（道路与铁道工程专业论文）遂宁至内江交通方式优选及新建铁路路网效益评价方法的研究.pdf

蘸蒸窑遗塞耋缝主瑟塞耋堂篷鎏塞鎏! 鋈 摘要 本文酌磷究辩塞是新建铁路项目的踌嘲效益计辣和交邋方式的优选，慰 予同邈诞不弼交遴运输方式的沈选问题，本文通过对备种常用方法进行研 燮魄较，采憨了藤次分析法，建立了楣应的鼷次分析法模穗，并编制了b l a t l a b ( m a t t r e s sl a b o r a t o r y ) 诗雾稷澄。势戮灌宁至内江段为例进行了最佬交通方 案熬魄选。验泛了滚方法鹣嚼杼像。f 溺辩，文中镑对现有经济评价办法巾新建 矮鑫懿瓣效益诗葵竣黻避熬斌嚣，姥合铰蘸逢设矮鞋典蠢系统性韵特点，跌 线路运输豹客赞o d ( o r i g i n d e s t i n a t i o n ) 流入警，参考摆关经踌毯：较袋，划 定鞭建线鼹熟貉飕影魄莲曜，逶蹬转移攀酝滚法，计算爨耱建铁黪分流运璧 大小，从嚣较准确的计算燃凝建铁路壤居的路嘲效益。并慰簸傀穷寨遂宁 歪内巍瓤建铁鼹进行了经济评债翻鼹阚效益的计算。 通过对遂宁至内江段薪建铁路、疑速公路及维持鼹戆公路运输黎统三方索 进行优选，褥国结论；修建遂内铁路方案为最优方案；遂内铁路的路网效盛 诗舞液翡；该铁路静修建，穴大翻强弱部地区铁路网，提高路阏机动能力， 强豫了嚣露嚣j 逶滋鸯褥南蹬海通道的联系。路阏效益最蔫；内江遂宁段新 建铁貉颈嚣熬财务译徐、溪民绥济评价和社会评价蚜为可行，且国民经济评 徐缝论曩鸯缀豢簸菇羧承受黪力。x ，一y 一一 关键潺：方案毖选；经济译徐；赣溪效益；客赞霸滚 、” 一” ”。 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rt h en e t w o r kb e n e f i to fn e w l y - b u i l dr a i i r o a di t e m s a n ds e l e c t i o no fd i f f e r e n tc o m m u n i c a t ep r o j e c t sa r et h em a i ns t u d y o b j e c t s 。i no r d e rt os e l e c tt h e b e s tf a s h i o nf r o md i f f e r e n tc o m m u n i c a t e p r o j e c t s ，b yc o m p a r ee v e r yw a y si nc o 懿珏o n i s e ，t h i sp a p e ru s ea h pt o s e l e c tt h eb e s tt r a f f i cp r o j e c tf r o ms u i n i n gt on e i j i a n g ，t h er e s u l t d e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo fa h p 。 i nt h en e w l y u s e de c o n o m i c a le v a l u a t em e t h o d s ，t h en e t w o r kb e n e f i t o fn e w l y b u i i dr a i l r o a di t e m si si n a c c u r a t e ，b a s e do nt h es y s t e m i c c h a r a c t e r i s t i co fr a i l r o a dp r o j e c t ，w o r k so nt h ep a s s e n g e r sa n d f r e i g h t s0 一d ( o r i g i n d e s t i n a t i o n ) ，c o n s u l t st h ec o m p a r a t i v et a b l eo f c o r r e l a t i v er o a d t h i sp a p e rm a r k so f ft h en e t w o r ki n c i d e n c eo f n e w l y b u i l dr a i l w a y 。u s e s t r a n s f e rr a t i ot od i s t r i b u t ef l u x t o c a l c u l a t et h ea c c u r a t ef l u xw h i c hc o m ef r o me x i s t i n gr a i l r o a d s ow e c a na c c u r a t e l yc a l c u l a t et h en e w l y b u i l dr a i l w a y sc o n t r i b u t i o nt o t h ee x i s t i n gr a i l r o a d 。t h e nt h i sp a p e rm a k e st h ee c o n o m i c a le v a l u a t i o n o ft h er a i l w a yf r o ms u i n i n gt on e iji a n g 。 