一种港口起重机金属结构安全评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，包括以下步骤：S1、基于层次分析法评判各安全指标主观权重；S2、基于熵权法评判各安全指标客观权重；S3、结合主观权重与客观权重进行组合赋权，对港口起重机各安全指标进行定权；S4、将港口起重机与各安全指标按照一定的标准划分为5个等级；S5、构造各等级灰云模型；S6、计算各安全指标对于各个安全等级的综合灰云聚类系数；S7、结合各安全指标的综合灰云聚类系数与组合权重评判该港口起重机安全等级。本发明专利技术可避免单一定权方法准确度不高的缺点，运用灰云模型兼顾安全评价过程中的模糊性与随机性问题，实现了面对港口起重机这类复杂系统的不确定性分析研究。分析研究。分析研究。

【技术实现步骤摘要】
一种港口起重机金属结构安全评价方法


[0001]本专利技术涉一种安全评估方法，更具体地说，涉及一种基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法。

技术介绍

[0002]起重机作为港口装卸的主力军，其结构复杂、工作繁重、工作条件恶劣，并且老旧门机超期服役的情况并不少见。因此，港口门座式起重机安全状况不容乐观，而对在役设备进行安全性评价是提早将风险扼杀在摇篮中、防止安全事故发生的有力保证。
[0003]目前，起重机安全评价方法应用最多的方式是层次分析法，该法缺点是受专家主观性影响较大，且缺少对于门机系统模糊性的分析研究。港口起重机是一个复杂的动态系统，操作人员、设备自身与环境、管理因素相互耦合共同影响其安全性，针对这类系统难免会遇到数据信息不完善、模糊以及不确定性等问题。不同安全指标对于整机安全的贡献存在差异，这种差异性需要通过权重来体现。只有合理的指标权重才能保证评价结果的准确。
[0004]安全指标权重的确定有以下基本原则：
[0005](1)客观性，各个安全评价指标的权重应该能够客观准确的反映出该指标对于整体安全状态的重要程度。
[0006](2)层次性，在评价指标体系中，应由低至高依层次综合确定最终权重。
[0007](3)范围性，各指标的权重范围应当合理，如果出现某项或某些项权重过大或过小，则应该重新调整评价体系。
[0008]目前常用的权重确定方法可以分为主观定权法与客观定权法：
[0009](1)主观定权法：层次分析法、德尔菲法、相邻指标比较法等。主要由专家经验人为确定各个安全指标的权重，主观定权法可以避免权重与事实相悖的情况，但主观性较强，可能会影响评价结果的准确性。
[0010](2)客观定权法：熵权法、主成分分析法、粗糙集法等。依据客观实验数据分析得到各个指标的权重，具有客观、精确的优点，但有时会出现分析结果与客观事实相悖的情况，实际应用中还受到数据量的影响。
[0011]确定港口起重机的风险因素以及其安全评价指标是对整机进行风险评价的第一步，在全面、合理的选定指标后，还需要科学的赋权法来计算各个指标各自的权重。不同指标对于整机安全的贡献存在差异，这种差异性需要通过权重来体现。只有合理的指标权重才能保证评价结果的准确。港口起重机是一个复杂的系统，在对其安全性进行评价时，有着许多不确定因素的存在，不论是安全等级边界的相关问题还是在通过相关仪器设备搜集数据过程中均存在随机性与不确定性，显然，如何利用好这些包含了随机性、模糊性以及不确定性的数据信息来对门机安全性进行合理准确的定级是一个复杂的矛盾问题。概率论、粗糙集理论以及模糊理论等方法可以用来研究不确定性问题，但是这些方法大都分别对模糊性与随机性进行研究，但两者其实是紧密相关的两方面。借助灰云模型能够充分考虑到港口起重机中存在的多种不确定性、模糊性问题，使得对门机的安全性能评价结果更加准确
与贴近实际。

