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基于改进DEA法的铁路应急预案编制绩效评价方法研究

时间:2012-04-24


第 33 卷第 4 期 20 11 年4 月

铁 道 学 报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y

V ol 33 A pril

No 4 2011

文章编号: 1001 8360( 2011) 04 -0001 06 -

基于改进 DEA 法的铁路应急预案 编制绩效评价方法研究
祝凌曦1, 2 , 肖雪梅1, 2 , 李 玮2 , 张思帅1, 2
( 1 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室, 北 京 100044; 2 北京交通大学 交通运输学院, 北京 摘 100044)

要: 针对铁路应急预案编制绩效评价指标体系多输 入、 多输 出等特性, 提出选 用 DEA 法 对铁路 应急预 案编

制绩效进行综合评价。同 时, 针对传 统 DEA 法的局 限性, 提出 改进的 D EA 法, 克服传统 DEA 法无法确 定有效 决策单元优劣顺序的缺 陷, 并针对应急预案编制评价指标 的重要程度 给予不同 的权重, 提高 了评价 结果的 可靠 性和准确性。最后以青藏铁路公 司为例对其预案编制绩效进行综合评价, 验证该方法 的合理性和可靠性。 关键词: 铁路应急预案; 绩效评价; 数据包络分析 方法; 层 次分析法 中图分类号: U 298 6 文献标志码: A do i: 10 3969/ j issn 1001 8360 2011 04 001 -

Research on Performance Evaluation of Compilation of Railway Emergency Plan Based on Improved DEA Method
ZH U L ing x i, XIA O Xue mei, LI Wei , ZH A NG S- shuai i
( 1 St at e K ey Lab orat ory of Rail Traff ic Cont rol an d Saf et y, Beijin g J iaot ong U niver sit y, Beijing 100044, China; 2 Sch ool of T raff ic an d T ran sport at ion, Beijing Jiaot ong U niversit y, Beiji ng 100044, Chin a)

Abstract: In view of t he fact that t he perf orm ance evaluatio n index system fo r r ailw ay em erg ency plan compila t ion w as charact erized by mult iple input and mult iple out put , the DEA method w as int roduced t o evaluat e the perf ormance o f railw ay emergency plan compilation com prehensiv ely . T he impr oved DEA m et hod w as put for w ard t o overcome t he short comings of the tr aditional DEA method w hich could not determ ine the sequence of ef f icient DM U . And dif f erent weight s w ere given t o dif ferent perfo rmance ev aluat io n index ex according t o their varied import ance so t hat t he accur acy and reliabilit y of t he evaluat ion results w er e improv ed. Finally, compila t ion o f t he emerg ency plan of t he Qinghai- T ibet Railw ay w as evaluat ed as an ex ample to verify t he rat ionality and reliabilit y o f t he proposed m et hod Key words: railw ay emergency plan; perfo rmance evaluat ion; DEA; analy tic hier archy process ( AH P) 铁路应急预案是铁路应急救援管理体系建设的关 键 。目前国内外应急预案研究主要集中在编制应急预
[ 1] 案的意义、 应急预案编制技术、 应急预案评价等方面[ 2 5] ,

合青藏铁路应急预案实例进行了评价研究。

1

铁路应急预案编制绩效评价指标体系
绩效是一个组织或个人在一定时期内的投入 产

而对预案编制绩效评价的研究却十分匮乏。本文基于前 期构建的铁路应急预案编制绩效评价指标体系, 提出基 于改进 DEA 法的铁路应急预案编制绩效评价方法, 并结
收稿日期: 2010 -11; 修回日期: 2011 02 -10 - -25 基金项目: 铁道部科技研究开发计划( 2008F002) ; 北 京交通大学自主 研 究课题( R CS2008ZZ002) 作者简介: 祝凌曦( 1971 ) , 男, 辽宁大连人, 讲师。 E -mail: zh ulingxi@ 139. com

出情况: 投入指人力、 物力、 时间等物质资源; 产出指工 作任务在数量、 质量及效率方面的完成情况。结合铁 路预案编制情况, 编制中的投入指各种类型的资料、 人 力, 而产出是应急预案。作者在对铁路应急预案编制 进行综合分析研究的基础上, 建立了多输入、 多输出的 层次结构的铁路应急预案编制绩效评价指标体系 [ 6] 。

