CN116384780A - 一种消防系统安全程度判断方法 - Google Patents

一种消防系统安全程度判断方法 Download PDF

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CN116384780A CN202310664186.XA CN202310664186A CN116384780A CN 116384780 A CN116384780 A CN 116384780A CN 202310664186 A CN202310664186 A CN 202310664186A CN 116384780 A CN116384780 A CN 116384780A
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许文建
洪礼钢
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Abstract

本发明公开了一种消防系统安全程度判断方法,所述判断算法包括AHP对消防系统进行主观权重评价、熵权法对消防系统进行客观权重评价,并通过乘法集成法结合AHP的主观权重和熵权法的客观权重,通过采用乘法集成法将基于AHP得出的主观权重以及基于熵权法得出的客观权重相结合,综合考虑各消防设施在消防系统中的重要程度,统筹消防系统的消防电源、消防水源、控制与操作、消防设施、系统管网、维护管理等关键环节,提供判断方案,解决了现有技术中消防安全判断结果缺乏客观性、科学性的技术问题,达到了判断结果客观、科学的技术效果。

Description

一种消防系统安全程度判断方法
技术领域
本发明属于消防设备技术领域,更具体地,涉及一种消防系统安全程度判断方法。
背景技术
消防安全对消防设备的可靠性提出了更高的要求,定期对消防设备进行判断是检验消防设备可靠性的有效手段。
现有的消防系统安全判断方法在安全判断指标体系方面,指标存在遗漏或重复,不能紧紧围绕评价目标进行分解。安全判断范围界定过小,判断精度不够,结果不能反映现实;界定过大,又丧失了系统的可操作性,增加评价难度。在判断方法方面,由于目前缺乏关于消防安全判断的刚性标准,判断工作缺乏科学的判断方法指导,大多采用定性判断,判断结果受评价人员的主观因素影响大,客观性不强。且判断指标权重分配不合理,对消防重点部位的关注不足,影响管理人员对系统安全情况的把控。
所以现有的消防安全判断方法虽然在一定程度上可以得到评价结果,但是所得出的结果缺乏客观性、科学性、系统性,导致安全判断工作难度大且得出的判断结果难以真实反映各单位的消防安全情况,影响单位消防安全,因此消防安全判断结果缺乏客观性、科学性、系统性是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的消防系统安全判断方法判断结果缺乏客观性、科学性、系统性的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种消防系统安全程度判断方法,所述判断方法包括如下步骤:
步骤1:在消防系统中布置传感器,通过传感器采集消防系统安全指标数据;
步骤2:对采集的数据进行预处理;
步骤3:确定判断方法:判断方法包括AHP法对消防系统进行主观权重计算、熵权法对消防系统进行客观权重计算并通过乘法集成法结合AHP的主观权重和熵权法的客观权重;
步骤4:建立层次结构模型:层次结构模型包括构建判断指标体系,所述判断指标体系包括目标层、准则层、方案层,所述准则层包括一级指标、二级指标、以及依次向后排列的多个级数指标;
步骤5:构建判断矩阵并结合判断矩阵对步骤4中准则层和方案层的各个级别之间的同一指标进行两两比对,通过1-9标度法用数值的形式对各个指标形成判断,并写成矩阵形式;
步骤6:对步骤5所构成的判断矩阵通过层次分析法进行权重计算得到主观权重;
步骤7:对步骤5所构成的判断矩阵通过熵权法进行权重计算得到客观权重;
步骤8:通过乘法集成法对步骤6、步骤7所得到的主观权重和客观权重组合优化得到综合权重;
步骤9:依据步骤8所得到的综合权重对步骤2中预处理的消防系统安全指标数据进行赋分并确定系统总得分、系统安全等级。
进一步的,所述步骤5中判断矩阵的构造方法包括:
构造判断矩阵X=[xij]m×n,该矩阵为正矩阵且 xij= 1/xji,i,j∈N+;
其中,X为判断矩阵;xij为判断矩阵所在第i行第j列的元素;m为矩阵行数(指标个数);n为矩阵列数,m=n。
进一步的,所述步骤6的具体方法为:
步骤6.1:计算判断矩阵各行各元素乘积mi
Figure SMS_1
其中,mi为判断矩阵第i行元素的行乘积;xij为判断矩阵中第i行第j列元素,其中,i为矩阵所在行数,i=1,2,…,n,j为矩阵所在列数j=1,2,…,n;
步骤6.2:求乘积的n次方根:
Figure SMS_2
其中,
Figure SMS_3
为判断矩阵第i行元素乘积的n次方根;n为矩阵阶数
