一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法技术

本发明专利技术提供一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法。包括：第一步，第三方破坏事故因素识别；第二步，风险事故场景搭建；第三步，事故后果分析，利用ESD构建起关于第三方破坏可能导致的天然气管道失效后果的序列图；第四步，节点概率计算；第五步，耦合FT和ESD的DBN动态定量建模；第六步，基于DBN模型的第三方事故概率动态分析；第七步，根据失效概率分析结果总结出风险管控措施。本发明专利技术方法通过调取历史数据、模糊综合评价方法计算各个因素的发生概率，并将其作为贝叶斯网络的输入数据信息推理得到管道的失效风险概率，借此概率信息结合事故后果分析方法进行提前预警。预警。预警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法


[0001]本专利技术涉及天然气管道破坏事故预警方法
，特别是关于一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法。

技术介绍

[0002]随着能源行业天然气需求量的增加，管道输送无疑取代了其他输送方式，成为输送石油天然气等介质最高效、经济的方式，我国已建成的天然气管道总长超过8万公里。历史数据表明，第三方破坏已经成为威胁埋地管道结构完整性的主要因素之一。因此，针对天然气管道事故进行有效地预警并且对可能造成的后果能够进行预测，就可以有效地提高管道整体的运行可靠性。
[0003]目前，用于天然气管道失效风险评估的方法主要是层次分析法、肯特评分法、事故树分析法等等，但这些方法往往都依赖专家的主观意见，导致风险评估的结果具有互异性和不确定性，这些原因都将导致管道风险评估的结果不准确。现阶段国内行业在管道第三方破坏的风险评估通过传统方法只能实现初步地静态评估，无法很好地处理第三方事故随意性强、不可预测和不确定性的特性。
[0004]近年来为了实现事故演绎推理的可能性，贝叶斯网络作为一种用于处理不确定性问题的概率推理技术，常用于如泄漏、火灾、爆炸、钻井作业、维修活动的风险分析中。与传统的风险评估方法相比较，贝叶斯网络的优势主要在于：1) 贝叶斯网络在事故概率推理中不受主观因素的影响，在定量分析计算部分减少了人为因素的干扰，尽可能消除主观因素带来的不确定性；2)贝叶斯网络可以用于处理信息不完整的数据集，相比传统方法无法对缺失、偏差数据进行处理，贝叶斯网络模型的映射方法反应的是整个数据库中数据之间的概率关系模型，某一输入数据的缺失不干扰整个模型的精确推理；3)贝叶斯网络具有独特的参数学习、概率更新能力，当有新的观测证据作为输入信息时，贝叶斯网络模型可以利用贝叶斯定理实现概率信息的实时更新，保证输出的概率计算结果的实时性。
[0005]通过上述分析不难看出贝叶斯网络模型的特点可以很好地应对管道第三方破坏失效事故风险评估中的难点，这也是其能够成为风险评估主要工具的理由之一。但仅仅实现失效事故的分析并不能从根本上实现预警功能，需要考虑风险因素在时序上的向前发展可能才能做到风险的预警，因此选择采用动态贝叶斯网络。所谓的动态贝叶斯网络并不是指网络拓扑结果或参数是动态变化的，而是指把静态贝叶斯网络与时间因素相结合，从而形成的具有时序数据处理功能的网络模型。相较于常规BN模型，DBN模型的优势主要有以下几点：
[0006](1)考虑模型中节点的时序性特点。在DBN模型中，充分考虑节点因素的时间特性，运用可靠性理论中的隐形马尔可夫定理设置状态转移方程，以此来计算自循环节点后续各个时间片段中的发生概率，做到有效的提前预警功能。
[0007](2)在考虑节点时序性的同时保留了常规BN模型的特点。保留了常规BN 在数据分
析、概率更新等方面特性，也可以与FTA模型、ESD模型结合完成从定性分析到定量分析的过渡，完成在事故因果关系上的分析。
[0008]近些年来国外针对管道第三方破坏事故的研究则主要集中在将贝叶斯网络与其他定性分析方法相结合，实现从定性到定量评估方法的转换。目前在风险分析方法中，贝叶斯网络是针对概率系统中不确定性知识的有效分析工具，由于其在处理系统变量的各种状态、相关性和故障相关不确定性方面表现优秀，被广泛用于各种事故分析中。常常与其他分析方法(领结模型、事故树模型、Delphi 技术等)相组合，使其在事故风险评估中更加有效。但常规的贝叶斯网络模型无法解释事件对于时间的依赖性，不能根据节点在不同时间段内的动态特性进行评估预警。同时需要根据现有数据拟合出最有可能发生的后果，以达到提前管控预防的目的。因此，需要设计一种新的风险模型可以用于第三方事故对于管道破坏的风险预警和后果预测分析方法。
[0009]上述
技术介绍
旨在辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请技术方案的新创性。

