CN108763161A - 一种基于多层次指标体系的电梯安全等级评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多层次指标体的电梯安全等级评价方法，步骤为：一、将电梯安全评价风险等级和评价指标等级划分级；二、将电梯安全评价指标相应按照安全等级相对隶属度化；三、建立电梯系统物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度；四、根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价，同时计算电梯系统的健康度。本发明实现了电梯安全评价指标体系的层次化，并对指标权重进行了融合，解决了指标体系划分不合理和指标权重赋值片面的问题。针对电梯安全评价中的多元性、模糊性和复杂性，建立了评估电梯安全等级的可拓模糊综合评价模型，实现了电梯安全等级和健康度的评估。

Description

一种基于多层次指标体系的电梯安全等级评价方法

技术领域

本发明属于电梯设备技术领域。

背景技术

目前，电梯安全指标信息大多数来自于安全检查表的人工统计、安全规范标准的概述和安全评价模型的分析。由于指标因素众多，因此目前建立安全评价指标体系时，很难同时满足指标体系建立时的科学性、完备性、简便性和可行性。同时，对指标体系的赋权多为主观权重赋值法和客观权重赋权法中的一种，具有片面性。在进行电梯安全评价时，现有的研究方法主要分为三类：定性评价方法，概率评价方法和定量评价方法。定性评价方法具有评价精度较低、主观随意性较大等缺点；概率评价方法在评价复杂系统时会受到不确定性、因素交互性等条件的制约；定量评价方法对数据资料的完整性要求较高，针对复杂系统实现难度较高。并且以上三种方法对电系统的模糊性考虑较少，且指标体系划分不合理、指标权重赋值片面。

发明内容

为解决上述问题，本专利设计和实现了基于多层次指标体的电梯安全等级评价方法。

首先，本发明提供了一种电梯层次指标体系赋权方法，技术方案为：首先确定最优赋权形式，得到综合主客观赋权方法的权重向量形式；再定义综合评价矩阵，得到每条记录的综合评价形式；然后构造离差平方和函数，使得每条记录的综合评价值尽可能分散，使得不同安全等级的评价结果区分最为敏感；最后计算组合系数，得到最优赋权系数，从而得到主客观向量融合后的结果。

本发明设计了一种电梯层次指标体系赋权方法。一般来说，主观赋权法指的是依照决策者的经验和偏好对权重进行赋值，这种方法适用于指标体系较复杂，数据难以收集的情况，具有较强的主观性；而客观赋权法适用于数据资料比较翔实，定量指标便于计算分析的情形，具有严谨性。这种方法是一种集成最优赋权法，利用主观权重(见表1)和客观权重(见表2)得到最终权重。这样既可以客观反映各指标的数据归纳结果，又采纳了专家的主观经验，更具有全面性。其主要思想是：采用总离差平方和最大从而使得综合评价值最分散。步骤为：首先确定最优赋权形式，得到综合主客观赋权方法的权重向量形式；其次再定义综合评价矩阵，得到每条记录的综合评价形式；然后构造离差平方和函数，使得每条记录的综合评价值尽可能分散，使得不同安全等级的评价结果区分最为敏感；最后计算组合系数，得到最优赋权系数，从而得到主客观向量融合后的结果(见表3)。

具体步骤为：

(1)确定集成最优赋权形式

假设有l种确定权重的方法，设通过第k种赋权方法得到的权重向量是：

W_k＝(w_1k,w_2k,...,w_mk)^T,k＝1,2,...,l

其中

w_jk≥0

则综合所有赋权方法得到的权重向量为：

则W_c＝(w_c1,w_c2,...,w_cm)^T为集成最优赋权向量，其中为组合系数。其中ψ_k≥0且满足单位化约束条件：令分块矩阵W＝(w₁,w₂,...,w_l)^T,则集成向量表示为W_c＝Wψ，并且ψ^Tψ＝1；

(2)定义综合评价矩阵

设r_ij代表第i行记录在第j个指标下的归一化值，是根据指标的特性选择不同的归一化公式计算得到的标准化数值，有规范化后的矩阵R＝(r_ij)_n×m,此矩阵是原始数据矩阵通过归一化得到的。定义m个评价指标，n条记录的综合评价矩阵为D＝R×W_c，其中

(3)构造离差平方和函数

一般而言，D_i的值越大则表示第i条记录的综合评价最优。因此我们应选择合适的赋权系数W_c和组合系数ψ使得每条记录的综合评价指标值D_i尽可能分散，设表示第i条记录与其它方案综合评价值的离差平方和。为了能将D_i尽可能分散，应该使n条记录的离差平方和最大，通过此准则可以得到区分度最敏感的综合评价结果。因此构造：

