Báo cáo khoa học: "áP DụNG PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH THứ BậC TRONG VIệC LựA CHọN THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT VớI CáC Dữ LIệU Có TíNH CHấT KHÔNG XáC ĐịNH"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

292
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Quá trình ra quyết định để lựa chọn một phương án cải tạo hoặc xây dựng tuyến mới đòi hỏi phải có một cách nhìn tổng quan. Phương pháp được áp dụng đóng vai trò quan trọng và phải thoả mãn được tính thích nghi và điều khiển được quá trình ra quyết định trong điều kiện không xác định hoặc có độ rủi ro. Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process-AHP) sẽ đáp ứng được các yêu cầu trên. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "áP DụNG PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH THứ BậC TRONG VIệC LựA CHọN THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT VớI CáC Dữ LIệU Có TíNH CHấT KHÔNG XáC ĐịNH"

áP DụNG PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH THứ BậC TRONG VIệC LựA CHọN THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT VớI CáC Dữ LIệU Có TíNH CHấT KHÔNG XáC ĐịNH ts. đỗ việt hải Bộ môn Đường sắt – Khoa Công Trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm t ắt: Quá trình ra quyết định để lựa chọn một phương án cải tạo hoặc xây dựng tuyến mới đòi hỏi phải có một cách nhìn tổng quan. Phương pháp được áp dụng đóng vai trò quan trọng và phải thoả m ãn được tính thích nghi và điều khiển được quá trình ra quyết định trong điều kiện không xác định hoặc có độ rủi ro. Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process-AHP) sẽ đáp ứng được các yêu cầu trên. Summary: It is necessary to have an overall viewpoint when making decision for an option to r enovate or newly construction a road. The selected method is very importance and must be suitable in non-applicable or high risk condition. Analytic Hierarchy Process (Thomas Saaty – 1970, USA) is the one to satisfy the above mention requirements. CT 2 C ác thông s ố kỹ thuật chủ yếu của đ ường sắt (độ d ốc thiết kế i p , chi ều d ài đường đón gửi l đg, s ố l ượng đ ường chính, loại sức kéo, s ơ đ ồ phân bố điểm phân giới, ...), cũng nh ư hướng tuyến đ ư ợc xác định theo kết quả của các tính toán kinh tế - k ỹ thuật với việc tính đến hiệu quả sử d ụng vốn đầu t ư và b ảo đ ảm việc nâng cấp tuyến đ ư ờng tr ên cơ sở gia tăng khối l ư ợng vận c huyển. Việc xác định công suất của từng kết cấu v à c ấu kiện đ ư ờng sắt cần phải đ ược xác định xu ất phát từ nhu cầu sử dụng với điều kiện không đ ược thay đổi trong các năm tính toán: 10 n ăm, 5 n ăm, 2 năm. Rõ ràng quá trình l ựa chọn thông số kỹ thuật đ ư ờng sắt cần giải quyết đồng t h ời hai mặt của vấn đề: tính xác định và tính không xác đ ịnh của các dữ liệu ban đầu. Trong khuôn kh ổ của b ài báo tác gi ả xin đề cập đến khía cạnh thứ hai của vấn đề, đ ó là tính ch ất không xác đ ịnh của dữ liệu ban đầu Q uá trình l ựa chọn các dự án đ ư ờng sắt, bao gồm cải tạo tuyến hay xây dựng tuyến mới – đ ây là bài toán ph ức tạp, việc giải quyết nó bao gồm lựa chọn ph ương án t ối ư u trong t ập hợp c ác phương án có th ể, đ ư ợc chỉ đạo bởi một hệ ti êu chí đánh giá (h ình 1). Th ực chất của quá t rình này đ ó là vi ệc lựa chọn các thông số kỹ thuật của tuyến đ ư ờng sắt thoả m ãn các yêu c ầu đ ặt ra.