b yu s i n go fa h pt os e l e c tt h eb e s tt r a f f i cp r o j e c tf r o ms u i n i n gt o n e i j i a n g w ed r a w ac o n c l u s i o nt h a tt h eb e s tp r o j e c ti st ob u i i dr a i l w a y f r o ms u i n i n gt on e i j i a n g t h ec a l c u l a t i o no fn e t w o r kb e n e f i ts h o w s ： t h eb u i l do ft h i sr a i l w a yw i l lr e i n f o r c et h en e t w o r kt ot h ew e s ta r e a s t r e n g t h e nt h en e t w o r k sa c t i v i t y t h ee c o n o m i c a l e v a l u a t er e s u l t ， d e m o n s t r a t e st h a tt h ee v a l u a t i o no ff i n a n c e ，t h ee v a l u a t i o no fn a t i o n a l e c o n o m ya n dt h ee v a l u a t i o no fs o c i e t y a r eb o t hf e a s i b l e t h ee v a l u a t i o n 。 o fn a t i o n a le c o n o m yh a sg o o dc a r r y i n gc a p a c i t yt or i s k k e yw o r d s ：s e l e c tt h eb e s tp r o j e c t ； b e n e f i t ：t h ep a s s e n g e rt r a n s p o r t e c o n o m i c a le v a l u a t i o mn e t w o r k s a n df r e i g h t so - d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 概述 第1 章绪论 铁路建设项目经济评价，是指在项目可行性研究的中，从国民经济以及 企业经济的角度，对拟建铁路建设项目的设计方案进行经济效益论证和评 价，从而确定铁路建设项目未来发展前景的一系列活动。 现行铁路建设项目经济评价包括财务评价、国民经济评价、不确定性 分析和综合评价： ( 1 ) 财务评价是在现行国家财税制度和价格体系的条件下，从铁路企业 的财务角度分析、计算项目的财务盈利能力和贷款清偿能力，据以判断项 耳的财务可行性。 ( 2 ) 国民经济评价是从国家整体角度分析、计算项目需要国家付出的代 价和对国家的贡献，根据对国民经济的净贡献，判断项目的经济合理性。 ( 3 ) 不确定性分析包括盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析。经济评 价采用的基础数据，无论是预测和估计，都具有一定程度的不确定性，进 行不确定性分析可估计项目承担风险的能力，确定项目在经济上的可靠 性。条件不具备时，可暂不进行概率分析。 ( 4 ) 综合评价是从经济角度对项目的综合效果和影响进行论证、做出评 价并提出建议。 1 2 经济评价理论的发展简况 1 2 1 西方经济评价理论的发展脚1 建设项目经济评价可以追溯到资本主义的早期。其特点是寻求最大的 企业利润，随着资本主义的发展，经营技术诸如统计、会计管理方法不断 获得重大改进，使建设项目的评价逐渐实用化和系统化。 2 0 世纪3 0 年代经济大萧条以前的百余年间，自由放任的学说支配着资 本主义国家特别是英美的经济思想和政府政策。所有的建设项目经济评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 是私人投资评价，仅有的公共事业被当作政府公务。在经济大萧条的年代 里，形势有了重大变化，随着资本主义自由放任体系的崩溃，一些政府， 特别是美国政府，运用新的财政政策、货币政策和公共建设工程来挽救萧 条的经济。这类短期的措施，其后就成为宏观经济管理的常规手段，并取 得了某种成效。随着各国政府管理公共事物的经验积累和人民要求改善生 活的强烈愿望，政府干预经济的需要和作用逐渐加强。因此，在建设项目 经济评价时，必须从国家的角度考虑项目的经济可行性。即国民经济评价。 1 2 2 我国建设项目经济评价理论的研究情况 1 9 5 7 年人民日报发表了题为充分考虑经济效果的社论，从而开 始了投资经济效果的讨论。但是直到1 9 8 0 年，国家还没有正式颁布一个国 民经济评价办法，1 9 8 0 年以后，随着工作重心的转移，中国投资银行、中 囡建设银行、国务院技术经济研究中心、社会科学院以及各个部门都相继 研究了建设项目经济评价办法，并发表了许多相关著作。