基于主客观综合赋权的民机客舱舒适性评价.pdf

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1、基于主客观综合赋权的民机客舱舒适性评价 刘敬;余隋怀;初建杰【摘 要】针对民机客舱舒适性现有评价方法中缺乏数学定量评价的问题,提出了基于主客观综合赋权的民机客舱舒适性定量评价方法.首先在相关乘客调研基础上,建立了较全面的民机客舱舒适性评价指标体系.提出一种将主观决策实验室分析方法与客观熵权法相结合的综合权重赋值方法,既能有效避免赋权过程中人为主观因素的过度影响,又能充分挖掘调研数据中的真实信息,提高了各级评价指标权重数据的客观性和准确性.最后,针对民机客舱舒适性评价中的模糊性、主观性,利用模糊数学把舒适性主观评价转化为定量评价,得到了较客观的评价结果.通过实例验证,该结果可以对设计进行反馈,指

2、导设计调整过程,是一种有效的舒适性评价方法.%Aiming at the current problem lacking of quantitative comfort evaluation method,a multistage fuzzy comprehensive evaluation method based on DEMATEL-entropy is proposed to quantify the comfort evaluation in civil aircraft cabin.At first,on the base of relevant passenger comfort

3、 survey,a multistage evaluation indicator system is built.And then a comprehensive weight assigning method is proposed,which combined the subjective method-DEMATEL with the objective one-entropy method.It could reflect and quantify the importance of indicators by analyzing the inner casual relations

4、hip between them.The comprehensive weight obtained with this method could reflect the importance of indicators objectively and reasonably.In order to solve the fuzziness and subjectivity problem of evaluation language,criteria and process,a multistage fuzzy comprehensive evaluation method is adopted

5、 to assess the comfort in civil aircraft cabin.Finally,a more objective and quantitative result is obtained,which can give a feedback and direction to the designers.It is proved to be an effective method.【期刊名称】图学学报【年(卷),期】2017(038)002【总页数】6 页(P192-197)【关键词】民机客舱;舒适性评价;决策实验室分析方法;熵权;模糊综合评价【作 者】刘敬;余隋怀;初

6、建杰【作者单位】中国石油大学(华东)机电工程学院,山东 青岛 266580;西北工业大学陕西省工业设计工程实验室,陕西 西安 710072;西北工业大学陕西省工业设计工程实验室,陕西 西安 710072;西北工业大学陕西省工业设计工程实验室,陕西 西安 710072【正文语种】中 文【中图分类】TB472;V223+.2 经济性、环保性和舒适性是当前民用客机设计与评价的主要准则1。随着科技的发展与人们生活水平的提高，乘客对乘坐飞机时的舒适性要求不断提高，舒适性已经成为提升各航空公司竞争力的重要因素。了解民机客舱舒适性的评价方法，可以指导民机客舱设计过程，为设计师提供数据支持和设计反馈，具有非常

7、重要的意义。目前民机客舱舒适性评价方法主要分为主观评价与客观评价两种2。主观评价方法是指利用各种主观量表、调查问卷或访谈等形式来获取被试者的主观舒适性评价3-5。客观评价方法主要是测量并统计分析被试者的生理数据如压力分布、肌电信号、脑电信号等，以此反映被试者的舒适或不舒适程度6-8。以上评价方法多针对客舱内某一项指标如座椅设计或服务质量单独进行评价，并未建立全面的民机客舱系统舒适性评价指标体系，缺乏从系统整体角度出发的评价方法研究。同时，所得到的评价结果并未建立与民机客舱设计之间的关系，很难将其用于改进客舱设计。从指导民机客舱设计改善的角度出发，消除民机客舱内不舒适性因素最理想的方法是能够建立

8、定量的数学模型对乘客舒适性进行预测评价9。然而由于民机客舱舒适性的主观复杂性特点，目前用于民机客舱舒适性评价的数学模型还较少，缺乏定量化研究。针对以上问题，本文在相关乘客调研基础上，分析了民机客舱系统的特点，建立了较全面的民机客舱舒适性评价指标体系。提出一种主客观相结合的综合权重赋值方法，既能有效避免赋权过程中人为主观因素的过度影响，又能充分挖掘调研数据中的真实信息，提高舒适性各级评价指标权重数据的客观性和准确性。最后，针对民机客舱舒适性评价语言、评价标准以及评价过程中的模糊性、主观性，利用模糊数学的隶属理论把舒适性主观模糊评价转化为定量评价，并对评价结果进行分析反馈，指导设计过程。1.1 建

9、立舒适性评价指标体系 对舒适性进行合理评价必须以乘客需求为中心，充分考虑指标体系构建过程中的系统性、层次性和全面性，建立科学、合理的舒适性评价指标体系。结合民机客舱的结构特点以及人机工效设计准则，通过网络调查与实际发放调查问卷相结合的方式系统地收集影响民机客舱舒适性的元素，两周内共获取 78 份网络问卷，其中有效问卷 76 份。在西安咸阳国际机场现场发放问卷 47 份，有效问卷 42 份。通过对调查问卷效度、信度、相关性分析，共总结出客舱环境、客舱设施、座椅舒适性、舱内娱乐服务、舱内饮食服务、空乘服务等 6 项舒适性评价准则。其中，客舱环境主要是乘客所处的物理环境因素，如温湿度、空气质量、振动

