CN116797026A - 一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，构建埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系，确定风险评价指标；确定风险评价指标的判断矩阵、直接影响矩阵；计算各风险评价指标的初始权重、影响权重；根据初始权重和影响权重，计算各风险评价指标的综合权重；计算所有风险评价指标的风险等级隶属度矩阵；将综合权重与风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判，得到风险评价结果；基于风险评价结果进行风险预警。本发明用以解决现有技术难以应用于实际工程中，且无法考虑管道与滑坡之间的相互影响作用的问题，实现考虑管道与滑坡间复杂的相互影响作用、对埋地输气管道滑坡灾害进行定量风险预警的目的。
Description
技术领域
本发明涉及输气管道风险预警领域，具体涉及一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法。
背景技术
对于滑坡地质灾害多发地区，埋地输气管道的正常运营时常会受到滑坡灾害的威胁，例如我国西南山区就常遭遇这一问题。通常埋地输气管道的设计过程会尽量避开滑坡易发区域，但由于各类因素影响，部分管道不可避免地会穿越潜在滑坡区域，且在管道的建设与运营过程中由于外部自然环境因素或人为因素的影响也可能造成山体形成新的滑坡。因此，滑坡灾害具有不可回避性，一旦发生会对输气管道的安全运营造成严重的危害，甚至引发事故，造成不可估计的经济和社会损失，甚至对管道沿线居民造成巨大安全隐患。
现有技术中，国内外学者大都针对滑坡作用下埋地管道的力学行为及变形特点等方面进行风险预警研究，但是由于滑坡作用下影响管道的风险因素众多，仅对滑坡作用下管道的力学响应进行研究难以应用于实际工程中，其实际预警效果具有较大局限性；并且，现有的埋地输气管道滑坡预警技术还存在无法对风险因素进行分析量化、对于涉及多个因素间相互影响的复杂问题并不适用等缺陷。
综上，为保证埋地输气管道能够安全运营，保障人民的生命财产安全，避免造成重大损失，有必要对穿越潜在滑坡区域的埋地输气管道开展更加科学合理的风险预警研究。
发明内容
本发明提供一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，以解决现有技术仅对滑坡作用下管道的力学响应进行研究，难以应用于实际工程中，且无法考虑管道与滑坡之间的相互影响作用的问题，实现考虑管道与滑坡间复杂的相互影响作用、对埋地输气管道滑坡灾害进行定量风险预警的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，包括以下步骤：
S1、构建埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系，确定风险评价指标；
S2、确定风险评价指标的判断矩阵、风险评价指标的直接影响矩阵；
S3、基于所述判断矩阵计算各风险评价指标的初始权重，基于所述指标直接影响矩阵计算各风险评价指标的影响权重；
S4、根据所述初始权重和影响权重，计算各风险评价指标的综合权重；
S5、计算所有风险评价指标的风险等级隶属度矩阵；
S6、将所述综合权重与所述风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判，得到风险评价结果；
S7、基于风险评价结果进行风险预警。
针对现有技术在对埋地输气管道的滑坡风险预警中，仅针对滑坡作用下管道的力学响应进行研究，难以应用于实际工程中，且无法考虑管道与滑坡之间的相互影响作用的问题，本发明提出一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，本方法首先构建埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系，基于该体系确定出埋地输气管道在滑坡作用下的风险评价指标；之后基于所确定的风险评价指标建立判断矩阵、直接影响矩阵，再求解各风险评价指标的初始权重、影响权重，计算得到各风险评价指标的综合权重。之后，建立所有风险评价指标的风险等级隶属度矩阵，将风险等级隶属度矩阵与之前计算的综合权重做模糊综合评判，得到所需的埋地输气管道的风险评价结果，最后基于该风险评价结果对被评价的管道进行预警。