步骤6.3:计算指标权重:
Figure SMS_4
其中,
Figure SMS_5
为层级分析法计算所得的第i个指标的主观权重,i=1,2,…,n;分母
Figure SMS_6
为同级指标的主观权重之和。
进一步的,所述步骤5还包括判断矩阵的一致性检验,具体步骤如下:
步骤5.1:计算最大特征根
Figure SMS_7
:
Figure SMS_8
其中,λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;X为步骤5构造的判断矩阵;wi为第i个指标权重
步骤5.2:一致性检验:
Figure SMS_9
其中,CR为一致性指标比率;λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性比率
当CR<0.1时,认为该判断矩阵X具有满意的一致性,说明权重分配合理;否则,就需调整判断矩阵X,重新进行计算权重,直到迭代后CR<0.1时为止。
进一步的,所述步骤7中使用熵权法计算指标客观权重包括,如下步骤:
步骤7.1:进行判断矩阵的标准化处理,对于正向指标标准化处理的表达式为:
Figure SMS_10
Figure SMS_11
为经过标准化处理后的判断矩阵内的元素;其中,/>
Figure SMS_12
为经过标准化处理前的判断矩阵内的最小元素;/>
Figure SMS_13
为标准化处理前的判断矩阵内的最大元素;
指标标准化处理后,得到标准化矩阵,即经过标准化处理后的判断矩阵,记作X’=[xij ]m×n,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;
步骤7.2:计算指标信息熵:
第j个指标的信息熵计算公式为:
Figure SMS_14
Figure SMS_15
其中,Hj为第j个指标的信息熵;Pij为指标的变异大小;Hj∈[0,1],且规定当pij=0时,定义
Figure SMS_16
,同理可得其他指标的信息熵;
步骤7.3.计算客观权重:
第j个指标的熵权计算公式为:
Figure SMS_17
其中,
Figure SMS_18
为第j个指标的客观权重;Hj为第j个指标的信息熵。
进一步的,所述判断矩阵的标准化处理采用极差法。
进一步的,所述步骤8综合权重表达式为:
Figure SMS_19
其中,Wj为第j项指标的综合权重。
进一步的,所述步骤9中进行赋分的方法为:设定消防系统总分为T分,则第n级指标分值为:
Figure SMS_20
其中, T为总体分数。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
1.本发明通过采用乘法集成法将基于AHP得出的主观权重以及基于熵权法得出的客观权重相结合,综合考虑各消防设施在消防系统中的重要程度,统筹消防系统的消防电源、消防水源、控制与操作、消防设施、系统管网、维护管理等关键环节,提供判断方案,解决了现有技术中消防安全判断结果缺乏客观性、科学性的技术问题,达到了判断结果客观、科学的技术效果。
2.本发明通过物联网实时监控统一处理评价结果与对各个单元采取赋分的技术方案使消防系统内部的安全情况可以显性化,解决了现有技术中消防安全系统判断结果缺乏系统性的技术问题,达到了消防系统统一管理系统性强的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例一种自动化消防安全判断方法的流程图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种消防系统安全程度判断方法,包括如下步骤:
参照图1所示,为本发明一实施例提供的一种消防系统安全程度判断方法的流程示意图。在本实施例中,所述消防系统安全程度判断方法包括:
步骤1:在消防系统中布置传感器,通过传感器采集消防系统安全指标数据;
详细地,所述消防系统内部布设有多个传感器,所述传感器用于采集消防系统安全指标数据,所述消防系统安全指标指根据搭建消防系统的部件,以及在消防系统待机状态需要保证其可以正常运行设立的检测工序指标,例如:消防水源、消防电源、控制与操作、供水设施、管网压力、维护管理等。
步骤2:对采集的数据进行预处理(例如去噪和归一化)
步骤3:确定判断方法:所述判断算法包括AHP(层次分析法)对消防系统进行主观权重确定、熵权法对消防系统进行客观权重确定,并通过乘法集成法结合AHP(层次分析法)的主观权重和熵权法的客观权重;
步骤4:根据预构建的消防系统安全指标及消防系统安全评定类别,构建初始处理判断层次结构模型。
可解释的,所述消防系统安全评级类别指根据系统部件的安全性,对消防系统安全效果进行评级所划分的类别,例如:优、良、差,所述评价标准采取赋分制,满分设置为100分,根据安全效果对消防设备进行赋分,所述优、良、差分别对应的分数为优≥90分、良80~89分、差<80分。
