CN110400087A - 基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，首先通过对电梯安全防护系统进行指标的分层，然后采用熵权法和三角模糊函数法计算指标层的权重；其次采用组合赋权法以计算权重组合；最后根据可变模糊集理论计算出电梯安全防护系统的风险值，从而得到电梯安全防护系统的风险等级，根据划分的标准可得出电梯安全防护系统的安全状况。本发明可以综合、准确、定量的确定电梯安全防护系统的风险值，并根据实测电梯安全防护系统所处的风险等级，给出相对应的优化建议。

Description

基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法

技术领域

本发明涉及电梯安全领域，具体涉及一种基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法。

背景技术

电梯广泛应用于日常生活的各个领域，已经成为社会发展和人民生活不可缺少的生活设施，电梯安全直接关系到社会公共安全，关系到人民群众生命财产安全，关系到城市文明形象，受到社会的普遍关注，电梯安全问题已成为日益凸显的社会问题，目前电梯的数量快速增长，同时电梯的故障率居高不下，电梯相关事故频发，电梯安全形势不容乐观，而电梯安全防护系统作为电梯保护的核心系统，其安全状况的好坏直接影响到电梯的危险程度，因此如何准确的评估电梯安全防护系统的风险状况已成为现在研究的重点。

然而现有的评估方法中求电梯指标权重时采用的方法不够全面，只从一方面来确定权重，选取的评估方法也没有结合电梯系统的模糊性和复杂性，因此本发明提出了一种基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，此方法从主观和客观两方面确定指标权重，同时采用组合赋权法确定权重组合，通过计算出电梯安全防护系统的风险值，从而得到电梯安全防护系统的风险等级，根据划分的标准可得出电梯安全防护系统的安全状况，本发明可以综合、准确、定量的确定出电梯安全防护系统的风险值，并根据实测电梯安全防护系统所处的风险等级，采取相对应措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合、准确、定量的电梯安全防护系统评估方法，并根据实测电梯安全防护系统的风险等级给出优化建议。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电梯安全防护系统的评估方法，步骤如下：

(1)首先对电梯安全防护系统进行指标的分层，建立层次评价体系结构，将电梯安全防护系统划分为目标层、准则层、指标层；

(2)运用熵权法求指标层权重；

(3)运用三角模糊法求指标层权重；

(4)运用组合赋权法求组合权重；

(5)制定电梯安全防护系统的评估标准；

(6)运用可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵；

(7)确定电梯安全防护系统的风险值，根据划分的评估标准从而得到电梯安全防护系统的风险等级。

进一步，根据熵权法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先建立决策矩阵X＝(x_ij)_m×n，i＝(1,2,3,...m)，j＝(1,2,3,...,n)，其中m为评价指标的总数，n为参与评价的专家总数，用x_ij表示第j个专家对第i个评价指标的评分值；其次将决策矩阵标准化，标准化后的决策矩阵为f＝(f_ij)_m×n；最后计算出第i个指标输出的熵e_i，从而确定出熵权权重，设指标熵权集α＝[α₁,α₂,...,α_m]^T，则第i个指标的熵值权重为其中，e_i为第i个评价指标的熵值；m为评价指标的总数。

进一步，根据三角模糊法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先进行专家评分，设三角模糊数T_j＝[a_ij,b_ij,c_ij](1≤i≤m,1≤j≤p)，其中a_ij，b_ij，c_ij分别表示第j位专家对指标i得出的最保守、最可能、最乐观评分，邀请p位不同岗位的专家在[0，100]之间自由评分，形成各指标的评分矩阵T；然后确定p位专家的权重集E＝[e₁,e₂,...,e_p]，e_p为第p位专家得出的评分在电梯安全防护系统评价中所起的相对重要程度；其次建立合成矩阵，将专家比重E和评分矩阵T运用加权合成，得到模糊矩阵P，即P＝E·T；最后确定三角模糊数权重，根据三角模糊数的原理，将第i个指标进行模糊计算，即式中：a_i，b_i，c_i分别表示专家对i指标给出的最保守、最可能、最乐观评分，设三角模糊权重集为β＝[β₁,β₂,...,β_m]^T，将其标准化处理后得出第i个指标的权重，式中：s_i为第i个指标的模糊得分。

进一步，根据组合赋权法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先设组合权重为w＝[w₁,w₂,...,w_m]^T，其次将熵权α_i和三角模糊权β_i结合，则可计算出第i个指标的组合权重，即式中：α_i为熵权法权重；β_i为三角模糊权重，m为评价指标的总数。

