基于 LSP 的地鐵控制中心環(huán)境評價(jià)方法研究

2021-05-29 07:53:32李穎峰

現(xiàn)代城市軌道交通 2021年5期

李穎峰

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海 200030）

控制中心作為地鐵的指揮樞紐，其環(huán)境是影響行車組織效率和安全的重要因素，對其進(jìn)行評估是不可或缺的。目前，環(huán)境評價(jià)的方法有模糊綜合評價(jià)法、多目標(biāo)決策理想?yún)^(qū)間法、層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等。通過使用這些方法，國內(nèi)外學(xué)者對家居、生產(chǎn)車間、艙室等環(huán)境進(jìn)行了評價(jià)，評價(jià)內(nèi)容包括熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、空氣質(zhì)量、振動(dòng)環(huán)境等。然而，針對地鐵工程項(xiàng)目中的控制中心，鮮有學(xué)者對其環(huán)境的評價(jià)進(jìn)行研究。同時(shí)，與以上室內(nèi)環(huán)境相比，地鐵控制中心是行車指揮調(diào)度人員工作的場所，集中設(shè)置了大量的電氣設(shè)備，電磁環(huán)境復(fù)雜，其影響亦應(yīng)納入環(huán)境評價(jià)體系之中。因此，本文結(jié)合地鐵控制中心的環(huán)境特點(diǎn)，提出一種采用基于偏好邏輯評分（Logic Scoring of Preference，LSP）的綜合評價(jià)方法，對其進(jìn)行評價(jià)。

1 LSP 方法理論基礎(chǔ)

LSP方法將系統(tǒng)逐層細(xì)分，直至所有子系統(tǒng)達(dá)到可以直接量化度量的指標(biāo)，然后使用偏好分值描述各個(gè)指標(biāo)滿足用戶需求的程度，再反向逐層聚合，得到系統(tǒng)總體滿足用戶的程度，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)總體的評估。

LSP方法的理論基礎(chǔ)是模糊邏輯理論，通過引入部分合取/析取（Partial Conjunction/Disjunction，PCD）函數(shù)將傳統(tǒng)的邏輯運(yùn)算模糊成一個(gè)連續(xù)函數(shù)。該函數(shù)屬于與的程度稱為“與度”，用α表示；屬于或的程度稱為“或度”，用ω表示。其中α+ω= 1，當(dāng)α= 0時(shí)，PCD函數(shù)為完全或運(yùn)算；當(dāng)α= 0.5時(shí)，PCD函數(shù)為線性運(yùn)算；當(dāng)α= 1時(shí)，PCD函數(shù)為完全與運(yùn)算。

基于LSP對環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)，首先需要確定待評價(jià)對象的指標(biāo)層級(jí)結(jié)構(gòu)。待評價(jià)對象通常涉及多方面的內(nèi)容，而每個(gè)內(nèi)容又可以分解為多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。因此，需要對評價(jià)對象進(jìn)行多次分解，建立多層級(jí)指標(biāo)結(jié)構(gòu)。分解過程終止的條件是每個(gè)指標(biāo)無法再分解，同時(shí)其可以直接進(jìn)行量化評價(jià)，通常將這些指標(biāo)稱為性能變量（Performance Variables），定義為x1，x2，…，xn，其中n為指標(biāo)數(shù)量。

性能變量的評價(jià)基于基本標(biāo)準(zhǔn)，而基本標(biāo)準(zhǔn)是確定性能變量滿意度水平（基本偏好評分）的函數(shù)?；酒迷u分屬于區(qū)間[0，1]。

最簡單的基本偏好評分E關(guān)于x的函數(shù)見式（1）：

式（1）中，x為性能變量。

在定義了所有性能變量的基本標(biāo)準(zhǔn)后，則可以評價(jià)所有底層的性能變量。然后使用聚合函數(shù)L聚合這些性能變量的評價(jià)值計(jì)算總體評價(jià)值E0=L（E1，E2，…，En）。

