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. 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 i

p
, chiều dài đường đón gửi l
đg
,
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
S
ố L
Ư
ợNG TíNH
CHấT ĐếM
ĐƯợC
HìNH
TH
ứC THể
HIệN
M
ứC Độ
XáC ĐịNH

Tính kỹ thuật
Tính công nghệ
Tính kinh tế
Tính vận doanh
Tính xã hội
Tính môi trường
Tính thẩm mỹ
Tính đơn vị
Tính tổ hợp
T
ính
li
ê
n k
ế
t

Tính số lượng
Tính chất lượng
Tính xác định
Tính xác suất
Hình 1.
Phân lo
ạ
i đánh giá các tiêu chí đư
ờ
ng s
ắ
t

PHƯƠNG TI
ệN ĐạT
MụC TIÊU
HìNH H
ọC


VậT Lý
THờI GIAN
CấU TRúC
CHứC NĂNG
MụC TIÊU
KHÔNG ĐáNG
K
ể

ĐáNG Kể
KHÔNG PH
ụ
THUộC
PH
ụ THUộC

ĐƠN GIảN
LIÊN HợP
THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT

BảN CHấT

Độ PHứC

TạP

TíNH LIÊN
KếT
ảNH
HƯởNG
T
ớI CHỉ Số
MụC ĐíCH

M
ốI QUAN
Hệ MụC
TIÊU CủA
Dự áN
Hình 2.
Phân lo
ại 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 gi
ản :
từ vấn đề thông qua các tiêu chí đánh giá đ
ể đến thứ hạng
nhỏ nhất – các phương án
Mô tả vấn đề (Lựa chọn phương án)
Ti
ến h
ành đánh giá tu
ần tự mức độ quan trọng của từng
tiêu chí (đối với từng thứ bậc) và các phương án v
ới nhau
nhờ sự trợ giúp của phương pháp so sánh từng cặp
Tiến hành đánh giá tuần tự ưu tiên c
ục bộ (đối với từng thứ
bậc) của các phần tử so sánh (tiêu chí, phương án c
ạnh
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
b
ậc

PHƯƠNG áN A

THÔNG Số Kỹ THUậT ĐƯờNG SắT
PHƯƠNG áN B
TíNH MÔI TRƯờNG

TíNH Xã HộI
Độ RủI RO



CT

2

Bảng 1. Thang điểm đánh giá T.Saaty
Chỉ số đánh
giá mức độ
Định nghĩa Giải thích
1
Có mức độ như nhau Hai phần tử so sánh có cùng
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
21
21
221
112
nn
inii
n
n
aa
aaa
aa
aa
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
Kinh tế Môi trường Xã hội Độ rủi ro a
i
á
i

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 ca

i
= 4,478
RC= 0,036 l
max
= 4,097

Bảng 3. Ma trận so sánh từng cặp theo cấp 3
Kinh tế PA PA B PA C a
i
á
i



CT

2

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 ca
i
= 4,250
RC= 0,056 l
max
= 3,065

Môi trường

PA
A PA B PA C a
i
á
i

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 ca
i
= 4,028
RC= 0,074 l
max
= 3,086

Xã
hội
PA
A PA B PA C a
i
á
i

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 ca
i
= 4,800

RC= 0,213 l
max
= 3,247

Rủi ro
PA
A PA B PA C a
i
á
i

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 ca
i
= 3,150
RC= 0,000 l
max
= 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
n
j
iji
aa




1
(1).
Và trọng số đánh giá của từng phần tử đối với tập hợp các so sánh được xác định




n
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
IC

(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
inn
n
i
i
n
i
i
aaa
11
22
1
11max


(4).

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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
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
ijjTHi
1

,
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
Kinh tế Môi trường Xã hội Độ rủi ro
Trọng số tiêu chí á

0,376 0,101 0,208 0,316
Kết quả
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 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 phương 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