CN108764644B - 一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法。现有的插补方法对桥式起重机评估数据进行插补时，不具备起重机方面的专业性，插补获得的数据不够准确。本发明包括桥式起重机风险源耦合规则库建立方法和插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法。桥式起重机风险源耦合规则库建立方法用于将各风险源的关联表现出来，进而为缺失数据插补提供基础条件。插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法用于根据已知的相关风险源信息确定缺失数据。本发明采用多重插补法和最近关联法对缺失数据进行插补，提高了插补后数据的准确性。

Description

一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法

技术领域

本发明属于桥式起重机安全评估技术领域，具体涉及一种桥式起重机风 险源发生概率缺失的插补方法。

背景技术

桥式起重机随着使用年限的增加，其潜在风险不断增多。对桥式起重机 的安全状况进行评估，可以极大地提高其使用安全性。桥式起重机安全评估 的初始数据的完整性和准确性极大地影响了安全评估的准确性。而安全评估 数据的获取，往往由于不同原因而无法或及时获取，使得数据是不完备的。 一般对不完备数据处理的方法主要有两种：数据删除和数据插补。数据删除 方法，主要是将缺失数据去除，将剩余的数据项，看作完备数据进行处理， 但这样做不仅会产生偏差，甚至会有误导性的结论。目前，普遍采用插补方 法对缺失数据进行处理，即给每一个缺失数据一些替代值，形成完整数据， 再使用数据统计方法进行分析与计算。现有的插补方法不完全针对桥式起重 机评估数据的插补，因此插补获得的数据不够准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方 法。

本发明包括桥式起重机风险源耦合规则库建立方法和插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法。

桥式起重机风险源耦合规则库建立方法具体如下：

步骤一、统计桥式起重机a时间内发生故障情况及各次故障对应的风险 源，a大于365天。根据统计结果，通过关联规则计算桥式起重机n个风险源 两两之间的支持度、置信度及提升度。

步骤二、由多名桥式起重机安全评估专家分别设定最小支持度估计值及 最小置信度估计值。各桥式起重机安全评估专家设置的最小支持度估计值的 平均值作为最终的最小支持度。各桥式起重机安全评估专家设置的最小置信 度估计值的平均值作为最终的最小置信度。根据最小支持度和最小置信度， 确定n个风险源各自对应的耦合关联群组。

步骤三、x₁名桥式起重机安全评估专家分别对n个风险源与对应的耦合 关联群组内各个风险源之间的关联密切程度进行评估，获得耦合系数估计值 u_ijk。耦合系数估计值u_ijk表示第k个专家针对第i个风险源与第i个耦合关联群 组内第j个风险源进行评价得出的耦合系数估计值。k＝1,2,…,x₁；i＝1,2,…,n； j＝1,2,…,m_i。m_i为第i个耦合关联群组内风险源的个数。

计算各桥式起重机安全评估专家的分类系数。第k个桥式起重机安全评 估专家的分类系数D(u_ijk)的表达式如式(1)：

步骤四、计算x₁名桥式起重机安全评估专家两两之间的相似性系数。第 d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机安全评估专家的相似性系数 Δ(U_d,U_e)的表达式如式(2)：

Δ(U_d,U_e)＝D(u_ijd+u_ije)-D(u_ijd)-D(u_ije) 式(2)；

若Δ(U_d,U_e)＜T，则第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机 安全评估专家互为相似意见专家。x₁个桥式起重机安全评估专家被分为s个专 家集合。任意一个桥式起重机安全评估专家在对应专家集合内均存在至少一 个相似意见专家，且在其他专家集合内均不存在相似意见专家。

其中，

w≥10；p_y为位于区间

内相似性 系数的个数与相似性系数总个数的比值。

步骤五、计算各桥式起重机安全评估专家的置信因子。第k个桥式起重 机安全评估专家的置信因子T_k＝h_q/x₁。其中，第k个桥式起重机安全评估专家 属于第q个专家集合内，h_q为第q个专家集合内的桥式起重机安全评估专家的 个数。

计算各桥式起重机安全评估专家的权重系数。第k个桥式起重机安全评 估专家的权重系数

根据各专家的权重系数确定最终的耦合系数u_ij。耦合系数

步骤六：建立桥式起重机风险源耦合规则库。风险源耦合规则库内包含n 个风险源对应的耦合关联群组、n个风险源与自身对应的耦合关联群组内各风 险源的耦合系数u_ij。

插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法具体如下：

步骤一、在桥式起重机风险源耦合规则库中找到与目标风险源p₀对应的 耦合关联群组。目标风险源p₀对应的耦合关联群组内包含z个发生概率已知 的相关风险源。第l个相关风险源p_l与目标风险源p₀的耦合系数为u_l。第l 个相关风险源p_l的发生概率为r_l。第l个相关风险源的严重程度等级为g_l级。