(4)计算组合系数

若令矩阵R₁具有如下形式：

显然R₁为m阶非负定方阵，则J(W_c)＝W_c ^TR₁W_c＝ψ^TW^TR₁Wψ则求W_c就转化为求ψ的问题，即为如下最优化问题：

maxF(ψ)＝ψ^TW^TR₁Wψ

W^TR₁W的最大特征根对应的单位化特征向量ψ^*为上式最优解。

(5)计算得到最优赋权系数

最优赋权系数向量然后再归一化处理，得到最优赋权系数：

另外，本发明还提供一种基于多层次指标体的电梯安全等级评价方法：

考虑到电梯安全评价中的多元性、模糊性和复杂性，在模糊综合评价的基础上引入了可拓理论和物元模型，运用关联函数和多因素层次评价方法，建立起评估电梯安全等级的可拓模糊综合评价模型。首先根据实践标准、相关标准和数理计算的要求，将电梯安全评价风险等级和评价指标等级划分为五级；其次为了消除各指标量纲不同带来的影响，将电梯安全评价指标相应按照五个安全等级相对隶属度化；接着建立电梯系统在各等级下的物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度；最终根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价，同时计算电梯系统的健康度。

所述建立电梯系统在各等级下的物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度，具体为：

(1)确定经典域与节域

评价对象各安全等级下的物元模型可以表示为:

其中，N_j为五级中某一个安全等级，c_i为在安全等级N_j下的特征，v_ij为c_i关于N_j的取值范围，即各指标关于各安全等级隶属度化后的量值范围，我们也将其称为经典域。

评价对象全体安全等级下的物元模型可以表示为：

其中，N_p表示全体的安全等级，v_ip为c_i关于全体安全等级的取值范围，又称为节域。

(2)确定待评价指标物元

对于待评价的数据用物元模型表示为：

其中，R₀被称为待评估物元，N₀为待评估的安全等级，c_i代表指标名称，y_i为N₀关于c_i的取值

(3)确定评价指标关于安全等级的关联度

评价指标关于各安全等级的关联度用关联函数计算。定义第i个指标关于第j个安全等级的关联函数为：

其中

称为点y_i与经典域v_ij＝[a_ij,b_ij]的距离；

称为点y_i与节域v_ip＝[a_ip,b_ip]的距离；

|v_ij|＝|b_ij-a_ij|

关联度K_j(y_i)表示各评价指标关于评价等级j的关联度，即归属程度。

所述根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价，同时计算电梯系统的健康度，具体为：

权重由集成最优赋权法确定，得到待评价对象关于各安全等级的关联度：

其中，α_i为最优赋权系数，即为上述最优赋权系数若K_j0＝max(K_j(y))，则评定y属于安全等级j0.若评价对象包含多个层次，则利用多级综合评价法先计算各指标层关于安全等级的关联度，由下至上，依次计算各准则层关于安全等级的关联度，最终得到该评价对象的安全等级评估。

在这里引入健康度的概念，它既反映其偏离相邻类别的程度，又作为指示变量来刻画电梯的实际安全性能。记：

则y的健康度表示为：

发明效果

本发明实现了电梯安全评价指标体系的层次化，并对通过主客观赋权方法分别得到的指标权重进行了融合，解决了指标体系划分不合理和指标权重赋值片面的问题。针对电梯安全评价中的多元性、模糊性和复杂性，建立了评估电梯安全等级的可拓模糊综合评价模型，实现了电梯安全等级和健康度的评估。所提出的方法具有易理解、易实现、易扩展的优点。

附图说明

图1电梯安全等级分布图；

图2电梯健康度示意图。

具体实施方式

实施例1

一种电梯层次指标体系赋权方法：

首先，主观权重见表1，客观权重见表2。

表1专家打分法计算各指标相对权重值

表2熵权法计算各指标相对权重值

首先确定最优赋权形式，得到综合主客观赋权方法的权重向量形式；其次再定义综合评价矩阵，得到每条记录的综合评价形式；然后构造离差平方和函数，使得每条记录的综合评价值尽可能分散，使得不同安全等级的评价结果区分最为敏感；最后计算组合系数，得到最优赋权系数，从而得到主客观向量融合后的结果(见表3)。

表3集成最优赋权法计算各指标相对权重值

具体步骤为：

(1)确定集成最优赋权形式

假设有l种确定权重的方法，设通过第k种赋权方法得到的权重向量是：

W_k＝(w_1k,w_2k,...,w_mk)^T,k＝1,2,...,l

其中

w_jk≥0

则综合所有赋权方法得到的权重向量为：

则W_c＝(w_c1,w_c2,...,w_cm)^T为集成最优赋权向量，其中为组合系数。其中ψ_k≥0且满足单位化约束条件：令分块矩阵W＝(w₁,w₂,...,w_l)^T,则集成向量表示为W_c＝Wψ，并且ψ^Tψ＝1；

