CN107194149A - 一种高速公路机电系统健康指数评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速公路机电系统健康指数评估方法，包括：步骤1：建立高速公路机电设备健康指数基本概念；步骤2：构建高速公路机电系统的层级组成结构；步骤3：基于老化指数模型的单一设备健康指数评估及修正；步骤4：基于层次分析法的高速公路组成结构各层级健康指数定量评价。采用本发明的技术方案，可以对机电系统诸多设备进行有效管理，并对设备运维资金进行有效分配具有重要意义。

Description

一种高速公路机电系统健康指数评估方法

技术领域

本发明属于智能交通系统及高速公路机电系统信息化技术领域，具体涉及一种基于层次分析法和老化指数模型修正的高速公路机电系统健康指数评估方法。

背景技术

目前高速公路机电系统已成为高速公路运营管理的支撑系统和实现途径，是高速公路正常运营的基础保障。高速公路机电设备良好的工作状态对于发挥高速公路的安全、舒适、快捷等高品质服务起着举足轻重的作用。

但是，高速公路机电系统结构复杂，技术含量高、设备昂贵。一方面，随着高速公路路网的不断扩大，各种机电设备不断的增多和升级换代，目前高速公路机电系统种类繁多、数量巨大、涉及领域广泛，给高速公路的机电系统日常管理工作带来严重困难。另一方面，由于高速公路的不间断运营特点，人们对高速公路机电设备也提出了高质量的要求(中国资产评估协会,机电设备评估基础(注册资产评估师执业指南),经济科学出版社.2011)。

随着使用年限的增加，高速公路机电设备必然会存在使用性，经济性等下降的现象，并对系统运营产生不可忽视的影响(北京市首都公路发展集团有限公司和北京工业大学编.首发集团高速公路机电系统设备使用寿命及维护维修定额研究(寿命分册),2007)(刘杨,刘畅. 浅析高速公路机电系统部分收费车道设施寿命.湖南交通科技,第38卷第2期,2012)。在高速公路机电系统的维护管理工作之中，对机电设备的维护占去了管理工作的绝大部分精力，而这正反映了高速公路机电系统信息化智能化发展的迫切需求。

发明内容

本发明首次提出高速公路机电系统健康指数概念，宏观反映高速公路机电设备当前运行及固定资产总体保有情况(肖丹.电力变压器风险评估方法与应用.昆明：昆明理工大学, 2013)，对机电系统诸多设备进行有效管理并对设备运维资金进行有效分配具有重要意义 (ZHANG Zhi-yong,CHU Cheng-zan,ZHU Li-wei,FANG Zheng-peng.A Method ofHighway Electromechanical System Facilities Maintenance Quality AssessmentBased on AHP and Fuzzy Theory.ICTIS 2011)。本发明遵循全面性，可操作性及科学性等原则，综合分析高速公路机电设备运行状态的影响因素及各影响因素之间相互作用，合理选择设备运行状态相关多种数据类型的信息，建立高速公路机电系统总体健康指数多层次综合评估框架。首先，本发明提出高速公路机电设备健康指数基本概念，同时基于结构化分析方法划分高速公路机电系统的层级组成结构。其次，本发明根据高速公路机电设备现有信息收集情况以及收集成本问题，选用设备基础信息(设计寿命、投运日期及当前使用年限)以及原始维修日志记录，基于老化指数模型评估及修正单一设备健康指数。最后，本发明以设备层每种设备的健康指数评估为基本，基于层次分析法(Analytic HierarchyProcess,简称AHP)(许树柏编著.实用决策方法-- 层次分析法原理.天津大学出版社.1988)(Navneet Bhushan and Kanwal Rai.Strategic Decision Making-Applying theAnalytic Hierarchy Process.Springer.2003)进一步“由底向上”生成高速公路机电系统组成结构各层级总体健康指数定量评价分析结果。