本申请相较于现有技术而言：(1)摒弃了现有技术中通过对管道进行力学分析来实现风险评估的技术思路，显著提高了工程可操作性，可在埋地输气管道的运营过程中为管理者提供科学合理的滑坡风险预警依据；(2)能够实现对埋地输气管道滑坡风险的完全量化分析，克服了传统的定性评价方式主观性过强的缺陷；(3)可通过对风险评价指标体系的针对性构建，得到针对性的风险评价指标，进而在后续的评价过程中充分考量了各评价指标间复杂的相互作用与相互影响关系，使得评价结果更加科学合理，最终的预警结果更加准确且有效。
进一步的，所述风险评价指标包括一级指标，各一级指标均下设若干二级指标；步骤S3中对各一级指标、二级指标均计算所述初始权重和影响权重；步骤S4中对各一级指标、二级指标均计算所述综合权重。
本方案的风险评价指标包括若干个一级指标，且每个一级指标下均对应若干二级指标；后续在计算初始权重和影响权重、并通过初始权重和影响权重计算综合权重的过程中，对各一级指标和二级指标分别执行该计算过程，即最终所得到的综合权重不仅是各二级指标在二级指标的集合内的综合权重，还包括各一级指标的权重，进而为后续的风险等级隶属度矩阵的建立做好充分准备，使得后续建立的风险等级隶属度矩阵更加科学合理，得到的风险评价结果更加准确可靠。
进一步的，计算各风险评价指标的初始权重的方法包括：
对各风险评价指标建立比较矩阵；
根据比较矩阵计算各风险评价指标的重要性排序指数；
根据重要性排序指数构建风险评价指标判断矩阵；
根据风险评价指标判断矩阵构建风险评价指标传递矩阵，并得到风险评价指标最优传递矩阵；
根据风险评价指标最优传递矩阵求解风险评价指标拟优一致矩阵；
根据风险评价指标拟优一致矩阵，计算各风险评价指标的初始权重。
本方案对各风险评价指标的初始权重计算过程，通过比较矩阵和重要性排序，使得计算过程无需进行一致性检验，可提高计算效率，并且还有利于提高计算精度，进而可得到更为准确的综合权重。
进一步的，确定风险评价指标的直接影响矩阵的方法包括：
S301、计算专家权重；
S302、将各风险评价指标间的相互影响因素划分为若干等级；
S303、建立直接影响矩阵M：
式中：mij为相互影响因素i对相互影响因素j的直接影响度；i为直接影响矩阵中的行数，且i＝1,2,…,m；j为直接影响矩阵中的列数，且j＝1,2,…,n；wk为k专家的权重；n为专家总数；m为相互影响因素的等级数；且当i＝j时，mij＝0。
本方法引入专家评价法来建立各风险评价指标的直接影响矩阵，此种方法可以充分考虑各个层级间指标的综合影响，从一定程度上提升指标权重赋值的科学性和客观性，弥补单一模型缺陷，降低评价方法存在的误差。但是发明人在研究过程中发现，在现有的直接影响矩阵建模方法中，均是假设每个专家的个人能力相同为前提，这与实际工程运用并不相符，在实际操作过程中很难找到个人能力完全一致的专家团队，而专家个人能力的差异又会导致评估结果的不精确。
为了获得更精确的评估结果，本方案首次在直接影响矩阵的建立过程中引入专家权重，通过赋予专家权重的方式展现各位专家在个人评估能力上的差异，改进了传统的决策试验与实验室评估法，此方法能够有效削弱专家评分的主观性、专家个体的能力差异性、以及数字准确性等因素对评估结果的影响，显著提高了建立的直接影响矩阵的科学性和准确性。
进一步的，计算专家权重的方法包括：
S3011、建立专家能力评价体系，确定专家能力评价指标；
S3012、确定专家能力评价指标判断矩阵；专家能力评价指标判断矩阵中的元素为oij：
式中：ri为第i个专家能力评价指标的重要性排序指数，rj为第j个专家能力评价指标的重要性排序指数，rmax＝max{ri}，rmin＝min{ri}，km＝rmax/rmin；