聚合函數(shù)L定義為：[0，1]n→[0，1]是通過偏好邏輯聚合形成的，通過適當(dāng)?shù)倪壿嬤\(yùn)算，將底層的性能變量逐層聚合至頂層，得到總體評價(jià)值E0。在LSP方法中，聚合函數(shù)L采用PCD函數(shù)，則可得出式（2）：

r的取值與n和指標(biāo)之間的關(guān)系有關(guān)，而指標(biāo)之間的關(guān)系由α衡量。

α的值由有序加權(quán)平均（Ordered Weighted Averaging，OWA）方法確定。設(shè)一組變量（x1，x2，…，xn）∈In，將其按權(quán)重從大到小重新排列得到新的變量序列（x（1），x（2），…，x（n）），其對應(yīng)的權(quán)重為（v1，v2，…，vn）∈In，則α的值可由式（3）獲得：

r與α的關(guān)系可近似采用表1的值。

2 控制中心環(huán)境評價(jià)方法

2.1 層級(jí)結(jié)構(gòu)和指標(biāo)體系建立

根據(jù)地鐵控制中心的環(huán)境特點(diǎn)和使用者的需求，地鐵控制中心的環(huán)境評價(jià)層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。指標(biāo)體系分為3個(gè)層級(jí)，即頂層、中間層和底層。其中，地鐵控制中心環(huán)境評價(jià)為頂層，主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)為中間層，各具體指標(biāo)為底層。

表1 r與α之間的關(guān)系

圖1 地鐵控制中心環(huán)境評價(jià)層級(jí)結(jié)構(gòu)

2.2 主觀指標(biāo)體系及其信效度分析

根據(jù)以上評價(jià)層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)《地鐵控制中心環(huán)境滿意度調(diào)查問卷》。問卷的項(xiàng)目根據(jù)以上指標(biāo)從正反2個(gè)方面設(shè)置題項(xiàng)，即有的題目為正向敘述，有的為反向敘述，有的為中性敘述，由此產(chǎn)生3類變量：極大型變量、極小型變量和中間型變量。極大型變量指得分越高、滿意度水平越好的變量；極小型變量指得分越低、滿意度越好的變量；中間型變量指得分越趨于中間、滿意度越好的變量。問卷指標(biāo)對應(yīng)的題項(xiàng)如表2所示。

表2 《地鐵控制中心環(huán)境滿意度調(diào)查問卷》題項(xiàng)

信度是對問卷題項(xiàng)一致性程度的估計(jì)，一般分為5種類型：再測信度、折半信度、復(fù)本信度、同質(zhì)信度和評分者信度。本文采用同質(zhì)信度檢驗(yàn)問卷的一致性指標(biāo)。同質(zhì)信度又稱內(nèi)在一致性系數(shù)，常用的估計(jì)方法有分半信度法、庫德-理查遜公式法和Cronbach’sα系數(shù)法。Cronbach’sα系數(shù)法是利用問卷中各條目彼此之間的相關(guān)性，以條目之間的平均相關(guān)系數(shù)反映內(nèi)部的一致性。一般而言，若α系數(shù)大于0.6，則表明信度較好。

本文采用Cronbach’sα系數(shù)法對調(diào)查問卷的信度進(jìn)行分析，得出α系數(shù)為0.669，其大于0.6，表明該問卷的信度較好。

效度也稱準(zhǔn)確性，效度檢驗(yàn)是用度量方法測出變量的準(zhǔn)確程度。效度分為三大類型：內(nèi)容效度、效標(biāo)效度和結(jié)構(gòu)效度。本文采用結(jié)構(gòu)效度測量問卷的準(zhǔn)確性。因子分析是常用的結(jié)構(gòu)效度分析方法，利用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS）軟件得到分析結(jié)果，如表3所示。

表3 KMO和巴特利的檢驗(yàn)

由結(jié)果可知，KMO＞0.7，p＜0.05，2種結(jié)果均表明結(jié)構(gòu)效度良好。

2.3 客觀指標(biāo)體系及其標(biāo)準(zhǔn)范圍

根據(jù)評價(jià)層級(jí)結(jié)構(gòu)確定需要測量的指標(biāo)，具體包括溫度、濕度、風(fēng)速、室內(nèi)可吸入顆粒物濃度、照明、噪聲和電磁輻射。所有指標(biāo)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。

對于溫度、濕度和風(fēng)速，應(yīng)在2條對角線上采用梅花布點(diǎn)，測點(diǎn)距地面的高度應(yīng)為0.8～1.6 m，距墻壁和熱源不小于0.5 m。對于照度，通常采用中心布點(diǎn)法或四角布點(diǎn)法，即一般將照度測量區(qū)域劃分成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格一般為正方形，在矩形網(wǎng)格中心點(diǎn)或四角點(diǎn)位置測量照度。對于噪聲，若聲場分布均勻，工作地點(diǎn)很多，一般選擇3～5個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)位置應(yīng)為工作者的耳高度，距耳部10 cm左右。對于電磁輻射，測量操作位場強(qiáng)時(shí)，一般測量工作者的頭部和胸部位置，當(dāng)操作中其他部位可能受到更強(qiáng)烈的照射時(shí)，應(yīng)在這些位置予以加測。每個(gè)測點(diǎn)連續(xù)測量3次，每次測量時(shí)間不應(yīng)小于15 s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的最大值。