1 9 8 7 年国家计委 颁布了建设项目经济评价方法与参数、中国国际工程咨询公司建设项 目评价暂行办法；1 9 9 3 年国家计委和建设部颁布了建设项目经济评价方 法、建设项目经济评价参数( 第二版) 。这些文件的颁布，标志着我国 建设项目决策论证进入了一个科学化、规范化的新阶段，推动了我国建设 项目经济评价方法的实际应用。 1 2 3 铁路建设项目经济评价的开展情况 1 9 8 4 年铁道部以( 8 4 ) 铁计字1 9 8 7 号文颁布了铁路建设项目可行性 研究试行办法和铁路建设项目可行性研究经济评价试行办法，推动了 铁路建设项目经济评价方法研究工作的丌展。十几年来，铁路设计部门编 制了大量的可行性研究报告，文件组成内容不断丰富完善，经济评价方法 不断充实提高，积累了资料，取得了经验，对铁路建设项目的科学决策做 出了贡献。1 9 9 7 年1 月铁道部计划司、中国国际工程咨询公司交通项目部 和国家丌发银行交通环保评审局委托西南交通大学编制的铁路建设项目 经济评价办法( 第二版) 和国家计划发展委员会、建设部颁柿的铁路建 设项目评价办法与参数( 第二版) 是现行铁路建设项目国民经济评价的主 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 要方法。它们对铁路建设项目的经济评价工作起到了规范化的指导作用。 1 3 选题背景和本文的主要工作 1 3 1 选题背景 市场经济条件下，对铁路建设项目进行科学、准确的经济评价，是确 保铁路建设项目资金到位，在合理期限收回投资、抵御风险，并取得预期 经济效益的关键。铁道部计划司、中国国际咨询公司交通项目部和国家开 发银行交通环保评审局颁发的铁路建设项目经济评价办法( 第二版) 在 铁路建设项目的经济评价中曾经发挥了很大的作用，但是，也不可避免的 会存在一些问题。例如：项目效益与费用的计算仅限于项目工程范围，单 纯的就项目论项目，没有结合铁路投资项目的网络性、系统性的特点。 针对铁路建设项目经济评价办法( 第二版) 存在的一些问题，目前 铁路建设项目经济评价办法出现一些新思路：当前，我国社会主义市场经 济体制已经基本取代计划经济体制，国家对投资项目的管理已应有所变化。 今后，小型项目，只要民间有积极性，符合国家相关政策，建议可不进行 复杂的国民经济评价，必要时可以帮助企业做好财务评价工作。同时针对 铁路投资项目的系统性，经济评价中更应注重项目的路网效益。所以目前 铁路建设项目评价更侧重于企业效益、路网效益和社会效益的研究。而现 行办法中对路网效益的计算并未深入研究，因此有必要对路网效益的计算 方法进行探讨。 同时，同一地区对于不同种运输方式的选择方法问题，通常应用的技 术经济比较方法是结合主要的定性因素，凭借设计人员或专家的经验和判 断来决定方案的取舍。出于定性定量因素之间没有统一的度量尺度。当各 方案的定量因素差异较小时，方案的取舍主要依赖设计人员的经验和判断， 这往往有某些主观倾向，难以做出科学的评价和选择。其次由于设计人员 对各因素的重要性看法不统一，在决定方案取舍时，常常会因着眼点不同 而结论各异、难予决策。因此针对这些缺点，有必要寻求一种既简单又客 观的优选方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 2 本文的主要工作 针对同一地区对于不同种运输方式的选择方法问题，本文对常用的、 目前较为成熟的技术经济理论和方法，如：多属性效用理论、字典序数法、 多目标规划、层次分析、等价代换法、模糊多目标决策等，进行分析比较， 论证了将层次分析法比较原理应用于交通方式优选问题的可能性，建立了 层次分析模型。利用m a t l a b ( m a t t r e s sl a b o r a t o r y ) 语言编制了计算程序， 对遂宁至内江两地交通方式进行了优选，并对铁路建设项目进行了经济评 价。 同时，针对铁路建设项目的特点：一条线路或一个枢纽项目建成后，不 仅工程范围内的客货运量发生变化，而且影响到相邻线路或相邻枢纽客货 运量的变化，客货运量的交流范围也就是项目的影响范围。即铁路投资项 目的影响范围为项目所承担的客货运量的交流范围一客货 o d ( o r i g i n d e s t i n a t i o n ) 范围。本项目通过对常用的交通景分配方法：o 1 分配法、增量分配法、二次加权平均分配法和平衡分配法等模型的建模过 程及优缺点进行分析比较。利用转移率配流法建立0 d 流横型，计算出新建 铁路分流运量。并参照相关径路比较表，来划定新建项目的路网影响范围， 进一步给出路网效益较为详细的计算方法，并以遂宁至内江新建铁路为例， 进行了路网效益的计算。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 第2 章交通方式优选 2 1 概述 交通方式优选一直是交通方式选择中一项政策性很强的工作。最佳交 通运输方式的选择，不仅受到经济指标的影响，同时，方案的好坏直接影 响到建设项目能否满足地区国民经济发展的需要，影响到线路的投资、施 工条件、运营效果及运输指标。并对周围自然环境产生不同程度的影响。 同时对提高项目经济效益和促进地区经济的发展也起着十分重要的作用。 交通运输方式1 1 4 】共分为五种类型：铁路、公路、水运、管道和航空运 输。几种方式各有利弊，最佳的运输方式的优选，涉及面广，影响因素多， 既有宏观的，又有微观的：既有定性的，又有定量的。