TIÊU CHí Đ áNH GIá MứC Độ Số LƯợNG TíNH HìNH XáC ĐịNH NộI DUNG CHấT ĐếM THứC THể ĐƯợC HIệN Tính chất lượng Tính môi trường Tính công nghệ Tính vận doanh Tính số lượng Tính thẩm mỹ Tính xác định Tính xác suất Tính kỹ thuật Tính liên kết Tính kinh t ế Tính tổ hợp Tính đơn vị Tính xã hội Hình 1. P hân loại đánh giá các tiêu chí đường sắt Để có thể xác định được các thông số kỹ thuật đường sắt trong môi trường không xác định chúng ta cần có cái nhìn tổng quan về cách đánh giá phân loại chúng [1] (hình 2). Dựa trên sự phân loại này cùng với sự trợ giúp của hệ tiêu chí đánh giá chúng ta có thể xây dựng được một tập hợp các phương án có thể [1,2] , qua sự phân loại này sẽ giúp ta có sự lựa chọn đúng đắn đối với phương pháp giải bài toán ra quyết định. Các bài toán ra quyết định trong các điều kiện không xác CT 2 định được đặc trưng bởi sự không đầy đủ và độ không tin cậy của thông tin, bị ảnh hưởng phức tạp bởi các yêu tố xã hội, kinh tế, chính trị, kỹ thuật và công nghệ. Các yêu tố trên đã ảnh hưởng đến việc xây dựng một mô hình tính toán cụ thể trong việc xác định phương án tối ưu. Bởi vậy việc lựa chọn phương pháp xác định các thông số kỹ thuật trong việc xây dựng tuyến mới hoặc cải tạo tuyến cần phải tính đến các yếu tố sau Tương ứng với sự suy nghĩ của con người Hệ thống tổng hợp các yếu tố cơ bản để ra quyết định THÔNG S ố Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT ảNH MốI QUAN HƯởNG Hệ MụC Độ PHứC TíNH LIÊN BảN CHấT TớI CHỉ Số TIÊU CủA TạP K ếT MụC ĐíCH Dự áN PHƯƠNG TIệN ĐạT KHÔNG ĐáNG CHứC NĂNG KHÔNG PH ụ PHụ THUộC THờI GIAN CấU TRúC ĐƠN GIảN HìNH H ọC LIÊN HợP MụC TIÊU Đ áNG K ể MụC TIÊU THUộC VậT Lý Kể Hình 2. Phân loại các thông số kỹ thuật của
- Giải quyết vấn đề với các mức độ phức tạp khác nhau và những vấn đề kèm theo - Tạo ra một cơ chế đồng thuận trong việc ra quyết định - Cơ chế sắp xếp trật tự các phương án ra quyết định - Đánh giá các phương án ra quyết định cả về mặt định tính và định lượng Từ các yêu cầu trên, qua đánh giá và phân tích các phương pháp tối ưu khác nhau tác giả đưa ra kiến nghị áp dụng ph ương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process - AHP) được xây dựng bởi Thomas Saaty (USA-1970) [3] để giải bài toán đặt ra (hình 3). 1 Mô tả vấn đề (Lựa chọn phương án) XáC ĐịNH VấN Đề 2 Chia nhỏ vấn đề ra thành các phần tử có cấu trúc đơn giản : XÂY DựNG CấU từ vấn đề thông qua các tiêu chí đánh giá để đến thứ hạng TRúC nhỏ nhất – các phương án ĐáNH GIá 3 Tiến hành đánh giá tuần tự mức độ quan trọng của từng PHƯƠNG áN tiêu chí (đối với từng thứ bậc) và các phương án với nhau nhờ sự trợ giúp của phương pháp so sánh từng cặp NO 4 T iến hành đánh giá tuần tự ư u tiên cục bộ (đối với từng thứ CT 2 ĐáNH GIá CáC ƯU bậc) của các phần tử so sánh (tiêu chí, phương án cạnh T IÊN CụC Bộ tranh) 5 THốNG NHấT ý Kiểm tra tính đồng nhất của các ư u tiên cục bộ KIếN YES 6 TổNG HợP T ổng hợp quá trình phân tích các sự kiện và ra quyết định Hình 3. Các bước cơ bản của AHP Phương phân phân tích thứ bậc cho phép: - Tiến hành phân tích vấn đề cần nghiên cứu. - Tiến hành thu thập thông tin theo từng vấn đề cần nghiên cứu. - Đánh giá sự khác biệt của thông tin và thu hẹp khoảng cách của sự khác biệt. - Tiến hành tổng hợp các vấn đề để ra quyết định.
