CN114841564A - 基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，该方法首先构建评价指标层次体系，将财务指标、运输质量、运输生产率作为一级指标，分别考虑到隧道施工组织方案的施工成本、施工体验、施工效率，能够整体反映隧道施工组织方案，二级指标的选取进一步根据隧道施工过程以及一级指标进行划分，能够更合理地反映隧道施工组织方案的评价指标，然后结合模糊层次分析法的步骤进行评价，充分考虑到对于评价指标权重的犹豫度，使得隧道施工组织方案仿真评价更符合实际情况。

Description

基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法

技术领域

本发明涉及隧道施工组织方案仿真评价方法领域，具体是涉及一种基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法。

背景技术

在长大隧道的施工过程中，需要隧道运渣车辆在洞口与隧道内往返，如何在多种车辆组织方案中决策，选择一种最适合的方案是目前待解决的问题。

目前常见的决策方法包括层次分析法、模糊综合评价法、直接模糊层次分析法等，但是这些决策方法都没有直接应用在直觉模糊层次分析法中。论文《基于直觉模糊层次分析的特种设备事故应急预案评价》介绍了通过直觉模糊层次法对特种设备应急预案进行评价。由于隧道施工组织方案与特种设备事故应急预案所处领域不同，尤其是在评价指标的确立上，无法将同样的方法应用在隧道施工组织方案仿真评价中。

发明内容

本发明的目的是提供一种指标选取全面且结合评价指标权重时的犹豫度评价的隧道车辆组织方案仿真评价方法。

为了实现上述目的，本发明提供的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其中：构建评价指标层次体系；确定指标层次体系中各指标层的直觉模糊判断矩阵；根据直觉模糊判断矩阵确定直觉模糊一致性判断矩阵；判断直觉模糊一致性判断矩阵是否通过一致性检验，如是，根据直觉模糊一致性判断矩阵确定各指标层的各个指标的权重；对至少两个组织方案的指标层次体系中的各个指标进行评分，并根据各个指标的权重以及评分的分数计算组织方案的总得分；比较组织方案的总得分，确定总得分最高的组织方案为最佳组织方案；其中，构建评价指标层次体系时，包括构建一级指标层与二级指标层，一级指标层包括一级指标，二级指标层包括二级指标，二级指标层隶属于一级指标层，一级指标与相应的二级指标对应，一级指标包括财务指标、运输质量、运输生产率；财务指标对应二级指标中的运输成本、人工费用、装备费用；运输质量对应二级指标中的运输的安全性、运输的及时性、运输的方便性；运输生产率对应二级指标中的运输时间、运输平均速度、运输总里程、运输油耗。

由上述方案可见，本发明的隧道施工组织方案仿真评价方法，将财务指标、运输质量、运输生产率作为一级指标，分别考虑到隧道施工组织方案的施工成本、施工体验、施工效率，能够整体反映隧道施工组织方案，二级指标的选取进一步根据隧道施工过程以及一级指标进行划分，能够更合理地反映隧道施工组织方案的评价指标，然后结合模糊层次分析法的步骤进行评价，充分考虑到对于评价指标权重的犹豫度，使得隧道施工组织方案仿真评价更符合实际情况。

进一步的方案是，确定指标层次体系中各指标层的直觉模糊判断矩阵时，包括：构建R＝(r_ij)_n×n方阵，其中i,j代表偏好判断矩阵中的行和列，r_ij(μ_ij,v_ij),(i,j＝1,2.3,…,n),μ_ij＝v_ji,v_ji＝μ_ij,μ_ii＝ _ii＝0.5,μ_ij+_ji≤1，μ_ij表示第i个指标优于第j个指标的程度；v_ij表示第i个指标劣于第j个指标的程度，n表示一个指标层中的指标的个数，R表示指标层中各个指标进行直觉模糊偏好判断得到的直觉模糊判断矩阵。

进一步的方案是，根据直觉模糊判断矩阵确定直觉模糊一致性判断矩阵时，包括：通过下面公式计算：

确定直觉模糊判断矩阵，其中

为直觉模糊一致性判断矩阵。

进一步的方案是，判断直觉模糊一致性判断矩阵是否通过一致性检验，若否，通过引入参数σ∈(0.1)以及下面的公式调整和变换直觉模糊一致性判断矩阵，

直至通过一致性检验。

进一步的方案是，根据直觉模糊一致性判断矩阵确定各指标层的各个指标的权重时，包括：在相邻的所述指标层中，确定下一指标层的指标相对上一指标层的指标的权重。确定下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重时，通过下面公式计算：