因此必须从技术、 经济、工程、运输指标和环境影响等方面进行方案比选。 2 1 1 常用交通方式比选方法 传统的交通方式比选方法主要依赖于各方案的技术经济指标，按经济比 较方法，结合主要的定性因素，凭借设计人员或专家的经验和判断来决定 方案的取舍。这种方法虽为我国的建设做出了巨大的贡献，但方法本身也 存在一些不可忽视的缺点。首先是定性定量因素之间没有统一的度量尺度。 当各方案的定量因素差异较小时，方案的取舍主要依赖设计人员的经验和 判断，这往往有某些主观倾向，难以做出科学的评价和选择。其次是传统 方法没有考虑定性定量因素之间的相对重要性。由于设计人员对各因素的 重要性看法不统一，在决定方案取舍时，常常会因着眼点不同而结论各异。 为克服这些缺点，有必要寻求一种既要依靠设计人员的经验和判断，又要 避免单纯的凭经验选择方案的方法。交通方式优选问题是复杂大系统的决 策问题，如何解决这一问题是决策领域正在探索和发展的前沿阵地。目前 较为成熟的理论方法 2 2 1 是多属性效用理论、字典序数法、多目标规划、层 次分析、等价代换法、模糊多目标决策等。 多属性效益理论是反映决策者对备选方案属性偏好程度的一种多目标 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 决策理论。它利用决策者的偏好信息，构造一个价值函数，以此将决策者 的偏好数量化，然后根据每个备选方案的价值函数进行评价和排序，从而 找出带决策者偏好的优化结果。此法假设条件较多，并受决策者主观偏好 的影响。 字典序数法的基本概念较简单，首先是决策者对目标的重要性分等级， 然后用重要性的目标对各选方案进行筛选，保留满足此目标的那些方案， 再用次重要目标对已筛选方案进行再次筛选。如此重复进行，直至剩下最 后一个方案，这个方案便是满足多个目标最佳方案。 多目标规划是规划论的一个分支，是线性规划的一个延伸。多目标规划 不象线性规划那样直接求目标值的最大或最小，而是在给定的约束条件下， 使目标值与实际能达到的值之间偏差最小。多目标规划中通常没有决策变 量，只有目标的正负偏差变量。目标规划广泛应用于有限资源的最优分配 问题、计划安排问题以及其决策分析。每一种定量方法都有其局限性，目 标规划的局限在于目标规划假定决策问题是线性可加的，具有可分性，是 确定性的静态问题。这显然与实际存在差距。 层次分析法是解决多目标决策问题最常用、最重要的方法。它把定性分 析与定量分析结合起来，能有效处理那些难于完全用定量方法来分析的复 杂多目标问题。层次分析法的思想是把复杂问题分成若干层次，在每一层 次逐步分析并将人们的主观判断数量化。用加权和的方法计算出各方案对 总目标的权数。权数最大的方案为最优方案。 等价代换法是多目标决策常用方法之一。其实质是在多目标决策问题中 选定一个目标为主要目标，再把其余目标在多方案中的变化按线性关系折 算加入主要目标，以折算后的主要目标值的高低来比较方案的优劣，使用 该方法的条件是各目标值应具有单调性。即目标值越大，对决策者的价值 越大；反之则越小。 模糊数学理论是七十年代逐步发展起来的，现实生活中的事物，并不都 是非此即彼，处于正反之间、前后之间的过渡状态，这就是模糊性。在计 算机迅速发展，进入智能化的时候。继续使用二值逻辑，难于模仿人脑对 模糊现象的识别、判断和推理，模糊决策理论就是通过对备选方案和评比 指标之间构造模糊评价矩阵，来进行方案优选的方法。模糊决策方法正成 为决策领域中一种很实用的工具。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 2 1 2 交通方式优选方法的选择 多属性效用理论和字典序数法都受到决策者主观偏好的影响较大；多目 标规划方法又假定决策问题是线性可加的，这与实际存在较大差距；等价 代换法的使用受目标值应具单调性条件的影响。层次分析法( t h ea n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p 方法) 把一个复杂的问题表示为有序的递阶层 次结构，通过人们对决策方案的判断，进行优劣排序。这种方法能够统一 处理决策中定性和定量因素，具有实用性、系统性、简洁性等优点，与模 糊决策方法相比，层次分析法更实用、直观、简洁。层次分析法构造的评 比指标递阶层次结构能清楚的表明方案优选的评价指标体系。本文是引入 层次分析法进行交通方式的优选，使经验与理论结合起来，达到交通方式 优选的科学化、定量化。 2 2 理论分析 本章着重研究了利用层次分析法进行交通方式优选的可能性，并就指 标的选取、判断矩阵的形成及一致性检验、权重的计算方法等问题进行了 探讨。并在此基础上，提出了一种基于最优传递阵的群组层次分析法。这 种方法的特点是能自动调整判断矩阵的不一致性。 2 2 1 应用屡次分析法进行交通方式优选的一般过程 1 应用层次分析法进行交通方式的一般步骤 在交通方式的优选中，一般从前述几种交通运输方式选择一个最好的 方案作为推荐方案。这些方案是由一组无统一测度( 测度是指在定标度 下对事物某种属性的定量测量) 的定性定量因素来进行比选。利用层次分 析法进行比选的一般步骤可描述为：首先根据线路方案比选的范围和性质， 建立评价方案优劣的评比指标递阶层次结构。其次是在某种标度下，建立 各层指标之间即在某指标下的各方案之间的两两比较判断矩阵。第三步是 由判断矩阵导出各指标之间的相对重要性权重及在某指标下各方案的排序 权重。