S3013、构建专家能力传递矩阵，专家能力传递矩阵中的元素为cij，cij＝lgoij；
S3014、基于所述专家能力传递矩阵计算专家能力最优传递矩阵，专家能力最优传递矩阵中的元素为dij：
式中：n2为专家能力评价指标的总数；cik、ckj均为专家能力传递矩阵中的值；
S3015、基于所述专家能力最优传递矩阵，求解专家能力拟优一致矩阵，专家能力拟优一致矩阵中的元素为oij'为：oij'＝10dij；
S3016、基于所述专家能力拟优一致矩阵，计算各专家的权重：
式中：wk为k专家的权重。
为了削弱专家评分的主观性、专家个体的能力差异性、以及数字准确性等因素对评估结果的影响，本申请在直接影响矩阵的建立过程中，以及后续隶属度的求解过程中，都创造性的引入了为专家赋值权重的技术思路。但是，现有技术中还没有能够同时满足这两处计算的专家权重赋值方法，若专家权重的赋值不合理，反而有可能导致最终的评价结果误差更大。本方案的专家权重计算方法正是为了克服前述技术问题而专门设计。
本方案首先建立专家能力评价体系，影响专家能力的因素是用于评估专家贡献度的基础，而这些影响指标即可作为专家能力评价指标，对这些指标进行重要性排序并得到对应的专家能力评价指标判断矩阵，将该判断矩阵转化为传递矩阵，并依次得到最优传递矩阵、拟优一致矩阵，最终得到每位专家的权重。本方案所限定的专家权重计算方法，可以定量体现不同专家在对埋地输气管道滑坡风险预测下的个人能力差异，进而显著削弱专家的主观性和专家个体差异性对评分结果的干扰，获得更加可靠和客观的评价结果。
进一步的，所述专家能力评价指标包括个人职称、专业经验和教育背景。本方案通过个人职称、专业经验和教育背景作为专家能力评价体系中的评价指标，此三种指标可稳定量化，进而稳定体现各专家的专业优势和专业水平，科学合理的赋予专家贡献度。
进一步的，基于所述指标直接影响矩阵计算各风险评价指标的影响权重的方法包括：
S303、对直接影响矩阵做归一化处理，得到规范化直接影响矩阵；
S304、基于规范化直接影响矩阵计算综合影响矩阵；
S305、基于综合影响矩阵，依次计算得到影响度矩阵、被影响度矩阵、中心度矩阵和原因度矩阵；
S306、计算风险评价指标的影响权重：
式中：wi 2为第i个风险评价指标的影响权重；Si为关系矩阵中的第i个元素；Di为影响度矩阵中的第i个元素，由综合影响矩阵中第i行元素求和得到；Rj为被影响度矩阵中的第j个元素，由综合影响矩阵中第j行元素求和得到。
进一步的，通过如下公式计算各风险评价指标的综合权重：
式中：Wi为第i个风险评价指标的综合权重；wi 1为第i个风险评价指标的初始权重；wi 2为第i个风险评价指标的影响权重。
本方案中的综合权重计算公式能够充分考虑同层与上下层之间的风险评价指标的综合影响，有利于提高评价准确性。
进一步的，所述风险等级隶属度矩阵通过如下方法计算：
S501、对埋地输气管道滑坡灾害风险划分风险评价等级；
S502、采用专家评分法对所有二级指标Am在所述风险评价等级下进行定量评价，得到定量评价结果，并通过如下公式求解隶属度：
式中：m为二级指标数量；umn0为二级指标Am在风险等级Vn0下的隶属度，n0＝1,2,3,4,5；Xk为k专家对二级指标Am的定量评分；l为将二级指标Am的风险等级评估为Vn0的专家人数；wk为k专家的权重；
S503、在得到每个二级指标在各风险等级下的隶属度后，分别按照一级指标构建该一级指标下所包含二级指标的风险等级隶属度矩阵Up：
式中：p为一级指标数量；q为该一级指标所下设的二级指标数量；
S504、在各一级指标的自身范围内，对下设的所有二级指标对应的综合权重做归一化处理，得到归一化后的权重向量；
S505、将各一级指标所对应的风险等级隶属度矩阵Up，与对应一级指标所包含二级指标的所述归一化后的权重向量相乘，得到该一级指标的模糊评价向量；
S506、组合所有一级指标的模糊评价向量，得到风险等级隶属度矩阵U。
本方案共划分五个风险评价等级，在对二级指标的隶属度求解过程中充分考虑了专家权重的影响，在完成所有二级指标在各风险等级下的隶属度计算后，对应得到各一级指标的风险等级隶属度矩阵，最终得到包含所有一级指标的风险等级隶属度矩阵，该矩阵充分体现了各二级指标的影响，显著提高了评价精确度和准确性。