一种高速公路机电系统健康指数评估方法包括如下步骤：

步骤1：建立高速公路机电设备健康指数基本概念

所述高速公路机电设备健康指数表征高速公路机电设备的运行状况健康程度，其为一个位于0和10之间的单一数值；

步骤2：构建高速公路机电系统的层级组成结构

将高速公路机电系统总共分为如下五层：第一层表示整个路网，第二层为路段层，第三层为机电系统层，第四层为机电子系统层，第五层为设备层；

步骤3：基于老化指数模型的单一设备健康指数评估及修正，

在高速公路机电系统的设备层，首先计算每个设备的单一健康指数，通过均值等统计量指标直观反映每种设备的整体健康指数的评估状态，具体包括以下步骤；

步骤3.1：高速公路机电设备预期寿命分析

根据高速公路机电系统资产档案信息，得到各设备的预期寿命；

步骤3.2：基于老化模型的单一设备基础健康指数_B计算；

T₁为当前年限，T₀为机电设备投运年限，HI₀为全新机电设备的健康指数，其值为0.5， HI₁为机电设备在理想情况下达到预期使用寿命时的健康指数值，其值为5.5；

步骤3.3基于老化模型的机电设备基础健康指数的修正

根据每一设备在原始维修日志中出现的次数以及每次故障的缺陷等级情况，求得故障历史修正系数f_H和缺陷修正系数f_D，对单一设备基于老化模型的基础健康指数进行修正；

步骤4：基于层次分析法的高速公路组成结构各层级健康指数定量评价

根据高速公路机电系统的层级组成结构,并以设备层每种设备的健康指数评估为基础，进一步由底向上计算高速公路机电系统组成结构各层级总体健康指数定量评价分析结果；首先分析高速公路路段层与系统层的两两比较判断矩阵，并计算最终的加权列表，其它的相邻层次两两比较判断矩阵及最终加权的计算通过同样的方法可以依次得到。

根据层次分析法理论，针对各相邻层级，以上一层次的某元素(比如路段层中的京藏高速)作为准则，分别通过以下所列的层次分析法标准步骤获得下一层次各元素(比如机电系统层的办公设施、防雷保护系统、供配电系统、监控系统、其他设施、收费系统、通信系统等7项元素)的权向量：1)构造判断矩阵并赋值；2)计算权向量并检验；

依据层次分析法具体实施步骤，首先需要针对当前层次各元素进行两两比较，采用9 级定性指标进行判断矩阵的专家评定；比较第i个元素与第j个元素相对上一层某个因素的相对重要性时，使用数量化的相对权重a_ij来描述，其中i,j分别代表当前层次的任一元素；设共有n个元素(比如机电系统层7项元素)参与比较，则A＝(a_ij)_n×n称为成对比较矩阵；按下述标度进行赋值(a_ij在1～9及其倒数中间取值)：

●a_ij＝1，元素i与元素j对上一层次因素的重要性相同；

●a_ij＝3，元素i比元素j略重要；

●a_ij＝5，元素i比元素j重要；

●a_ij＝7，元素i比元素j重要得多；

●a_ij＝9，元素i比元素j的极其重要；

●a_ij＝2n，n＝1,2,3,4，元素i与j的重要性介于a_ij＝2n-1与a_ij＝2n+1之间；

●a_ij＝1/n，n＝1,2,...,9，当且仅当a_ji＝n；备注：当i＝j时候，a_ij＝1；

其次，计算层次总排序，即进行各元素权重的求解；基于该权向量就可以逐级得到总体健康指标评估；最终实现由每种设备各自健康指数的分析推广到更高层次的各系统总体健康指数的评估。

作为优选，步骤2中各层的结构具体为：

第一层表示整个路网，包括了该地区内所有的高速公路；

第二层为路段层，分别对应各种具体的联络高速公路通道；

第三层为机电系统层，表示共同组成各种实际机电系统基础设施，包括了监控系统，收费系统，通信系统，供配电系统，办公设施，防雷保护系统；

第四层为机电子系统层，表示各种机电子系统具体组成，；

第五层为设备层，由组成特定子系统的各类设备所构成，当然各类设备由同一种类的多个单一设备组成。

与现有技术相比，本发明具有以下明显优势：

(1)本发明首次提出高速公路机电系统健康指数概念，综合宏观反映高速公路机电设备当前运行及固定资产总体保有情况,对机电系统诸多设备进行有效管理并对设备运维资金进行有效分配具有重要意义。

