运输系统工程大作业(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上北京城市学院信息学部2012-2013-2学期运输系统工程课程大作业论文题目：层次分析法在城市轨道交通中的应用专 业： 城市轨道交通运营与管理 班 级： 11城轨专1班 学生姓名： 吴晨昊 学 号： 2013年6月目 录第一章 前言 2第二章 层次分析法理论概述 22.2概述 22.3层次分析法的原理与方法 2第三章 应用层次分析法的优点与其局限性 33.1 层次分析法有着明显的优点 33.2 其在HP在应用上也有其局限性 3第四章 应用层次分析法分析 44.1层次分析法在轨道交通线网方案评价中的应用 44.2利用AHP进行线网规划评价的步骤 4第五章 层次分析法应用

2、举例 65.1应用举例 65.2应用要点 9第六章 对系统工程的未来展望 106.1加快交通运输基础设施发展 106.2积极建设全国性交通大通道 106.3进一步建设与完善客货运输系统 10附-得分情况表 12第一章 前 言城市轨道交通在城市公共交通中扮演着重要的角色，其安全性关系着人民的生命和财产安全。本文主要介绍层次分析法在城市轨道交通中的应用，研究了层次分析法在风险评估建模中的应用，以及层次分析法的相关理论、和例举实例论据、分析最后得出结论。第二章 层次分析法理论概述2.1概述层次分析法(Analytical Hierarchy Process，简称AHP法)是美国运筹学家TLSaaty

3、于20世纪70年代中期提出，该法是对非定量事件做定量分析的一种有效方法。这是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。过去研究自然和社会现象主要有机理分析和统分析两种方法，前者用经典的数学工具分析现象的因果关系。后者以随机数学为工具、通过大量观测寻求统计规律。近年来发展的系统分析是又一种方法，而层次分析法就是系统分析的数学工具之一。利用AHP，不但可以把一个复杂问题简化为有序的递阶层次结构，使决策问题通过简单地两两比较形式导出，而且还使定性和定量分析有机地结合起来。在城市轨道交通运营车辆风险评估中，由于影响因素的复杂性、多样性，并缺少历史经验和统计资料，因此在风险辨识过程中，尤其是在收

4、集资料和研究资料、确定主要风险类型、分析基本风险的构成中大量运用了智暴专家组的头脑风暴(Brainstorming)法、德尔菲(Oelphi)法、故障树(FTA)法和幕景分析法，但这些方法往往受专家个人倾向和感受的影响，很难达到理想效果，而层次分析法运用专家经验知识设置指标体系，用一致性检验判断专家意见的一致性，有效地将定性分析与定量分析结合在一起，为解决特定条件下大中型工程项目的多目标风险评估提供了科学、可行的思路。应用层次分析法可简单有效的解决风险评估的建模及权重的确定问题。2.2层次分析法的原理与方法层次分析法的原理是把复杂的问题分解为各组成因素，将这些因素按支配关系分组，以形成有序的递

5、阶层次结构。通过两两比较判断，确定每一层中因素的相对重要性，建立判断矩 阵，通过矩阵的最大特征值与特征向量的计算，得出该层要素对于上层准则的权重8 。建立层次结构通常的模型最简单的结构有顶、中、底3层，及为目标层、准则层、分准则层。顶层通常是决策的目标和目的，是唯一的，底层是可供选择的不同方案，中层是分析评价影响方案好坏的因素，如下图所示。 第三章 应用层次分析法的优点与其局限性3.1层次分析法AHP作为一种有用的决策工具有着明显优点层次分析法AHP作为一种有用的决策工具有着明显优点。第一是它的适用性。用AHP进行决策，输入的信息主要是决策者的选择与判断，决策过程充分反映了决策者对决策问题的认

6、识。加之很容易掌握这种方法，这就使以往决策者与决策分析者难于互相沟通的状况得到改变，在多数情况下，决策者直接使用AHP进行决策，这就大大增加了决策的有效性。第二是它的简洁性。了解AHP的基本原理，掌握它的基本步骤，一个简单计算器足以完成全部运算，所得的结果简单明确，一目了然。第三是它的实用性。AHP不仅能进行定量分析，也可以进行定性分析。它把决策过程中定性与定量因素有机地结合起来，用一种统一方式进行处理。AHP也是一种最优化技术，从学科的隶属关系看，人们往往把AHP归为多目标决策的一个分支。但AHP改变了最优化技术只能处理定量分析问题的传统观念，使它的应用范围大大扩展。对某些预测、系统分析，A