10、、光照、配色、卫生状况等。客舱设施主要是指机舱内部各硬件设施，如行李架、卫生间等。由于座椅与乘客接触时间最长，座椅的舒适与否对乘客的整体舒适性影响巨大，因此将座椅舒适性单独列为一项指标来进行评判。而舱内娱乐服务、饮食服务、空乘服务作为服务类指标，体现机舱内提升乘客舒适性体验的各项辅助措施。将这些因素按照目标层、准则层、指标层分解成 3 个层级，准则层又包含子指标层。以此建立民机客舱舒适性评价指标体系如图 1 所示。1.2 基于 DEMATEL熵权法的综合权重计算 民机客舱舒适性系统是一个复杂系统，涉及的指标因素较广，各指标之间也存在一定的相关性。分析各指标的相互影响关系对指标体系的合理建立与权

11、重分配有重要作用10。因此在民机客舱舒适性评价研究中有必要研究更加合理的权值确定方法。决策实验室分析方法(decision making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)是一种基于图论和矩阵的主观权值计算方法。该方法通过计算各指标的中心度和原因度，量化各指标之间的逻辑关系与直接影响关系，从而对指标集权重确定11-12。利用 DEMATEL 方法对舒适性指标赋权可以较好的反映舒适性评价系统中各指标的重要程度与内在逻辑关系。熵权法是利用各指标的熵值所提供的信息量的大小来确定权重的一种客观赋值方法13。该方法克服了主观权重计算方法中受人的主观因素影响较

12、大的问题。通过对各指标熵值的计算，可以衡量各指标信息量的大小，从而确保所建立的指标体系能反映大部分的原始信息14。基于 DEMATEL熵权法的综合权重计算，是指充分利用主观 DEMATEL 法与客观熵权法的互补性，将主客观赋权相结合进行舒适性指标权重赋值。首先利用DEMATEL 方法计算舒适性评价指标的主观权重值，再利用熵权法计算舒适性评价指标的客观权重值，采用线性合成的方式将主客观权重进行相互修正，最终得到指标的综合权重。1.2.1 基于 DEMATEL 的主观权重计算 采用 DEMATEL 法确定各层指标权重。主要步骤如下：步骤 1.建立各指标元素之间的直接影响矩阵 Z=(zij)nn，并

13、进行规范化得到矩阵。其中，zij 为第 i 个元素对第 j 个元素的直接影响关系，主对角线元素为 0。步骤 2.计算综合影响矩阵，其中 I 为单位矩阵。步骤 3.计算影响度 R 与被影响度 C，中心度 E 与原因度 F，并以此计算各指标权重。其中 1.2.2 基于熵权法的客观权重计算 采用熵权法确定各指标的客观权重，主要步骤如下：步骤 1.建立决策矩阵并进行规范化，得到矩阵。步骤 2.计算第 j 个指标的熵值。其中，为第 j 个指标下，第 i 个评价对象的特征比重。步骤 3.确定各指标元素的客观权重，其中 1.2.3 综合权重计算 综合权重 W 是将以上主观权重 W1 与客观权重 W2 进行线

14、性合成，即 其中，a 为比例系数，反映了在确定舒适性评价指标综合权值时主观权重与客观权重的权衡。为求解 a，建立综合权重分别与主观权重、客观权重的误差的平方和最小为目的的优化函数，通过使两者的误差平方和最小，求出主观权重与客观权重的最优占比，即 将线性组合式(3)代入式(4)，求解可得 a=0.5。因此最终民机客舱舒适性评价指标体系综合权重计算式为 1.3 建立多级模糊综合评价模型 多级模糊综合评判方法的基本思想是将众多的指标因素划分为多个层级，首先对低层级因素进行模糊综合评价，然后对高层级因素进行评价，层层递升。1.3.1 建立低层级指标评判矩阵 对于评价因素集 U 中的每个指标，确定其对评

15、语集 V 中各评语的隶属程度 rij，并进行归一化处理，即。其中，k 为评语集个数。将 n 个因素的评判集组成矩阵Ri，i 为各准则层指标数量。1.3.2 建立低层级综合评判矩阵 将指标层单因素评判矩阵 Ri 及其权重集 Wi 进行模糊变换，得到综合评判矩阵 Si。即。其中，。1.3.3 建立多级模糊综合评判矩阵 根据不同层次评判矩阵及其权重集，通过模糊变换得到多级模糊综合评判矩阵，即 其中，W 为准则层权重；为低层级指标层权重；R 为准则层评判矩阵；为低层级指标层评判矩阵。2.1 建立各级指标综合权重 2.1.1 建立各级指标主观权重 将各级指标依次排序，构建各指标直接影响矩阵。利用 MAT