步骤二、分别计算z个相关风险源对应的目标风险源比估计量。第l个相 关风险源r_kl的表达式如式(3)：_。

其中，

为目标风险源p₀严重程度等级与各相关风险源严重程度等级的平 均值，即

步骤三：将z个相关风险源对应的目标风险源比估计量进行合并，得到目标 风险源p₀的发生概率r₀的估计值θ。θ的表达式如式(4)：

步骤四：计算各相关风险源分别为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的 方差估计量。相关风险源p_l为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的方差估计 量v_l的表达式如式(5)：

其中，f＝0.2；

步骤五：计算多重插补方差估计值ω。ω的表达式如式(6)：

其中

步骤六：计算获得经多重插补后目标风险源p₀的发生概率r₀，r₀的表达式为 r₀＝θ±ω。

进一步地，桥式起重机风险源耦合规则库建立方法的步骤二中，一个风 险源对应的耦合关联群组是指与该风险源密切相关的各风险源的集合。若两 个风险源之间的支持度大于最小支持度，置信度大于最小置信度，且提升度 大于1，则认为这两个风险源密切相关。

进一步地，桥式起重机风险源耦合规则库建立方法的步骤三中，耦合系 数估计值u_ijk均经过归一化处理，即使得u_i1k+u_i2k+…+u_i(mi)k＝1。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明根据关联规则，计算获得了桥式起重机风险源支持度、置信度、 提升度，筛选出每个风险源的耦合关联群组。采用聚类分析的方法，对专家 给出的风险源耦合系数集进行修正，大大提高了风险源之间耦合系数的精度。

2、本发明结合耦合关联群组和各风险源之间的耦合系数，建立了桥式起 重机风险源耦合规则库。通过这种方式建立的耦合规则库更符合实际情况， 也使得插补获得的缺失数据更加准确。风险源的耦合规则库不仅对桥式起重 机的安全评估具有重要意义，也能为桥式起重机的故障诊断提供相应的支持。

3、本发明采用多重插补法和最近关联法对缺失数据进行插补，提高了插 补后数据的准确性。

4、本发明在对缺失数据多重插补后，采用权重分配的方法对多组插补数 据进行合并，即根据风险源的关联程度来分配权重，使得最终获得的完整数 据集更加符合实际情况，提高了安全评估的准确性。

具体实施方式

以下对本发明作进一步说明。

一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法包括桥式起重机风险源 耦合规则库建立方法和插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方 法。

桥式起重机风险源耦合规则库建立方法具体如下：

步骤一、统计桥式起重机a时间内发生故障情况及各次故障对应的风险 源，a大于365天。根据统计结果，通过关联规则计算桥式起重机n个风险源 两两之间的支持度、置信度及提升度。

步骤二、由多名桥式起重机安全评估专家分别设定最小支持度估计值及 最小置信度估计值。各桥式起重机安全评估专家设置的最小支持度估计值的 平均值作为最终的最小支持度minsup。各桥式起重机安全评估专家设置的最 小置信度估计值的平均值作为最终的最小置信度minconf。根据最小支持度 minsup和最小置信度minconf，确定n个风险源各自对应的耦合关联群组。一 个风险源对应的耦合关联群组是指与该风险源密切相关的各风险源的集合。 若两个风险源之间的支持度大于最小支持度minsup，置信度大于最小置信度 minconf，且提升度大于1，则认为这两个风险源密切相关。

步骤三、x₁名桥式起重机安全评估专家根据由步骤一计算获得的支持度、 置信度、提升度，并结合自身经验分别对n个风险源与对应的耦合关联群组 内各个风险源之间的关联密切程度进行评估，获得耦合系数估计值u_ijk。耦合 系数估计值u_ijk表示第k个专家针对第i个风险源与第i个耦合关联群组内第j 个风险源进行评价得出的耦合系数估计值。k＝1,2,…,x₁；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m_i。 m_i为第i个耦合关联群组内风险源的个数。耦合系数估计值u_ijk均经过归一化 处理，即使得u_i1k+u_i2k+…+u_i(mi)k＝1。第i个耦合关联群组为第i个风险源对应 的耦合关联群组。

计算各桥式起重机安全评估专家的分类系数。第k个桥式起重机安全评 估专家的分类系数D(u_ijk)的表达式如式(1)：

步骤四、计算步骤三中邀请的各桥式起重机安全评估专家两两之间的相 似性系数。第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机安全评估专 家的相似性系数Δ(U_d,U_e)的表达式如式(2)：

Δ(U_d,U_e)＝D(u_ijd+u_ije)-D(u_ijd)-D(u_ije) 式(2)；

由式(1)和式(2)，可得Δ(U_d,U_e)＝Δ(U_e,U_d),Δ(U_d,U_e)∈[0,ln4]。Δ(U_d,U_e)越接近0，第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机安全评估专家的 评价意见越相似。