进一步的，将所述综合权重与所述风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判的方法包括：将风险等级隶属度矩阵U与对应的一级指标的综合权重相乘，得到风险评价结果，用于评估预警等级。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，针对现有基于管道力学分析的风险评价方法存在评估流程复杂、需高水平力学知识储备，进而导致工程操作性低等问题，摒弃了现有技术中通过对管道进行力学分析来实现风险评估的技术思路，简化了流程，显著提高了工程可操作性，可在埋地输气管道的运营过程中简化评估流程、降低对运营者的有限元建模水平要求，为管理者提供科学合理的滑坡风险预警依据。
2、本发明一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，能够实现对埋地输气管道滑坡风险的完全量化分析，克服了传统的定性评价方式主观性过强的缺陷。
3、本发明一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，可通过对风险评价指标体系的针对性构建，得到针对性的风险评价指标，进而在后续的评价过程中充分考量了各评价指标间复杂的相互作用与相互影响关系，使得评价结果更加科学合理，最终的预警结果更加准确且有效。
4、本发明一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，通过赋予专家权重的方式展现各位专家在个人评估能力上的差异，能够有效削弱专家评分的主观性、专家个体的能力差异性、以及数字准确性等因素对评估结果的影响，显著提高了评价过程的科学性和准确性。
5、本发明一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，请求保护了埋地输气管道专家评价过程中的专家权重计算方法，所得到的专家权重在直接影响矩阵的建立过程中、以及隶属度的求解过程中均能适用，可以定量体现不同专家在对埋地输气管道滑坡风险预测下的个人能力差异，进而显著削弱专家的主观性和专家个体差异性对评分结果的干扰，获得更加可靠和客观的评价结果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，主要方法流程如下：
步骤一、构建埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系，确定风险评价指标；
本实施例所构建的风险评价指标体系包括目标层、准则层和指标层。其中，准则层包括地质灾害易发性、管道易损性两大评价准则；地质灾害易发性所对应的指标层为滑坡发生概率、滑坡防治措施，管道易损性所对应的指标层为管道失效概率、管道防护措施。
基于指标层所建立的一级指标可以是根据《油气管道地质灾害风险管理技术规范》(SY/T6828-2017)所得出的评价指标，二级指标可以在其基础上，根据地形、地质诱因、工程因素等实际情况进行设置。
本实施例的风险评价指标中的一级指标可确定为滑坡发生概率、滑坡防治措施、管道失效概率、管道防护措施。再基于上述一级指标，从科学性、合理性、适应性、全面性和可行性原则出发，结合滑坡成因机制及实地调研勘察的情况，以及埋地输气管道的工程情况，得到本实施例中对应的二级指标如下：
滑坡发生概率：下设坡度、坡面形态、土体类型、现今变形、土体状态、滑体特征、人类工程活动、24h最大降雨、地震烈度共9个二级指标；
滑坡防治措施：下设坡面防护、风化防护、抗滑加固和截水排水共4个二级指标；
管道失效概率：下设管道埋深、管道位置、管道敷设方式3个二级指标；
管道防护措施：下设管沟回填、管道保护层2个二级指标。
步骤二、确定风险评价指标的判断矩阵、直接影响矩阵；本步骤中对一级指标和二级指标分别计算对应的判断矩阵、直接影响矩阵。
其中，确定风险评价指标的直接影响矩阵的方法包括
计算专家权重；