2









第 33 卷

图 1 铁路应急预案编制绩效评 价指标体系

该体系拥有如下 3 个特点: ( 1) 多输入、 多输出、 多层次 其中, 输入指标分别从风险源辨识、 应急能力评估、 学习资料、 编制人员和修订 5 个角度包括了 17 个指标; 输出指标是在文献[ 5] 提出的全面性和可操作性基础上 增加责任明晰性和衔接性, 包括了从事故鉴定、 应急救 援到日常管理等 24 个指标。 ( 2) 各个指标计量单位不同 输入、 输出指标中, 部分是可直接获取量化分值的 指标, 例如次数; 部分是可直接获取结果 但需量化分 值, 例如表现形式、 专家级别; 部分是不可直接获取, 需 要专家根据经验进行评分。这些指标的计量单位有很 大的差异。 ( 3) 指标权重限定不同 输入指标中, 各个指标对预案编制重要性难以判 断; 输出指标中, 不同的指标对应急救援起到的作用不 同, 但三级指标 OB 过多, 超过 9 个会影响专家的判断。

( 1) 指标权重问题 结合应急预案编制绩效评价实际情况: 决策者 难以确定输入指标间的重要程度差异, 考虑到公平性 的原则, 输入指标的权重 应该根据最优性原 则得出; 输出指标中, 不同的指标对应急救援起到的作用不 同, 但三级指 标 OC 过多, 超 过 9 个 会影响专 家的判 断。故选择专家对二级输出指标 OB 赋 予权重, 而三 级输出指标 OC 权重根据最优性原则得出。 ( 2) 决策单元排序问题 C2R 仅可以对非有效单元进行排序, 对有效单元 却无法分辨其好坏差异。为此, 众多研究者提出了不 同的方法, 其中, 基于理想点法的 DEA 模型得到广泛 认可[ 8- 9] , 优点是: 避免了繁重的计算; 仍用决策单 元的相对有效性作为排序的依据; 挥了各个决策单元的优势。 但该模型还存在一个问题: 在部分情况下, 使用上 述方法所获得的公共权重不是唯一的, 而使用不同的 公共权重得到的决策单元排序结果是不同的。 2 2 C2R 模型改进分析 根据上述研究分析, 结合应急预案编制绩效评价 指标特点, 本文从模型改进和方法组合方向着手, 解决 以上问题。 ( 1) 基于理想点法的 DEA 模型改进 本文基于理想点法的改进 C2R 模型, 利用构造的 理想决策单元将所有决策单元变成无效单元, 从而对 其进行排序, 即: 在已求出的( v , u ) 公共权重集中, 所有决策单元都选取使本身效率值达到最大的公共权 重, 从而解决排序结果不唯一的问题
[ 10] * *

公共权重依旧发

2
2 1

改进的 DEA C2R 模型 DEA- C2R 模型存在的问题 针对铁路应急预案编 制绩效评价指 标体系多输

入、 多输出等特性, 本文选用 DEA 法对铁路应急预案 编制绩效进行综合评价。DEA 是使用数学规划模型 评价具有多个输入和多个输出的 部门 或单位( 称为 决策单元, 简记为 Decisio n M aking Units, DM U) 间的 相对有效性( 称为 DEA 有效)
[ 7]

。从方法创 建以来,

DEA 模型根据不同的评价环境与评价目的发展了多 种形式, 其中经典的 C2R 模型具有自行计算权重、 不 受计量单位影响等优点。但结合应急预案编制绩效评 价特点, 它还存在以下问题:

。同时, 此方

法使所有决策单元在选取权重时按有利于自己的方向 更进一步, 从而更加合理。改进模型如下:

第4期
s

基于改进 DEA 法 的铁路应急预案编制绩效评价方法研究

3

h j 0 , m ax = m ax
s

r= 1 m i= 1

ur y r, j 0 j 0 = 1, 2, 3, v i x i, j 0 ,n

弛变量; = (

1

,

2

,

3

, , 1]

n

,

n+ 1

) 为 n+ 1 个 DM U 的 , 1]
T

^ 组合系数; e[ 1, 1, 1, s E 。 定理, 可以通过 S
- *

T

E ; e= [ 1, 1, 1,
*

m

假设模型的最优解为 ,S
+ *

, S- * , S+ * ,

* 0

, 根据有关

u ry rj
r= 1 m

来分析各决策单元改进方向。
4 r= 1

1 v i x ij

j = 1, 2, 3,

,n S x ij 0 = ( 1)

s Or i X
4 ij
0

-

r

i= 1 s

( 3) s Or k ( 4)
+

s t

u ry r, n+ 1
r= 1 m

= 1 v i x i, n+ 1

S Y ork j 0 = ,m ,s 标的改进程度大小。

r= 1

Y Ork j 0

i= 1

vi ur

0

i = 1, 2, 3,

式中, S x i j 0 和 S YO rk j 0 是决策单元 DM Uj 0 输入和输出指 ( 2) 基于 AH P DEA 阶段法改进 使用 AH P DEA 阶段法将二级输出指标 O B 权重 考虑在评价中。第一阶段使用 AH P 方法获取 OB 权 重; 第二阶段将针对每个 O B 指标( 即输出指标仅为单 个 OB 的下级指标) , 使用 DEA 方法计算最优的相对 效率指数; 第三阶段集合 AH P 法获得的权重, 对各决 策单元进行排序。具体描述如下: 如图 2 所示, 先设输出指标 O B 分别为 r 1 、 2 、3 、 r r r 4 , 对每个 r i ( i = 1, 2, 3, 4) 指 标都有 k i 个下 级指标 ( 2) OC : li1 , li2 , li3 , , lik i 。
1

0 r = 1, 2, 3,

公式( 1 ) 中, h j0 , max 为 DM Uj 是基于理想决策单 元最优的相对效率指数, 而( v *0 , u *0 ) 是对应的最优解。 j j 对于非有效的决策单元, 要将其变成有效的决策单 元, 引入 投影 概念 , 使用非阿基米德( Archimedes) 无穷小量 , 对于非有效决策单元 DM U0 进行分析。 min
n+ 1 j j= 1 n+ 1 0 [ 11]

-

^ T S - + eT S + e
-

xj + S =

x0

s. t .

j j= 1 j +

y j - S = y0 0 j = 1, 2, 3,
-

, n, n + 1

第 1 步: 利用 AH P 法, 结合专家打分法, 获取指 标 r 1 、2 、3 、4 适当权重, 权重值分别为 r r r
i i i

、2 、3 、4 。
i

式中,

0

S 0, S 0 为决策单元 DM U0 基于理想决策单元的相对 , s - ) T 为 m 项输入的 m , s+ ) T 为 s 项输出的松 s

第 2 步: 对 r i ( i = 1, 2, 3, 4) 而言, 改进 C2R 模型的 输入指标不变, 输出指标只有 l 1 , l2 , l 3 , , lk i , 计算获 得第 j 个 决 策 单 元 DM U j 的 最 优 相 对 效 率 指 数 h i( j , m ax) , j = 1, 2, 3, , n。

效率指数; 为阿基米德无穷小量, 即小于任何正数且 大于零的数; S - = ( s- , s - , s - , 1 2 3 松弛变量; S + = ( s + , s + , s + , 1 2 3

图2

输出指标体系图

4









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第 3 步: 将所有的 hi( j , max) 正规化。 h i( j , max) = h i( j , max)
n

预案 D、 青藏铁路公司调度所处置铁路交通事故应急 ( 5) 预案 E 等 5 个预案的编制绩效作为评价对象。 通过调查问卷以及 AH P 方法, 获得二级输出指 标权重, 见表 1。
表 1 二级输出指标权 重
层次 O B O B1 权重值 0 239 1 0 557 1 0 107 3 0 096 6

hi( j , max)
j= 1

其中, 0< hi( j , m ax) < 1, i= 1, 2, 3, 4。 第 4 步: 决策单元排 序。结合 第 1 步中 的权 重
i

, 根据 公 式 ( 6 ) 的 值 考 虑决 策 单 元 DM Uj 的 排
4 j

名。 =
i= 1

O B2

h i( j , m ax)

i

( 6)