7、HP也不失为一种有效方法。第四是它的系统性。AHP的特点是把问题看成一个系统，在研究系统各组成部分相互关系以及系统所处环境的基础上进行决策。对于复杂问题系统方式是有效的决策思维方式。相当广泛的一类系统具有递阶层次的形式。AHP恰恰反映了3.2 HP在应用上也有其局限性这主要表现在以下三个方面：第一，AHP的应用主要是针对那种方案大抵确定的决策问题，一般来说它只能从己知方案中选优，而不能生成方案。第二，AHP得出的结果是粗略的方案排序。对于那种有较高定量要求的决策问题，单纯运用AHP是不适合的。第三，在AHP的使用过程中，无论建立层次结构还有构造判断矩阵，人的主观判断、选择、偏好对结果的影响极大

8、，判断失误即可能造成决策失误。这就使得用AHP进行决策主观成分很大。要使AHP的决策结论尽可能符合客观规律，决策者必须对所面l临的问题有比较深入和全面的认识。尽管AHP有局限性，但并不影响它在许多领域的成功应用。第四章 应用层次分析法应用分析4.1层次分析法在轨道交通线网方案评价中的应用 AHP的基本原理是排序的原理,即最终将各方法(或措施)排出优劣次序,作为决策的依据。具体可描述为:AHP首先将决策的问题看作受多种因素影响的大系统,这些相互关联、相互制约的因素可以按照它们之间的隶属关系排成从高到低的若干层次,叫做构造递阶层次结构。然后请专家、学者、权威人士对各因素两两比较重要性,再利用数学方

9、法,对各因素层层排序,最后对排序结果进行分析,辅助进行决策。它的主要特点是定性与定量分析相结合,将人的主观判断用数量形式表达出来并进行科学处理,因此,更能适合复杂的社会科学领域的情况,较准确地反映社会科学领域的问题。同时,这一方法虽然有深刻的理论基础,但表现形式非常简单,容易被人理解、接受,因此,这一方法得到了较为广泛的应用,尤其适合于对决策结果难于直接准确计量的场合。4.2利用AHP进行线网规划评价的步骤：建立递阶层次结构。构造判断矩阵并请专家填写。层次单排序与检验单排序是指每一个判断矩阵各因素针对其准则的相对权重。层次总排序与检验。方案决策。4.2.1建立递阶层次结构。应用 AHP 解决实

10、际问题,要明确分析决策的问题,并把它条理化、层次化,理出递阶层次结构。AHP要求的递阶层次结构一般由以下三个层次组成:1)目标层(最高层) :指问题的预定目标;2)准则层(中间层) :指影响目标实现的准则;3)措施层(最低层) :指促使目标实现的措施。明确各个层次的因素及其位置,并将它们之间的关系用连线连接起来,就构成了递阶层次结构。4.2.2.构造判断矩阵并请专家填写。根据递阶层次结构就能很容易地构造判断矩阵。构造判断矩阵的方法是:每一个具有向下隶属关系的元素(被称作准则)作为判断矩阵的第一个元素(位于左上角) ,隶属于它的各个元素依次排列在其后的第一行和第一列。重要的是填写判断矩阵。填写判

11、断矩阵的方法是:向填写人(专家)反复询问:针对判断矩阵的准则,其中两个元素两两比较哪个重要,重要多少,对重要性程度按1 - 9赋值。下表是轨道交通线网规划填写后的部分判断矩阵：4.2.3.层次单排序与检验单排序是指每一个判断矩阵各因素针对其准则的相对权重。计算权重有和法、根法、幂法等。需要注意的是,在层层排序中,要对判断矩阵进行一致性检验。判断矩阵可以具有传递性和一致性。在实际中要求判断矩阵满足大体上的一致性,需进行一致性检验。只有通过检验,才能说明判断矩阵在逻辑上是合理的,才能继续对结果进行分析。一致性检验的步骤分两步。第一步,计算一致性指标C.I.(consistency index);

12、C.I. =（max- n）/（n 1）第二步,查表确定相应的平均随机一致性指标R.I.(random index);第三步 , 计算一致性比例 C.R.(consistency ratio) 并进行判断。 C.R.=C.I./R.I. 当 C.R. 0.1 时,认为判断矩阵不符合一致性要求,需要对该判断矩阵进行重新修正。下表是轨道交通线网规划中填写的部分层次单排序及检验结果表。4.2.4.层次总排序与检验。总排序是指每一个判断矩阵各因素针对目标层(最上层)的相对权重。这一权重的计算采用从上而下的方法,逐层合成。最后通过对排序结果的分析,得出最后的决策方案。4.2.5.方案决策。从方案层总排序