技术实现思路

[0012]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，本方法可以避免单一定权法与事实相悖或准确度不高等缺点以及兼顾港口起重机中存在的不确定性以及模糊性问题。
[0013]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，包括以下步骤：
[0014]S1、基于层次分析法评判各安全指标主观权重，所述安全指标包括强度、刚度、变形、裂缝与锈蚀；
[0015]S2、基于熵权法评判各安全指标客观权重；
[0016]S3、结合主观权重与客观权重进行组合赋权，对港口起重机各安全指标进行定权；
[0017]S4、将港口起重机与各安全指标按照一定的标准划分为5个等级；
[0018]S5、构造各等级灰云模型；
[0019]S6、计算各安全指标对于各个安全等级的综合灰云聚类系数；
[0020]S7、结合各安全指标的综合灰云聚类系数与组合权重评判该港口起重机安全等级。
[0021]按上述方案，所述步骤S1中的层次分析法包括以下步骤：
[0022]S101、构造判断矩阵，由相关领域专家对各个安全指标之间的相对重要性进行判断，重要性标度值及其含义，见表5，
[0023]表5重要性标度
[0024][0025]将层次结构中同一层的诸多因素进行两两比较，依据重要性标度得到判断矩阵A＝(a
ij
)
n
×
n
，其中，a
ij
代表第i行第j列的元素，a
ij
代表第i个元素相对于第j个元素的相对重要性；
[0026]S102、一致性检验。
[0027]按上述方案，所述步骤S102中，一致性检验包括以下步骤：
[0028]S102a、计算判断矩阵的最大特征值λ，以及其对应的特征向量W，并求解其一致性指标C.I.，一致性指标C.I.计算公式如下：
[0029][0030]S102b、查表确定平均随机一致性指标R.I.
[0031]表6平均随机一致性指标
[0032][0033]S102c计算检验系数C.R.：
[0034][0035]若一致性比例C.R.满足C.R.<0.10,则判断矩阵A通过一致性检验，指标权重的计算：
[0036]A
n
×
n
·
W＝λ
·
W
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)
[0037]其中：A
n
×
n
为判断矩阵；
[0038]W为对应最大特征值λ的特征向量；
[0039]将对应最大特征值λ的特征向量W进行归一化处理所得向量W
z
即为主观权重向量。
[0040]按上述方案，所述步骤S2中的具体评判方法包括以下步骤：
[0041]S201、数据标准化处理：假设共进行m次测试，有n项评价指标即X
i
＝{x1,x2,
…
,x
n
}，记完成标准化处理后的值为y1,y2,
…
,y
m
，依据式(31)进行标准化处理；
[0042][0043]其中：x
ij
为第i个目标第j项评价指标的评价值；
[0044]y
ij
为x
ij
标准化处理之后的结果值；
[0045]min(x
ij
)为对于第j项评价指标，在m个目标中的最小值；
[0046]max(x
ij
)为对于第j项评价指标，在m个目标中的最大值；
[0047]S202、计算各个评价指标的熵值E
j
；
[0048][0049][0050]其中：E
j
为指标的信息熵值，P
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于层次分析法评判各安全指标主观权重，所述安全指标包括强度、刚度、变形、裂缝与锈蚀；S2、基于熵权法评判各安全指标客观权重；S3、结合主观权重与客观权重进行组合赋权，对港口起重机各安全指标进行定权；S4、将港口起重机与各安全指标按照一定的标准划分为5个等级；S5、构造各等级灰云模型；S6、计算各安全指标对于各个安全等级的综合灰云聚类系数；S7、结合各安全指标的综合灰云聚类系数与组合权重评判该港口起重机安全等级。2.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，层次分析法包括以下步骤：S101、构造判断矩阵，由相关领域专家对各个安全指标之间的相对重要性进行判断，重要性标度值及其含义，见表5，表5 重要性标度将层次结构中同一层的诸多因素进行两两比较，依据重要性标度得到判断矩阵A＝(a
ij
)
n
×
n
，其中，a
ij
代表第i行第j列的元素，a
ij
代表第i个元素相对于第j个元素的相对重要性；S102、一致性检验。3.根据权利要求2所述的基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，其特征在于，所述步骤S102中，一致性检验包括以下步骤：S102a、计算判断矩阵的最大特征值λ，以及其对应的特征向量W，并求解其一致性指标C.I.，一致性指标C.I.计算公式如下：S102b、查表确定平均随机一致性指标R.I.表6 平均随机一致性指标S102c计算检验系数C.R.：
若一致性比例C.R.满足C.R.<0.10,则判断矩阵A通过一致性检验，指标权重的计算：A
n
×
n
·
W＝λ
·
W
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)其中：A
n
×
n
为判断矩阵；W为对应最大特征值λ的特征向量；将对应最大特征值λ的特征向量W进行归一化处理所得向量W
z
即为主观权重向量。4.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体评判方法包括以下步骤：S201、数据标准化处理：假设共进行m次测试，有n项评价指标即X
i
＝{x1,x2,
…
,x
n
}，记完成标准化处理后的值为y1,y2,
…
,y
m
，依据式(31)进行标准化处理；其中：x
ij
为第i个目标第j项评价指标的评价值；y
ij
为x
ij
标准化处理之后的结果值；min(x
ij
)为对于第j项评价指标，在m个目标中的最小值；max(x
ij
)为对于第j项评价指标，在m个目标中的最大值；S202、计算各个评价指标的熵值E
j
；；其中：E
j
为指标的信息熵值，P
ij
为第j项评价指标下第i个目标所占的比重；S203、确定各个评价指标的权重；其中，指标权重α
j
满足权重之和为1且0≤α
j
≤1。5.根据权利要求1所述的基于组合赋权法与灰云模型的港口起重机金属结构安全评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体评判方法包括以下步骤：S301、将主观权重设为W1，客观权重设为W2，两个权重线性叠加得到综合权重W：W＝μW1+λW2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)其中：W为综合权重；W1为主观权重；W2为客观权重；μ,λ为主观权重与客观权重的加权系数；S302、依据博弈论思想，最优组合权重使得博弈双方达到平衡状态，即为主观权重W1、客观权重W2与组合权重W之间的离差之和最小，通过以下步骤实现：
建立目标函数，求解能使线性组合结果最优的加权系数μ
*
与λ
*
min(||W
‑
W1||2+||W
‑
W2||2)(36)即：min(||μW1+λW2‑
W1||2+||μW1+λW2‑
W2||2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(37)μ+λ＝1,μ,λ≥0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(38)依据微分原理令式(37)取得最小值其一阶导数条件为：将式(39)求得的加权系数μ与λ进行归一化处理，得最优组合权重W
*
为：W
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于家硕，肖汉斌，孙飞越，鄢里康，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：