将各风险评价指标间的相互影响因素划分为若干等级；
建立直接影响矩阵M：
式中：mij为相互影响因素i对相互影响因素j的直接影响度；i为直接影响矩阵中的行数，且i＝1,2,…,m；j为直接影响矩阵中的列数，且j＝1,2,…,n；wk为k专家的权重；n为专家总数；m为相互影响因素的等级数；且当i＝j时，mij＝0。本实施例中，取m＝5。
步骤三、基于所述判断矩阵计算各风险评价指标的初始权重，基于所述指标直接影响矩阵计算各风险评价指标的影响权重；
其中，计算影响权重的方法包括：
对直接影响矩阵M做归一化处理，得到规范化直接影响矩阵N；
计算综合影响矩阵T：T＝N(I-N)-1；其中I为单位矩阵；
基于综合影响矩阵T，计算影响度矩阵D、被影响度矩阵R、中心度矩阵P、原因度矩阵E、关系矩阵S，最终计算得到各指标的影响权重：
Pi＝Di+Rj；Ei＝Di-Rj、Si＝DiRj
式中：Tij为综合影响矩阵中第i行、第j列的元素；wi 2为第i个风险评价指标的影响权重；Si为关系矩阵中的第i个元素；Di为影响度矩阵中的第i个元素，由综合影响矩阵中第i行元素求和得到；Rj为被影响度矩阵中的第j个元素，由综合影响矩阵中第j列元素求和得到；Pi为中心度矩阵中的第i个元素；Ei为原因度矩阵中的第i个元素。
步骤四、根据所述初始权重和影响权重，计算各风险评价指标的综合权重：
式中：Wi为第i个风险评价指标的综合权重；wi 1为第i个风险评价指标的初始权重；wi 2为第i个风险评价指标的影响权重。
步骤五、计算所有风险评价指标的风险等级隶属度矩阵，具体计算方法包括：
步骤六、将所述综合权重与所述风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判，得到风险评价结果；
步骤七、基于风险评价结果进行风险预警。
实施例2：
一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，在实施例1的基础上，本实施例对于计算各风险评价指标的初始权重的方法，采用与计算专家权重相一致的计算方法。
以计算专家权重为例，其过程包括：
(1)建立专家能力评价体系，确定专家能力评价指标；
(2)建立专家能力评价指标的比较矩阵B：
式中：bij＝0时，i指标没有j指标重要；bij＝1时，二者同样重要；bij＝2时，i指标比j指标更重要。
(3)计算各专家能力评价指标间的重要性排序指数ri：
(4)构建专家能力评价指标判断矩阵；专家能力评价指标判断矩阵中的元素为oij：
式中：ri为第i个专家能力评价指标的重要性排序指数，rj为第j个专家能力评价指标的重要性排序指数，rmax＝max{ri}，rmin＝min{ri}，km＝rmax/rmin；
(5)构建专家能力传递矩阵，专家能力传递矩阵中的元素为cij，cij＝lgoij；
(6)基于所述专家能力传递矩阵计算专家能力最优传递矩阵，专家能力最优传递矩阵中的元素为dij：
式中：n2为专家能力评价指标的总数；cik、ckj均为专家能力传递矩阵中的值；
(7)基于所述专家能力最优传递矩阵，求解专家能力拟优一致矩阵，专家能力拟优一致矩阵中的元素为oij'为：oij'＝10dij；
(8)基于所述专家能力拟优一致矩阵，计算各专家的权重：
式中：wk为k专家的权重。
本实施例中的专家能力评价指标为个人职称、专业经验和教育背景。其中专业经验以从事油气管道风险的工作年限作为量化标准，教育背景以最高学历作为量化标准。
在上述计算过程中，将专家能力评价体系替换为埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系、将专家能力评价指标替换为风险评价指标，即可用于本申请中对应求得一级指标和/或二级指标的初始权重。
实施例3：
一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，在实施例1或2的基础上，所需的风险等级隶属度矩阵通过如下方法计算：