13、的结果看,方案 1(D1)的权重(0.5809)大于方案2(D2)的权重(0.4691)。因此,最终的决策方案是方案1。4.2.6结论:实践表明,基于层次分析法的城市轨道交通线网规划综合评价指标体系是合理的、科学的,它的建立,将为各大城市轨道交通线网的规划提供更科学的评价参考。第五章 层次分析法应用举例 5.1应用举例： 某市是以钢铁为主的新兴工业城市，近年来，工农业总产值持续稳定增长。但随着生产的发展，运输缺口也越来越大，已经成为经济进一步发展的主要障碍，急需投资交通工程项目，以扩大运输能力。该项目有3个备选方案：水运、公路运输、铁路运输，试用层次分析法对优先发展的运输方案作一排序。 解：（

14、1）分析该运输系统的要素集合及相关关系，用结构分析法建立系统的层次结构模型： （2）确定评价基准或判断标度。（3）从最上层要素开始，依次以最上层要素为依据，对下一层要素两两比较，建立判断矩阵：1.先以第一层要素投资层为依据，对第二层准则层要素建立判断矩阵 投资C B1 B2 B3 B4优先级向量经济效益B1 1 3 3 4 0.4944方便可靠B2 1/3 1 4 3 0.2854社会效益B3 1/3 1/4 1 2 0.1290环境污染B4 1/4 1/3 1/2 1 0.09122.再以第二层要素为依据，对第三层要素建立判断矩阵。由于此时有4个准则，故有4个判断矩阵： 以“经济效益”为依据

15、对各方案建立判断矩阵经济效益B1 A1 A2 A3 优先级向量水运方案A1 1 1/7 1/5 0.0719公路方案A2 7 1 3 0.6491铁路方案A3 5 1/3 1 0.2790 以“方便可靠”为依据对各方案建立判断矩阵方便可靠B2 A1 A2 A3优先级向量水运方案A1 1 5 3 0.6483公路方案A2 1/5 1 1/2 0.1220铁路方案A3 1/3 2 1 0.2297 以“社会效益”为依据对各方案建立判断矩阵社会效益B3 A1 A2 A3 优先级向量 水运方案A1 1 2 3 0.5400公路方案A2 1/2 1 2 0.2970铁路方案A3 1/3 1/2 1 06

16、133 以“环境污染”为依据对各方案建立判断矩阵 环境污染B4 A1 A2 A3优先级向量水运方案A1 1 3 5 0.6483公路方案A2 1/3 1 2 0.2297铁路方案A3 1/5 1/2 1 0.1220（4）根据判断矩阵，计算各要素的优先级向量：（5）确定总体优先级向量：(总体优先向量计算结果)投资C B1 B2 B3 B4总体优先级 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 0.163

17、3 0.1220 0.2357总体优先级向量的计算如下：（6）按照优先级别向量，对系统进行分析、评价、排序。根据总体优先级向量，可知，水运方案的总体优先级为0.3493，公路方案的总体优先级为0.4150，铁路方案的总体优先级为0.2357。可以认为三个方案的排序应为A2、A1、A3，即应选择公路方案。3.应用要点在应用层次分析法进行系统评价的时候，要注意以下几点：（1） 正确建立系统的层次结构模型。因为层次分析法是以系统的层次结构模型为基础的，只有层次结构模型正确，在此基础上所做的分析才是可信的、可靠的。（2） 判断矩阵一致性的检验。层次分析法是将分析者的思维过程数学化的一种方法。但是在一般

18、的系统评价中，由于涉及的因素量多且广，对有些因素评价者不可能给出精确的比较判断，就可能会产生判断的不一致性。这种判断的不一致性可以由判断矩阵的特征根的变化反映出来。因此，引入判断矩阵最大特征根的概念，来进行判断矩阵一致性的检验。 根据矩阵理论可知，如果 满足：则， 就是矩阵M的特征根，并且，对于所有的 有：显然，当矩阵M具有完全一致性时， ，其余特征根均为零；而当矩阵M不具有完全一致性时，则有：其余特征根 有如下关系：当矩阵M具有满意一致性时， 稍大于n，而其余特征根也接近于零。 所以，当判断矩阵不能保证完全一致性时，相应的判断矩阵的特征根也将发生变化，这就可以用判断矩阵的特征根的变化来检查判