若Δ(U_d,U_e)＜T，则第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机 安全评估专家互为相似意见专家。x₁个桥式起重机安全评估专家被分为s个专 家集合。任意一个桥式起重机安全评估专家在对应专家集合内均存在至少一 个相似意见专家，且在其他专家集合内均不存在相似意见专家。

其中，

w＝15；p_y为位于区间

内相似性 系数的个数与相似性系数总个数的比值。相似性系数总个数为

步骤五、计算各桥式起重机安全评估专家的置信因子。第k个桥式起重 机安全评估专家的置信因子T_k＝h_q/x₁。其中，第k个桥式起重机安全评估专家 属于第q个专家集合内，h_q为第q个专家集合内的桥式起重机安全评估专家的 个数。同一专家集合内各专家具有相同的置信因子，并且置信因子越大，该 专家集合中专家的人数越多。人数越多的专家集合越符合大多数专家的评价 意见，应分配较大的权重系数。

因此，计算各桥式起重机安全评估专家的权重系数。第k个桥式起重机 安全评估专家的权重系数

为各专家集合内专家个数的平方 和。根据各专家的权重系数确定最终的耦合系数u_ij。耦合系数

耦合系数u_ij表示第i个风险源与第i个耦合关联群组内第j个风险源的耦合系 数。

步骤六：建立桥式起重机风险源耦合规则库。风险源耦合规则库内包含n 个风险源对应的耦合关联群组、n个风险源与自身对应的耦合关联群组内各风 险源的耦合系数u_ij。

插补严重程度为g₀的目标风险源p₀(目标风险源p₀为缺失了发生概率数 据的风险源)的发生概率r₀的方法具体如下：

步骤一、在桥式起重机风险源耦合规则库中找到与目标风险源p₀对应的 耦合关联群组。目标风险源p₀对应的耦合关联群组内包含z个发生概率已知 的相关风险源。第l个相关风险源p_l与目标风险源p₀的耦合系数为u_l。第l 个相关风险源p_l的发生概率为r_l。将风险源的严重程度等级作为辅助变量，风 险源的严重程度等级分为1级至5级。1级表示带来的人员伤亡、经济损失、 环境危害、社会影响特别重大；2级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危 害、社会影响严重；3级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影 响较重；4级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响一般；5 级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响非常小。

电气与控制系统风险源中，电源切断等级为3级、总断路器等级为3级、 动力电源接触器等级为3级、紧急停止开关等级1级、电动机的保护等级为5 级、线路保护等级4级、错相和缺相保护等级4级、零位保护等级为3级、 失压保护等级为4级、电动机定子异常失电保护等级为3级、超速保护等级 为4级、接地与防雷等级为4级、绝缘电阻等级为4级、照明与信号、安全 电压等级为5级。主要零部件风险源中，吊钩等级为2级、钢丝绳等级为2 级、卷筒等级为4级、滑轮等级为4级、车轮等级为4级、减速器等级4级、 开式齿轮等级为4级、联轴器等级为4级。安全保护装置风险源中，制动器 等级为2级、起升高度限位器等级为1级、运行行程限位器级为4级、防碰 撞装置等级为4级、缓冲器及端部止挡等级为4级、起重机限制器等级为3 级、抗风防滑装置等级为4级、防倾翻安全钩等级为4级、联锁保护等级为4 级、导电滑触线的安全防护等级为5级、报警装置等级为5级、防护罩等级 为4级。金属结构风险源中，下挠变形等级为2级、工字钢变形等级为3级、 上拱度变形等级为2级、裂纹等级为2级、磨损等级为3级、腐蚀等级为3 级。第l个相关风险源的严重程度等级为g_l级。

步骤二、以z个相关风险源的发生概率分别对目标风险源的发生概率进 行一次插补，得到下表：

分别计算z个相关风险源对应的目标风险源比估计量。第l个相关风险源 r_kl的表达式如式(3)：。

其中，

为目标风险源p₀严重程度等级与各相关风险源严重程度等级的平 均值，即

步骤三：将z个相关风险源对应的目标风险源比估计量进行合并，得到目标 风险源p₀的发生概率r₀的估计值θ。θ的表达式如式(4)：

步骤四：计算各相关风险源分别为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的 方差估计量。相关风险源p_l为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的方差估计 量v_l的表达式如式(5)：

其中，f＝0.2；

步骤五：计算多重插补方差估计值ω。ω的表达式如式(6)：

其中

步骤六：计算获得经多重插补后目标风险源p₀的发生概率r₀，r₀的表达式为 r₀＝θ±ω。

Claims (3)

