基于熵值法的燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)

鄧紅星，李嘉璐，張文會(huì)，李昕光

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

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基于熵值法的燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)

鄧紅星，李嘉璐，張文會(huì)，李昕光

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

為了排查燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全因素，評(píng)價(jià)燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全水平，建立了以駕駛員、車(chē)輛、環(huán)境和管理安全為準(zhǔn)則層，以職業(yè)素質(zhì)、車(chē)輛安全性和加氣站設(shè)備安全性等為指標(biāo)層的安全評(píng)價(jià)體系。為了量化評(píng)價(jià)燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全水平，建立了以熵值法確定指標(biāo)權(quán)重的模糊綜合評(píng)判模型。通過(guò)調(diào)查燃?xì)夤黄髽I(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用該模型計(jì)算公交系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)水平，確定其安全等級(jí)。結(jié)果表明：建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系較合理?；陟刂捣ǖ哪：C合評(píng)判模型具有一定的實(shí)用性，研究結(jié)果對(duì)發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全隱患、提高燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全等級(jí)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

燃?xì)夤?；安全評(píng)價(jià)；熵值法；模糊評(píng)價(jià)模型

燃?xì)夤皇且砸夯烊粴?LNG)作為燃料的公共汽車(chē)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是低排放、節(jié)能環(huán)保。LNG發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲低，排放的氮氧化合物、碳?xì)浠衔锖吞佳趸餅槠胀òl(fā)動(dòng)機(jī)的1/4左右，顆粒物排放幾乎為零。2003年，北京、烏魯木齊、長(zhǎng)沙和貴陽(yáng)開(kāi)始燃?xì)夤卉?chē)示范應(yīng)用。截至目前，我國(guó)大多省會(huì)城市都已推廣使用LNG公交車(chē)。

隨著燃?xì)夤坏钠占?，燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全問(wèn)題也日益突出。每年因電路自燃、燃料泄露等引起的安全事故常有發(fā)生，因此，建立燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)駕駛?cè)?、?chē)輛和環(huán)境等的安全管理至關(guān)重要。目前，用于公交安全評(píng)價(jià)方法主要有4種：絕對(duì)數(shù)法、事故率法、事故強(qiáng)度分析法和模型法[2]。絕對(duì)數(shù)法直觀簡(jiǎn)單，但不能揭示公交安全的實(shí)質(zhì)；事故率法可反映公交安全的不同側(cè)面， 但采用不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)得出的結(jié)果卻不甚相同,甚至自相矛盾；事故強(qiáng)度分析法還未發(fā)展成熟，目前對(duì)于一些問(wèn)題還未達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)[2]。本文采用模糊評(píng)價(jià)模型法.該方法是基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，可以把定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題。當(dāng)問(wèn)題受到多種因素影響時(shí)，可以應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。模糊評(píng)級(jí)法的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)果清晰，且具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性。本文在多方面考慮影響安全評(píng)價(jià)因素的基礎(chǔ)上，確定直接有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用熵值法確定其權(quán)重，建立較為實(shí)用的評(píng)價(jià)模型。

1　安全評(píng)價(jià)體系的建立

1.1準(zhǔn)則層

通過(guò)對(duì)諸多燃?xì)夤皇鹿拾咐姆治鯷3]，駕駛?cè)?、?chē)輛、環(huán)境和管理機(jī)制等單一或綜合因素是其主要致因[4]。當(dāng)以上4個(gè)因素都處于相對(duì)安全狀態(tài)時(shí)，整個(gè)燃?xì)夤幌到y(tǒng)的安全程度相對(duì)較高。所以，本研究選擇駕駛?cè)?、?chē)輛、環(huán)境和管理機(jī)制作為指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層，見(jiàn)圖1。

1.2指標(biāo)層

在建立模型的過(guò)程中首先確定模型中的評(píng)價(jià)指標(biāo)以便直觀地揭示系統(tǒng)效用。在建立的系統(tǒng)中，評(píng)價(jià)指標(biāo)要能從多角度全面體現(xiàn)系統(tǒng)整體安全水平。組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)既要保證彼此之間存在一定的層次聯(lián)系，又要保證能獨(dú)自列出，體現(xiàn)系統(tǒng)安全水平的一個(gè)方面[5]。根據(jù)燃?xì)夤皇鹿实陌咐治?，確定職業(yè)素質(zhì)、車(chē)輛安全性、加氣站安全性以及安全制度完善程度等13個(gè)指標(biāo)作為指標(biāo)層，見(jiàn)圖1。