(2)本发明遵循全面性，可操作性及科学性等原则，综合分析高速公路机电设备运行状态的影响因素及各影响因素之间相互作用，合理选择设备运行状态相关多种数据类型的信息，建立高速公路机电系统总体健康指数的合理及可行的多层次综合评估框架。

(3)本发明提出一种基于层次分析法与老化指数模型修正的高速公路机电系统健康指数评估方法。由高速公路机电系统健康指数基本概念及层级组成结构出发，高速公路机电系统健康指数的计算具体包括两部分内容：1)每种设备的健康指数评估——基于老化指数模型的单一设备健康指数评估及修正；2)各层次总体健康指数评估——基于层次分析法的各层次总体健康指数定量评价分析。

附图说明

图1本发明所涉及方法的总体框图；

图2高速公路机电系统的层级组成结构；

图3高速公路机电系统健康指数计算框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于层次分析法和老化指数模型修正的高速公路机电系统健康指数评估方法，包括如下步骤：

步骤1：高速公路机电设备健康指数基本概念

高速公路机电设备健康指数是在对高速公路机电设备各类信息数字转化的基础上，结合现场机电设备的运行状况，计算出的一个位于0和10之间的单一数值。釆用健康指数表征高速公路机电设备的健康程度，不同的数值代表设备不同的状态。0代表机电设备处于最好的状态，10代表机电设备处于最差的状态。健康指数综合反映系统机电设备的运行状况。

步骤2：高速公路机电系统的层级组成结构

根据国内目前高速公路建设、管理及运维的现有模式，针对某地区(一般为省市级行政区)的高速公路路网组成，基于结构化分析方法，可将高速公路机电系统总共分为五层，如图2所示：

第一层表示整个路网，包括了该地区内所有的高速公路；

第二层为路段层，分别对应各种具体的联络高速公路通道，比如京藏、通燕及京津二通道等；

第三层为机电系统层，表示共同组成各种实际机电系统基础设施，包括了监控系统，收费系统，通信系统，供配电系统，办公设施，防雷保护系统等各种类别的机电系统；

第四层为机电子系统层，表示各种机电子系统具体组成，比如收费系统就包括报警子系统，收费车道子系统，收费传输子系统，收费辅助设备，收费计算机子系统及收费音频、视频子系统等。其它机电系统的子系统也有类似的划分；

第五层为设备层，由组成特定子系统的各类设备所构成，当然各类设备由同一种类的多个单一设备组成；

步骤3：基于老化指数模型的单一设备健康指数评估及修正；

根据高速公路机电设备现有的信息收集情况以及收集成本问题，本发明选用设备基础信息(设计寿命、投运日期及当前使用年限)以及原始维修日志记录作为单一设备健康指数评估及修正的基础。在高速公路机电系统的设备层，首先计算每个设备的单一健康指数 (见图3)。通过均值等统计量指标直观反映每种设备的整体健康指数的评估状态；

步骤3.1：高速公路机电设备预期寿命分析；

针对京藏高速公路机电系统资产档案信息，整理各设备的预期寿命，以方便应用基于老化模型计算基础健康指数。

步骤3.2：基于老化模型的单一设备基础健康指标计算；

有效计算高速公路机电设备健康指数的所需数据可分为两类，第一类是直接反映机电设备状态信息的数据，如机电设备的运行年限等，这类数据直观的反映了理想状态下的机电设备运行状态，因此将其用于高速公路机电设备健康指数的计算中。

