孫延浩，張 琦，任禹謀,3，孫鵬舉

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 國家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；4.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081)

0 引 言

高速鐵路列車調(diào)度系統(tǒng)是高速列車安全、正點(diǎn)及高效運(yùn)行的重要保障。作為高速鐵路列車調(diào)度系統(tǒng)的直接參與者，高鐵列車調(diào)度員的工作能力直接影響到高鐵列車的運(yùn)行效率與行車安全，尤其在遇到突發(fā)事件時(shí)。對高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力綜合評價(jià)是一個(gè)典型的多屬性、多層次決策評價(jià)問題(multiple attribute decision making，MADM)。在實(shí)際工作中，由于MADM的復(fù)雜性和決策者對事物判斷的模糊性，導(dǎo)致決策有很大的不確定性。目前，關(guān)于MADM綜合評價(jià)決策方法的研究大多是基于模糊綜合評價(jià)、層次分析法(AHP)和D-S證據(jù)理論等方法的改進(jìn)或改良[1,2]；JIN Weiwei等[3]、YANG Fengfeng等[4]通過分析突發(fā)事故的特點(diǎn)，確定評價(jià)指標(biāo)，分配權(quán)重，采用AHP對相關(guān)人員的應(yīng)急處置能力進(jìn)行了評估；YE Jianmei等[5]提出了一種模糊語言與D-S證據(jù)理論的模型來評估車站應(yīng)急處置的能力；YU Z Y等[6]為了降低評估的主觀性，先通過熵權(quán)獲取指標(biāo)權(quán)重，再利用D-S證據(jù)理論來對專家的評估信息進(jìn)行集結(jié)，并以此對電網(wǎng)調(diào)度員的應(yīng)急處置能力進(jìn)行了評估。然而，由于D-S證據(jù)理論沒有考慮權(quán)重信息，評估結(jié)果往往不準(zhǔn)確，而證據(jù)推理(evidential-reasoning，ER)算法在吸收D-S證據(jù)理論處理不確定性信息融合優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了指標(biāo)的權(quán)重信息，評估結(jié)果較為可靠。

筆者提出了一種基于ER算法的評價(jià)模型，從素質(zhì)水平能力、溝通協(xié)調(diào)能力、規(guī)范操作能力和合理調(diào)整能力4個(gè)方面構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)，通過模糊層次分析法(fuzzy-AHP，F(xiàn)AHP)計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，利用ER算法對各指標(biāo)的評價(jià)信息進(jìn)行融合，從而獲得評估結(jié)果，并結(jié)合“道岔失去表示”時(shí)高鐵列車調(diào)度員的應(yīng)急處置能力進(jìn)行了案例分析，驗(yàn)證了ER算法模型的適用性和可靠性。

1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 列車調(diào)度員工作性質(zhì)

高鐵列車調(diào)度指揮系統(tǒng)是一個(gè)“人-機(jī)-環(huán)”耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。高鐵值班(副)主任、列車(助理)調(diào)度員、客服調(diào)度員、供電調(diào)度員、動(dòng)車調(diào)度員及綜合設(shè)施調(diào)度員共同組成高鐵調(diào)度系統(tǒng)中“人”的要素。高鐵值班副主任負(fù)責(zé)組織生產(chǎn)，受值班主任領(lǐng)導(dǎo)，管理其他調(diào)度崗位。高鐵調(diào)度以計(jì)劃調(diào)度為基礎(chǔ)，以列車調(diào)度為核心，各調(diào)度工種與列車調(diào)度密切聯(lián)系，相互配合工作。高鐵調(diào)度相關(guān)人員組織簡化結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 高鐵列車調(diào)度人員組織簡化結(jié)構(gòu)

高鐵列車調(diào)度員的主要任務(wù)是監(jiān)視列車運(yùn)行、接受調(diào)度日計(jì)劃、與鄰臺交換列車運(yùn)行計(jì)劃、掌握管轄區(qū)段內(nèi)的列車和車站作業(yè)流程，并及時(shí)發(fā)布相關(guān)調(diào)度命令、口頭命令和行車憑證；需要時(shí)，辦理人工進(jìn)路；非常站控時(shí)，向車站值班人員下達(dá)最新列車調(diào)整計(jì)劃、設(shè)置限速命令；遇突發(fā)情況時(shí)，報(bào)告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)并處置、完成領(lǐng)導(dǎo)臨時(shí)下達(dá)的任務(wù)。作業(yè)流程如圖2。