进一步，电梯安全防护系统的评估标准是通过德尔菲法制定的。

进一步，根据可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵过程是通过以下方法实现的：首先根据德尔菲法确定样本指标特征值x_i，确定出电梯安全防护系统的指标特征值集合x＝(x₁,x₂,...,x_m)，其中m为评价指标的总数；其次确定指标评价区间矩阵，将待评价样本的各指标按照c个级别划分成评价区间，令1级最好，c级最差，区间等级按数字顺序分布，可得到指标评价区间矩阵I_ab＝([a_ih,b_ih])，其中h＝1,2,..,c；最后可确定出点值矩阵M_ih，

进一步，确定电梯安全防护系统的风险值包括以下步骤：

1)确定相对隶属度矩阵

将样本指标特征值x_i与点值矩阵M_ih比较大小；

若x_i≤M_ih，其隶属函数计算公式为：

若x_i＞M_ih，其隶属函数计算公式为：

根据指标特征值x_i与M_ih，再利用公式(1)(2)，可得相对隶属度矩阵：

其中i＝(1,2,...,m)，h＝(1,2,3...,c)，m为评价指标总数，c为风险级别个数。

2)确定可变模糊综合评价模型

由公式(4)可得级别h的综合相对隶属度向量：

式中：w_i为指标权重；μ_A(x_i)_h表示指标i在评价等级h下的相对隶属度；m为评价指标总数；α为优化标准参数，α＝1为最小一乘方准则，α＝2为最小二乘方准则；p为距离参数，p＝1为海明距离，p＝2为欧氏距离，α与p共有4种不同组合。

令U表示由综合相对隶属度向量u_h组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵U，对其进行归一化，可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵

3)综合评价

由式(5)可得级别特征值H_j：

其中j＝1,2,3,4代表α和p的四种组合，c为风险级别个数。

则电梯安全防护系统的风险值为：

并结合判断准则：

判断电梯安全防护系统所处的等级，根据划分的评估标准对电梯安全防护系统采取相应的措施。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)计算电梯安全防护系统指标权重时采用了主客观方法，同时采用组合赋权法计算权重组合，与传统的权重方法相比减少了误差；

(2)通过可变模糊集理论对电梯安全防护系统进行分析，兼顾评价指标所具有的模糊性、动态性，能够更加合理的处理相邻评估等级间的模糊性问题，使评价结果更加客观；

(3)根据实测指标可判断电梯安全防护系统所处的风险等级，根据不同风险等级应采取的相应措施，给出电梯安全防护系统的优化建议。

附图说明

图1是本发明基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法示意图。

具体实施措施

下面根据图1对本发明基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法进行详细说明，包括以下步骤：

步骤1，通过对电梯安全防护系统进行风险指标的确定，并建立层次评价体系结构，将电梯安全防护系统分为目标层、准则层和指标层，所述的准则层指标包括以下8个：1、限速器，2、安全钳，3、缓冲器，4、终端限位保护装置，5、门保护装置，6、超载保护装置，7、紧急报警装置，8、安全保护回路；建立8个准则层指标和19个指标层指标，其中准则层集合为A＝(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆,A₇,A₈)，其中A₁的指标层集合为(A₁₁,A₁₂,A₁₃)，A_ij表示为准则层A_i的第j个指标层，具体指标分层见表1。

表1电梯安全防护系统的指标分层

步骤2，熵权法求权重，具体步骤如下：

1)建立决策矩阵

假如有m个评价指标，有n个参与评价的专家，用x_ij表示第j个专家对第i个评价指标的评分值，则构成的决策矩阵为X＝(x_ij)_m×n，i＝(1,2,3,...m)，j＝(1,2,3,...,n)。

2)决策矩阵标准化

式中，f_ij表示第j个专家对第i个评价指标的评分值经标准化处理后的值，由其组成的标准化决策矩阵为f＝(f_ij)_m×n。

3)计算第i个指标输出的熵e_i

4)设指标熵权集α＝[α₁,α₂,...,α_m]^T，则第i个指标的熵值权重为

式中：e_i为第i个评价指标的熵值；m为评价指标的总数。

步骤3，根据三角模糊法计算指标权重，具体步骤如下：

1)专家评分，设三角模糊数T_j＝[a_ij,b_ij,c_ij](1≤i≤m,1≤j≤p)，其中a_ij，b_ij，c_ij分别表示第j位专家对指标i得出的最保守、最可能、最乐观评分，邀请p位不同岗位的专家在[0，100]之间自由评分，形成各指标的评分矩阵T。