老化健康指数是直接和设备老化进程相关的健康指数分量，主要考虑设备运行年限和平均使用寿命，可得计算公式如下：

B为基于老化模型的单一设备基础健康指数，T₁为当前年限，T₀为机电设备投运年限，HI₀为全新机电设备的健康指数，其值为0.5，即当T₁-T₀＝0时的健康指数为0.5。因此，只要上式中的参数都确定就可以计算出当前年份机电设备的健康指数。此外，定义HI₁为该机电设备在理想情况下达到预期使用寿命时的健康指数，其值为5.5。故而，老化健康指数还应局限在一定的范围内，即当计算结果超出区间上(下)限时，健康指数为区间上(下)限值。

0.5＜HI₁＜5.5

步骤3.3基于老化模型的机电设备基础健康指数的修正；

第二类有效计算高速公路机电设备健康指数的所需数据是间接反映高速公路机电设备状态信息的数据，如设备外观情况、故障及缺陷记录等，这类数据间接表征了机电设备运行状态之间的差异，因此将其用于高速公路机电设备健康指数的修正。这些数据主要从原始维修记录日志中获取，其无疑有效地间接表征了机电设备状态的信息。对高速公路机电设备而言，主要有以下两种修正系数：

1)故障历史修正系数f_H：

故障历史修正系数f_H根据统计的高速公路机电设备故障次数对基础健康水平指数进行修正，见表1高速公路机电设备故障历史修正系数。

表1高速公路机电设备故障历史修正系数f_H

2)缺陷修正系数f_D：

缺陷修正系数f_D是根据缺陷记录表中的分级进行判定的。根据高速公路机电设备故障缺陷划分标准，将缺陷等级分为三个等级：1为一般缺陷；2为重大缺陷；3为紧急缺陷。按照表2得到缺陷等级对应分数，缺陷等级为1对应的缺陷分数为1，缺陷等级为2对应缺陷分数为1.45，等级3对应的分数为1.85。

表2高速公路机电设备缺陷等级对应分数

高速公路机电设备投入运行开始所有缺陷分数相加得到该台设备的缺陷总分。机电设备缺陷总分值对应的缺陷修正系数f_D如表3所示。缺陷总分数等于0时对应的缺陷修正系数为0.95；缺陷总分数大于0且小于2时对应修正系数为1；缺陷总分数大于2且小于5时对应修正系数为1.05；缺陷总分数大于5且小于8时对应修正系数为1.15；缺陷总分数大于8且小于20时对应的缺陷修正系数为1.4。

表3高速公路机电设备缺陷总分对应的修正系数f_D

步骤4：基于层次分析法的高速公路组成结构各层级健康指数定量评价

健康指数不仅能够反映单一设备(及同类设备)的运行状态，还可以针对高速公路组成结构各层级的机电系统，分析机电设备整体的健康指数，直观反映高速公路系统机电设备的整体状态。高速公路机电系统的层级组成结构充分反映了低一级系统与其隶属系统之间的关系，而层次分析法可以很好地解决由低一级系统合成高一级系统综合评价的权向量计算问题。层次分析法不仅适用于存在不确定性和主观信息的情况，还允许以合乎逻辑的方式运用经验、洞察力和直觉。它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。

所需要做的工作就是根据此高速公路机电系统的层级组成结构，以设备层每种设备的健康指数评估为基本，进一步“由底向上”生成高速公路机电系统组成结构各层级总体健康指数定量评价分析结果。根据层析分析法理论，该部分的核心内容是针对各路段机电设备的组成层级结构，计算各相邻两层次之间对于系统整体健康指数定性评估的权重系统。

本发明根据层次分析法理论，针对各相邻层级，以上一层次的某元素(比如路段层中的京藏高速)作为准则，分别通过以下所列的层次分析法标准步骤获得下一层次各元素(比如机电系统层的办公设施、防雷保护系统、供配电系统、监控系统、其他设施、收费系统、通信系统等7项元素)的权向量：1)构造判断矩阵并赋值；2)计算权向量并检验；