圖2 高鐵列車調(diào)度員日常作業(yè)流程

高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置的主要對象是突發(fā)事件，即任何導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸組織策略突然發(fā)生變化或者運(yùn)輸組織計(jì)劃突然變更的事件[7]。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，高鐵列車調(diào)度員的首要任務(wù)是最大限度地恢復(fù)列車運(yùn)行秩序，減少列車晚點(diǎn)、延誤，采取的處置措施主要有臨時(shí)限速、人工辦理進(jìn)路、列車反方向運(yùn)行等。由于突發(fā)事件的偶然性和隨機(jī)性，高鐵列車調(diào)度員的工作性質(zhì)具有以下顯著特征：①處理處置緊迫；②任務(wù)難度大；③工作壓力大；④決策目標(biāo)和處置方法多樣；⑤多部門共同參與[8]。

1.2 評價(jià)指標(biāo)體系確定

針對高鐵列車調(diào)度員的工作性質(zhì)及面對突發(fā)事件時(shí)應(yīng)急處置工作的特征，筆者參考調(diào)度規(guī)則[9]和工作指南[10]，構(gòu)建了高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力評價(jià)指標(biāo)體系。體系共分為3層：第1層為目標(biāo)層A；第2層為準(zhǔn)則層B，包括4個(gè)一級指標(biāo)，即素質(zhì)水平能力、溝通協(xié)調(diào)能力、規(guī)范操作能力及合理調(diào)整能力；第3層為因素層C，包括19個(gè)二級指標(biāo)，如圖3。

圖3 高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力評價(jià)指標(biāo)體系

1.2.1 素質(zhì)水平能力

高鐵列車調(diào)度員任務(wù)重、工作繁雜，尤其在遇到突發(fā)事件時(shí)，其身心壓力巨大，因此，高鐵列車調(diào)度員必須具備較強(qiáng)的素質(zhì)水平能力，包括知識儲備能力、工作熟練度、身體素質(zhì)水平、責(zé)任感、危機(jī)意識、工作負(fù)壓能力和持續(xù)性注意能力等。

1.2.2 溝通協(xié)調(diào)能力

高鐵列車調(diào)度員與值班主任、助理值班員，以及車務(wù)、電務(wù)等其他工種需要不停的傳遞有效性信息或者發(fā)送調(diào)度命令，因此，高鐵列車調(diào)度員要具有一定的對內(nèi)對外組織協(xié)調(diào)能力，在不同工種之間進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)和有序地溝通。

1.2.3 規(guī)范操作能力

發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，由于時(shí)間緊、壓力大，很容易出現(xiàn)“錯(cuò)、忘、漏”等人為操作不規(guī)范的問題，因此，高鐵列車調(diào)度員應(yīng)按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》[11]進(jìn)行應(yīng)急處置，保證操作流程的時(shí)效性、順序性、正確性和完整性。

1.2.4 合理調(diào)整能力

通常，突發(fā)事件會對正常的運(yùn)輸組織計(jì)劃產(chǎn)生干擾，因此，列車調(diào)度員在采取初始處置措施后，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，盡早消除突發(fā)事件的后續(xù)影響。

1.3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

合理確定指標(biāo)權(quán)重是綜合評價(jià)中的一個(gè)重要問題，權(quán)重是否客觀、合理直接影響到綜合評價(jià)的結(jié)果。層次分析法(AHP)是一種常見的賦權(quán)方法，但主觀性較強(qiáng)，其判斷矩陣的一致性與人們思維的一致性存在著顯著差異。模糊層次分析法(fuzzy-AHP，F(xiàn)AHP)可以很好地克服AHP的缺陷，因此筆者采用FAHP來計(jì)算高鐵列車調(diào)度應(yīng)急處置能力指標(biāo)的權(quán)重。

Step 1構(gòu)造優(yōu)先關(guān)系矩陣。采用0.1 ～ 0.9標(biāo)度[12](表1)，通過指標(biāo)兩兩對比，建立n階優(yōu)先判斷矩陣F=(fi,j)n。

表1 標(biāo)度含義

Step 3采用方根法計(jì)算初始排序向量(權(quán)重)w(0)：

Step 4利用冪法求精度更高的排序向量(權(quán)重)。將模糊一致矩陣R=(ri,j)n轉(zhuǎn)化為互反判斷矩陣P=(pi,j)n，其中：pi,j=ri,j/rj,i。