最后确定出各评比指标的组合权重及各方案在所选定的评比指标体 系中总排序。由此得出最佳方案。图2 - 1 给出了其一般步骤“1 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 2 交通方式优 图2 - 1 层次分析法进行交通方式比选流程图 建立评价交通方案优劣的评比指标递阶层次 i 在某种标度下，构造各指标之间与在某指标下各方 案之间的两两比较判断矩阵 i 对判断矩阵进行一致性检验，不满足一致性要求 的，需要重新调整判断矩阵，使其满足一致性要求 i 由判断矩阵导出各指标之间的相对重要性权重和 某指标下各方案的排序权重 i 计算各指标的组合权重及各方案在评比指标系中 的总排序 评判一个方案的优劣要有一组评价标准。这组标准既有定性标准，又 有定量标准，可由一系列评比指标来体现。评价方案的评比指标一般由设 计人员或专家组视方案比选的范围、性质及方案的复杂程度来拟定。一般 方案比选的评比指标有定性指标和定量指标两类。常用的指标“1 有： 1 ) 定性指标： ( 1 ) 政治、经济和国防意义。 ( 2 ) 行经地区的国民经济发展和沿线人民物质、文化生活水平的提高所 起的作用。 ( 3 ) 在路网中的地位和作用。 ( 4 ) 对沿线自然环境的影响( 如污染、噪音及对植被的破坏程度等) 。 ( 5 ) 工程地质水文条件( 如不良地质现象等) 。 ( 6 ) 施工条件( 当地的建筑材料、交通状况及对运营的干扰程度等) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 ( 7 ) 运营条件( 运营速度、安全和舒适程度等) 。 ( 8 ) 对运输要求的适应程度( 如运输的快速性、安全可靠性等) 。 2 ) 定量指标： 定量指标可分为三类，即运输指标、经济指标和工程指标。 ( 1 ) 运输指标 运输指标包括输送能力、能量消耗等指标。 输送能力 参加比选的方案必须满足一定的运输任务要求。由于各方案采用了不 同的技术条件和标准，因而虽均满足一定的运输任务，但形成的运输能力 仍有一定的差别。 能量消耗量 选择不同方案将影响到燃料动力消耗的数量，同时对地区的能源建设 提出了不同要求。有利于地区能源发展的方案较易被推荐。 ( z ) 经济指标 经济指标包括总投资、运输成本、运输收入、投资回收期、内部收益 率等指标。 总投资 各方案的总投资取决于所采用的技术条件和标准及沿线的自然条件。 一般来说这项指标对方案的选择有着重大影响。 运输成本 运输成本能反映方案的运营支出，当运量一定时，技术条件和标准较 好的方案运输成本较低，技术标准较低的方案运输成本相对较高。 投资回收期 这是评价方案经济效益的主要指标之一，能反映各方案的投资偿还能 力。 ( 3 ) 工程指标 工程指标主要包括三材消耗量、土地占用量、线路长度等指标。 三材消耗量 三材是指钢材、水泥、木材。一般来说各方案的三材消耗量是各不相 同的，它与投资指标关系密切。 土地占用量 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 一般各方案不仅占用土地在量上有差异，而且在质的方面也有较大不 同。在土地资源紧张或人口稠密的城镇地区，占用土地多少对我们选择方 案有较大影响。 线路长度 线路长度越长，展线系数越大，工程数量就会增加。 以上仅列出了评比方案优劣的一些主要指标，除此以外，还有运输质 量、社会要求、能源要求等可作为评比指标。对于某一特定的方案比选问 题，所选择的评比指标不一定全部包含上列指标，可有增有减，应视设计 要求和方案比选的性质，建立评比指标体系。在确定了方案比选评比指标 后，可根据各指标的属性把指标分为分类指标和细目指标。这样方案比选 的评比指标递阶层次可由四层构成。第一层为方案比选的目标层一一选择 最佳方案；第二层为分类指标层；第三层为细日指标层；最后一层为备择 方案。各层元索之间建立了支配关系，即目标层支配各分类指标，各分类 指标( 完全或不完全) 支配各细目指标，各细目指标支配各备选方案。 3 判断矩阵的形成和权重的计算方法 ( 1 ) 两两比较矩阵的构成 确定同一层上各指标( 分类指标或细目指标) 之间的相对重要性权重 和在某指标下各方案的排序权重，是利用层次分析法进行线路设计方案比 选的关键。对于方案比选这一复杂的决策问题，要直接给出各指标之间的 相对权重十分困难，而且往往带来较大的主观因素。因此必须通过适当的 方法来导出他们之间重要性的权重。层次分析法采用的是两两比较方法。 两两比较是指在一定的标度下，对一元素集x = x ，x 。，x 。 ( 这一元 素集可以是指标集，也可以是备择方案) 中任意两元素做成对比较，并给 出比较结果。设该元素集有n 个元素，则经过c ：= n ( n 1 ) 2 次比较，就可 以得出这一元素集的全部比较结果。若记元素中第i 个元素置对第j 个元 素x ，的相对重要性的比较结果为口则认为a 。是元素i 的权形与元素j 的 ， 权之比 后的近似值。其结果可用矩阵a 表示： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 彳= 口l ig 1 2- a l n 口2 lg 2 2口2 n 口w i口h 2 口删 ： 彳彳 叼： 1 ( 2 一1 ) 称矩阵a 为元素集x 的判断矩阵。 要构造翔断矩阵a 的关键是利用何种标度来表示元素之间两两比较结 果。