(1)对埋地输气管道滑坡灾害风险划分风险评价等级；本实施例采用5级风险评价等级对埋地输气管道滑坡灾害风险指标进行了划分：风险等级由低到高分别为低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险。
(2)采用专家评分法对所有二级指标Am在5级风险评价等级下分别进行定量评价，得到定量评价结果，并通过如下公式求解隶属度：
式中：m为二级指标数量；umn0为二级指标Am在风险等级Vn0下的隶属度，n0＝1,2,3,4,5，其中n0＝1代表低风险，n0＝2代表较低风险，n0＝3代表中风险，n0＝4代表较高风险，n0＝5代表高风险；Xk为k专家对二级指标Am的定量评分；l为将二级指标Am的风险等级评估为Vn0的专家人数；wk为k专家的权重；
(3)在得到每个二级指标在各风险等级下的隶属度后，分别按照一级指标构建该一级指标下所包含二级指标的风险等级隶属度矩阵Up：
式中：p为一级指标数量；q为该一级指标所下设的二级指标数量；
(4)在各一级指标的自身范围内，对下设的所有二级指标对应的综合权重做归一化处理，得到归一化后的权重向量；
(5)将各一级指标所对应的风险等级隶属度矩阵Up，与对应一级指标所包含二级指标的所述归一化后的权重向量相乘，得到该一级指标的模糊评价向量；
(6)组合所有一级指标的模糊评价向量，得到风险等级隶属度矩阵U。
本实施例最终通过如下方法进行风险预警：将风险等级隶属度矩阵U与对应的一级指标的综合权重相乘，得到风险评价结果，评估预警等级。
本实施例中，根据滑坡对埋地输气管道安全的威胁及管道维抢修所需时间，构建关注级、警示级、警报级的三级预警等级，为管道的安全管理以及发生灾害后能够及时进行维护和抢修提供帮助。三级预警等级与5级风险评价等级的对应关系为：
关注级：对应的管道风险评价等级为低风险和较低风险。
警示级：对应的管道风险评价等级为中风险。
警报级：对应的管道风险评价等级为较高风险和高风险。
实施例4：
本实施例以位于甘肃省境内的某天然气长输管道遭遇滑坡的某段管段为例，来验证本申请风险预警方法的可行性。
该处滑坡为一沿土体内软弱带滑动的浅层土质滑坡，滑坡前缘发育冲沟，临空较好，局部变形主要发生在滑坡后缘区域，产生明显拉张裂缝。滑坡所在坡面起伏不大，坡度约为15°-30°，坡向260°，滑坡体宽度20-28m，纵向长50-62m，滑坡体厚度2.6-3.6m，滑坡区属构造剥蚀低中山斜坡地貌，上陡下缓。滑坡平面形态呈圈椅状，剖面形态整体呈折线形，滑体以马兰黄土为主，滑带为土体内软弱带，现已修建抗滑治理工程。埋地管道从滑坡后部横向穿越，埋深为1.5m，管材等级为X80，回填土达到压实标准，位于人烟稀少地区。
在所有的18项二级指标中，共包含了5项定量指标、13项定性指标。采取邀请专家评价的方式，将定性指标评价转化为定量评价。本实施例根据埋地输气管道滑坡灾害风险评价体系与5级风险评价等级划分，邀请了10位油气管道风险管理专家，采用5级风险因素评价语言对埋地输气管道滑坡灾害风险指标进行评价。
根据实施例2中的专家权重计算方法，所得到的专家权重以向量形式表达为：专家权重向量Wk＝(0.359,0.24,0.154,0.097,0.06,0.037,0.023,0.015,0.009,0.006)。
基于上述专家权重，求得各二级指标的综合权重如表1所示，并可根据表1计算得到各一级指标的综合权重。
表1二级指标的综合权重
| 二级指标 | 综合权重 |
| 坡度C11 | 0.0738 |
| 坡面形态C12 | 0.0426 |
| 土体类型C13 | 0.0512 |
| 高差C14 | 0.0584 |
| 土体状态C15 | 0.1559 |
| 变形迹象C16 | 0.1641 |
| 人类工程活动C17 | 0.0293 |
| 24h最大降雨C18 | 0.0139 |
| 地震烈度C19 | 0.0184 |
| 截排水C21 | 0.0111 |
| 抗滑加固C22 | 0.0953 |
| 风化防护C23 | 0.0228 |
| 坡面防护C24 | 0.1016 |
| 管道埋深C31 | 0.0285 |
| 管道位置C32 | 0.0343 |