(2)定义综合评价矩阵

设r_ij代表第i行记录在第j个指标下的归一化值，是根据指标的特性选择不同的归一化公式计算得到的标准化数值，有规范化后的矩阵R＝(r_ij)_n×m,此矩阵是原始数据矩阵通过归一化得到的。定义m个评价指标，n条记录的综合评价矩阵为D＝R×W_c，其中

对于上述r_ij，一般来说，在对各指标进行权重赋值时，常常面临着各个数据类型的处理以及融合。定性指标和定量指标的计量单位和数据量纲各有不同，从而使得各指标之间无法直接比较。为了反映指标间实际差别的情况，需要对数据进行预处理以消除各变量量纲的影响，令赋权结果更加公正有效。本文拟采用归一化处理方法，将各指标数据折合成[0,1]区间的具体数值，其中0代表最差，1代表最佳。

将指标按照各自特征分为以下三类：正向型指标、逆向型指标和中间型指标。正向型指标是指数值越大越优的统计指标，也称效益型指标；逆向型指标是指数值越小越好的指标，又叫做成本型指标；中间型指标是指数值越接近于某个数值越好的指标，也称固定型指标。

对于定量指标，考虑有n项数据的m项评价指标的指标矩阵：

若x_ij为效益型指标，令

若x_ij为成本型指标，令

若x_ij为固定型指标，令

其中x_j为第j项指标的最优数值。

对于定性指标，采用评价变量和模糊数学相结合的方法对指标进行归一化。根据专家经验和研究资料，分析定性指标的当前状态，并按照以下规则进行归一化。

显然，经过归一化处理，得到规范化矩阵R,r_ij∈[0,1]并且r_ij的值越大越好

(3)构造离差平方和函数

一般而言，D_i的值越大则表示第i条记录的综合评价最优。因此我们应选择合适的赋权系数W_c和组合系数ψ使得每条记录的综合评价指标值D_i尽可能分散，设表示第i条记录与其它方案综合评价值的离差平方和。为了能将D_i尽可能分散，应该使n条记录的离差平方和最大，通过此准则可以得到区分度最敏感的综合评价结果。因此构造：

(4)计算组合系数

若令矩阵R₁具有如下形式：

显然R₁为m阶非负定方阵，则J(W_c)＝W_c ^TR₁W_c＝ψ^TW^TR₁Wψ则求W_c就转化为求ψ的问题，即为如下最优化问题：

max F(ψ)＝ψ^TW^TR₁Wψ

W^TR₁W的最大特征根对应的单位化特征向量ψ^*为上式最优解。

(5)计算得到最优赋权系数

最优赋权系数向量然后再归一化处理，得到最优赋权系数：

实施例2

一种电梯安全等级的可拓模糊综合评价实现方法：

首先根据实践标准、相关标准和数理计算的要求，将电梯安全评价风险等级和评价指标等级划分为五级(见表4、表5)；其次为了消除各指标量纲不同带来的影响，将电梯安全评价指标相应按照五个安全等级相对隶属度化(见表6)；接着建立电梯系统在各等级下的物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度(见表7)；最终根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价(见图1)，同时计算电梯系统的健康度(见表8和图2)。

表4电梯安全等级划分

表5电梯安全评价指标等级划分

表6评价指标相对隶属度化的部分结果

表7时刻1曳引系统安全评价信息表

表8电梯安全评价综合信息表

所述建立电梯系统在各等级下的物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度，具体为：

(1)确定经典域与节域

评价对象各安全等级下的物元模型可以表示为:

其中，N_j为五级中某一个安全等级，c_i为在安全等级N_j下的特征，v_ij为c_i关于N_j的取值范围，即各指标关于各安全等级隶属度化后的量值范围，我们也将其称为经典域。

评价对象全体安全等级下的物元模型可以表示为：

其中，N_p表示全体的安全等级，v_ip为c_i关于全体安全等级的取值范围，又称为节域。

(2)确定待评价指标物元

对于待评价的数据用物元模型表示为：

其中，R₀被称为待评估物元，N₀为待评估的安全等级，c_i代表指标名称，y_i为N₀关于c_i的取值

(3)确定评价指标关于安全等级的关联度

评价指标关于各安全等级的关联度用关联函数计算。定义第i个指标关于第j个安全等级的关联函数为：

其中

称为点y_i与经典域v_ij＝[a_ij,b_ij]的距离；

称为点y_i与节域v_ip＝[a_ip,b_ip]的距离；

|v_ij|＝|b_ij-a_ij|

关联度K_j(y_i)表示各评价指标关于评价等级j的关联度，即归属程度。

所述根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价，同时计算电梯系统的健康度，具体为：

权重由集成最优赋权法确定，得到待评价对象关于各安全等级的关联度：

若K_j0＝max(K_j(y))，则评定y属于安全等级j0.若评价对象包含多个层次，则利用多级综合评价法先计算各指标层关于安全等级的关联度，由下至上，依次计算各准则层关于安全等级的关联度，最终得到该评价对象的安全等级评估。