由標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定的指標(biāo)范圍可以確定指標(biāo)變量的類型及其對應(yīng)的基本偏好評分。根據(jù)ISO 11064-6 : 2005 Ergonomic design of control centres - Part 6 : Environmental requirements for control centres可以確定：合適的溫度范圍為[20 ℃，26 ℃]、濕度范圍為[30%，70%]，氣流速度應(yīng)小于0.15 m/s，合理的照度水平范圍為[200 lx，500 lx]，環(huán)境噪聲不應(yīng)高于45 dB。根據(jù)GB/T 17095-1997《室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》得室內(nèi)可吸入顆粒物的濃度應(yīng)小于0.15 mg/m3。根據(jù)GB/T 8702-2014《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》得電磁輻射的平均功率密度應(yīng)小于40 μW/cm2。因此，可以確定出溫度、濕度和照度水平屬于中間型變量，氣流速度、可吸入顆粒物濃度、環(huán)境噪聲和電磁輻射屬于極大值變量。

2.4 綜合評價(jià)模型

依據(jù)LSP理論，結(jié)合控制中心環(huán)境評價(jià)體系，構(gòu)建控制中心環(huán)境綜合評價(jià)模型。根據(jù)式（2）可得綜合評價(jià)E0的計(jì)算公式為：

式（4）中，E1為主觀指標(biāo)評價(jià)；E2為客觀指標(biāo)評價(jià)。

以E1為例，其計(jì)算公式為：

以溫度E11為例，其計(jì)算公式為：

式（6）中，xi，（i= 1，2，3）分別對應(yīng)大廳夏、冬季溫度和溫度分布3個(gè)指標(biāo)。

3 實(shí)例驗(yàn)證

本文采用上文提出的綜合評價(jià)方法評價(jià)上海地鐵11號(hào)線的控制中心環(huán)境，整個(gè)評價(jià)過程分為問卷調(diào)查、客觀指標(biāo)測量和綜合評價(jià)3個(gè)部分。

3.1 問卷調(diào)查

問卷采用李克特9級(jí)評定方法，其中級(jí)別越低表明其滿意度越低。本問卷對該地鐵控制中心單條線路的全體調(diào)度員進(jìn)行了調(diào)查，獲得有效問卷21份，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 上海地鐵11號(hào)線控制中心環(huán)境滿意度統(tǒng)計(jì)表 %

3.2 客觀指標(biāo)測量

該地鐵控制中心大廳呈規(guī)則矩形，尺寸為13 m×28 m，總面積約為360 m2。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用梅花布點(diǎn)法設(shè)置測點(diǎn)。各指標(biāo)測點(diǎn)分布如圖2～圖4所示。

在測量過程中，溫濕度采用數(shù)字式溫濕度計(jì)、風(fēng)速采用數(shù)字風(fēng)速表、噪聲采用數(shù)字式聲級(jí)計(jì)、電磁輻射采用射頻電場場強(qiáng)計(jì)進(jìn)行測量，分別對白班和夜班進(jìn)行12 h測量，測量間隔為2 h。通過測量，計(jì)算出各指標(biāo)數(shù)據(jù)的均值如表5所示。

3.3 綜合評價(jià)

由問卷和實(shí)地測量得到主、客觀指標(biāo)得分，結(jié)合各性能變量的基本標(biāo)準(zhǔn)，通過聚合得到相應(yīng)的綜合評分。限于篇幅，未列出其中的映射關(guān)系，環(huán)境評估計(jì)算過程如圖5所示。

從圖5可以看出，控制中心環(huán)境的綜合評價(jià)良好，但是在個(gè)別指標(biāo)上評價(jià)相對較低。主、客觀指標(biāo)中，濕度評價(jià)都較低，而客觀指標(biāo)中，由于照度和噪聲指標(biāo)的測量值超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，因此其滿意度較低。

4 結(jié)語

隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的推進(jìn)，控制中心的重要性愈發(fā)突出。本文根據(jù)LSP理論，建立了基于其綜合評價(jià)方法的地鐵控制中心環(huán)境評價(jià)模型，并通過實(shí)例分析驗(yàn)證了該方法在控制中心環(huán)境評價(jià)中的可行性。通過對上海地鐵11號(hào)線控制中心環(huán)境進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和測量，使用該方法進(jìn)行環(huán)境評價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)了影響控制中心環(huán)境的薄弱環(huán)節(jié)，對地鐵控制中心的設(shè)計(jì)及改善具有一定的指導(dǎo)意義。