O B3 O B4

3
3 1

铁路应急预案编制绩效评价方法实例论证
铁路应急预案编制绩效评价 本文通过 4 次对青藏铁路公司实地调研, 选取了

统计分析获得各个预案的评价指标值, 见表 2。 利用 M atlab 计算 5 个预案编制的绩效大小, 当输 出分别是完备性指标 O B1 、 可操作性指标 O B2 、 责任明 晰性指标 O B3 和衔接性指标 OB4 时, 各决策单元 DM U 相对理想决策单元的相对效率指数见表 3。

青藏铁路公司处置铁路交通事故应急预案 A、 青藏铁 路公司网络与信息安全应急预案 B、 青藏铁路公司突 发客流、 列车晚点应急预案 C、 青藏铁路公司防洪应急

表 2 各预案指标评价 值
预 输 入 指 标 A 危险源识别范围全面性 风险源辨识 危险源描述文字清晰性 危险源描述形式 评估资料的全面性 应急能力评 估资料 评估资料的细致度 评估资料文字的清晰性 法律法规的全面性 学习资料 相关预案考虑的全面性 相关应急预案的相关度 编制专家平均级别 编制人员 专家领域范围全面性 演练次数 演练形式 演练报告分析的透彻性 修订原因 应用于应急救援的次数 救援报告分析的透彻性 更新次数 输 出 指 标 A 预案要素的完备性 预案编制的规范性 完备性 预防预警方案的完备性 救援方案的完备性 后期处置的完备性 4 2 3 27 3 14 3 56 3 47 B 4 18 3 66 3 53 3 93 3 3 C 4 23 3 33 3 86 4 01 3 43 D 4 56 3 78 4 02 4 12 3 91 E 4 07 3 12 3 11 3 73 2 94 2 71 4 07 3 3 87 3 51 3 99 3 21 2 11 4 32 0 235 2 71 2 2 1 99 0 0 1 B 3 03 3 89 2 2 76 3 09 3 45 3 65 2 32 3 76 0 283 3 56 2 2 2 43 0 0 1 预 C 2 57 2 36 2 3 08 2 56 3 11 3 15 2 38 4 17 0 243 3 43 1 2 2 01 0 0 1 案 D 3 08 3 36 2 3 23 3 01 3 28 3 79 3 29 4 28 0 269 3 17 3 2 2 83 0 0 1 E 3 08 3 21 2 2 26 3 22 3 32 3 37 2 19 4 16 0 179 4 01 6 1 67 2 57 0 0 1 案

第4期

基于改进 DEA 法 的铁路应急预案编制绩效评价方法研究 续表 2
输 出 指 标 A 突发事件设想的针对性 应急资源的可追踪性 救援人员调配的合理性 预警报警的有效性 响应级别的清晰性 信息报送的明确性 救援步骤的合理性 可操作性 应急处置的快速性 应急处置的有效性 救援设备设置的合理性 保障措施的有效性 预案更新的明确性 演练培训的明确性 预案文字的可读性 救援机构职责描述的清晰性 责任明晰性 救援操作负责部门的明确性 组织机构衔接的合理性 衔接性 应急处置衔接的有效性 日常工作机制衔接的合理性 3 51 3 07 3 06 3 32 3 61 3 78 3 17 3 24 2 97 3 11 2 92 4 02 3 24 3 78 3 17 2 94 3 13 2 97 2 84 B 3 76 3 27 3 17 3 22 3 53 2 97 3 32 3 33 2 57 3 13 3 57 2 34 2 47 3 27 2 98 2 77 3 02 3 34 2 97 C 3 54 3 12 3 27 3 46 3 54 3 91 3 78 3 73 3 66 3 15 2 79 2 57 2 31 3 5 3 41 3 78 3 43 2 67 3 23 D 3 81 3 87 3 24 3 58 3 49 3 04 3 43 3 47 3 98 3 54 3 67 2 91 2 26 3 54 3 51 3 69 3 02 2 71 3 38 E 3 92 3 1 3 78 2 34 2 45 4 19 3 56 3 68 3 42 3 37 2 47 3 21 3 52 3 49 3 56 3 37 3 22 2 53 2 67