| 敷设方式C33 | 0.0233 |
| 管沟回填C41 | 0.0618 |
| 管道保护层C42 | 0.0137 |
本实施例得到的二级指标定量评价结果如表2所示。
表2定量评价结果
之后，根据本申请方法计算得到四个一级指标的模糊评价向量分别为：
E1＝(0.0430,0.2061,0.5726,0.0979,0.0804)；
E2＝(0.0289,0.3276,0.3642,0.2301,0.0492)；
E3＝(0，0.0955,0.5262,0.2271,0.1512)；
E4＝(0.0491,0.2652,0.5820,0.0781,0.0256)。
组合以上四个模糊评价向量，即可得到风险等级隶属度矩阵，进而再根据由表1计算得到的各一级指标的综合权重，得到最终的风险评价结果为：E＝(0.035,0.219,0.531,0.138,0.077)。
可以看出，本实施例所得到的风险评价结果中，低风险等级的隶属度为0.035，较低风险等级隶属度为0.219，中风险等级隶属度为0.531，较高风险等级隶属度为0.138，高风险等级的隶属度为0.077。根据最大隶属度原则，此埋地输气管道的滑坡灾害风险等级为中风险，即警示级预警，这与现场专业人员勘察并结合《GB/T 40702-2021油气管道地质灾害防护技术规范》的预警等级一致，证明了本申请的预警方法、以及基于本方法所建立的预警模型能够运用于滑坡作用下埋地输气管道的实际安全预警工作，评价模型操作简便易操作且准确性高，具有良好的工程实用性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (10)
1.一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建埋地输气管道滑坡灾害风险评价指标体系，确定风险评价指标；
S2、确定风险评价指标的判断矩阵、风险评价指标的直接影响矩阵；
S3、基于所述判断矩阵计算各风险评价指标的初始权重，基于所述指标直接影响矩阵计算各风险评价指标的影响权重；
S4、根据所述初始权重和影响权重，计算各风险评价指标的综合权重；
S5、计算所有风险评价指标的风险等级隶属度矩阵；
S6、将所述综合权重与所述风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判，得到风险评价结果；
S7、基于风险评价结果进行风险预警。
2.根据权利要求1所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，所述风险评价指标包括一级指标，各一级指标均下设若干二级指标；步骤S3中对各一级指标、二级指标均计算所述初始权重和影响权重；步骤S4中对各一级指标、二级指标均计算所述综合权重。
3.根据权利要求1所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，计算各风险评价指标的初始权重的方法包括：
对各风险评价指标建立比较矩阵；
根据比较矩阵计算各风险评价指标的重要性排序指数；
根据重要性排序指数构建风险评价指标判断矩阵；
根据风险评价指标判断矩阵构建风险评价指标传递矩阵，并得到风险评价指标最优传递矩阵；
根据风险评价指标最优传递矩阵求解风险评价指标拟优一致矩阵；
根据风险评价指标拟优一致矩阵，计算各风险评价指标的初始权重。
4.根据权利要求2所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，确定风险评价指标的直接影响矩阵的方法包括：
S301、计算专家权重；
S302、将各风险评价指标间的相互影响因素划分为若干等级；
S303、建立直接影响矩阵M：
式中：mij为相互影响因素i对相互影响因素j的直接影响度；i为直接影响矩阵中的行数，且i＝1,2,…,m；j为直接影响矩阵中的列数，且j＝1,2,…,n；wk为k专家的权重；n为专家总数；m为相互影响因素的等级数；且当i＝j时，mij＝0。
