基于AHP的高速铁路列车旅客乘车疲劳度研究

□ 仇志成

(兰州交通大学 交通运输学院,甘肃 兰州 730070)

1 引言

随着高铁的快速发展，我国的高铁运营里程已经超过4万公里，日趋发达的高铁网络为旅客出行提供了更多的选择，同时旅客也产生了更多的个性化需求。旅客选择出行方式时，除了考虑时间、票价等因素，乘车疲劳度也是影响旅客出行的重要因素，因此，研究乘车疲劳度有利于提高服务质量，满足乘客需求，提升铁路客运产品竞争力。

关于乘客舒适度的研究一直是列车设计的一个重要标准，回顾相关研究，铃木浩明[1]阐明了乘客舒适度的定义以及评价方法，并通过相关调查分析了影响舒适度的主要因素。我国自上世纪90年代开始涌现出对乘客舒适度的研究，赵瑜[2]分析了影响旅客舒适度的主要因素，并根据旅客需求提出铁路客运产品的优化途径；赵洋等[3]针对青藏铁路格拉段的特殊环境，引入了“弛豫时间”的标准，完善了旅客舒适度的评价标准；卢津等[4]通过问卷调查以及数据测试，提出了客车舒适度的定量综合评价；陈祥等[5]结合旅客的心理及生理感受定义了高速列车广义舒适度，并构建了乘客舒适度评价模型；林森等[6]基于振动、压力等六个因素，通过Delphi、AHP方法以及调查问卷法构建模型，提出了一种旅客综合舒适度的计算方法；张艳梅等[7]的研究阐明了影响长运距高速列车旅客疲劳度的最主要因素，并提出了优化措施。目前，对于旅客疲劳度的研究未能细致地考虑旅客的出行目的并结合旅客出行感受，因此，本文针对工作出行和旅游出行的两类乘客的疲劳度进行分类研究。

2 旅客疲劳度模型及评价指标体系建立

2.1 旅客疲劳度因素分析

本文选用问卷调查法收集数据，问卷内容主要包括旅客出行目的、生理及心理感受三个方面的因素，问卷借鉴了陈祥以及张艳梅的研究结果，并结合长运距旅客的实际感受完成问卷，这里将调查对象分为以工作和旅游为目的的两类群体，分别得到500份有效问卷。

根据调查问卷的题目，将问题归纳为空间层面、时间层面、空气层面、物理层面、服务层面五个层面，使用SPSS(26.0)软件进行数据处理，KMO检验值的结果符合因子分析的标准。因此，基于五部分因子建立旅客乘车疲劳度分层模型，目标层为旅客乘车疲劳度，准则层为空气层面、时间层面、空间层面、物理层面、服务层面方面，指标层共有10个指标。具体如图1所示。

图1 旅客乘车疲劳度层次结构模型

2.2 旅客疲劳度因素权重计算

本文依据调查问卷中获取的数据构建判断矩阵，将10个指标进行两两比较以确定权重，如表1所示。

表1 判断尺度表

如果因素i与因素j的差值并非0.1的倍数，这个时候就根据其差值与哪个判断尺度距离近进行归类。若差值为负数，首先将结果绝对值化，然后对其倒数化，得到真正的差值，然后依据之前的方法进行判断。

基于调查数据，本文使用层次分析法中的方根法进行权重计算，同时在对相关系数矩阵进行一致性检验时，需要利用最大特征根λ、一致性指标CI、随机一致性指标RI、矩阵阶数分别对以工作和旅游为目的的两类人群进行一致性检验。

①以工作为目的的旅客

对于P1，其λmax=5.0133，CI=0.0033，RI=1.12,CR=0.0030<0.1，通过一致性检验。对于P2、P3、P4、P5、P6，由于n=2，本身就具备完全一致性，因此均通过一致性检验。检验完毕后，进行层次总排序，如表2所示。

表2 以工作为目的的层次总排序表

最终计算得到，空间类的权重为0.300，其中座椅间距的权重为0.340，空间拥挤度的权重为0.660；时间类的权重为0.300，其中候车时间的权重为0.100，旅行时间的权重为0.900；空气类的权重为0.160，其中温湿度的权重为0.800，空气品质的权重为0.200；物理类的权重为0.160，其中噪声的权重为0.800，振动的权重为0.200；服务类的权重为0.080，其中WiFi信号的权重为0.750，充电插座的权重为0.250。

②以旅游为目的的旅客

对于P1，其λmax=5.0684，CI=0.0171，RI=1.12,CR=0.0153<0.1，通过一致性检验。对于P2、P3、P4、P5、P6，由于n=2，因此不必对其实行一致性检验。检验完毕后，其层次总排序的具体数据如表3所示。

表3 以旅游为目的的层次总排序表

最终依据调查数据得出，空间类的权重为0.32，时间类的权重为0.22，空气类的权重为0.26，物理类的权重为0.12，服务类的权重为0.08。其中，座椅间距的权重为0.34，空间拥挤度的权重为0.66；候车时间的权重为0.10，旅行时间的权重为0.90；温湿度的权重为0.50；空气品质的权重为0.50；噪声的权重为0.75，振动的权重为0.25；WiFi信号的权重为0.75，充电插座的权重为0.25。

3 旅客疲劳度计算及分析

3.1 各因素疲劳度标准

对旅客受各指标影响的疲劳程度进行研究，并进行量化处理，建立一个综合评价标准。通过调查发现，除振动指标外，其余指标未有具体的精确标准。因此，本文参考相关舒适度的标准并结合乘客的实际感知，采取李克特五级量表设计问卷，基于调查问卷所获得的数据，构建关于旅客疲劳度的评价标准。该标准的具体格式参考UIC513标准且同样将标准分为5个等级，具体如表4所示。