圖1　燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

2　安全評(píng)價(jià)模型的建立

2.1熵值法確定指標(biāo)權(quán)重

熵是表明體系不確定性、無(wú)序程度的度量，可用于判斷事件的隨機(jī)性和無(wú)序性，也可判斷指標(biāo)的離散程度。熵值法通過(guò)突出局部差異來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而計(jì)算各樣本綜合得分。通過(guò)熵值法確定的指標(biāo)權(quán)重是一個(gè)相對(duì)數(shù)值，因此熵值法適用于多指標(biāo)的相對(duì)評(píng)價(jià)[6]。

熵值法避免了主觀因素，可以較客觀地確定各指標(biāo)的權(quán)重，使評(píng)價(jià)結(jié)果較為科學(xué)。在研究公交系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)時(shí)，需要根據(jù)影響安全的因素找出多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，屬于多指標(biāo)的相對(duì)評(píng)價(jià)，符合熵值法的應(yīng)用范圍。當(dāng)評(píng)價(jià)對(duì)象的某項(xiàng)指標(biāo)值離散程度較大時(shí)，熵值較小，說(shuō)明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，其權(quán)重也應(yīng)較大；反之，若某項(xiàng)指標(biāo)值離散程度較小，熵值較大，說(shuō)明該指標(biāo)提供的信息量較小，其權(quán)重也應(yīng)較小。

2.2熵值法確定確定權(quán)重的步驟

1) 數(shù)據(jù)的收集和整理。如果對(duì)n個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較，每一個(gè)指標(biāo)有m個(gè)子指標(biāo)，則可以得到此指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣：

2) 將矩陣轉(zhuǎn)化處理得到

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣為

根據(jù)公式歸一化上述矩陣Y可得

(1)

標(biāo)準(zhǔn)化處理矩陣后得到

3) 根據(jù)公式計(jì)算指標(biāo)熵值為

(2)

式中：0≤e≤1，在系統(tǒng)完全無(wú)序的狀態(tài)下e=1；pij=1/n；k=1/lnn。

4) 評(píng)價(jià)指標(biāo)中權(quán)重的確定。熵值法的原理是計(jì)算指標(biāo)的信息無(wú)序程度，無(wú)序系數(shù)越大，對(duì)待評(píng)價(jià)系統(tǒng)的最終評(píng)價(jià)的影響就越嚴(yán)重[7]。第j指標(biāo)的權(quán)重wj可以表示為

(3)

其中dj為差異性系數(shù)，dj=1-ej。

2.3模糊評(píng)價(jià)模型

在計(jì)算得到所有指標(biāo)權(quán)重之后，還要對(duì)所考慮的問(wèn)題進(jìn)行定量評(píng)價(jià),建立模型。本文應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)模型法建立模型。模糊評(píng)價(jià)是使用模糊數(shù)學(xué)綜合決策的方法來(lái)對(duì)一個(gè)多指標(biāo)的系統(tǒng)進(jìn)行最終協(xié)調(diào)決策。這個(gè)方法經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐應(yīng)用，被專(zhuān)家和學(xué)者們證明是一種明確、簡(jiǎn)潔的安全等級(jí)評(píng)價(jià)方法。

1) 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集。建立和系統(tǒng)最終評(píng)價(jià)結(jié)果有關(guān)的各個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的集合：

2) 確定評(píng)語(yǔ)評(píng)價(jià)集。需評(píng)價(jià)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)指標(biāo)變化程度劃分集合：

3) 確定隸屬度。隸屬度是評(píng)價(jià)指標(biāo)集U的各種指標(biāo)，相對(duì)于評(píng)價(jià)集V中各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬程度，通常該值在0～1之間。

4) 確定模糊評(píng)價(jià)矩陣。以rij表示隸屬度，建立評(píng)判者對(duì)某一指標(biāo)評(píng)價(jià)的結(jié)果矩陣：

5) 確定權(quán)重集。權(quán)重集表示各個(gè)因素在對(duì)象系統(tǒng)中的相對(duì)比重，用來(lái)對(duì)模糊評(píng)價(jià)矩陣R作加權(quán)處理。

6) 進(jìn)行初級(jí)評(píng)價(jià)。將權(quán)重集A與評(píng)價(jià)矩陣R用合成算子計(jì)算得到評(píng)價(jià)總結(jié)果B，可以表示為

7) 進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。利用最大隸屬度原則進(jìn)行最終總評(píng)價(jià)，即

