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" ppsx

CT 2 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.. Các thông số kỹ thuật chủ yếu của đường sắt

CT 2

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 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

Summary: It is necessary to have an overall viewpoint when making decision for an option to

renovate 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

Các thông số kỹ thuật chủ yếu của đường sắt (độ dốc thiết kế ip, chiều dài đường đón gửi lđ g,

số lượng đường chính, loại sức kéo, sơ đồ phân bố điểm phân giới, ), cũng như hướng tuyến

được xác định theo kết quả của các tính toán kinh tế - kỹ thuật với việc tính đến hiệu quả sử

dụng vốn đầu tư và bảo đảm việc nâng cấp tuyến đường trên cơ sở gia tăng khối lượng vận

chuyển Việc xác định công suất của từng kết cấu và cấu kiện đường sắt cần phải được xác định

xuất phát từ nhu cầu sử dụng với điều kiện không được thay đổi trong các năm tính toán: 10

năm, 5 năm, 2 năm Rõ ràng quá trình lựa chọn thông số kỹ thuật đường sắt cần giải quyết đồng

thời hai mặt của vấn đề: tính xác định và tính không xác định của các dữ liệu ban đầu Trong

khuôn khổ của bài báo tác giả xin đề cập đến khía cạnh thứ hai của vấn đề, đó là tính chất không

xác định của dữ liệu ban đầu

Quá trình lựa chọn các dự án đường sắt, bao gồm cải tạo tuyến hay xây dựng tuyến mới –

đây là bài toán phức tạp, việc giải quyết nó bao gồm lựa chọn phương án tối ưu trong tập hợp

các phương án có thể, được chỉ đạo bởi một hệ tiêu chí đánh giá (hình 1) Thực chất của quá

trình này đó là việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của tuyến đường sắt thoả mãn các yêu cầu

đặt ra

CT 2

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 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

TIÊU CHí ĐáNH GIá

NộI DUNG

Số LƯợNG TíNH CHấT ĐếM ĐƯợC

HìNH THứC THể HIệN

MứC Độ XáC ĐịNH

Hình 1 Phân lo ại đánh giá các tiêu chí đường sắt

THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT

TạP

TíNH LIÊN KếT

ảNH HƯởNG TớI CHỉ Số MụC ĐíCH

MốI QUAN

Hệ MụC TIÊU CủA

Dự áN

Hình 2 Phân loại các thông số kỹ thuật của

CT 2

- 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 phương 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)

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

Chia nhỏ vấn đề ra thành các phần tử có cấu trúc đơn giản :

từ vấn đề thông qua các tiêu chí đánh giá để đến thứ hạng nhỏ nhất – các phương án

Mô tả vấn đề (Lựa chọn phương án)

Tiến hành đánh giá tuần tự mức độ quan trọng của từng tiêu chí (đối với từng thứ bậc) và các phương án với nhau nhờ sự trợ giúp của phương pháp so sánh từng cặp

Tiến hành đánh giá tuần tự ưu tiên cục bộ (đối với từng thứ bậc) của các phần tử so sánh (tiêu chí, phương án cạnh tranh)

Kiểm tra tính đồng nhất của các ưu tiên cục bộ

Tổng hợp quá trình phân tích các sự kiện và ra quyết định

ĐáNH GIá CáC ƯU

TIÊN CụC Bộ

4

ĐáNH GIá

PHƯƠNG áN

3

THốNG NHấT ý

KIếN

5

TổNG HợP

6

XÂY DựNG CấU

TRúC

2

XáC ĐịNH VấN Đề

1

YES

NO

Hình 3 Các bước cơ bản của AHP

CT 2

- 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 đưa 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 chọn 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

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

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 phương 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

TíNH KINH Tế

PHƯƠNG áN C

Cấp 1

Cấp 2

Cấp 3

Hình 4 Sắp xếp vị trí theo thứ

bậc

PHƯƠNG áN A

THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT

PHƯƠNG áN B

CT 2

Bảng 1 Thang điểm đánh giá T.Saaty

Chỉ số đánh

1

giá trị đối với phần tử ở thứ bậc trên

3

Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số,

phương án, ) lớn hơn chỉ số khác một cách

không đáng kể

5

Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số,

phương án, .) lớn hơn chỉ số khác một cách

đáng kể

7

Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số,

phương án, ) lớn hơn chỉ số khác một cách rất

đáng kể

9

Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số,

phương án, ) lớn hơn chỉ số khác một cách đặc

biệt

2,4,6,8

Mức độ quan trọng của một chỉ số (thông số,

phương án, ) với một chỉ số khác nằm trong các

khoảng đã xác định

Được áp dụng trong trường hợp “thoả hiệp”

Giá trị ngược

lại các giá trị

trên

Mức độ quan trọng của chỉ số B đối với chỉ số A

(đối với các chỉ số đã được so sánh từng cặp với

nhau như 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



























1

1

1

2 1

2 1

2 21

1 12

n n

in i

i

n n

a a

a a

a

a a

a a

A

Và hiển nhiên rằng ma trận này nghịch đảo đối xứng nhau qua đường chéo từ trái sang phải, tức là

aji=1/aij

Bảng 2: Ma trận so sánh từng cặp theo cấp 2

Bảng 3 Ma trận so sánh từng cặp theo cấp 3

CT 2

A

Môi trường

PA

Xã hội

PA

Rủi ro

PA

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

n

j ij





1 (1)

Và trọng số đánh giá của từng phần tử đối với tập hợp các so sánh được xác định





i i

i i

a a

1

 (2)

CT 2

Khi đó 





n

i

i

1

1



Một trong những điểm mạnh của AHP đó là 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

1

max







n

n

(3)

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

i in n n

i i n

i

a

1 1

2 2 1

1 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: Chỉ số thích hợp ngẫu nhiên

Cấp

ma

trận

Hệ số

thông

nhất

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

CI

IC

RC  (5)

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 muốn (RCc10%) thì bước tiến hành

tiếp theo là tổng hợp các kết quả tính toán và đưa ra kết luận cuối cùng về phương án sẽ được lựa chọn







m

j ij j THi

1





1







n

i THi

 (6)

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 phương án được đưa ra lựa chọn

CT 2

Bảng 5: Tổng hợp kết quả

Trọng số tiêu chí á

Kết quả

Dựa vào kết quả tính toán chúng ta có thể thấy rằng phương án C thể hiện tính khả 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) Mặc dù phương án B cho chúng ta chỉ số về tính kinh tế cao hơn so với các phương án khác (0,649) nhưng đối với các chỉ số về môi trường và xã hội kém hơn hẳn phương án

C Điều đó đã thể hiện được đúng xu hướng phát triển hiện nay khi mà lựa chọn phương án cần phải được tiến hành xem xét đánh giá dưới các góc độ khác nhau, đặc biệt là đối với các dự án cải tạo tuyến khai thác và xây dựng tuyến đường sắt mới

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin việc áp dụng phương pháp phân tích thứ bậc cho phép các chuyên gia tư vấn xác định các thông số kỹ thuật đường sắt một cách hoàn chỉnh nhất dựa trên khả năng tập hợp các phương án, phân tích đánh giá trên từng khía cạnh của dự án

để đạt được những kết quả tốt nhất Phương pháp trên cho phép chúng ta áp dụng trong bất kỳ giai đoạn nào của dự án, từ khâu lập đến khâu hoàn thiện, cũng như trong giai đoạn vận hành 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