其中ω_i为所述下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重。

进一步的方案是，对至少两个组织方案的所述指标层次体系中的各个指标进行评分，并根据所述各个指标的权重以及所述评分的分数计算所述组织方案的总得分，包括：通过所述评分的分数确定所述组织方案的总效率值，将所述总效率值代入直觉模糊数的排序函数计算所述组织方案的总得分。

附图说明

图1是本发明的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法的流程图。

图2是本发明的评价指标层次体系的示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明提出了一种基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，根据隧道车辆组织方案制定相应的指标并结合直觉模糊层次分析法对各个组织方案进行评价与选择。

本实施例以两个施工组织方案为例，介绍基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法。

参见图1，首先执行步骤S1，构建评价指标层次体系。具体的是，参见图2，目标层11为长大隧道施工组织方案指标体系，指标层包括一级指标层12与二级指标层13，二级指标层13隶属于一级指标层12，即二级指标层中13的二级指标是一级指标层中的一级指标的进一步细化，其中，一级指标层12包括三个一级指标，分别为财务指标、运输质量、运输生产率。财务指标对应的二级指标层13的二级指标分别为运输成本、人工费用、装备费用；运输质量对应的二级指标层13的二级指标分别为运输的安全性、运输的及时性、运输的方便性；运输生产率对应的二级指标层13中的二级指标分别为运输时间、运输平均速度、运输总里程、运输油耗。

执行步骤S2，确定指标层次体系中各指标层的直觉模糊判断矩阵。具体的是，直觉模糊判断矩阵可根据专家的评分意见来构建。构建R＝(r_ij)_n×n方阵，其中i,j代表所述偏好判断矩阵中的行和列，r_ij＝(μ_ij,v_ij),(i,j＝1,2.3,…,n),μ_ij＝v_ji,v_ji＝μ_ij,μ_ii＝v_ii＝0.5,μ_ij+v_ji≤1，μ_ij表示第i个指标优于第j个指标的程度；v_ij表示第i个指标劣于第j个指标的程度，n表示一个所述指标层中的指标的个数，R表示所述指标层中各个指标进行直觉模糊偏好判断得到的所述直觉模糊判断矩阵。一级指标层的直觉模糊判断矩阵如下方表1所示：

表1一级指标层的直觉模糊判断矩阵

一级指标	财务指标	运输质量	运输生产率
				财务指标	(0.5，0.5)	(0.5，0.4)	(0.45，0.5)
运输质量	(0.4，0.5)	(0.5，0.5)	(0.4，0.55)
				运输生产率	(0.5，0.45)	(0.55，0.4)	(0.5，0.5)

同理可在二级指标层中，将与同一个第一指标对应的第二指标两两比较，得到直觉模糊判断矩阵，在此不再赘述。

执行步骤S3，根据直觉模糊判断矩阵确定直觉模糊一致性判断矩阵。表1表示的一级指标层的直觉模糊判断矩阵代入下面公式计算：

从而确定直觉模糊一致性判断矩阵，其中

为所述直觉模糊一致性判断矩阵，

一级指标层的直觉模糊一致性判断矩阵如下方表2所示：

表2一级指标层的直觉模糊一致性判断逆矩阵

一级指标	财务指标	运输质量	运输生产率
				财务指标	(0.5，0.5)	(0.5，0.4)	(0.4，0.449)
运输质量	(0.4，0.5)	(0.5，0.5)	(0.4，0.55)
				运输生产率	(0.449，0.4)	(0.55，0.4)	(0.5，0.5)

同理可得二级指标层的直觉模糊一致性判断矩阵，其中隶属于财务指标的二级指标构成的直觉模糊一致性判断矩阵为B1，隶属于运输质量的二级指标构成的直觉模糊一致性判断矩阵为B2，隶属于运输生产率的二级指标构成的直觉模糊一致性判断矩阵为B3具体过程在此不再赘述。

执行步骤S4，判断直觉模糊一致性判断矩阵是否通过一致性检验。一致性检验采用下方公式进行：

其中，π表示R中元素的犹豫度，π_it＝1-μ_it-v_it；

表示

中元素的犹豫度，

R为各级指标间进行直觉模糊偏好判断得到的直觉模糊判断矩阵，

为直觉模糊一致性判断矩阵。由此可对一级指标层做一次性检验，有

B表示一级指标构成的直觉模糊一致性判断矩阵，由于

小于0.1，通过一次性检验。

同理，对于二级指标层中各个二级指标的直觉模糊一致性判断矩阵，有

由此，所有直觉模糊一致性判断矩阵通过一致性检验，可继续执行S6。若有直觉模糊一致性判断矩阵未通过一致性检验，则执行步骤S5，设置参数σ并使用参数σ对直觉模糊一致性判断矩阵的各个元素进行调整计算。具体的是，通过下面公式调整和变换直觉模糊一致性判断矩阵：

