CN106779320A - 一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，可实现燃气管道第三方破坏风险的定量评估。此技术方案针对燃气管道第三方破坏事故的多样性、复杂性及不确定性等特点，采用层次分析法和MMESE系统理论，系统分析了燃气管道第三方破坏事故的各种可能性条件，建立了三级层次结构模型，并根据其模糊性特点引入三角模糊数，量化表征了各因素间的相对重要性程度，克服了层次分析方法的局限，减小了传统评价方法中人为主观影响，使权重分配更加准确、客观、合理。本发明的优点是：克服了层次分析的局限，减小了传统评价方法中人为因素的主观影响；权重分配合理，评价结果客观准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气管道风险评估方法，具体涉及一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法。
背景技术
随着城市建设与燃气管网的快速发展，输气管道难免经过人口密集、经济发达的市政中心地带。但是燃气管道输送的是易燃易爆的带压气体，一旦管道发生穿孔开裂，易燃易爆气体将会迅速喷出，诱发严重的安全事故。目前，燃气管道第三方破坏已经成为导致燃气泄漏的主要原因。若能根据城市管道的使用情况，综合考虑导致第三方破坏的各方面因素，从根源上进行分级评估，预判管道风险等级并采取针对性的管理措施，有助于降低城市管网第三方破坏的风险概率，提高城市燃气安全管理水平。
现阶段，国内对燃气管道的风险评价技术处于半定量到定量过渡的时期，没有建立完善精确的数学模型和预估方法。目前对管道风险等级的评价方法主要有肯特评分法、层次分析法、概率风险评价等，多数风险评价主要关注管道腐蚀缺陷、本体缺陷等方面，缺乏对管道第三方破坏因素的细致研究。既不能完整的分析和划分诱发第三方破坏各个因素的来源和等级，又不能有效描述上下级因素之间的不确定关系，因此对城市燃气管道第三方破坏的风险评估尚未形成系统完整的体系。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是管道第三方破坏因素的细致研究，目的在于提供一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，解决多数风险评价主要关注管道腐蚀缺陷、本体缺陷等方面，缺乏对管道第三方破坏因素的细致研究的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，包括依次进行的以下步骤：
A、根据MMESE系统理论确定导致燃气管道第三方破坏的人员、设备、环境及管理方面的因素；
B、基于层次分析法对步骤A所得的各类因素进行分级，建立三级层次结构模型；
C、基于步骤B建立的三级层次结构模型采用模糊层次分析手段，引入三角模糊数并根据风险因素间相对重要性数字度量尺度，表征各风险因素间的关系；
D、根据步骤C所得的各风险因素间的关系构建模糊判断矩阵；
E、对步骤D中各个层次的模糊判断矩阵进行去模糊化处理后进行计算，获取燃气管道第三方破坏风险评分值。
步骤A根据MMESE系统理论，从人员、设备、环境及管理方面对燃气管道第三方破坏的各类因素进行分析；步骤B基于层次分析法对步骤A中的各类因素进行分级，步骤C引入三角模糊数和数字度量尺度，表征各层次内部因素之间相对重要程度的不确定关系，步骤D根据步骤C所得的各风险因素间的关系构建模糊判断矩阵，步骤E对步骤D中各个层次的模糊判断矩阵进行去模糊化处理后进行计算，获取燃气管道第三方破坏风险评分值。所述步骤A到步骤D为建立模糊数学模型，步骤E为对模糊数学模型去模糊化，同时带入所需参数进行计算。
所述步骤C中三角模糊函数为基础的数字度量尺度分为同等重要EI、稍微重要MI、重要QI、相当重要VI和绝对重要AI五个度量等级。其中建立模糊数学模型基于三角模糊数的函数μM(x)，三角模糊数M可表示为(l,m,u)，其中m为M隶属度为1时的中值，即当x＝m时，x完全隶属于M；l和u为三角模糊函数的上界和下界，即当x∈(-∞,l]∪[u,+∞)时，x完全不属于模糊数M。以三角模糊函数为基础的数字度量尺度分为同等重要EI、稍微重要MI、重要QI、相当重要VI和绝对重要AI五个度量等级。