5

各预案指标评价值
预 案

表3

各决策单元 DMU 相对理想决策单元的相对效率指数
相对效率指数

是: C> A> B> D> E。 3 2 评价结果分析 通过非阿基米德模型 分析各个预案 编制改进措 施。输入指标的松弛变量 S - 见图 3; 输出指标的松弛 变量 S + 见图 4。

输出指标 D M UA O B1 O B2 O B3 O B4 D M UB D M UC D M UD D M UE 0 125 3 0 108 9 0 148 6 0 126 2 0 390 5 0 422 0 0 643 7 0 333 3 0 373 1 0 291 0 0 469 1 0 214 0 0 388 9 0 366 4 0 702 8 0 325 4 0 420 1 0 439 3 0 586 6 0 270 5

先将相对效率指数归一化, 结合调查获得的输出 二级指标权重值, 计算得出各个决策单元的相对有效 性大小, 见表 4。
表 4 各个决策单元的相对有 效性大小
决策 单元 O B1 归一化 O B2 归一化 OB3 归一化 O B4 归一化 相对有效性

图 3 输入指标的 松弛变量 S -

D M UA 0 2039 38 0 256 232 0 201 284 0 227 981 0 232 400 466 D M UB 0 220 389 0 199 849 0 189 638 0 238 400 0 203 385 111 5 D M UC 0 336 171 0 322 162 0 363 749 0 318 337 0 328 428 397 D M UD 0 174 065 0 146 968 0 168 418 0 146 795 0 155 069 553 D M UE 0 065 438 0 074 789 0 076 911 0 068 486 0 072 332 207

比较上述输入、 输出指标松弛变量折线图, 对各项 指标单独分析, 可以简要得出以下结论: ( 1) 预案 A 对危险源辨识资料和应急评估资料理 解不够深入; 没有将各次演练的经验教训编制进预案; 同时在预防预警方案的完备性、 应急资源的可追踪性、 救援人员调配的合理性、 救援步骤的合理性、 应急处置 的有效性、 保障措施的有效性、 救援操作负责部门的明

由计算结果得, 5 个预案编制绩效大小排名分别

6









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ZH O NG Ka- bin i

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确性方面, 对预案编制有待加强。 ( 2) 预案 B 在对危险源识别资料和演练经验总结 的深入学习和理解上有待加强; 在救援方案的完备性、 应急资源的可追踪性、 救援人员调配的合理性、 信息报 送的明确性、 应急处置的快速性、 预案更新的明确性方 面需要改进。 ( 3) 预案 C 编制绩效较高, 但在对应急能力评估 资源的把握上有所欠缺。并可在应急资 源的可追踪 性、 预案更新的明确性、 演练培训的明确性、 应急处置 衔接的有效性方面改进预案。 ( 4) 预案 D 对危险源辨识资料和演练经验总结的 把握不足, 对相关预案的学习能力有待提高。并需要 在救援人员调配的合理性、 信息报送的明确性、 预案更 新的明确性、 演练培训的明确性、 应急处置衔接的有效 性方面对预案进行改进。 ( 5) 预案 E 对演练的经验总结把握明显不足。并 需要在预防预警方案的完备性、 救援方案的完备性、 预 警报警的有效性、 响应级别的清晰性、 保障措施的有效 性、 预案更新的明确性、 救援操作责任部门的明确性、 应急处置衔接的有效性方面进行改进。

4

结束语
本文结合铁路应急预案编制绩效评价特点, 选择

了数据包络分析和层次分析法综合的方法作为铁路应 急预案编制 绩效评 价方法。在分 析 DEA 经典 模型 C2R 的优点和缺陷的基础上, 引入层次分析法和理想 点法提出相应的改进措施, 并应用到青藏铁路应急预 案编制绩效评价中。应用表明, 该方法体系有以下优 点: 可对决策单元进行排序, 包括有效决策单元和 无效决策单元; 不会出现多解的问题; 能够为决 策者提供如何改善决策单元的信息。
参考文献:

( 责任编辑



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