- Cho phép tiến hành thảo luận vấn đề cần nghiên cứu và khả năng tạo ra sự đồng thuận của việc ra quyết định. - Cho phép đánh giá mức độ quan trọng của từng quyết định và từng phần tử có ảnh hưởng đến quyết định. - Đánh giá được sự ổn định của quyết định. Một trong các yêu cầu quan trọng để bảo đảm sự thành công đối với phương pháp được áp dụng trong việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của việc xây dựng tuyến mới hoặc cải tạo tuyến đang khai thác đó là sự nắm vững chuyên môn của các nhà tư vấn, tham gia vào quá trình xây dựng cấu trúc mô hình ra quyết định, chuẩn bị dữ liệu và diễn giải các kết quả, tức là họ có khả năng đ ưa ra được các thông tin chuẩn và không đối lập nhau. Chính vì vậy việc áp dụng phương pháp phân tích thứ bậc là sự tập hợp đầy đủ các luận cứ xác đáng bảo đảm cho sự ổn định của việc ra quyết định, trong đó: - Tất cả các nhân tố ảnh hưởng đến việc ra quyết định đều được tính đến. - Tất cả các mối quan hệ giữa mục tiêu đặt ra với các yếu tố ảnh hưởng và các quyết định có thể đều được tính đến. - Việc so sánh từng cặp tiêu chí đánh giá được tiến hành nhanh gọn hướng đến mục tiêu chung. Để có nhận thấy tính ưu việt của phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) so với các phương pháp khác trong việc lựa ch ọn thông số kỹ thuật đường sắt trong môi trường không xác định hoặc phải tính đến các yếu tố rủi ro chúng ta xem xét ví dụ cụ thể sau. Một nhóm các chuyên gia tư vấn được mời tham gia lựa chọn một trong ba phương án về việc xây dựng tuyến đường sắt với các cấu trúc và thông số khác nhau. Dựa vào kết quả thảo luận các nhà tư vấn CT 2 đã xác định được hệ tiêu chí đánh giá mà các phương án nêu trên cần được thoả mãn, bao gồm: TíNH KINH Tế, TíNH MÔI TRƯờNG, TíNH Xã HộI và Độ RủI RO. Việc phân cấp thứ bậc đánh giá cũng như cấu trúc từng phương án được thể hiện trong hình vẽ 4. Cấp 1 THÔNG Số K ỹ THUậT ĐƯờNG SắT Cấp 2 TíNH KINH Tế TíNH MÔI TRƯờNG Độ RủI RO TíNH Xã HộI Cấp 3 PHƯƠNG áN C PHƯƠNG áN A PHƯƠNG áN B Hình 4. Sắp xếp vị trí theo thứ bậc Sau khi đã xây dựng được cấp bậc và cấu trúc của các phương án cần được lựa chọn chúng ta phải tiến hành so sánh từng cặp của các tiêu chí với nhau, và giữa các ph ương án với từng tiêu chí đánh giá. Để có tiến hành một cách khách quan việc so sánh từng cặp, trong phương pháp phân tích cấu trúc Thomas Saaty [3] đã đưa ra được thang điểm đánh giá cho sự so sánh này.