16、LAB 软件计算各指标元素的客观权重 W1(表 1)。在 MATLAB 中绘制出舒适性评价体系中各指标因果关系图，如图 2 所示。采用 DEMATEL 法进行主观权重的赋值，可以深层次地挖掘指标之间的因果关系，反映各指标的相互影响关系及重要程度。通过对中心度、原因度的分析，也能够追踪溯源分析权重分布的原因，为指导客舱设计改进提供依据。2.1.2 建立各级指标客观权重 取调查问卷中涉及到的 4 种型号飞机作为样本。对同一型号飞机，将乘客对各项指标的打分取均值，建立初始矩阵。经归一化处理之后，由 MATLAB 软件计算可得各指标的各指标的客观权重(表 1)。熵权法计算的各指标权重，避免了由专家打分

17、造成的对乘客关注重点的偏差，能够更加准确、客观地反映乘客的真实需求。2.1.3 计算综合权重 依据式(5)将主观权重与客观权重结合计算各指标综合权重，可以得出比使用单一方法更为客观合理的指标权值(表 1)。综合权重方法既分析了指标之间的内在逻辑关系，将对其他因素有重大影响的原因因素提高权重，也充分发掘了调研数据中乘客的真实需求，提高了各指标权重赋值的客观性与准确性。2.2 多级模糊矩阵求解 2.2.1 建立评语集以及评判矩阵 采用五级评价“很好、好、一般、差、很差”建立评语集。选取对某一型号飞机有近期乘坐经验的 20 名乘客，根据各项指标进行打分，并进行归一化处理。得到各指标层模糊矩阵，以客舱

18、环境中温度一项为例，20 人中有 6 人选择“很好”、8人选择“好”、4 人选择“一般”、2 人选择“较差”、0 人选择“差”，则该项对应评语集为 其余各项依次得出并组成评判矩阵。各因素评判矩阵如下 2.2.2 多级模糊综合评判求解 对二级指标进行模糊合成，选择加权平均算子进行加权平均计算，结果如下 将二级指标组合形成一级指标的模糊综合评判矩阵，即 将一级权重向量与模糊综合评判矩阵 R 合成得到对民机客舱舒适性的评价结果 S，如图 3 所示。2.2.3 结果分析 由图 3 可知，该民机客舱各等级测度值分别是 0.168 1、0.206 0、0.381 3、0.165 9 和 0.078 7。依

19、据最大隶属原则，该民机客舱的总体舒适性评价等级为“一般”，在舒适性设计方面尚需改善。根据第二层级测度结果，可以发现影响乘客舒适性体验的指标差异。以客舱环境为例进行分析，在客舱环境评价测度中，“一般”与“较差”分别为 0.357 8 与0.177 0，占总测度的 53.5%，这表明目前该型号飞机在“客舱环境”方面的舒适性体验尚无法达到要求。空乘服务评价最大测度为 0.403 0，等级为“好”，说明该项指标基本满足乘客的舒适性要求，暂不需要进行调整。对于其他指标，则进行同样分析，评价等级低的要重点加以改进。通过该评价结果可以对民机客舱设计过程中需要改进的地方提供依据。根据各指标层中影响因素的权重配

20、比，分析各层中对舒适性影响较大的指标，按照原因度与结果度，找出乘客最为关注并且是根源性的影响因素加以调整，从而可以较快地对客舱舒适性进行改进提升。以客舱环境为例，各指标中权重较大的分别是“空气质量”、“照明系统”与“客舱环境清洁度”，影响乘客舒适性体验的最大原因度因素是照明系统，今后在客舱环境设计方面应改善空气质量，加强对客舱环境的卫生要求，并改善不同时段灯光要求为乘客提供更好的舒适性体验。(1)在民机客舱乘客舒适性调研结果基础上，建立了较全面的民机客舱舒适性评价指标体系，能够较好地反映客舱内乘客舒适性影响因素。(2)提出了 DEMATEL熵权法相结合的综合赋权方法，充分利用主观 DEMATE

21、L法与客观熵权法的互补性，提高了舒适性各级评价指标权重数据的客观性和准确性。(3)利用多级模糊综合评判方法对民机客舱舒适性进行了定量的客观评价，建立了评价结果与客舱舒适性评价指标之间的关联，可以对客舱设计进行反馈，改善客舱设计，提升乘客舒适性水平。1 张毅,王和平.民用客机总体方案评价准则研究J.西北工业大学学报,2006,24(6):791-794.2 罗仕鉴.基于生物学反应的驾驶舒适度研究D.杭州:浙江大学,2005.3 VINK P,BAZLEY C,KAMP I,et al.Possibilities to improve the aircraft interior comfort e

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24、ing:Society of Automotive Engineers Press,2007:455-459.7 丁伍洋,陈云华,高素文,等.基于眼动参数云融合模型的疲劳检测方法J.计算机工程与设计,2013,34(11):4067-4071.8 GOULART F R,VALLS-SOL J.Patterned electromyographic activity in the sit-to-stand movement J.Clinical Neurophysiology,1999,110(9):1634-1640.9 BRINDISI A,CONCILIO A.Passengers co

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