a l s a a t y 建议采用卜9 比例标度，即表2 一l 给出的比例标度。 表2 - i卜9 比例标度的含义”3 标度含义 1 表示两个元素相比。具有同样重要性 3 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素稍微重要 5 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素明显重要 7 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素强烈重要 9 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素极端重要 2 、6 、8 为上述相邻判断的中值 若元素i 与j 比较得嘞，则元素j 与i 比较判断为彤f ( 2 ) 权重的计算方法 判断矩阵a 真实地反映了各元素之间的相对重要性，即元素之间相对 重要性权重存在于判断矩阵之中。要从矩阵a 中导出表示各元素相对重要 性的权重向量，有下列几种方法。 行和正规化方法 嘞 = 号_ ( 2 2 ) k l lj l i = 1 ，2 ，3 ，n 列和求逆法 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 w ，= _ 一 ( 2 3 ) j = i ，2 ，3 n 将u ，j = 1 ，2 ，n 正规化，得 w ，：善 ( 2 4 ) 一2 ；一 l z 一4 ， 两 ( 3 ) 和积法 i ) 将判断矩阵a 的每一列正规化：i i ) 将按列正规化的矩阵按行加总； i i i ) 对加总后的向量再正规化，即为权向量。 这三种方法都很简单，易算。由于方法( 1 ) ( 2 ) 只考虑了一行或一列的 影响，因而显得较为粗糙。方法( 3 ) 实际上是方法( 1 ) ( 2 ) 的综合。 ( 4 ) 特征值法( e m ) 求判断矩阵a 得特征值 彳矿= 兄。w ( 2 5 ) 其中w = ( 彤，) 7 为判断矩阵a 的最大特征值的特征向量，对l i r 进行归一化处理( 即使彬= ；l j = 1 ，2 ，n ) 即为权向量。 w ， ( 5 ) 对数最小二乘法( l l s m ) 用最小二乘法确定权重w = ( 彬，呒) 7 ，使其对数残差平方和 褂旷删2 浯e ， i7 一i | | ( 2 6 ) f - l j a l llw ，l 为最小。 ( 6 ) 最小二乘逼近法( l s m ) 用最小二乘法求一组w 。i = l ，2 ，n ，使 窆i = i 拈一 2 协， i 口 一l ( 2 州 ，一1l ， j j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 为最小。然后划所求w 。进行归一化即为权重 由文献川知，设实矩阵彳= b 。l 。，由表2 一l 的卜9 比例标度构成 则a 满足 i ) a “ 0 若v i ，j ，k 【l ，2 ，以】，有= ，则称a 为一致性矩阵( 或称a 具有 一致性) 。 除以上所列方法外，还有梯度特征值法、左右特征向量法等方法。这 些方法的特点是当判断矩阵a 为一致性矩阵时得到的权向量是相同的。这 个向量真实地反映了各元素之间的相对重要性程度。因此只要判断矩阵是 一致性矩阵或几乎是一致性矩阵( 仅有很少几个判断数据不满足一致性要 求) ，那末得到的权向量与采用的方法关系并不大。当判断矩阵偏离一致性 的程度较大时，采用上列方法可能得出不相同的权重向量。为保证所导出 得权重值较为可靠，要求判断矩阵a 偏离一致性的程度不能太大，即需要 对判断矩阵进行一致性检验，满足一致性条件时，才能采用上列方法导出 权向量。在上列所列方法中，当判断矩阵a 偏离一致性( 偏离程度较小) 时，从比较判断矩阵a 的相互影响的累积效应角度考虑，特征值法求权重 是唯一最好的方法。 4 判断矩阵的一致性检验 上文提到在从判断矩阵a 导出权重向量时，要求矩阵a 具有一致性或 一致性的程度不能太大，否则导出的权熏并不能完全反映各元素之间相对 重要性程度。由于客观事物的复杂性和人认识上的多样性，所构成的判断 矩阵a 并不一定具有一致性，但要求有大体的一致性，这样利用求权重方 法求出的权重才能正确反映各元素之间的重要程度。因此在求权重之前， 必须对判断矩阵a 用下列指标进行一致性检验1 翱。 1 一致性指标c i c i ：兰警 ( 2 8 ) 玎一1 一 f 口 口 ) ) 1： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 2 随机一致性指标 cr=盟=而1max-12ri ( 2 9 ) i 以一1 球， 式中：a 。矩阵a 的最大特征值。 n 矩阵a 的阶数； r i 平均随机一致性指标，可采用表2 2 中所列数值1 。 当c r o 1 ( c i 量0 1 r i ) 时，一般认为判断矩阵的一致性是可以接受的， 这时可利用上列求权重的方法。否则必须重新调整判断矩阵a ，使之满足一 致性要求。 表2 - 2 平均随机一致性指标表 矩阵阶数l - i l234567 r io00 5 2o 8 91 1 21 2 61 4 1 矩阵阶数n 891 01 11 21 31 4 r i1 4 61 4 91 5 21 5 41 5 61 5 81 5 9 5 方案的总排序 ( 1 ) 各指标的组合权重 为了得到递阶层次结构中细目指标相对于总目标层的组合权重，需要 把分类指标的权熏进行适当组合。