步骤B所述三级层次结构模型包括一个目标层和两个因素层，因素层为两级评价指标的双层结构，二级指标隶属于一级指标。步骤B所述三级层次结构模型包括一个目标层和两个因素层，因素层为两级评价指标的双层结构，二级指标隶属于一级指标，针对燃气管道第三方破坏事故特点，从人员角度考虑，人的不安全行为是较为直接的诱发因素，因此在宏观项中应包括政府及公众对燃气管道的保护意识；从设备的角度考虑，燃气管道本身和配套设施应该具有预防第三方破坏的能力；从管网周围所处的环境考虑，道路改造、房屋拆迁等具体活动可能会加大管道第三方破坏的风险；从企业运营方面来看，其管理水平是影响管网日常安全的重要因素。因此，一级评价指标可分为四项，分别为政府及公众的保护意识T1、管道及设备状况T2、管线环境T3、企业管理T4；二级指标总共划分为14项，隶属于T1指标的有居民平均素质T11、企业宣传力度T12、政府保护力度T13；隶属于T2指标的有管线埋深T21、地面设备及标识T22、管线地下复杂度T23、预警报警装置T24；隶属于T3指标的有管网片区等级T31、地面活动频繁程度T32、人口及建筑物密度T33、地质及违建情况T34；隶属于T4指标的有管网资料完整性T41、巡线频率T42、员工业务水平T43。
所述步骤D建立的模糊判断矩阵为Aij，其中元素aij为模糊判断矩阵中第i个指标相对于第j个指标的重要程度，所述重要程度是基于步骤C中的三角模糊数和因素重要性数字度量尺度，对各层因素进行两两比较得出的。所述步骤D构建模糊判断矩阵为根据燃气管道资料分析及行业内部专家意见，对各层因素进行两两比较构建模糊判断矩阵，如某片区的管线埋深T21和地面设备及标识T22两个指标，管线埋深有1m，地面标识被雨水风沙侵蚀，字迹模糊，专家觉得第三方挖坑不容易达到这个深度，而标识不清楚不能及时提醒和告知第三方此处有管线，所有专家就觉得这个片区T22比T21重要，具体重要程度则由专家根据三角模糊函数的相对重要性的尺度给出意见。基于步骤B中的三角模糊数和因素重要性数字度量尺度，根据燃气管道资料分析及行业内部专家意见，对各层因素进行两两比较，构建模糊判断矩阵Aij，其中元素aij为模糊判断矩阵中第i个指标相对于第j个指标的重要程度，用三角模糊数表示为aij＝(l,m,u)
所述第i个指标相对于第j个指标的重要程度为依照三角模糊数为基础的因素相对重要性数字度量尺度，根据燃气管道资料分析及行业内部专家意见，对所述第i个指标相对于第j个指标进行比较所确定的标准值。
所述步骤E进行去模糊化处理后得到各个一级指标和二级指标的权重系数，根据各项二级指标的评分值与权重系数计算各个一级指标的评分值，根据各个一级指标的评分值与权重系数计算最终的目标层风险评分值。所述步骤E获取燃气管道第三方破坏风险评分值的方法为对步骤D中各个层次的模糊判断矩阵进行去模糊化处理后进行计算。对步骤D中各个层次的模糊判断矩阵进行去模糊化处理，计算第k层评价指标集合中第i个元素相对于其它所有指标的综合重要程度，用综合模糊值表示：
综合模糊值和同样也是三角模糊数，的可能性计算公式如下：
综合模糊值大于其它所有模糊值得可能度计算公式如下：
以此归一化处理后作为第k层中第i个评价指标比较后的权重系数k层所有因素构成的权重向量Wk如下所示：
第K-1层中第i个因素的风险评分值即为第k层各指标风险评分值与权重系数向量(Wk)T的乘积，通过逐层计算最终得到目标层的风险评分值S，其风险评分值越高表明管道受第三方破坏事故可能性越小，管道越安全。风险评分值计算公式如下：
S＝S1·(W1)T
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，综合考虑了人员、环境、设备和管理四类范畴，更加全面、客观的分析了燃气管网运营过程中存在的潜在风险因素，构建了三级层次结构的风险指标模型，提供了较为全面的风险指标，符合燃气管网实际情况。；
2、本发明一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，采用模糊层次分析方法，并引入三角模糊数和相对重要程度的数字化表征方法，既克服了层次分析的局限，又减小了传统评价方法中人为因素的主观影响，权重分配合理，评价结果客观准确。
3、本发明一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，数学原理清晰、计算过程简便，能有效、快速、准确的对某一区域的燃气管网进行第三方破坏风险评估，具有较好的推广应用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明燃气管道第三方破坏因素层次划分结构图；
图2基于三角模糊数的因素相对重要性数字尺度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至2所示，本发明一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险定量评估方法，依次包括依次进行的步骤：