5.根据权利要求4所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，计算专家权重的方法包括：
S3011、建立专家能力评价体系，确定专家能力评价指标；
S3012、确定专家能力评价指标判断矩阵；专家能力评价指标判断矩阵中的元素为oij：
式中：ri为第i个专家能力评价指标的重要性排序指数，rj为第j个专家能力评价指标的重要性排序指数，rmax＝max{ri}，rmin＝min{ri}，km＝rmax/rmin；
S3013、构建专家能力传递矩阵，专家能力传递矩阵中的元素为cij，cij＝lgoij；
S3014、基于所述专家能力传递矩阵计算专家能力最优传递矩阵，专家能力最优传递矩阵中的元素为dij：
式中：n2为专家能力评价指标的总数；cik、ckj均为专家能力传递矩阵中的值；
S3015、基于所述专家能力最优传递矩阵，求解专家能力拟优一致矩阵，专家能力拟优一致矩阵中的元素为oij'为：oij'＝10dij；
S3016、基于所述专家能力拟优一致矩阵，计算各专家的权重：
式中：wk为k专家的权重。
6.根据权利要求5所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，所述专家能力评价指标包括个人职称、专业经验和教育背景。
7.根据权利要求4所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，基于所述指标直接影响矩阵计算各风险评价指标的影响权重的方法包括：
S303、对直接影响矩阵做归一化处理，得到规范化直接影响矩阵；
S304、基于规范化直接影响矩阵计算综合影响矩阵；
S305、基于综合影响矩阵，依次计算得到影响度矩阵、被影响度矩阵、中心度矩阵和原因度矩阵；
S306、计算风险评价指标的影响权重：
Si＝DiRj；
式中：wi 2为第i个风险评价指标的影响权重；Si为关系矩阵中的第i个元素；Di为影响度矩阵中的第i个元素，由综合影响矩阵中第i行元素求和得到；Rj为被影响度矩阵中的第j个元素，由综合影响矩阵中第j行元素求和得到。
8.根据权利要求1所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，通过如下公式计算各风险评价指标的综合权重：
式中：Wi为第i个风险评价指标的综合权重；wi 1为第i个风险评价指标的初始权重；wi 2为第i个风险评价指标的影响权重。
9.根据权利要求4所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，所述风险等级隶属度矩阵通过如下方法计算：
S501、对埋地输气管道滑坡灾害风险划分风险评价等级；
S502、采用专家评分法对所有二级指标Am在所述风险评价等级下进行定量评价，得到定量评价结果，并通过如下公式求解隶属度：
式中：m为二级指标数量；umn0为二级指标Am在风险等级Vn0下的隶属度，n0＝1,2,3,4,5；Xk为k专家对二级指标Am的定量评分；l为将二级指标Am的风险等级评估为Vn0的专家人数；wk为k专家的权重；
S503、在得到每个二级指标在各风险等级下的隶属度后，分别按照一级指标构建该一级指标下所包含二级指标的风险等级隶属度矩阵Up：
式中：p为一级指标数量；q为该一级指标所下设的二级指标数量；
S504、在各一级指标的自身范围内，对下设的所有二级指标对应的综合权重做归一化处理，得到归一化后的权重向量；
S505、将各一级指标所对应的风险等级隶属度矩阵Up，与对应一级指标所包含二级指标的所述归一化后的权重向量相乘，得到该一级指标的模糊评价向量；
S506、组合所有一级指标的模糊评价向量，得到风险等级隶属度矩阵U。
10.根据权利要求9所述的一种埋地输气管道土质滑坡作用下的风险预警方法，其特征在于，将所述综合权重与所述风险等级隶属度矩阵进行模糊综合评判的方法包括：将风险等级隶属度矩阵U与对应的一级指标的综合权重相乘，得到风险评价结果，用于评估预警等级。
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