依据层次分析法具体实施步骤，首先需要针对当前层次各元素进行两两比较，采用9 级定性指标进行判断矩阵的专家评定；比较第i个元素与第j个元素相对上一层某个因素的相对重要性时，使用数量化的相对权重a_ij来描述，其中i,j分别代表当前层次的任一元素；设共有n个元素(比如机电系统层7项元素)参与比较，则A＝(a_ij)_n×n称为成对比较矩阵；按下述标度进行赋值(a_ij在1～9及其倒数中间取值)：

●a_ij＝1，元素i与元素j对上一层次因素的重要性相同；

●a_ij＝3，元素i比元素j略重要；

●a_ij＝5，元素i比元素j重要；

●a_ij＝7，元素i比元素j重要得多；

●a_ij＝9，元素i比元素j的极其重要；

●a_ij＝2n，n＝1,2,3,4，元素i与j的重要性介于a_ij＝2n-1与a_ij＝2n+1之间；

●a_ij＝1/n，n＝1,2,...,9，当且仅当a_ji＝n。备注：当i＝j时候，a_ij＝1。

其次，计算层次总排序，即进行各元素权重的求解。基于该权向量就可以逐级得到总体健康指标评估。最终实现由每种设备各自健康指数的分析推广到更高层次的各系统总体健康指数的评估。

本发明实施例在安装WIN 7和EXCEL 2007的PC机上实现。主要采用京藏高速公路(北京段)的具体数据，包括该高速公路路段机电系统资产档案信息及近四年的机电系统维修日志清单数据两部分。其中，第一部分数据主要记录了京藏高速公路各设备的名称，所属系统，所属子系统，所在地，投入运营时间，设备年限等重要信息，而第二部分数据则记录了各次维修的相关信息，包括故障设备名称，所属系统(子系统)，所在地，安装位置，报修、开始及结束时间，故障描述，维修过程等重要信息。

本发明实施例方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：高速公路机电设备健康指数基本概念

表4健康指数与机电设备状态大致对应关系

表4表示了健康指数与机电设备状态大致对应关系。健康指数处于0～4之间表明尽管已经使用了一段时间，机电设备的性能依旧是优良的。在这种情况下，机电设备发生故障的概率仍处于比较低的水平，机电设备的健康指数和故障发生概率在一段时间内不会有太大的变化。

健康指数处于4～5.5之间表明机电设备已存在明显的老化，但仍处于机电设备正常老化的范围，此时机电设备处于良好的状态。在这种情况下，机电设备发生故障的概率虽然比较低，但已经幵始逐渐上升，老化率也逐渐增大。

健康指数处于5.5～7之间表明机电设备存在严重的老化，老化程度已经超出了正常的老化范围，机电设备处于差的运行状态，故障发生概率明显增加。这种情况下，需要进一步分析导致此类设备状态的真实原因，进而采取相应措施，有效地改善设备的状况,使其发挥最大的作用。

健康指数处于7～10之间表明机电设备处于极差的运行状态，需要考虑对其进行更换。在这种情况下，机电设备的故障概率很高。

步骤2：高速公路机电系统的层级组成结构；

针对京藏高速公路所有设备的原始年限清单数据进行整理，依次根据所属系统，所属子系统，设备名称等核心属性进行逐级细分,可将高速公路机电系统总共分为五层(见图2)：京藏高速主要由如下7大系统组成(并附所包括的设备的总数)：1)办公设施(375)；2)防雷保护系统(183)；3)供配电系统(227)；4)监控系统1320；5)其他设施(24)；6)收费系统(5342)；7)通信系统(437)。各系统又进一步可细分为子系统，各子系统包含多种设备。以收费系统举例可见表5。

表5京藏高速公路收费系统组成层次结构

步骤3：基于老化模型的单一设备健康指数评估及修正(见图3)

步骤3.1：高速公路机电设备预期寿命分析。

在京藏路段的资产档案设备清单中，很多设备的预期寿命很难由参考资料直接获得。而且，还有一些设备，比如ETC栏杆机及手动栏杆机等，给定的平均预期寿命单位为次数，不能简单换算为时间单位(万小时或年)方便健康指数的计算，需要通过相关信息辅助换算(车流量信息等)。