19、断矩阵的一致性程度。即用检查系统评价者判断思维的一致性。 当 时，为完全一致；CI的值越大，判断矩阵的完全一致性越差，一般，只要CI0.1，就认为判断矩阵的一致性可以接受，否则要重新进行两两比较。（3）当判断矩阵的维数n越大时，判断的一致性就差，故应放宽对高价判断矩阵一致性的要求。于是，引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI值：即用更为合理的平均随机性指标CR进行判断矩阵一致性的检验。对于19阶判断矩阵，其RI值分别见表维数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，比例中方便可靠准则 对3个运输方案建立

20、的判断矩阵的最大特征根及一致性检验如下： 由：有最大特征根为：则:且:故认为准则 对3个运输方案建立的判断矩阵的一致性较好，是可以接受的。同样，可求得其余几个判断矩阵的最大特征根，并经过一致性检验后，认为其余几个判断矩阵的一致性也较好，也是可以接受的。第六章 未来交通运输系统工程的未来发展设想与展望通过本学期对交通运输系统工程的学习与了解，我对该方面未来的发展有以下几点设想与展望：1加快交通运输基础设施发展，增强交通运输服务能力未来的交通运输建设必须积极贯彻“以发展为主题”的方针，继续加大交通基础设施的建设。2积极建设全国性交通大通道，实现各区域间的通畅连接全国性大通道由多条东西与南北向的运输

21、干线构成，作为国家运输系统的主骨架，是在大客货流方向上由多种运输方式交通线路构成的运输走廊。大通道担负着区域间的大密度客货交流的重任，连接着区域经济中心、重要工业基地和众多的大中型城市，并与多个地区交通网相连接。建设全国性大通道，畅通各大区域之间的交流，这是我国今后交通运输发展的主要任务。 3进一步建设与完善客货运输系统，解决交通运输的重点问题交通运输应对未来的形势与任务，重点是建设城市间快速客运系统、城市公共运输系统、集装箱运输系统和大宗散货运输系统等四大运输系统。(1)城市间快速客运系统城市间快速客运系统主要由铁路、航空和公路等运输方式构成。按照可持续发展的国家战略，未来将大力发展轨道交通

22、以解决城市间的快速旅客运输，包括在主要铁路干线方向上建设旅客运输专线，大幅度提高铁路的旅客运输能力；在区域内的城际间建设轨道交通网，开行大密度的快速旅客列车。(2)城市公共运输系统城市内交通采取公共交通与个体交通相结合，并将公共交通作为发展的重点。面对城市环境的巨大约束，不同规模的城市选择不同的公共交通方式组合，如城市公共客运方式包括地铁、轻轨、快速公共汽车、普通公共汽车和出租车等。(3)集装箱运输系统集装箱运输是一种高度集约化的现代运输方式，其运输系统主要由水路、铁路和公路等运输方式组成。随着运输技术的发展，集装箱运输的范围不断扩大，未来将主要包括：远(近)洋外贸集装箱运输、沿海与内河内贸集

23、装箱运输、铁路国内集装箱运输、铁路国际集装箱亚欧联运、公路集装箱门到门运输等等。集装箱装卸港口和陆运场站是集装箱运输系统的重要部分，也是集装箱运输系统建设的重点。(4)大宗散货运输系统在我国工业化进程中，能源和原材料运输将占有十分重要的地位。作为我国工业的粮食，煤炭、铁矿石和石油既是国家的战略资源，也是交通的重点运输物资。大宗散货运输系统主要由大型深水港口、重载铁路干线、沿海与内河航道和输油管线等设施构成。大宗散货运输系统以运量大、效率高而成为运输的重要成分。最后，希望我们国家在未来的发展建设中，特别是交通运输系统工程建设中，和各项发展中更加迅速、强大，希望我们的伟大祖国更加繁荣富强。得分情况序号评分细则得分1论文选题反映实际应用(10分)2论文结构严谨，逻辑清晰(30分)3对实例中运用到的方法和得到的结果，结合课本知识进行分析，分析得当入理，最好能给出修改意见(50分)4对系统工程的未来提出展望(10分)56789总分评语教师签字：王德 年 月 日专心-专注-专业