其中

是经过调整后的直觉模糊一致性判断矩阵，

是矩阵

中的元素，将该直觉模糊一致性判断矩阵再进行一次性检验，然后回到步骤S4，继续判断该模糊一致性判断矩阵是否通过一次性检验，通过一次性检验即可继续执行步骤S6。

执行步骤S6，根据直觉模糊一致性判断矩阵确定各指标层的各个指标的权重。确定所述下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重时，通过下面公式计算：

其中ω_i为所述下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重。由此解得一级指标和二级指标的权重分别为：

ω₁＝(0.1354,0.7331),ω₂＝(0.1345,0.8421),ω₃＝(0.2332,0.7428)；

ω₁₁＝(0.1463,0.6985),ω₁₂＝(0.2542,0.8642),ω₁₃＝(0.2176,0.7496)；

ω₂₁＝(0.1456,0.8341),ω₂₂＝(0.2678,0.4218),ω₂₃＝(0.2589,0.8731)；

ω₃₁＝(0.1348,0.7329),ω₃₂＝(0.2218,0.8348),ω₃₃＝(0.2157,0.8432)；

ω₃₄＝(0.1325,0.8469)；

其中，ω₁表示财务指标的权重，ω₂表示运输质量的权重，ω₃表示运输生产率权重；ω₁₁、ω₁₂、ω₁₃分别表示运输成本、人工费用、装备费用相对于财务指标的权重；ω₂₁、ω₂₂、ω₂₃分别表示运输的安全性、运输的及时性、运输的方便性相对于运输质量的权重；ω₃₁、ω₃₂、ω₃₃、ω₃₄分别表示运输时间、运输平均速度、运输总里程、运输油耗相对于运输生产率的权重。

此外，还可以直接计算二级指标相对于方案的总权重，具体的是，设一级指标的权重为ω_k(k＝1,2,3)，二级指标相对于一级指标的权重为ω_kl(k＝1,2,3,l＝1,2,3,仅k＝3时，l＝1,2,3,4)，二级指标相对于预案总评分的综合权重为W_kl，一级指标B_i下具有的二级指标个数为n_i。由于ω_k和W_kl都为直觉模糊数，因此其计算需利用以下的直觉模糊数的运算法则：

λ为常数；

所以有

故可得到下列总权重表表3：

表3总权重表

执行步骤S7，对至少两个组织方案的指标层次体系中的各个指标进行评分，根据各个指标的权重以及评分的分数计算组织方案的总得分。具体的，可通过对组织方案进行仿真，本实施例有组织方案A与组织方案B，由专家组对组织方案的仿真结果进行评价，给出评语集V＝{V1，V2，V3，V4}＝{优，良，中，差}，评价等级分为4级，对应的分数分别为95、80、62.5、25。以组织方案A为例，10人专家小组评价如下表：

获得专家的评分后，即可根据指标的权重计算组织方案的总得分。以计算各一级指标的得分为例，具体的是，得到二级指标的评分以后，对评分使用模糊综合评价进行处理，得到针对每一项二级指标的模糊综合评分G_kl，根据

n_k表示二级指标层中，一级指标k下的二级指标的个数n，从而可以计算各一级指标的评分，然后根据

求得组织方案的总效率值，由于求得的总效率值F仍表现为直觉模糊数，使用直觉模糊数的排序函数进行绩效评价，即ρ(α)＝1-0.5(1+π_α)(1-μ_α)，得到组织方案的总得分ρ(F)，通过比较不同方案的ρ(F)进行组织方案优劣的判断。基于上述的公式，得出二级指标模糊综合评价得分如下：

G₁₁＝75.5，G₁₂＝73.25，G₁₃＝73.25；

G₂₁＝69.75，G₂₂＝73.25，G₂₃＝78.5；

G₃₁＝75.25，G₃₂＝80.25，G₃₃＝78.5，G₃₄＝73.25；

最后进行指标得分计算,由

使得上述的直觉模糊数运算法则中满足0<λ<1，将减小后的得分G′_kl代入

代入

得到：

将该结果代入

得到：

同理对于组织方案B有：

将上述的直觉模糊数F_F与F_B代入ρ(α)＝1-0.5(1+π_α)(1-μ_α)，π_α的值为1-直觉模糊数α的前一项-直觉模糊数α的后一项，μ_α的值为直觉模糊数α的前一项。有：ρ(A)＝1-0.5(1+π_A)(1-μ_A)＝0.8234；ρ(B)＝1-0.5(1+π_B)(1-μ_B)＝0.7928；