设细目指标共有m 个，其第i 个指标的 权重为 w t k ( = 1 , 2 ，册，k 为该层指标所在层次，) 上层支配i 指标的分类指 标之权重为。 则i 指标的组合权重为 w f2 一1 。 ( 2 ) 方案的总排序 设有p 个备择方案，在评比指标体系下的排序权重按下列计算： 7 , - - y w , 一w i ll = 1 ，2 ，p ( 2 1 1 ) i - i 式中： w 一一细日指标i 的组合权重； w 。一一在细目指标i 下，第l 个方案的排序权重； w ，一一方案k 在所拟定评比指标体系下的总排序权。 根据各备择方案的总排序权( k = l ，2 ，p ) 的大小，按大到小排列方 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 5 页 案，即得这p 个备择方案的优劣次序。排在第一位的方案就是最佳方案( 这 个方案的w 最大) 。 2 2 2 基于最优传递阵的群组层次分析法 1 最优传递阵的概念 设彳= k ，) 、b = 【6 。) 、c = g 。) r “” 定义2 若a 。= 二，则称h 为互反矩阵 。 口 若“= b j i ，则称b 为反对称矩阵。 定义3 若b 为反对称阵，且b v = b 。+ ，则称b 是传递的。 定义4 若存在传递阵c ，且使 i = ( c ，一) 2 为最小，则称c 是b 的最优传递阵。 定理若b 是反对称阵，则b 的唯一最优传递阵c 满足( 证明见文 ) q = 去喜一) v l j ( 2 - 1 2 ) 2 利用最优传递阵调整判断矩阵 在利用判断矩阵求权重时，为保证求出的权重真实可靠，必须对判断 矩阵a 进行一致性检验。在实际运用中，若矩阵a 出现不一致时，一般都 凭着大致的估计来调整判断矩阵，这虽行之有效，但毕竟带有较大的盲目 性，且不能排除需要经过多次调整才能通过一致性检验的可能性。这里提 供的方法就是以解决上述问题为出发点，利用最优传递阵的概念，对判断 矩阵进行改进，使改进后的判断阵自然满足一致性要求，再从修改后判断 矩阵中导出权向量。 1 在利用本章中所讲方法构造的判断矩阵a ，因满足a 。= 土条件，故a 。 为互反矩阵，若取b = l g a ( v i ，j 。b = l g a 。) ，则b 为反对称矩阵。 若a 为一致阵，b = l g a ，则b 是传递的。反之若b 是传递阵，则h = 1 0 “ 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 ( v i ，= 1 0 ) 是一致阵a 因构造的判断矩阵a 为互反矩阵，若取b = l g a ，c 是b 的最优传递阵 即 c ，= 去砉k - b j k ) ( 2 - 1 3 ) 则a + = 1 0 。( v i ，工口：= 1 0 勺) ，可认为是a 的一个扰优一致阵，它满足 蒌；嘉f - g 立a g j 2 = 喜骞o g 口：一- g 口。) 2 c z 一a ， 为最小。 而我们的目的就在于对不一致判断矩阵a ，通过b = l g a 变换，借助于b 的最优传递阵c 来调整判断矩阵a ，使调整后判断矩阵( a 的一个扰优一致 阵) a + = 1 0 。利用a + 来导出权重值。 3 基于最优传递阵的群组层次分析法 在2 2 节叙述了应用层次分析法进行方案比选的一般过程。对于重大 方案比选，由于定性定量因素多、决策的难度大，一般要有多个有经验的 设计人员或专家共同参加决策，简称群组a h p 。设有p 个备择方案 u = “，“：，埘。) ，由s 位决策者( 若s = 1 ，则退化为一般层次分析法) s = s ，s ：，j ，) 参加方案比选工作。经s 位决策者根据方案比选的范围和性 质共同决定采用m 个指标矿= v 。，v ：， 对方案进行评选，并对这m 个指标 按属性分类构成方案比选的评比指标递阶层次结构。现s 位决策者分别对u 中各方案在v 中各指标下进行综合比选。 利用基于最优传递阵的群组层次分析法的步骤： ( 1 ) 建立比较判断矩阵 设x = “，x ：，。) 是评比指标递阶层次结构中某层指标集或备择方案 集。由s 中任意一位决策者sx 采用卜9 比例标度对x 中元素利用两两比较 方法给出判断矩阵a 。，设a 。为： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 7 页 a i = 口i i kg 1 2 kd i m a 2 1 ka 2 2 ka 2 n k ( 2 1 5 ) 则a 。为互反矩阵( 一般不是一致矩阵) 。 ( 2 ) 形成综合各位决策者意见的判断阵a ( 认为每个决策者在决策中所 处的地位不同) ，即： v f ，口f - - - - - 4 a # l c 9 2 a c s ( 2 1 6 ) 甜 。一1 0 静)或 口。= 。石。 ( 3 ) 利用最优传递阵条阵判断矩阵 由于形成的判断矩阵a ( 或a ，a ：a 。) 一般不具有一致性，必须 对a 进行调整，即利用最优传递阵求a 的扰优一致阵a 。 令b = i g a ，c 为b 的最优传递阵，即 v i ， = 吉一) ( 2 1 7 ) 择a 的扰优一致阵一为 a = 1 0 。