B ảng 1. Thang điểm đánh giá T.Saaty Chỉ số đánh Định nghĩa Giải thích giá mức độ Có mức độ như nhau Hai phần tử so sánh có cùng giá trị đối với phần tử ở thứ 1 bậc trên Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số, phương án,...) lớn hơn chỉ số khác một cách 3 không đáng kể Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số, phương án, ...) lớn hơn chỉ số khác một cách 5 đáng kể Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số, phương án, ...) lớn hơn chỉ số khác một cách rất 7 đáng kể Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số, phương án, ...) lớn hơn chỉ số khác một cách đặc 9 biệt Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số, Được áp dụng trong trường phương án,...) với một chỉ số khác nằm trong các hợp “thoả hiệp” 2,4,6,8 khoảng đã xác định Giá trị ngược Mức độ quan trọng của chỉ số B đối với chỉ số A lại các giá trị (đối với các chỉ số đã đ ược so sánh từng cặp với nhau như trên) trên Trong quá trình so sánh T.Saaty thì một phần tử được so sánh tuần tự với từng phần tử khác trong cùng một cấp bậc, và tạo thành ma trận vuông có dạng sau CT 2 1 a12 ... a1n  a ... a2 n  1 A   21   ai1 ... ain  ai 2   an1 an 2 ... 1  Và hiển nhiên rằng ma trận này nghịch đảo đối xứng nhau qua đường chéo từ trái sang phải, tức là aji=1/aij B ảng 2: M a trận so sánh từng cặp theo cấp 2 Kinh tế Môi trường Xã hội Độ rủi ro ai ái Kinh tế 1,000 4,000 2,000 1,000 1,682 0,376 Môi trường 0,250 1,000 0,333 0,500 0,452 0,101 Xã hội 0,500 3,000 1,000 0,500 0,931 0,208 Độ rủi ro 1,000 2,000 2,000 1,000 1,414 0,316 IC= 0,032 cai = 4,478 RC= 0,036 lmax= 4,097 B ảng 3. Ma trận so sánh từng cặp theo cấp 3 Kinh tế PA PA B PA C ai ái
A PA A 1,000 0,143 0,200 0,306 0,072 PA B 7,000 1,000 3,000 2,759 0,649 PA C 5,000 0,333 1,000 1,186 0,279 IC= 0,032 cai = 4,250 RC= 0,056 lmax= 3,065 PA Môi trường A PA B PA C ai ái PA A 1,000 5,000 4,000 2,714 0,674 PA B 0,200 1,000 0,333 0,405 0,101 PA C 0,250 3,000 1,000 0,909 0,226 IC= 0,043 cai = 4,028 RC= 0,074 lmax= 3,086 Xã PA hội A PA B PA C ai ái PA A 1,000 7,000 0,200 1,119 0,233 PA B 0,143 1,000 0,125 0,261 0,054 PA C 5,000 8,000 1,000 3,420 0,712 IC= 0,123 cai = 4,800 RC= 0,213 lmax= 3,247 CT 2 PA Rủi ro A PA B PA C ai ái PA A 1,000 0,500 0,500 0,630 0,200 PA B 2,000 1,000 1,000 1,260 0,400 PA C 2,000 1,000 1,000 1,260 0,400 IC= 0,000 cai = 3,150 RC= 0,000 lmax= 3,000 Nếu trong quá trình thảo luận các chuyên gia tư vấn không đi đến thống nhất một ý kiến chung về việc đánh giá một phần tử nào đó trong ma trận so sánh từng cặp thì sẽ phải sử dụng trung bình nhân của các đánh giá làm giá trị chung cho việc đánh giá này n a ai  n (1). ij j 1 Và trọng số đánh giá của từng phần tử đối với tập hợp các so sánh được xác định ai i  (2). n a i i 1