基于层次分析法和MMESE系统理论，从人员、设备、环境及管理方面系统考虑导致燃气管道第三方破坏的各类因素，并建立三级层次结构模型；
引入三角模糊数和数字度量尺度，表征各层次内部因素之间相对重要程度的不确定关系；
表1基于三角模糊数的相对重要性数字度量尺度表
根据燃气管道资料分析及行业内部专家意见，依照三角模糊数为基础的因素相对重要性数字度量尺度，对各层因素进行两两比较，构建模糊判断矩阵，具体参看表2-表6。
表2第一层指标模糊判断矩阵(T1-T4)
表3隶属于T1的第二层指标判断矩阵(T11-T13)
表4隶属于T2的第二层指标判断矩阵(T21-T24)
表5隶属于T3的第二层指标判断矩阵(T31-T34)
表6隶属于T4的第二层指标判断矩阵(T41-T43)
表2-表6分别展示了一级指标对目标层以及二级指标对一级指标的模糊判断矩阵，其元素均由三角模糊数表示且aij为模糊判断矩阵中第i个指标相对于第j个指标的重要程度。
对模糊判断矩阵进行去模糊化处理，计算各层评价指标集合中第i个指标元素相对于其它所有指标的综合重要程度并计算权重系数，此处以表2中一级指标数据为例，详细说明去模糊处理过程；
根据表2中的数据得到第一层指标的模糊判断矩阵：
根据公式(3)计算同级指标综合模糊值：
同理，计算得到一级指标综合模糊值向量：
根据公式(4)-公式(6)计算
同理，计算可得：
根据公式(7)、公式(8)可得：
归一化处理后得到一级指标权重系数：
W(1)＝[0.190,0.292,0.304,0.214]
上述计算步骤详细说明了去模糊化处理过程，基于表3-表6中的数据，采用同样的计算流程，得到二级指标的权重系数如下：
基于步骤中所得的各层指标元素权重向量，根据
S＝S1·(W1)T
计算目标层的风险评分值S:
表7燃气管道第三方破坏各项指标分数
根据二级指标权重计算隶属于一级指标的风险评分：
根据一级指标权重和风险评分计算目标层风险评分值：
S＝S1·(W1)T＝[84.402，89.544，81.637，97.175]·[0.190,0.292,0.304,0.214]T＝87.800
通过以上计算最终得到燃气管道第三方破坏风险评分值，此数字越大表明管道的安全性越高，即第三方破坏事故发生的可能性越小。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：
A、根据MMESE系统理论确定导致燃气管道第三方破坏的人员、设备、环境及管理方面的因素；
B、基于层次分析法对步骤A所得的各类因素进行分级，建立三级层次结构模型；
C、基于步骤B建立的三级层次结构模型采用模糊层次分析手段，引入三角模糊数并根据风险因素间相对重要性数字度量尺度，表征各风险因素间的关系；
D、根据步骤C所得的各风险因素间的关系构建模糊判断矩阵；
E、对步骤D中各个层次的模糊判断矩阵进行去模糊化处理后进行计算，获取燃气管道第三方破坏风险评分值。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，步骤B所述三级层次结构模型包括一个目标层和两个因素层，因素层为两级评价指标的双层结构，二级指标隶属于一级指标。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，所述步骤C中三角模糊函数为基础的数字度量尺度分为同等重要EI、稍微重要MI、重要QI、相当重要VI和绝对重要AI五个度量等级。
4.根据权利要求1所述的一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，所述步骤D建立的模糊判断矩阵为A_ij，其中元素a_ij为模糊判断矩阵中第i个指标相对于第j个指标的重要程度，所述重要程度是基于步骤C中的三角模糊数和因素重要性数字度量尺度，对各层因素进行两两比较得出的。
5.根据权利要求4所述的一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，所述第i个指标相对于第j个指标的重要程度为依照三角模糊数为基础的因素相对重要性数字度量尺度，根据燃气管道资料分析及行业内部专家意见，对所述第i个指标相对于第j个指标进行比较所确定的标准值。
6.根据权利要求1所述的一种基于模糊数学的燃气管道第三方破坏风险评估方法，其特征在于，所述步骤E进行去模糊化处理后得到各个一级指标和二级指标的权重系数，根据各项二级指标的评分值与权重系数计算各个一级指标的评分值，根据各个一级指标的评分值与权重系数计算最终的目标层风险评分值。
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