2)确定p位专家的权重集E＝[e₁,e₂,...,e_p]，e_p为第p位专家得出的评分在电梯安全防护系统评价中所起的相对重要程度。

3)建立合成矩阵，将专家比重E和评分矩阵T运用加权合成，得到模糊矩阵P，即P＝E·T。

4)确定三角模糊数权重，根据三角模糊数的原理，将第i个指标进行模糊计算，即

式中：a_i，b_i，c_i分别表示专家对i指标给出的最保守、最可能、最乐观评分。

设三角模糊权重集为β＝[β₁,β₂,...,β_m]^T，将其标准化处理后得出第i个指标的权重：

式中：s_i为第i个指标的模糊得分。

步骤4，组合赋权法计算指标权重组合，具体步骤如下：

设组合权重为w＝[w₁,w₂,...,w_m]^T，将熵权α_i和三角模糊权β_i结合，则计算出第个指标的组合权重，即

式中：α_i为熵值权重；β_i为三角模糊权重，m为评价指标的总数。

步骤5，建立相对应指标判断标准，具体见表2。

表2电梯安全防护系统风险评价等级标准及对策

步骤6，根据可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵，具体步骤如下：

1)确定样本指标特征值集合

首先根据德尔菲法确定样本指标特征值x_i，确定出电梯安全防护系统的指标特征值集合x＝(x₁,x₂,...,x_m)，其中m为评价指标的总数。

2)确定指标评价区间矩阵

将待评价样本的各指标按照c个级别划分成评价区间(即c的值为表2中评价等级的个数)，令1级最好，c级最差，区间等级按数字顺序分布，可得到指标评价区间矩阵：

式中：[a_ih,b_ih]为指标i的h级别的标准值区间，且h＝1,2,..,c；a_ih，b_ih分别为区间的上下限。

3)根据I_ab确定可变范围评价区间矩阵：

式中：[c_ih,d_ih]为指标i的h级别的可变范围值区间；c_ih，d_ih分别为区间的上下限，其中[c_ih,d_ih]为：

4)据矩阵I_ab，确定指标i级别h的点值矩阵：

式中，M_ih为：

其中h＝1,2,..,c。

步骤7，确定电梯安全防护系统的风险值，具体步骤如下：

1)确定相对隶属度矩阵

将样本指标特征值x_i与M_ih比较大小，若x_i≤M_ih，其隶属函数计算公式为：

若x_i＞M_ih，其隶属函数计算公式为：

根据指标特征值x_i与M_ih，再利用公式(1)(2)，可得相对隶属度矩阵：

其中i＝(1,2,...,m)，h＝(1,2,3...,c)，m为评价指标总数，c为风险级别个数。

2)确定可变模糊综合评价模型

由公式(4)可得级别h的综合相对隶属度向量：

式中：w_i为指标权重；μ_A(x_i)_h表示指标i在评价等级h下的相对隶属度；m为评价指标总数；α为优化标准参数，α＝1为最小一乘方准则，α＝2为最小二乘方准则；p为距离参数，p＝1为海明距离，p＝2为欧氏距离，α与p共有4种不同组合。

令U表示由综合相对隶属度向量u_h组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵U，对其进行归一化，可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵

3)综合评价

由式(5)可得每种组合的样本级别特征值H_j：

其中j＝1,2,3,4代表α和p的四种组合，c为风险级别个数。

则电梯安全防护系统的风险值为：

并结合判断准则：

判断电梯安全防护系统所处的等级，根据划分的评估标准对电梯安全防护系统采取相应的措施。

实施例：

待测电梯介绍：本次评估选取W市某办公楼的电梯作为案例，记为L梯。

步骤1，对电梯安全防护系统进行指标的分层，建立层次评价体系结构，由表1可知建立8个准则层指标和19个指标层指标，其中准则层集合为A＝(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆,A₇,A₈)，其中A₁的指标层集合为(A₁₁,A₁₂,A₁₃)，A_ij表示为准则层A_i的第j个指标层。

步骤2，求权重，通过熵权法、三角模糊法及组合赋权法求出的权重值见表3。

表3权重值

步骤3，根据可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵M及相对隶属度矩阵μ_A，由电梯安全防护系统风险评价等级标准可知，指标评价区间矩阵为

I_ab＝[[0,60],[60,80],[80,90],[90,100]]_19×4，可变范围评价区间矩阵为

I_cd＝[[0,80],[0,90],[60,100],[80,100]]_19×4。

根据德尔菲法确定的电梯安全防护系统的指标特征值见表4。

表4指标特征值

由指标评价区间矩阵I_ab及公式(19)可求出点值矩阵M，由指标特征值及公式(1)(2)可求出相对隶属度矩阵μ_A，具体如下：

步骤4，确定电梯安全防护系统的风险值，由公式(4)可知综合隶属度矩阵为：

归一化后的综合隶属度矩阵为：

由公式(5)可得，4种组合的样本级别特征值H_j＝(2.2209,2.2507,2.1887,2.1911)，由公式(6)知风险值为：根据划分的标准可知，电梯安全防护系统的安全状况评价等级为II，安全状态为“良”即状况良好，应采取相对措施以消除危险。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体方法或特性等常识在此未作过多的描述。应当指出，对于本技术领域人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以进行若干改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权力要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)首先对电梯安全防护系统进行指标的分层，建立层次评价体系结构，将电梯安全防护系统划分为目标层、准则层、指标层；