用MATLAB對FAHP進(jìn)行編程，獲取高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力各層指標(biāo)的權(quán)重，見表2。

表2 各層指標(biāo)權(quán)重

2 基于ER算法的評價(jià)模型建立

ER算法是由曼徹斯特理工大學(xué)的YANG Jianbo等[13]于20世紀(jì) 90 年代提出并于近幾年才完善的一種方法，是在證據(jù)理論、決策理論、模糊理論和傳統(tǒng) IF-THEN規(guī)則庫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對處理UMADM問題具有很強(qiáng)的建模能力。

針對筆者所建立的高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力評價(jià)模型，以準(zhǔn)則層B及因素層C結(jié)構(gòu)為例，說明ER算法的數(shù)據(jù)融合過程。

由于專家或者現(xiàn)場評判人員自身認(rèn)知水平的差異，以及現(xiàn)場觀測條件的限制，對高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力的評價(jià)具有很大的模糊性和不確定性，因此，筆者采用模糊集來構(gòu)建評語集。

評語集H={h1,h2,h3,h4}，分別表示“優(yōu)”“良”“中”“差”，令β1,i、β2,i、β3,i、β4,i為對應(yīng)的隸屬度。選擇不完全評價(jià)的評語集，允許專家在對無法確定評價(jià)等級的指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)時(shí)可以不予評價(jià)，即

例如：B1包含6個(gè)二級指標(biāo)C1、C2、C3、C4、C5和C6，權(quán)重分別為w1、w2、w3、w4、w5和w6，滿足

0

則，二級指標(biāo)知識儲備能力C1可以表示為

S(C1)={(h1,β1,1),(h2,β2,1),(h3,β3,1),(h4,β4,1)}

(1)

對專家組的二級指標(biāo)評價(jià)進(jìn)行歸一化處理，得到二級指標(biāo)初始置信度分布。通過ER算法合成B1在評語集上的置信度。

令mn,i(i=1，2，…，6)為二級指標(biāo)Ci支持B1被評為hn(n=1，2，3，4)等級的程度；mH,i為未分配的概率指派函數(shù)，表示剩余的未分配具體等級的程度，則

mn,i=wiβn,i

(2)

(3)

(4)

(5)

將i個(gè)二級指標(biāo)聚合后支持B1被評為hn的程度表示為mn,I(i)，則mH,I(i)為聚合后B1不確定的等級程度。

mn,I(i+1)=KI(i+1)[mn,I(i)mn,i+1+mn,i+1mH,I(i)+mH,I(i+1)mn,I(i)]

(6)

(7)

(8)

式中：I(i+1)為集成i+1個(gè)底層指標(biāo)；K為沖突因子，表示各指標(biāo)不同時(shí)支持某一評價(jià)等級的程度。

從而可得B1在評價(jià)集上的組合置信度：

(9)

(10)

式中：βn為B1被評為hn的置信度；βH為未被分配給任何評價(jià)等級的置信度，即信息的不確定程度。

同理，可依次得到準(zhǔn)則層剩余3個(gè)一級指標(biāo)B2、B3、和B4的組合置信度。

通過ER算法合成專家組對高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力進(jìn)行評價(jià)。綜合評價(jià)流程如圖4。

圖4 高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力綜合評價(jià)流程

3 案例分析

3.1 應(yīng)急處置流程

“道岔失去表示”是一種發(fā)生頻率較高的故障事件，該故障對高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力考核較為全面?！暗啦硎ケ硎尽钡年P(guān)鍵處置流程如圖5。

圖5 道岔失去表示應(yīng)急處置流程

3.2 ER算法模型案例評價(jià)

以行車和安全等部門10名負(fù)責(zé)人員組成專家組對A、B 兩位高鐵列車調(diào)度員的操作進(jìn)行評價(jià)。

調(diào)度員A剛參加工作，調(diào)度員B具有多年經(jīng)驗(yàn)，兩位調(diào)度員在相同的場景下對道岔失表示這一故障進(jìn)行應(yīng)急處置操作。