本发明通过下面一系列处理补齐了所有有效设备的预期寿命清单：1)同类型设备对比； 2)利用经济寿命替代，比如最少平均费用法(根据高速公路机电设备维护维修定额中的基价以及每年维护费进行计算)，有效解决预期寿命单位为次数的这些设备的预期寿命；3)考虑未能获取预期寿命这些设备的所占的比重，以及在层次分析法逐级加权综合分析中的权重，不能进行同类型设备对比，但数量太少，对最终的指标没有太多影响的设备(在层次分析法逐级加权综合分析中的权重也太小)直接删除不予考虑。最终，京藏高速公路机电系统预期寿命整理如表6所示。最终完成所有能够找到预期寿命数值(并能够换算成以时间为单位) 的设备的基于老化模型的基础健康水平指数。

表6高速公路收费系统机电设备预期寿命

步骤3.2：基于老化模型的单一设备基础健康指标计算；

理想情况下运行到平均使用寿命的机电设备的健康指数为5.5，通常情况下某种机电设备的平均使用寿命为30年，取T₁-T₀＝＝30，代入式(1)得：

5.5＝0.5e^B×30

可计算得到：

步骤3.3：基于老化模型的机电设备基础健康指数的修正；

通过查找京藏高速机电设备近几年(自2011年起到2014年上半年)的原始维修日志，仔细分析京藏高速公路机电系统资产档案中所有现有设备的故障历史信息及缺陷信息，即每一设备在原始维修日志中出现的次数以及每次故障的评价等级(缺陷等级)情况，求得故障历史修正系数f_H和缺陷修正系数f_D，对单一设备基于老化模型的基础健康指数进行修正。总体的趋势保证运行良好设备的健康指数低值微调，而运行状态不良设备的健康指数能够需要适度地向高值调整。这样保证即使同一类设备，各具体设备的健康指数也不会相同，反映了各自的运行状态。

步骤4：基于层次分析法的高速公路组成结构各层级健康指数定量评价

针对京藏路段机电设备的层级组成结构，计算各设备对于系统整体健康指数定性评估的权重关系。本发明主要采用多位专家打分并求平均的方法得到综合判断矩阵。每位专家根据高速公路机电设备的理解进行两两比较的重要性的判断。必须保证基本的共识，比如收费系统在系统一级肯定最重要，而收费车道子系统则在收费系统各子系统中最重要。按照层次分析法的思路，在层次结构中依次分析下一层次元素与上一层次元素的权重关系，即各层次判断矩阵，并得到最终的排序列表。具体步骤如下所示：1)首先分析高速公路路段层与系统层的两两比较判断矩阵，并计算最终的加权列表。其它的相邻层次两两比较判断矩阵及最终加权的计算通过同样的方法可以依次得到。2)针对京藏路段机电设备的层级组成结构，计算各设备对于系统整体健康指数定性评估的权重关系。

表7表示了基于层次分析法的层级健康指数权重计算结果。为了节省空间的考虑，这儿只列出了针对特定高速公路路段(比如京藏高速)，各种机电系统两两比较相对于该路段的重要性比较以及最终计算得到的各机电系统综合权重向量计算结果。

表7基于层次分析法的层级权重计算

通过以上步骤的处理，基于层次分析法的权值计算结果，通过各单一设备健康指数的计算结果并进行加权和的处理过程，可以得到高速公路机电系统组成结构各层级的健康指数评价结果。针对现有设备记录清单数据，可以得到，京藏高速公路机电系统的整体健康指数为 8.198232148，已经远远大于5.5，而且逼近10。因此，京藏高速公路机电系统已经处于故障多发阶段，需要尽快进行整体的修缮，保证现有机电系统的有效运行。

最后应说明的是：以上示例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的示例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种高速公路机电系统健康指数评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立高速公路机电设备健康指数基本概念