在这里引入健康度的概念，它既反映其偏离相邻类别的程度，又作为指示变量来刻画电梯的实际安全性能。记：

则y的健康度表示为：

由传感设备收集电梯的实时运行数据，并将数据储存在数据库中。通过应用统计软件进行处理分析，根据以上介绍的实现方法进行仿真，得到评价结果。

Claims (9)

1.一种基于多层次指标体的电梯安全等级评价方法，其特征在于：包括以下步骤：一、根据实践标准、相关标准和数理计算的要求，将电梯安全评价风险等级和评价指标等级划分为五级；二、将电梯安全评价指标相应按照五个安全等级相对隶属度化；三、建立电梯系统在各等级下的物元模型，并计算待评价记录的指标关于安全等级的关联度；四、根据关联度最大准则确定各指标安全等级，并根据指标体系的层次结构进行安全等级的多级综合评价，同时计算电梯系统的健康度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤三具体为：

(1)确定经典域与节域：

评价对象各安全等级下的物元模型可以表示为:

其中，N_j为五级中某一个安全等级，c_i为在安全等级N_j下的特征，v_ij为c_i关于N_j的取值范围，即各指标关于各安全等级隶属度化后的量值范围，又称为经典域；

评价对象全体安全等级下的物元模型可以表示为：

其中，N_p表示全体的安全等级，v_ip为c_i关于全体安全等级的取值范围，又称为节域；

(2)确定待评价指标物元：

对于待评价的数据用物元模型表示为：

其中，R₀被称为待评估物元，N₀为待评估的安全等级，c_i代表指标名称，y_i为N₀关于c_i的取值；

(3)确定评价指标关于安全等级的关联度：

评价指标关于各安全等级的关联度用关联函数计算；定义第i个指标关于第j个安全等级的关联函数为：

其中

称为点y_i与经典域v_ij＝[a_ij,b_ij]的距离；

称为点y_i与节域v_ip＝[a_ip,b_ip]的距离；

|v_ij|＝|b_ij-a_ij|

关联度K_j(y_i)表示各评价指标关于评价等级j的关联度，即归属程度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤四具体为：

根据最优赋权法得到最优赋权系数，进一步得到待评价对象关于各安全等级的关联度：

其中，α_i为最优赋权系数；若K_j0＝max(K_j(y))，则评定y属于安全等级j0.若评价对象包含多个层次，则利用多级综合评价法先计算各指标层关于安全等级的关联度，由下至上，依次计算各准则层关于安全等级的关联度，根据关联度最大准则确定各指标安全等级，最终得到该评价对象的安全等级评估；

设健康度既反映其偏离相邻类别的程度，又作为指示变量来刻画电梯的实际安全性能；记：

则y的健康度表示为：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述最优赋权法，用以下方法确定：

(1)确定集成最优赋权形式，得到综合主客观赋权方法的权重向量形式；

(2)定义综合评价矩阵，得到每条记录的综合评价形式；

(3)构造离差平方和函数；

(4)计算组合系数；

(5)计算得到最优赋权系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：假设有l种确定权重的方法，设通过第k种赋权方法得到的权重向量是：

W_k＝(w_1k,w_2k,...,w_mk)^T,k＝1,2,...,l

其中

w_jk≥0

则综合所有赋权方法得到的权重向量为：

则W_c＝(w_c1,w_c2,...,w_cm)^T为集成最优赋权向量，其中为组合系数；其中ψ_k≥0且满足单位化约束条件：令分块矩阵W＝(w₁,w₂,...,w_l)^T,则集成向量表示为W_c＝W_ψ，并且ψ^Tψ＝1。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：设r_ij代表第i行记录在第j个指标下的归一化值，有规范化后的矩阵R＝(r_ij)_n×m,定义m个评价指标，n条记录的综合评价矩阵为D＝R×W_c，其中

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：设表示第i条记录与其它方案综合评价值的离差平方和，使n条记录的离差平方和最大，得到区分度最敏感的综合评价结果，因此构造：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：若令矩阵R₁具有如下形式：

R₁为m阶非负定方阵，则则求W_c就转化为求ψ，即为如下最优化问题：

maxF(ψ)＝ψ^TW^TR₁Wψ

W^TR₁W的最大特征根对应的单位化特征向量ψ^*为上式最优解。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：最优赋权系数向量然后再归一化处理，得到最优赋权系数：

即为α_i。