調(diào)度員A在關(guān)鍵流程處置方面出現(xiàn)2處失誤：①?zèng)]有與電務(wù)部門確認(rèn)道岔是否僅定位或反位失表示；②忘記在《CTC調(diào)度終端操作情況登記簿》登記。調(diào)度員B在關(guān)鍵流程處置方面無明顯失誤，但兩人在其他方面均有些許失誤，如在與其他工種遠(yuǎn)程溝通的時(shí)候均出現(xiàn)溝通不流暢等現(xiàn)象。

將專家組對兩位調(diào)度員二級指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果做歸一化處理，得到19個(gè)二級指標(biāo)評價(jià)結(jié)果隸屬度，如表3。

表3 專家組對高鐵列車調(diào)度員A、B二級指標(biāo)評價(jià)隸屬度

考慮到ER算法融合的龐大計(jì)算量，因此進(jìn)行MATLAB編程計(jì)算，分別得到A、B兩位調(diào)度員4個(gè)一級指標(biāo)評價(jià)結(jié)果的隸屬度，如表4。

表4 高鐵列車調(diào)度員A、B一級指標(biāo)評價(jià)隸屬度

再對一級指標(biāo)進(jìn)行ER算法合成，得到專家組對2位調(diào)度員應(yīng)急處置能力評價(jià)隸屬度，如圖6。

圖6 專家組對高鐵列車調(diào)度員A、B應(yīng)急處置能力評價(jià)隸屬度

從圖6可以看出，調(diào)度員B應(yīng)急處置能力為“優(yōu)”的程度高于調(diào)度員A。根據(jù)最大隸屬度原則，應(yīng)急處置評價(jià)結(jié)果調(diào)度員A為“良”，調(diào)度員B為“優(yōu)秀”。

以調(diào)度員A為例，專家組對應(yīng)急處置能力評價(jià)的“不確定”的程度為0.021，該值可以作為評價(jià)結(jié)果精度的測量。同時(shí)，由[βn,(βH+βn)]引出置信區(qū)間的概念，以區(qū)間的形式刻畫評價(jià)等級的上限和下限，如“優(yōu)”的置信區(qū)間為[0.339，0.360]，區(qū)間值相對于點(diǎn)值更具有說服力和客觀性。

對調(diào)度員A、B的一級指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，調(diào)度員A的素質(zhì)水平能力、溝通協(xié)調(diào)能力和合理調(diào)整能力均偏低，原因可能是由于調(diào)度員A剛參加工作，面對突發(fā)事件時(shí)，其臨場經(jīng)驗(yàn)、工作熟練度、抗壓能力以及與他人的溝通等能力相較于調(diào)度員B均明顯不足。

高鐵列車調(diào)度員是一個(gè)工作很繁雜的崗位，工作經(jīng)驗(yàn)的積累非常重要。因此，應(yīng)加強(qiáng)對新員工的培訓(xùn)，經(jīng)常開展應(yīng)急演練，鍛煉調(diào)度員的應(yīng)急處置能力。

3.3 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證ER算法模型的可行性，以調(diào)度員A為例，對比分析用筆者建立的ER算法模型與用AHP模型計(jì)算的評價(jià)結(jié)果隸屬度，見表5。

表5 兩種方法評價(jià)結(jié)果隸屬度

從表5可以看出，2種模型總體評價(jià)一致，但ER算法模型對評價(jià)數(shù)據(jù)的一致部分可以有效地融合，對于一致性較強(qiáng)的評價(jià)(評價(jià)“良”)會進(jìn)行加強(qiáng)，且可以很好地降低不確定性，從而使得評價(jià)結(jié)果更加有效可靠。

4 結(jié) 論

1)根據(jù)突發(fā)事件的特征和高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置的特點(diǎn)，構(gòu)建了突發(fā)事件下高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力綜合評價(jià)指標(biāo)體系；采用FAHP法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重；通過ER算法模型，將專家組對各指標(biāo)和因素的評價(jià)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到了高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力評價(jià)結(jié)果。

2)根據(jù)評價(jià)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高鐵列車調(diào)度員工作中的不足，從而可以針對不足進(jìn)行有目的的訓(xùn)練，以提高鐵列車高調(diào)度員的應(yīng)急處置能力。

3)以“道岔失表示”為例，對比分析了ER算法模型與AHP模型對高鐵列車調(diào)度員應(yīng)急處置能力的評價(jià)結(jié)果。研究表明：ER算法模型評價(jià)結(jié)果的可靠度更高。