所述高速公路机电设备健康指数表征高速公路机电设备的运行状况健康程度，其为一个位于0和10之间的单一数值；

步骤2：构建高速公路机电系统的层级组成结构

将高速公路机电系统总共分为如下五层：第一层表示整个路网，第二层为路段层，第三层为机电系统层，第四层为机电子系统层，第五层为设备层；

步骤3：基于老化指数模型的单一设备健康指数评估及修正，

在高速公路机电系统的设备层，首先计算每个设备的单一健康指数，通过均值等统计量指标直观反映每种设备的整体健康指数的评估状态，具体包括以下步骤；

步骤3.1：高速公路机电设备预期寿命分析

根据高速公路机电系统资产档案信息，得到各设备的预期寿命；

步骤3.2：基于老化模型的单一设备基础健康指数B计算；

T₁为当前年限，T₀为机电设备投运年限，HI₀为全新机电设备的健康指数，其值为0.5，HI₁为机电设备在理想情况下达到预期使用寿命时的健康指数值，其值为5.5；

步骤3.3 基于老化模型的机电设备基础健康指数的修正

根据每一设备在原始维修日志中出现的次数以及每次故障的缺陷等级情况，求得故障历史修正系数f_H和缺陷修正系数f_D，对单一设备基于老化模型的基础健康指数进行修正；

步骤4：基于层次分析法的高速公路组成结构各层级健康指数定量评价

根据高速公路机电系统的层级组成结构,并以设备层每种设备的健康指数评估为基础，进一步由底向上计算高速公路机电系统组成结构各层级总体健康指数定量评价分析结果；首先分析高速公路路段层与系统层的两两比较判断矩阵，并计算最终的加权列表，其它的相邻层次两两比较判断矩阵及最终加权的计算通过同样的方法可以依次得到。

根据层次分析法理论，针对各相邻层级，以上一层次的某元素(比如路段层中的京藏高速)作为准则，分别通过以下所列的层次分析法标准步骤获得下一层次各元素(比如机电系统层的办公设施、防雷保护系统、供配电系统、监控系统、其他设施、收费系统、通信系统等7项元素)的权向量：1)构造判断矩阵并赋值；2)计算权向量并检验；

依据层次分析法具体实施步骤，首先需要针对当前层次各元素进行两两比较，采用9级定性指标进行判断矩阵的专家评定；比较第i个元素与第j个元素相对上一层某个因素的相对重要性时，使用数量化的相对权重a_ij来描述，其中i,j分别代表当前层次的任一元素；设共有n个元素(比如机电系统层7项元素)参与比较，则A＝(a_ij)_n×n称为成对比较矩阵；按下述标度进行赋值(a_ij在1～9及其倒数中间取值)：

●a_ij＝1，元素i与元素j对上一层次因素的重要性相同；

●a_ij＝3，元素i比元素j略重要；

●a_ij＝5，元素i比元素j重要；

●a_ij＝7，元素i比元素j重要得多；

●a_ij＝9，元素i比元素j的极其重要；

●a_ij＝2n，n＝1,2,3,4，元素i与j的重要性介于a_ij＝2n-1与a_ij＝2n+1之间；

●a_ij＝1/n，n＝1,2,...,9，当且仅当a_ji＝n；备注：当i＝j时候，a_ij＝1；

其次，计算层次总排序，即进行各元素权重的求解；基于该权向量就可以逐级得到总体健康指标评估；最终实现由每种设备各自健康指数的分析推广到更高层次的各系统总体健康指数的评估。

2.如权利要求1所述的高速公路机电系统健康指数评估方法，其特征在于，步骤2中各层的结构具体为：

第一层表示整个路网，包括了该地区内所有的高速公路；

第二层为路段层，分别对应各种具体的联络高速公路通道；

第三层为机电系统层，表示共同组成各种实际机电系统基础设施，包括了监控系统，收费系统，通信系统，供配电系统，办公设施，防雷保护系统；

第四层为机电子系统层，表示各种机电子系统具体组成，；

第五层为设备层，由组成特定子系统的各类设备所构成，当然各类设备由同一种类的多个单一设备组成。