一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，该方法包括步骤：1)建立评价指标物元；2)评价指标归一化处理；3)计算评价指标关联度；4)计算评价指标权重；5)确定综合关联度及评价等级。本发明专利技术引入物元可拓学中的相关函数计算各评价指标与安全等级之间的关联度，同时利用熵权法计算各评价指标的权重，在此基础上，求出待评物元等级的综合关联度，依据关联度最大原则，确定安全评价等级，最后以实例应用验证评价方法的可靠性与合理性。

A Coal Mine Safety Evaluation Method Based on Entropy Weight Matter Element Extension Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法
本专利技术涉及一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，属于煤矿安全评价

技术介绍
近年来，煤矿事故起数、重特大事故、万吨死亡率逐年下降，我国煤矿的安全生产形势取得了稳定的进展。随着各地区的煤炭资源逐步大规模的开采，进入深采阶段的矿井逐渐增多，许多矿井受到不同程度的瓦斯、粉尘、顶板等影响，在深层高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等环境和高强度采矿扰动中，矿井显得越来越频繁。为了保障煤矿深部矿井的安全开采，降低煤矿安全，减少事故的发生率，亟需对煤矿进行有效地安全现状评价。目前，针对煤矿安全评价，国内外学者进行了大量研究，其方法主要有：模糊评价法、层次分析法、概率评价法、灰色关联分析法、事故树分析法、神经网络法等，这些理论方法在安全预测、分析及评价等方面取得了较好的效果，但也存在自身的局限性，如传统的模糊评价法、灰色关联分析法及神经网络法确定权重和隶属度时，存在一定主观性，无法保证评价结果的客观性和可信性；层次分析法、事故树分析法对于非线性结构的处理能力较差，且样本较多时，计算过程复杂；概率评价法要求准确地描述系统中的不确定性，其评价结果精确度及实用性不高，有待改进。基于矿井安全系统本身具有模糊性、非线性及复杂性等特征。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，以解决上述现有技术中存在的问题。本专利技术采取的技术方案为：一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，该方法包括以下步骤：(1)建立评价指标物元N表示待评事物，c表示特征的名称，v表示N关于c所取得的量值。假设评价指标等级分为m个等级，安全评价指标为n个，则经典域为：式中：Nj(j＝1，2，…，m)表示安全等级；ci(i＝1，2，…，n)表示安全评价指标；vj表示在j等级中的第i个评价指标的量值区间；aj和bj表示安全等级与评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设安全等级为P，则节域表示为：式中：Np为安全等级p的待评对象；vpi为ci的最大量值区间，api和bpi表示安全评价等级全体所对应评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设待评物元为R，将收集到的实际指标数据表示为：式中，ci表示待评价指标，vi为ci的实际指标值，P0表示某一具体的评价对象；(2)评价指标归一化处理对经典域物元Rj及待评价物元R0进行归一化处理，公式为：(3)计算评价指标关联度点vi到有限区间vji的距离为ρ(vi，vji)，点vi到有限区间vpi的距离为ρ(vi，vpi)，其中，vi，vji，vpi分别为待评物元的量化指标值、经典域的量值区间和节域的量值区间，评价指标的关联函数计算式为：评价指标i与等级j的关联函数kj(vi)的定义为：(4)计算评价指标权重利用熵权法计算各指标的权重，假设kj(vi)＝rji，构建矩阵为：R＝(rji)m×n，(j＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n)(7)评价指标的熵Hi定义为：其中：(j＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n)，rj为矩阵经归一化处理后的元素；评价指标权重wi定义为：且满足(5)确定综合关联度及评价等级待评物元p与等级j的综合关联度Kj(p)定义为：关联度是表征两个事物之间的关联程度，且关联度值越接近1，说明相关性越好，由关联度最大原则，判定待评价物元的安全等级Kj0(p)，具体表达式为：Kj0(p)＝maxKi(p)(11)其中：式中：j*为待评物元R0的等级变量特征值。通过j*可以判断待评物元R0偏向相邻等级的程度。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术为了能够客观地处理相关指标，避免主观因素带来的偏差，增强评价整体的精准性及可操作性，克服不同评价分析方法存在的不足，结合煤矿安全指标的特点，将物元可拓分析法引入到煤矿安全评价中，同时利用熵权法确定评价指标权重，构建基于熵权物元可拓的煤矿安全评价模型，评价客观，评价精确性更好，引入物元可拓学中的相关函数计算各评价指标与安全等级之间的关联度，同时利用熵权法计算各评价指标的权重，在此基础上，求出待评物元等级的综合关联度，依据关联度最大原则，确定安全评价等级，最后以实例应用验证评价方法的可靠性与合理性。