表4 旅客疲劳度调查表

表中的温湿度标准引用国内外在各领域应用广泛的人体舒适度指标——温湿指数，以此反映旅客对车厢内温湿度的感知情况。本文空气质量标准参考了不同二氧化碳浓度对人体舒适度的影响，构建疲劳值与二氧化碳浓度关系之间的评价标准。国内外制定的关于振动的评价标准有许多，本文采用欧洲的UIC513标准作为对振动的评价，它更加适合对旅客乘坐感受进行评价。对于噪声的标准，目前只有对高速列车的限值标准《铁道客车内部噪声限值及测量方法(GB/T 12816-2006)》，基于该标准结合调查数据对噪声与疲劳度构建评价标准。

关于旅客疲劳程度与候车时间长短的联系，可以对不同候车时长的旅客进行研究，设计标准如表5所示。

表5 候车时间与疲劳值调查表

由于得到的数据不是简单的线性变化，规律不明显，无法得到候车时间与疲劳值的具体关系，因此通过MATLAB软件对数据进行拟合，并最终得到了候车时间与旅客平均疲劳值关系之间的数学关系式，公式如下:

F1(t)=3.366e-9t5-4.672e-7t4+1.208e-5t3+0.0005811t2-0.003615t+0.000258

(1)

式(1)中的t表示候车时间，单位为min；F1表示产生的疲劳值。

对于旅行时间与旅客身体疲劳程度的联系，从不同乘坐席的角度进行调查研究，设计标准如表6所示。

表6 旅行时间与平均疲劳值调查表

同上，表格里的数据不是简单的线性变化，规律不明显，无法得到旅行时间与疲劳值的具体关系。将表6的数据通过MATLAB软件拟合得到了不同席别平均疲劳值与旅行时间的数学关系式。

F2(t)=0.00129t4-0.03087t3+0.23t2-0.2575t+0.1406

(2)

F3(t)=0.0001713t4-0.003115t3+0.008071t2+0.39t-0.1056

(3)

式(2)(3)中，t表示旅行时间，单位为h，F2、F3表示对应的疲劳值。

近年来，铁路部门在动车组上采取了许多人性化的措施，如CR系列上WiFi信号的全车覆盖以及充电插座的配备。依据调查结果对两个指标进行研究，依据调查数据定义车厢内各项服务与疲劳值的评价标准，如表7所示。

表7 服务与疲劳值评价标准

3.2 综合疲劳度标准

在上述标准的基础上，将各种影响因素对旅客的疲劳程度处理并与前一章计算所得到的权重值一一对应，得到每类因素对应的疲劳值以及旅客的综合疲劳值，旅客的综合疲劳值反映了在旅行过程中旅客的疲劳变化情况，公式如下：

(4)

式(4)中，Z表示综合疲劳值，i1、i2、i3、i4、i5分别表示Y层每类对应的权重；j1-j10分别表示Z层每个指标对应的权重；F1-F10分别为每个指标对应疲劳值。

4 实例验证

为对上述研究的评价方法进行验证，本文以长沙南—北京西线路上运行的G402次列车的某节车厢为例应用该评价方法，假设其旅客的出行目的分别为工作和旅游。其中表8为该列车某节车厢具体数据。

表8 G402次列车某节车厢具体数据

物理类各指标对旅客乘车疲劳度的影响因旅客乘坐列车型号和经由线路条件的不同而略有区别，且各指标的数值是实时变化的。对于复兴号系列动车组噪声均取65分贝，N取1。同时本文默认实例中旅客的候车时间为1h。

利用表8中的数据依据评价标准计算得到乘坐G402次列车二等座的旅客每个指标影响的疲劳值分别为F1=4；F2=4；F3=1；F4=2.4；F5=1；F6=1；F7=3；F8=3；F9=0；F10=-5；将上述疲劳值分别与表3和表4中各指标权重依据式(4)进行计算，数据整理后如表9所示。

表9 乘坐G402次列车第10节车厢旅客疲劳值

在参数相同的情况下，乘坐G402次列车第10节车厢旅游出行的旅客相比工作出行的旅客的疲劳值更低。其中，造成综合疲劳值差别较大的主要原因在于不同出行目的的旅客对车厢内部、外部等各层面及各指标的敏感和在意程度不同。以旅游为出行目的的旅客相比以上学、工作为出行目的的旅客更为在意空间、空气层面对自身疲劳程度的影响，对时间层面敏感性相对较低，而以工作为出行目的的旅客对时间层面比较重视。基于研究结果，本文提出以下建议。

针对不同出行目的的人群，依据不同旅客的不同需求，推出多样化的运输产品。如上述以工作为出行目的的旅客更注重时间，因此可以推出由CR系列动车组担当运行任务，采用一站直达或仅在大站停靠的停站方案，尽可能减少因时间层面给旅客带来的影响。如长沙南—北京西的G402次列车主要由CR系列动车组担当运行任务，且只在武汉、郑州、石家庄3个大站停靠，旅行时间较短，更适合以工作为出行目的的旅客，可以减轻旅客乘车疲劳度。若商务客流量较大，可依据客流变化，增开该类列车。

5 结论

研究合理的旅客乘车疲劳度对提高高铁客运服务质量有着重要意义，本文针对旅客出行目的的不同，探究了旅客乘车疲劳度与两类出行目的人群的关系，分析了两类人出行乘车疲劳度的异质性，提出了旅客乘车疲劳度的综合评价系数。同时对于两类人群的差异，提出了合理的建议措施，对提高客运服务质量、满足旅客的出行需求有着一定的实际意义。同时，本文的研究还存在不足，如针对旅客出行情况，仅考虑到工作以及旅游，未能考虑到乘坐卧铺对于旅客疲劳度的恢复情况，未来可以考虑扩大研究群体，开展更细致的研究。