( v i ，_ ，c ：= 1 0 q ) ( 2 - 1 8 ) ( 4 ) 由判断矩阵彳导出权向量( 可采用特征值法求权重) ( 5 ) 计算各指标的组合权重。利用以上1 至4 步计算出的分类指标权重 和细目指标权重，可计算出各细目指标相对于决策目标的组合权重。 ( 6 ) 计算各方案的总排序。根据各细目的组合权重和在每一细目指标下 各方案的排序权( 由以上1 至4 步计算出) 计算个方案的总排序权，并对 各方案进行排序。由此决定最佳方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 8 页 2 3 遂宁至内江交通运输方案的比选 2 3 1 现有公路运输现状及不适应程度 遂宁至内江项目影响区主要公路概况如下：成渝高速公路和成南高速 公路及规划的遂渝高速公路通过成都、遂宁、重庆、内江四点形成一个菱 形，而遂宁至内江公路是菱形的短对角线，国道3 1 9 线是菱形的长对角线， 两条对角线在安岳相交。遂宁至内江公路为省道2 0 6 线遂宁至宜宾公路的 一段，原路全长1 4 8 k m 。其中遂宁至安居段系与国道3 1 8 线共有段，路线长 2 9 k m ，为三级、四级公路，路基宽度7 5 1 1 0 m 不等，路面宽度7 0 1 0 o m ， 沥青路面，最小平曲线半径3 0 m ，纵坡较小，比较平缓。安居至内江段长 1 1 9 k m ，其中安居境内长9 k m ，按山重二级标准改建，1 9 9 7 年1 0 月完工， 路基宽度8 5 m ，路面宽度7 5 m ，平曲线最小半径5 0 m 。安岳、东兴及内江 境内原路自1 9 9 2 年至1 9 9 7 年按山重二级公路标准进行改建，其中安岳境 长7 4 k m ，东兴、内江市区境内长3 6 k m ，路基宽度1 2 m ，路面宽度9 m ，平曲 线最小半径6 0 m ，纵坡最大6 一处。改建后原路基本都绕开城镇。 据1 9 9 6 年交通景观测，遂宁至安居段混合交通量为2 9 6 8 辆d 、安居 至内江段混合交通量为2 3 0 0 辆d 。即原路除遂宁至安居段交通量饱和度达 到1 5 ，急需改建外，安居至内江段由于1 9 9 7 年才按山重二级公路标准改 建完成，交通量饱和度仅达0 5 ，在未来短时期内尚可满足交通要求。需要 指出的是由于1 9 9 2 年1 9 9 7 年正当原路改建期，交通量明显减小，1 9 8 9 年安居汽车交通量即达2 2 6 1 辆d ，安岳汽车交通量已达2 8 0 7 辆d ，1 9 9 6 年安居汽车交通量为2 2 3 8 辆d ，安岳仅为1 5 4 2 辆d 。既有公路的主要技 术指标见表2 3 。 由于原路为二、三级公路，混合交通，已改建路段设计速度仅为4 0 k m h ， 当成南高速公路、遂渝高速公路、内宜高速公路及绵阳至遂宁高等级公路 相继修建完成后，该路段将成为高速公路网中宜宾经遂宁至绵阳南北向公 路卡脖子路段，因而应在适当时候加强本段交通能力，以满足交通需求， 有利于高速公路网运输快速便捷功能的正常发挥。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 表2 - 3 既有公路主要技术指标 项目名称单位遂宁至内江段 线路长度 k m1 4 8 公路等级二、三、四级不等 设计行车速度k m h 4 0 平曲线极限最小半径 m3 0 最大纵坡 6 路基宽度 m7 5 一1 2 路面类型沥青混凝土 2 3 2 影响因素分析 交通运输方式“”共分为五种类型：铁路、公路、水运、管道和航空运 输方式。 铁路运输能力大，运输成本低，是中长距离运输的主力，在地区间物 资交流和大宗货物运输中具有明显优势，是我国陆上运输的骨干；公路运 输机动灵活，在广大城乡集散客货的面上运输中非公路莫属，是短途运输 的主力；水运虽投资省，运力大，成本低，能耗少，沿海和内河水运应该 充分利用。但同时受自然条件的限制；管道运输投资省、运力大、建设周 期短，占地极少，是输送油汽的最佳运输方式；航空运输运速高，运达快， 但能耗大，成本高，运力有限。主要担负中长途高级客流和贵重货物的快 速运送任务。 最佳交通运输方式的选择，不仅受到经济指标的影响，同时，不同的 交通运输方式，对行经地区的环境影响也不同，运营条件及运输指标也各 不相同。最佳交通运输方式受环境指标、运输指标、经济指标、实物指标、 运营条件、安全性等因索的影响。运输指标由输送能力、运营速度来决定； 经济指标由盈利能力、运输成本来决定；实物指标由三材消耗量、土地占 用量、能量消耗量来决定。具体指标的选定并非一成不变，应视具体情况 选取。 加强遂宁至内江交通的目的是因为两地及沿线人口稠密，又是四川粮 食、生猪生产基地，目前受交通制约，经济欠发达，运输费用昂贵。遂宁、 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 安岳能源奇缺，居民生活不便。交通不便已影响了当地经济的发展。所以， 需要提高当地交通能力。基于修建目的、当地自然条件以及运品考虑，航 空、水运和管道运输方式明显不是最佳运输方式。可选方案只有铁路和公 路运输方式。由于遂内两地之间已有遂内公路相连，既有公路的通行能力 己无法满足运输需要，所以，维持既有交通现状( 不能满足通行能力的部分 绕行) 、修建遂内高速公路以及遂内铁路三方案被定为备选方案。 2 3 3 遂内高