进一步地,所述初始处理判断层次结构模型指根据层次分析法(AnalyticHierarchy Process,简称AHP),构建的判断模型。所述层次分析法是对难以完全定量的复杂系统做出决策的模型和方法,可以根据判断消防系统安全的性质和要生成的判断结果,将消防安全的判断分解成关于各类组成消防系统的设施设备指标的判断,形成一个多层次的分析结构模型,从而使消防系统安全判断,归结为最低层(用于判断分级)相对于最高层(用于设定总目标)的相对重要权值的确定或相对优劣次序的划定。
详细地,所述初始处理判断层次结构模型包括:由判断消防系统安全组成的处理判断目标层、由搭建消防系统的部件,以及在消防系统待机状态需要保证其可以正常运行设立的检测工序组成的判断分级层。
本发明实施例中,所述根据预构建的组成消防系统的部件,以及在消防系统待机状态需要保证其可以正常运行设立的检测工序,构建初始处理判断层次结构模型,包括:
根据消防系统安全效果,划定消防安全评级类别;
根据消防系统的部件,以及在消防系统待机状态需要保证其可以正常运行设立的检测工序,构建处理判断准则层;
根据所述消防系统安全评级类别,构建处理判断分级层;
以判断消防系统安全性为处理判断目标层,根据所述处理判断目标层、处理判断准则层及处理判断分级层,构建所述初始处理判断层次结构模型。
可选择地,所述初始处理判断层次结构模型的处理判断准则层包括:消防水源、消防电源、控制与操作、供水设施、管网压力、维护管理六个指标,所述处理判断分级层包括:优、良、差三个消防安全评级类别。
步骤5:构建判断矩阵:对准则层和方案层的各个级别之间的同一指标进行两两比对,通过1-9标度法用数值的形式对各个指标形成判断,并写成矩阵形式;
可解释的,所述两两比较法指将各项所述消防系统安全指标进行两两比较,对比时采用相对尺度,以尽量减少性质不同的各个因素相互比较的困难,提高准确性。
进一步地,可以根据1-9标度法对各项所述消防系统安全指标进行两两比较,标度为1,表示两个因素具有相同重要性;标度为3,表示一个因素比另一个因素稍微重要;标度为5,表示一个因素比另一个因素明显重要,判断矩阵
X’=[xij ]m×n具有如下特征:xij= 1/xij(i,j∈N+),1-9标度法为现有方法,在此不再赘述。
本发明实施例中,所述利用1-9标度法对层次结构模型中的消防水源、消防电源、控制与操作、供水设施、管网压力、维护管理六个一级指标进行两两比较得到如下表格
Figure SMS_21
通过对所述一级指标两两比较后所得到如下判断矩阵
Figure SMS_22
所述判断矩阵的判断方法包括:
计算所述判断矩阵的特征向量
计算判断矩阵各行各元素乘积mi
Figure SMS_23
Figure SMS_24
进一步的,求乘积的n次方根
Figure SMS_25
Figure SMS_26
其中,
Figure SMS_27
为判断矩阵第i行元素乘积的n次方根;n为矩阵阶数
对乘积矩阵(n=6)进行开方得到矩阵为:
Figure SMS_28
进一步的,计算权重wi:
Figure SMS_29
其中,
Figure SMS_30
为层级分析法计算所得的第i个指标的主观权重,i=1,2,…,n;分母
Figure SMS_31
为同级指标的主观权重之和。
对向量
Figure SMS_32
进行归一化处理,得到判断矩阵的特征向量(权重向量)
Figure SMS_33
进一步地,对所述判断矩阵进行一致性检验,所述判断矩阵指利用各项所述消防安全监测指标,分别作为矩阵的横向及纵向指标类,方便将经过所述1-9标度法比较后的各项标度,进行填充。
本发明实施例中,运用两两比较法和1-9标度法构建的矩阵即为判断矩阵,一致性检验的作用是确保所构建的判断矩阵的有效性,即判断矩阵的权重向量的有效性,包括:
根据所述初始成对判断矩阵的阶数,查阅平均随机一致性指标参照表,确定所述初始成对判断矩阵的平均随机一致性指标;
计算所述初始成对判断矩阵的最大特征根,根据所述初始成对判断矩阵的最大特征根及阶数,计算所述初始成对判断矩阵的一致性指标;
根据所述平均随机一致性指标及一致性指标,计算所述初始成对判断矩阵的一致性比率;
判断所述一致性比率是否大于预设的一致性比率阈值;
若所述一致性比率大于所述一致性比率阈值,则重新构建所述初始成对判断矩阵,直至所述初始成对判断矩阵通过一致性检验,
若所述一致性比率不大于所述一致性比率阈值,则判定所述初始成对判断矩阵通过一致性检验,得到所述成对判断矩阵。
计算最大特征根λmax
Figure SMS_34
其中,λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;X为步骤3构造的判断矩阵;wi为第i个指标权重
Figure SMS_35
Figure SMS_36
可理解的,可以利用如下公式检验判断矩阵的权重向量的有效性:
Figure SMS_37
其中,CR为一致性指标比率;λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性比率