(2)运用熵权法求指标层权重；

(3)运用三角模糊法求指标层权重；

(4)运用组合赋权法求组合权重；

(5)制定电梯安全防护系统的评估标准；

(6)运用可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵；

(7)确定电梯安全防护系统的风险值，根据划分的评估标准从而得到电梯安全防护系统的风险等级。

2.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(2)根据熵权法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先建立决策矩阵X＝(x_ij)_m×n，i＝(1,2,3,...m)，j＝(1,2,3,...,n)，其中m为评价指标的总数，n为参与评价的专家总数，用x_ij表示第j个专家对第i个评价指标的评分值；其次将决策矩阵标准化，标准化后的决策矩阵为f＝(f_ij)_m×n；最后计算出第i个指标输出的熵e_i，从而确定出熵权权重，设指标熵权集α＝[α₁,α₂,...,α_m]^T，则第i个指标的熵值权重为其中，e_i为第i个评价指标的熵值；m为评价指标的总数。

3.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(3)根据三角模糊法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先进行专家评分，设三角模糊数T_j＝[a_ij,b_ij,c_ij](1≤i≤m,1≤j≤p)，其中a_ij，b_ij，c_ij分别表示第j位专家对指标i得出的最保守、最可能、最乐观评分，邀请p位不同岗位的专家在[0，100]之间自由评分，形成各指标的评分矩阵T；然后确定p位专家的权重集E＝[e₁,e₂,...,e_p]，e_p为第p位专家得出的评分在电梯安全防护系统评价中所起的相对重要程度；其次建立合成矩阵，将专家比重E和评分矩阵T运用加权合成，得到模糊矩阵P，即P＝E·T；最后确定三角模糊数权重，根据三角模糊数的原理，将第i个指标进行模糊计算，即式中：a_i，b_i，c_i分别表示专家对i指标给出的最保守、最可能、最乐观评分，设三角模糊权重集为β＝[β₁,β₂,...,β_m]^T，将其标准化处理后得出第i个指标的权重，式中：s_i为第i个指标的模糊得分。

4.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(4)根据组合赋权法计算指标权重的过程是通过以下方法实现的：首先设组合权重为w＝[w₁,w₂,...,w_m]^T，其次将熵权α_i和三角模糊权β_i结合，则可计算出第i个指标的组合权重，即式中：α_i为熵权法权重；β_i为三角模糊权重，m为评价指标的总数。

5.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(5)中电梯安全防护系统的评估标准是通过德尔菲法制定的。

6.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(6)根据可变模糊集理论确定电梯安全防护系统的点值矩阵过程是通过以下方法实现的：首先根据德尔菲法确定样本指标特征值x_i，确定出电梯安全防护系统的指标特征值集合x＝(x₁,x₂,...,x_m)，其中m为评价指标的总数；其次确定指标评价区间矩阵，将待评价样本的各指标按照c个级别划分成评价区间，令1级最好，c级最差，区间等级按数字顺序分布，可得到指标评价区间矩阵I_ab＝([a_ih,b_ih])，其中h＝1,2,..,c；最后可确定出点值矩阵M_ih，

7.如权利要求1所述的基于改进权重和可变模糊集的电梯安全防护系统评价方法，其特征在于，所述步骤(7)确定电梯安全防护系统的风险值包括以下步骤：

1)确定相对隶属度矩阵

将样本指标特征值x_i与点值矩阵M_ih比较大小；

若x_i≤M_ih，其隶属函数计算公式为：

若x_i＞M_ih，其隶属函数计算公式为：

根据指标特征值x_i与M_ih，再利用公式(1)(2)，可得相对隶属度矩阵：

其中i＝(1,2,...,m)，h＝(1,2,3...,c)，m为评价指标总数，c为风险级别个数。

2)确定可变模糊综合评价模型

由公式(4)可得级别h的综合相对隶属度向量：

式中：w_i为指标权重；μ_A(x_i)_h表示指标i在评价等级h下的相对隶属度；m为评价指标总数；α为优化标准参数，α＝1为最小一乘方准则，α＝2为最小二乘方准则；p为距离参数，p＝1为海明距离，p＝2为欧氏距离，α与p共有4种不同组合。

令U表示由综合相对隶属度向量u_h组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵U，对其进行归一化，可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵

3)综合评价

由式(5)可得级别特征值H_j：

其中j＝1,2,3,4代表α和p的四种组合，c为风险级别个数。

则电梯安全防护系统的风险值为：

并结合判断准则：

判断电梯安全防护系统所处的等级，根据划分的评估标准对电梯安全防护系统采取相应的措施。