执行步骤S8，比较组织方案的总得分，确定总得分最高的组织方案为最佳组织方案。由于组织方案A的评分高于组织方案B的评分，可将组织方案A确定为最佳组织方案。由此，根据组织方案的总得分可以在多个组织方案中选出最佳方案。

综上所述，本发明的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，通过构建评价指标层次体系，将财务指标、运输质量、运输生产率作为一级指标，分别考虑到隧道施工组织方案的施工成本、施工体验、施工效率，能够整体反映隧道施工组织方案，二级指标的选取进一步根据隧道施工过程以及一级指标进行划分，能够更合理地反映隧道施工组织方案的评价指标，然后结合模糊层次分析法的步骤进行评价，充分考虑到对于评价指标权重的犹豫度，使得隧道施工组织方案仿真评价更符合实际情况。

Claims (7)

1.基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

构建评价指标层次体系；

确定所述指标层次体系中各指标层的直觉模糊判断矩阵；

根据所述直觉模糊判断矩阵确定直觉模糊一致性判断矩阵；

判断所述直觉模糊一致性判断矩阵是否通过一致性检验，如是，根据所述直觉模糊一致性判断矩阵确定所述各指标层的各个指标的权重；

对至少两个组织方案的所述指标层次体系中的各个指标进行评分，并根据所述各个指标的权重以及评分的分数计算所述组织方案的总得分；

比较所述组织方案的总得分，确定所述总得分最高的组织方案为最佳组织方案；

其中，构建所述评价指标层次体系时，包括构建一级指标层与二级指标层，所述一级指标层包括一级指标，所述二级指标层包括二级指标，所述二级指标层隶属于所述一级指标层，所述一级指标与相应的所述二级指标对应，所述一级指标包括财务指标、运输质量、运输生产率；

所述财务指标对应所述二级指标中的运输成本、人工费用、装备费用；

所述运输质量对应所述二级指标中的运输的安全性、运输的及时性、运输的方便性；

所述运输生产率对应所述二级指标中的运输时间、运输平均速度、运输总里程、运输油耗。

2.如权利要求1所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

确定所述指标层次体系中各指标层的直觉模糊判断矩阵时，包括：

构建R＝(r_ij)_n×n方阵，其中i,j代表所述偏好判断矩阵中的行和列，r_ij＝(μ_ij,v_ij),(i,j＝1,2.3,…,n),μ_ij＝v_ji,v_ji＝μ_ij,μ_ii＝v_ii＝0.5,μ_ij+v_ji≤1，μ_ij表示第i个指标优于第j个指标的程度；v_ij表示第i个指标劣于第j个指标的程度，n表示一个所述指标层中的指标的个数，R表示所述指标层中各个指标进行直觉模糊偏好判断得到的所述直觉模糊判断矩阵。

3.如权利要求2所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

根据所述直觉模糊判断矩阵确定所述直觉模糊一致性判断矩阵时，包括：通过下面公式计算：

确定所述直觉模糊一致性判断矩阵，其中

为所述直觉模糊一致性判断矩阵。

4.如权利要求3所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

判断所述直觉模糊一致性判断矩阵是否通过一致性检验，若否，通过引入参数σ∈(0.1)以及下面的公式调整和变换所述直觉模糊一致性判断矩阵，

直至通过所述一致性检验。

5.如权利要求4所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

根据所述直觉模糊一致性判断矩阵确定所述各指标层的各个指标的权重时，包括：

在相邻的所述指标层中，确定下一指标层的指标相对上一指标层的指标的权重。

6.如权利要求5所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

确定所述下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重时，通过下面公式计算：

其中ω_i为所述下一指标层的指标相对所述上一指标层的指标的权重。

7.如权利要求6所述的基于直觉模糊层次分析法的隧道车辆组织方案仿真评价方法，其特征在于：

对至少两个组织方案的所述指标层次体系中的各个指标进行评分，并根据所述各个指标的权重以及评分的分数计算所述组织方案的总得分，包括：

通过评分的分数确定所述组织方案的总效率值，将所述总效率值代入直觉模糊数的排序函数计算所述组织方案的总得分。

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