Figure SMS_38
其中,CR为一致性指标比率;RI为平均随机一致性指标,n表示所述成对判断矩阵的阶数。
当CR≤0.1时,即认为该判断矩阵具有满意的一致性,说明权重分配合理;否则,就需调整判断矩阵,重新进行计算权重,直到迭代后CR≤0.1时为止。
一级指标的主观权重
Figure SMS_39
利用所述成对判断矩阵,对各项所述消防系统安全指标,进行层次单排序,得到各项所述消防系统安全指标的层次分析权重。
可解释的,所述层次单排序指计算各项所述消防系统安全指标,对于判断消防系统安全性的权重的过程。所述层次分析权重指各项所述消防系统安全指标,对于判断消防系统安全性的权重。
本发明实施例中,所述利用所述成对判断矩阵,对各项所述消防系统安全指标,进行层次单排序,得到各项所述消防系统安全指标的层次分析权重,包括:
利用所述层次分析权重,对所述初始处理判断层次结构模型中的各项所述消防系统安全指标进行赋权,得到目标处理判断层次结构模型。
本发明实施例中,可以将计算得到的各项所述消防系统安全指标的层次分析权重,对应的赋予各项消防系统安全指标,使得每项消防系统安全指标都有自己对应的权重。
根据所述述判断矩阵,计算各项所述消防安全检测指标的信息熵,包括:
根据各项所述消防系统安全指标及消防系统安全评级类别,构建正向指标标准化矩阵;
正向指标标准化处理的表达式为:
Figure SMS_40
指标标准化处理后,得到标准化矩阵,记作X’=[xij’]m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)
Figure SMS_41
根据信息熵计算公式,利用所述标准化矩阵,计算出各项所述消防系统安全指标的信息熵。
进一步地,所述信息熵计算公式如下:
Figure SMS_42
一级指标信息熵
Figure SMS_43
Figure SMS_44
其中,
Figure SMS_45
,且规定当/>
Figure SMS_46
=0时,定义/>
Figure SMS_47
,同理可得其他指标的信息熵。
其中,第j个指标的熵权的计算公式如下:
Figure SMS_48
一级指标客观权重(j取1时)
Figure SMS_49
将层次分析法得到的主观权重和熵权法得到的客观权重,利用乘法集成算法计算得到具有同时体现主客观信息集成特征的综合权重wj,
其中,综合权重wj的计算公式如下:
Figure SMS_50
一级指标综合权重(j取1时)
Figure SMS_51
指标赋分包括在得出各项指标权重后,根据各项指标权重逐层对各层级指标赋予相应的分值。设定消防系统总分为100分,则第n级指标分值为:
Figure SMS_52
一级指标分值(n取1时)
Figure SMS_53
所述物联网实时监控用于监控构成消防系统的设备并根据是否存在偏离正常的状态指标分值进行相应的扣除。
系统根据扣分值自动计算系统总得分。根据总得分可确定系统的安全等级,满分设置为100分,根据安全效果对消防设备进行赋分,所述优、良、差分别对应的分数为优≥90分、良80~89分、差<80分,例如消防水源出现异常,则系统总得分为100-22.437=77.563分,可得自动喷水灭火系统安全等级为差。
相比于背景技术所述:对消防安全质量的判定缺乏客观性、科学性的现象,本发明实施例通过所述消防安全监测指标,构建初始处理判断层次结构模型,再利用所述一致矩阵法构建所述成对判断矩阵并计算出各项所述消防安全检测指标的层次分析权重,利用所述层次分析权重对所述初始处理判断层次结构模型中的各项所述消防安全检测指标进行赋权,得到目标处理判断层次结构模型,由于目标处理判断层次结构模型中各项消防安全检测指标的权重,只是由层次分析得到的,因此需要计算各项消防安全检测指标的熵权,并利用乘法集成法组合优化层次分析法和熵权法所得到的结果进行综合权重的计算,最后只需要获取待判断消防系统的各消防设备的运行状态信息,并根据所述目标判断层次熵权结构模型中各项消防安全检测指标的综合权重。
通过对所述待判断消防系统进行评级,得到所述待判断消防系统安全等级。因此本发明提出的一种消防系统安全程度判断方法可以解决对消防系统安全判断的判定缺乏客观性、科学性、系统性的技术问题。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述判断方法包括如下步骤:
步骤1:在消防系统中布置传感器,通过传感器采集消防系统安全指标数据;
步骤2:对采集的数据进行预处理;
步骤3:确定判断方法:判断方法包括AHP法对消防系统进行主观权重计算、熵权法对消防系统进行客观权重计算并通过乘法集成法结合AHP的主观权重和熵权法的客观权重;
步骤4:建立层次结构模型:层次结构模型包括构建判断指标体系,所述判断指标体系包括目标层、准则层、方案层,所述准则层包括一级指标、二级指标、以及依次向后排列的多个级数指标;