附图说明图1是样本B1～B5准则层权重。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。实施例1：一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，该方法包括以下步骤：N表示待评事物，c表示特征的名称，v表示N关于c所取得的量值。假设评价指标等级分为m个等级，安全评价指标为n个，则经典域为：式中：Nj(j＝1，2，…，m)表示安全等级；ci(i＝1，2，…，n)表示安全评价指标；vj表示在j等级中的第i个评价指标的量值区间；aj1和bj表示安全等级与评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设安全等级为P，则节域表示为：式中：Np为安全等级p的待评对象；vpi为ci的最大量值区间，api和bpi表示安全评价等级全体所对应评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设待评物元为R，将收集到的实际指标数据表示为：式中，ci表示待评价指标，vi为ci的实际指标值，P0表示某一具体的评价对象。(2)评价指标归一化处理因不同指标的等级需求存在差异，不同指标特征向量的量纲有所差别，则需要对经典域物元Rj及待评价物元R0进行归一化处理，公式为：(3)计算评价指标关联度点vi到有限区间vji的距离为ρ(vi，vji)，点vi到有限区间vpi的距离为ρ(vi，vpi)，其中，vi，vji，vpi分别为待评物元的量化指标值、经典域的量值区间和节域的量值区间，评价指标的关联函数计算式为：则评价指标i与等级j的关联函数kj(vi)的定义为：(4)计算评价指标权重利用熵权法计算各指标的权重，假设kj(vi)＝rji，构建矩阵为：R＝(rji)m×n，(j＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n)(7)评价指标的熵Hi定义为：其中：(j＝1，2，…，m；i＝1，2，…，n)，rj为矩阵经归一化处理后的元素；评价指标权重wi定义为：且满足(5)确定综合关联度及评价等级待评物元p与等级j的综合关联度Kj(p)定义为：关联度是表征两个事物之间的关联程度，且关联度值越接近1，说明相关性越好，由关联度最大原则，判定待评价物元的安全等级Kj0(p)，具体表达式为：Kj0(p)＝maxKi(p)(11)其中：式中：j*为待评物元R0的等级变量特征值。通过j*可以判断待评物元R0偏向相邻等级的程度。为了说明本专利技术的有益效果，进行如下模型验证实验：1、确定样本指标及评价等级基于科学性、系统性及可操作性等原则，在煤矿安全特征及以往开展防治工作基础上，参照煤矿安全评价的相关文献。从人员、机器、环境、管理四个层面共选取20项评价指标，建立多层次、多指标的煤矿安全评价指标体系，见表1。表1煤矿安全评价指标体系2、经典域、节域及待评价物元根据表1所示，将I－V级的煤矿安全评价指标数据进行归一化处理。建立经典域Rj及待评物元R0如下式所示：为检验熵权物元可拓模型的有效性和合理性，从煤矿样本中筛选出5个具有代表性的矿井B1、B2、B3、B4及B5作为研究样本并进行对比验证。根据矿井安全生产的特点，将矿井安全状态分为5个等级，Ⅰ级(安全)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立评价指标物元N表示待评事物，c表示特征的名称，v表示N关于c所取得的量值。假设评价指标等级分为m个等级，安全评价指标为n个，则经典域为：

【技术特征摘要】
1.一种基于熵权物元可拓模型的煤矿安全评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立评价指标物元N表示待评事物，c表示特征的名称，v表示N关于c所取得的量值。假设评价指标等级分为m个等级，安全评价指标为n个，则经典域为：式中：Nj(j＝1，2，…，m)表示安全等级；ci(i＝1，2，…，n)表示安全评价指标；vi表示在j等级中的第i个评价指标的量值区间；ai和bi表示安全等级与评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设安全等级为P，则节域表示为：式中：Np为安全等级p的待评对象；vpi为ci的最大量值区间，api和bpi表示安全评价等级全体所对应评价指标量值区间内的最小值和最大值；假设待评物元为R，将收集到的实际指标数据表示为：式中，ci表示待评价指标，vi为ci的实际指标值，P0表示某一具体的评价对象；(2)评价指标归一化处理对经典域物元Rj及待评价物元R0进行归一化处理，公式为：(3)计算评...

【专利技术属性】
技术研发人员：李希建，华攸金，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52