1.一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法，其特征在于：包括桥式起重机风险源耦合规则库建立方法和插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法；

桥式起重机风险源耦合规则库建立方法具体如下：

步骤一、统计桥式起重机a时间内发生故障情况及各次故障对应的风险源，a大于365天；根据统计结果，通过关联规则计算桥式起重机n个风险源两两之间的支持度、置信度及提升度；

步骤二、由多名桥式起重机安全评估专家分别设定最小支持度估计值及最小置信度估计值；各桥式起重机安全评估专家设置的最小支持度估计值的平均值作为最终的最小支持度；各桥式起重机安全评估专家设置的最小置信度估计值的平均值作为最终的最小置信度；根据最小支持度和最小置信度，确定n个风险源各自对应的耦合关联群组；

步骤三、x₁名桥式起重机安全评估专家分别对n个风险源与对应的耦合关联群组内各个风险源之间的关联密切程度进行评估，获得耦合系数估计值u_ijk；耦合系数估计值u_ijk表示第k个专家针对第i个风险源与第i个耦合关联群组内第j个风险源进行评价得出的耦合系数估计值；k＝1,2,…,x₁；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m_i；m_i为第i个耦合关联群组内风险源的个数；

计算各桥式起重机安全评估专家的分类系数；第k个桥式起重机安全评估专家的分类系数D(u_ijk)的表达式如式(1)：

步骤四、计算x₁名桥式起重机安全评估专家两两之间的相似性系数；第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机安全评估专家的相似性系数(U_d,U_e)的表达式如式(2)：

(U_d,U_e)＝D(u_ijd+u_ije)-D(u_ijd)-D(u_ije) 式(2)；

若(U_d,U_e)＜T，则第d个桥式起重机安全评估专家与第e个桥式起重机安全评估专家互为相似意见专家；x₁个桥式起重机安全评估专家被分为s个专家集合；任意一个桥式起重机安全评估专家在对应专家集合内均存在至少一个相似意见专家，且在其他专家集合内均不存在相似意见专家；

其中，

w≥10；p_y为位于区间

内相似性系数的个数与相似性系数总个数的比值；

步骤五、计算各桥式起重机安全评估专家的置信因子；第k个桥式起重机安全评估专家的置信因子T_k＝h_q/x₁；其中，第k个桥式起重机安全评估专家属于第q个专家集合内，h_q为第q个专家集合内的桥式起重机安全评估专家的个数；

计算各桥式起重机安全评估专家的权重系数；第k个桥式起重机安全评估专家的权重系数

根据各专家的权重系数确定最终的耦合系数u_ij；耦合系数

步骤六：建立桥式起重机风险源耦合规则库；风险源耦合规则库内包含n个风险源对应的耦合关联群组、n个风险源与自身对应的耦合关联群组内各风险源的耦合系数u_ij；

插补严重程度为g₀的目标风险源p₀的发生概率r₀的方法具体如下：

步骤一、在桥式起重机风险源耦合规则库中找到与目标风险源p₀对应的耦合关联群组；目标风险源p₀对应的耦合关联群组内包含z个发生概率已知的相关风险源；第l个相关风险源p_l与目标风险源p₀的耦合系数为u_l；第l个相关风险源p_l的发生概率为r_l；第l个相关风险源的严重程度等级为g_l级；

步骤二、分别计算z个相关风险源对应的目标风险源比估计量；第l个相关风险源r_kl的表达式如式(3)：；

其中，

为目标风险源p₀严重程度等级与各相关风险源严重程度等级的平均值，即

步骤三：将z个相关风险源对应的目标风险源比估计量进行合并，得到目标风险源p₀的发生概率r₀的估计值θ；θ的表达式如式(4)：

步骤四：计算各相关风险源分别为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的方差估计量；相关风险源p_l为参照主体时目标风险源p₀的发生概率r₀的方差估计量v_l的表达式如式(5)：

其中，f＝0.2；

步骤五：计算多重插补方差估计值ω；ω的表达式如式(6)：

其中

步骤六：计算获得经多重插补后目标风险源p₀的发生概率r₀，r₀的表达式为r₀＝θ±ω。

2.根据权利要求1所述的一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法，其特征在于：桥式起重机风险源耦合规则库建立方法的步骤二中，一个风险源对应的耦合关联群组是指与该风险源密切相关的各风险源的集合；若两个风险源之间的支持度大于最小支持度，置信度大于最小置信度，且提升度大于1，则认为这两个风险源密切相关。

3.根据权利要求1所述的一种桥式起重机风险源发生概率缺失的插补方法，其特征在于：桥式起重机风险源耦合规则库建立方法的步骤三中，耦合系数估计值u_ijk均经过归一化处理，即使得u_i1k+u_i2k+…+u_i(mi)k＝1。