步骤5:构建判断矩阵并结合判断矩阵对步骤4中准则层和方案层的各个级别之间的同一指标进行两两比对,通过1-9标度法用数值的形式对各个指标形成判断,并写成矩阵形式;
步骤6:对步骤5所构成的判断矩阵通过层次分析法进行权重计算得到主观权重;
步骤7:对步骤5所构成的判断矩阵通过熵权法进行权重计算得到客观权重;
步骤8:通过乘法集成法对步骤6、步骤7所得到的主观权重和客观权重组合优化得到综合权重;
步骤9:依据步骤8所得到的综合权重对步骤2中预处理的消防系统安全指标数据进行赋分并确定系统总得分、系统安全等级。
2.根据权利要求1所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤5中判断矩阵的构造方法包括:
构造判断矩阵X=[xij]m×n,该矩阵为正矩阵且 xij= 1/xji,i,j∈N+;
其中,X为判断矩阵;xij为判断矩阵所在第i行第j列的元素;m为矩阵行数(指标个数);n为矩阵列数,m=n。
3.根据权利要求2所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤6的具体方法为:
步骤6.1:计算判断矩阵各行各元素乘积mi
Figure QLYQS_1
其中,mi为判断矩阵第i行元素的行乘积;xij为判断矩阵中第i行第j列元素,其中,i为矩阵所在行数,i=1,2,…,n,j为矩阵所在列数j=1,2,…,n;
步骤6.2:求乘积的n次方根:
Figure QLYQS_2
其中,
Figure QLYQS_3
为判断矩阵第i行元素乘积的n次方根;n为矩阵阶数
步骤6.3:计算指标权重:
Figure QLYQS_4
其中,
Figure QLYQS_5
为层级分析法计算所得的第i个指标的主观权重,i=1,2,…,n;分母/>
Figure QLYQS_6
为同级指标的主观权重之和。
4.根据权利要求3所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤5还包括判断矩阵的一致性检验,具体步骤如下:
步骤5.1:计算最大特征根
Figure QLYQS_7
:
Figure QLYQS_8
其中,λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;X为步骤5构造的判断矩阵;wi为第i个指标权重
步骤5.2:一致性检验:
Figure QLYQS_9
其中,CR为一致性指标比率;λmax为判断矩阵的最大特征根;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性比率
当CR<0.1时,认为该判断矩阵X具有满意的一致性,说明权重分配合理;否则,就需调整判断矩阵X,重新进行计算权重,直到迭代后CR<0.1时为止。
5.根据权利要求2所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤7中使用熵权法计算指标客观权重包括,如下步骤:
步骤7.1:进行判断矩阵的标准化处理,对于正向指标标准化处理的表达式为:
Figure QLYQS_10
Figure QLYQS_11
为经过标准化处理后的判断矩阵内的元素;其中,/>
Figure QLYQS_12
为经过标准化处理前的判断矩阵内的最小元素;/>
Figure QLYQS_13
为标准化处理前的判断矩阵内的最大元素;
指标标准化处理后,得到标准化矩阵,即经过标准化处理后的判断矩阵,记作X’=[xij ]m×n,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;
步骤7.2:计算指标信息熵:
第j个指标的信息熵计算公式为:
Figure QLYQS_14
Figure QLYQS_15
其中,Hj为第j个指标的信息熵;Pij为指标的变异大小;Hj∈[0,1],且规定当pij=0时,定义
Figure QLYQS_16
,同理可得其他指标的信息熵;
步骤7.3.计算客观权重:
第j个指标的熵权计算公式为:
Figure QLYQS_17
其中,
Figure QLYQS_18
为第j个指标的客观权重;Hj为第j个指标的信息熵。
6.根据权利要求5所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述判断矩阵的标准化处理采用极差法。
7.根据权利要求5所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤8综合权重表达式为:
Figure QLYQS_19
其中,Wj为第j项指标的综合权重。
8.根据权利要求7所述的消防系统安全程度判断方法,其特征在于,所述步骤9中进行赋分的方法为:设定消防系统总分为T分,则第n级指标分值为:
Figure QLYQS_20
其中, T为总体分数。
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