85(8．5)00．1670．6670．167安全投入与安全管理目标0．(20)70(14)0．1870．6250．1870事故应急救援体系0．0(20)75(15)0．10．60．30安全教育培训0．0(9)89(15)00．0450．5450．409事故隐患管理及安全信息交流0．(13)73(9．5)0．1420．5950．2630安全检查制度及相关规程0．(18)82(15)00．3330．5830．083运营组织与管理评价0．19系统负荷0．(20)65(13) 0．250．6670．0830 调度指挥0．(28)89(25)00．3440．3750．281列车运行0．(25)92(23)000．40．6客运组织0．(27)82(22)00．3330．5830．083运营设备与设施评价0．47车辆系统评价0． 0．4 0．6 供电系统评价0．．1670．6670．167机电设备评价0．．3440．3750．281通信和信号设备评价0．0．30．7环境与设备监控系统评价0．．1670．6670．167自动售检票系统评价0．．3440．3750．281车辆段与综合基地评价0．．350．65线路与轨道系统评价0．．450．55消防系统评价0．．10．60．30土建系统评价0．．0830．5830．333外界环境评价0．07防自然灾害0．8(84)92(77)00 0．4 0．6 保护区防护0．(16)69(11)0．2010．6340．1650

2 三角模糊理论及其权重确定方法的构建

风险为事故发生的可能性及后果严重程度的综合度量，而不同的指标对于事故发生的可能性及后果严重程度是不一样的，且有一定的不确定性，因此科学的权重确定方法是考虑风险评价指标对事故发生后果及严重程度的影响，并采用数学方法来解决其赋值过程中的不确定问题，而三角模糊理论可以有效解决这一问题.

三角模糊理论发展于Zadeh提出的模糊集理论，由文献[7]可知，对于论域为U上的三角模糊数其隶属度函数如式(1)所示：

式中，在地铁运营风险评价中，bl为指标赋值区间中的最小值;br为指标赋值区间中的最大值;bq为指标赋值区间中的最可能值.

2个三角模糊数和乘法算法可描述如下：

??(bl,bq,br)=(albl,aqbq,arbr)

式中，al，ar，aq的意义同bl，br，bq.

根据地铁运营风险影响因素及三角模糊理论，其权重确定步骤如下.

(1)定义风险因素(RF)

根据地铁运营的有关特点及风险的两大基本特征，即事故发生的可能性(RP)以及后果的严重程度(RI).依据文献[5]及文献[6]，表2、表3给出RP和RI模糊数的定义，包括其相应的语言变量、地铁运营中关于可能性及后果严重程度的参考值和对应的三角模糊数.

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