n  1 Khi đó i i 1 Một trong những điểm mạnh của AHP đó l à đưa ra được chỉ số thích hợp IC (IC – Index of coordination), cho phép đưa ra được thông tin về mức độ sai lệch của sự thích hợp. Để tăng mức độ phù hợp có thể tiến hành tìm kiếm và bổ xung các thông tin cần thiết khác hoặc xem xét lại các dữ kiện được dùng khi xây dựng ma trận so sánh. max  n IC  (3). n 1 Trong đó : n - số lượng các phần tử được so sánh trong cùng cấp max – Giá trị riêng của ma trận so sánh. Nếu giá trị max càng gần bằng n thì tính phù hợp càng cao n n n   max   1  ai1   2  ai 2  ...   n  a in  (4).  i1  i 1 i 1 Chúng ta cần phải so sánh giá trị chỉ số thích hợp (IC) với chỉ số thích hợp ngầu nhiên (CI – Casual index of coordination) phụ thuộc vào cấp ma trận (bảng 4) theo công thức (5) Bảng 4: C hỉ s ố thích hợp ngẫu nhiên Cấp ma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 CT 2 trận Hệ số thông 0 0 0,58 0,90 1,12 1,24 1,32 1,41 1,45 1,49 1,51 1,54 1,56 1,57 1,59 nhất IC RC  (5). CI Giá trị RC được gọi là tương quan phù hợp (Relation of coordination). RC cần phải thoả mãn điều kiện RC c10%. Sau khi đã tiến hành các bước trên và cho ra kết quả như mong mu ốn (RCc10%) thì bước tiến h ành tiếp theo là tổng hợp các kết quả tính toán và đưa ra kết luận cuối cùng về ph ương án sẽ được lựa chọn. n m   THi    j ij , 1 (6). THi i 1 j 1 trong đó j - trọng số tiêu chí ij - trọng số đánh giá của phương án thứ i đối với tiêu chí thứ j n - số lượng tiêu chí đánh giá m - số ph ương án được đưa ra lựa chọn
Bảng 5: Tổng hợp kết quả Kinh tế Môi trường Xã hội Độ rủi ro Kết quả Trọng số tiêu chí á 0,376 0,101 0,208 0,316 PA A 0,072 0,674 0,233 0,200 0,207 PA B 0,649 0,101 0,054 0,400 0,392 PA C 0,279 0,226 0,712 0,400 0,402 Dựa vào kết quả tính toán chúng ta có thể thấy rằng ph ương án C th ể hiện tính kh ả thi cao hơn cả (0,402). Trong đó cũng cho chúng ta thấy tính cạnh tranh giữa hai ph ương án B (0,392) và phương án C (0,402). M ặc d ù phương án B cho chúng ta ch ỉ số về tính kinh tế cao h ơn so với các phương án khác (0,649) nhưng đ ối với các chỉ số về mô i trường và xã h ội kém h ơn h ẳn ph ương án C. Điều đó đ ã th ể hiện đư ợc đúng xu h ướng phát triển hiện nay khi mà l ựa chọn ph ương án c ần ph ải đ ược tiến hành xem xét đánh giá dưới các góc độ khác nhau, đặc biệt l à đ ối với các dự án cải tạo tuyến khai thác và xâ y d ựng tuyến đ ường sắt mới. C ùng với sự phát triển của công nghệ thông tin việc áp dụng ph ương pháp phân tích th ứ bậc cho phép các chuyên gia tư vấn xác định các thông số kỹ thuật đ ường sắt một cách ho àn ch ỉnh nh ất dựa tr ên kh ả năng tập hợp các ph ương án, phân tích đánh giá trên t ừng khía cạnh của dự án CT 2 để đạt đ ược những kết quả tốt nhất. Ph ương pháp trên cho phép chúng ta áp d ụng trong bất kỳ giai đo ạn n ào của dự án, từ khâu lập đến khâu hoàn thi ện, cũng nh ư trong giai đo ạn vận h ành của dự án. Tài liệu tham khảo [1]. Turbin I.V. “Khảo sát và thiết kế đường sắt”. Transport, Moscow 1989 [2]. Đỗ Việt Hải. “Thông số kỹ thuật đường sắt sau khi chuyển đổi khổ đường từ khổ hẹp sang khổ tiêu chuẩn”. MIIT, Moscow 1996 [3]. T. Saaty. Quá trình ra quyết định, Phương pháp phân tích thứ bậc. Radio, Moscow 1993 [4]. Stoier R. “Tối ưu đa chiều. Lý thuyết, phương pháp tính và ứng dụng” Radio 1992