技术实现思路

[0010]为解决上述
技术介绍
中提及的至少一种技术问题，本专利技术的目的旨在提出基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏风险评估及后果预测方法，旨在建立风险预警模型，通过调取历史数据、模糊综合评价方法计算各个因素的发生概率，并将其作为贝叶斯网络的输入数据信息推理得到管道的失效风险概率，借此概率信息结合事故后果分析方法进行提前预警。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0012]一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法，包括：
[0013]第一步，第三方破坏事故因素识别，从管道监测报告、EGIG、PHMSA现有资料及领域专家的意见中识别出基本事件，初步建立基本因素分析体系；
[0014]第二步，风险事故场景搭建，将第一步中的基本因素通过FT建立相互关联；
[0015]第三步，事故后果分析，利用ESD构建起关于第三方破坏可能导致的天然气管道失效后果的序列图；
[0016]第四步，节点概率计算；
[0017]第五步，耦合FT和ESD的DBN动态定量建模，将FT和ESD两种定性分析模型根据一定的映射关系得到相应的BN模型，并根据节点的时间特性确定模型中的自循环节点，确定模型中的时序因素，完成DBN模型的构建；
[0018]第六步，基于DBN模型的第三方事故概率动态分析；
[0019]第七步，根据失效概率分析结果总结出风险管控措施。
[0020]第一步中，主要分为非故意第三方损坏和故意第三方损坏。
[0021]故意第三方损坏选择从蓄意破坏管道、钻孔盗气2个方面因素进行分析。
[0022]非故意第三方损坏选择从自然因素、人为因素2个方面因素进行分析。
[0023]第二步中，将第一步中分析得到所有基本事件BEs作为FT模型中的初始事件，第三方破坏导致管道泄漏作为顶上事件，将两者以树状网络进行连接并在合适的位置加入中间
节点保证模型的连贯性。
[0024]第三步中，第三方破坏的作用形式考虑的失效类型有变形、表面破坏和断裂三种。
[0025]第四步中，包括基本事件、后果概率的计算，本方法所需基本事件(BEs) 的概率通过两种方法得到，一是通过管道调查报告、EGIG、PHMSA等文献数据库直接搜索得到发生概率；二是对于没有查询到的发生概率的BEs，选择采用模糊综合评价方法将专家对于事件的定性评价转换为定量评价进而计算出发生概率。
[0026]选择梯形模糊数(TZFN)来描述专家判断语言，再根据专家层次权重结合一定规则转换为模糊数，并进一步通过计算出发生概率。
[0027]第五步中，DBN动态定量建模基于如下假设：
[0028]1)各个基本事件之间相互独立；
[0029]2)同一因素的子节点之间条件独立；
[0030]3)管道失效事故只受本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态贝叶斯网络的天然气管道第三方破坏事故预警方法，其特征在于包括：第一步，第三方破坏事故因素识别，从管道监测报告、EGIG、PHMSA现有资料及领域专家的意见中识别出基本事件，初步建立基本因素分析体系；第二步，风险事故场景搭建，将第一步中的基本因素通过FT建立相互关联；第三步，事故后果分析，利用ESD构建起关于第三方破坏可能导致的天然气管道失效后果的序列图；第四步，节点概率计算；第五步，耦合FT和ESD的DBN动态定量建模，将FT和ESD两种定性分析模型根据一定的映射关系得到相应的BN模型，并根据节点的时间特性确定模型中的自循环节点，确定模型中的时序因素，完成DBN模型的构建；第六步，基于DBN模型的第三方事故概率动态分析；第七步，根据失效概率分析结果总结出风险管控措施。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一步中，主要分为非故意第三方损坏和故意第三方损坏；故意第三方损坏选择从蓄意破坏管道、钻孔盗气2个方面因素进行分析；和/或非故意第三方损坏选择从自然因素、人为因素2个方面因素进行分析。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第二步中，将第一步中分析得到所有基本事件BEs作为FT模型中的初始事件，第三方破坏导致管道泄漏作为顶上事件，将两者以树状网络进行连接并在合适的位置加入中间节点保证模型的连贯性。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第三步中，第三方破坏的作用形式考虑的失效类型有变形、表面破坏和断裂三种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第四步中，包括基本事件、后果概率的计算，本方法所需基本事件(BEs)的概率通过两种方法得到，一是通过管道调查报告、EGIG、PHMSA等文献数据库直接搜索得到发生概率；二是对于没有查询到的发生概率的BEs，选择采用模糊综合评价方法将专家对于事件的定性评价转换为定量评价进而计算出发生概率；选择梯形模糊数(TZFN)来描述专家判断语言，再根据专家层次权重结合一定规则转换为模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪炳沅，竺柏康，郭健，邵博文，宋德斌，黄江华，李翠翠，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：