Br=max{b1，b2，…，bn}

r是被評(píng)價(jià)系統(tǒng)所映射的綜合評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)等級(jí)。

根據(jù)模糊評(píng)價(jià)模型的計(jì)算需要，必須要選擇合適的合成算子，才能正式完成對(duì)最終目標(biāo)和整個(gè)系統(tǒng)的模糊評(píng)價(jià)。本文選用合成算子M(∧,∨)。

(4)

3　實(shí)例計(jì)算

3.1熵值法確定指標(biāo)權(quán)重

對(duì)某企業(yè)員工進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)后建立評(píng)價(jià)矩陣并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。建立駕駛員的評(píng)價(jià)矩陣R1、車(chē)輛的評(píng)價(jià)矩陣R2、環(huán)境的評(píng)價(jià)矩陣R3、管理的評(píng)價(jià)矩陣R4：

由式(2)、(3)計(jì)算出指標(biāo)的熵值及客觀權(quán)重，得到的權(quán)重值如表1所示。

表1　燃?xì)夤贿\(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)體系各指標(biāo)綜合權(quán)重值

3.2模糊評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用

1) 1級(jí)模糊評(píng)價(jià)。上述過(guò)程已經(jīng)計(jì)算得出駕駛員安全指標(biāo)的綜合權(quán)重為W1，其模糊判斷矩陣為R1。經(jīng)過(guò)模糊模型處理可以得到駕駛員安全指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣B1、車(chē)輛安全指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣B2、環(huán)境安全指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣B3、管理安全指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣B4：

B1=(0.438,0.3815,0.1805,0.156,0.028)

B2=(0.4426,0.296,0.1919,0.112,0.039)

B3=(0.4352,0.33,0.274,0.173,0.039)

B4=(0.3825,0.2753,0.168,0.134,0.022)

建立總目標(biāo)層次A的模糊綜合評(píng)判矩陣：

R=(B1,B2,B3,B4)T=

2) 2級(jí)模糊評(píng)價(jià)。某燃?xì)夤贿\(yùn)營(yíng)整體安全評(píng)價(jià)向量為

B=(0.294 3, 0.275 3, 0.232 6, 0.173, 0.039)

3) 隸屬度確定。根據(jù)總目標(biāo)總體評(píng)價(jià)向量B，由maxB=0.294 3及最大隸屬度原則可知：該企業(yè)基本隸屬于第1級(jí)企業(yè)的程度最大，安全化程度比較好。

4) 綜合模糊評(píng)價(jià)。對(duì)的向量B進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到綜合模糊評(píng)價(jià)的向量：

B=(0.290 2, 0.271 4, 0.229 4, 0.170 6, 0.038 4)

分別給各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)賦值，如表2所示。

表2　企業(yè)安全等級(jí)分值

得分越高代表企業(yè)安全運(yùn)營(yíng)條件越優(yōu)秀，反之，得分越低則代表運(yùn)營(yíng)條件越低劣，分?jǐn)?shù)不及格則代表企業(yè)并沒(méi)有擁有能安全運(yùn)營(yíng)的條件。將對(duì)企業(yè)評(píng)價(jià)所得的分?jǐn)?shù)與分值表對(duì)照，確定目前該企業(yè)管理水平所處的安全等級(jí)，并及時(shí)了解需要進(jìn)行何種調(diào)整。對(duì)于那些總分?jǐn)?shù)不及格的企業(yè)，相應(yīng)的監(jiān)督管制部門(mén)應(yīng)當(dāng)馬上督促其停業(yè)，重建企業(yè)安全管理文化，驗(yàn)收合格后方能正常經(jīng)營(yíng)。得到該燃?xì)夤黄髽I(yè)的本質(zhì)安全化總分為

P=B×γ=(0.290 2, 0.271 4, 0.229 4,

同理，對(duì)該企業(yè)其余所有人員、車(chē)輛、環(huán)境、管理分別進(jìn)行得分計(jì)算可得：

P1=82.575，P2=77.493

P3=78.594，P4=71.388

5) 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析。把上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)照之前提出的企業(yè)等級(jí)分級(jí)表，可以得到該燃?xì)夤黄髽I(yè)安全評(píng)價(jià)，見(jiàn)表3。

表3　某公交企業(yè)安全等級(jí)評(píng)價(jià)

由表3的各項(xiàng)得分可以發(fā)現(xiàn)：該企業(yè)各項(xiàng)指標(biāo)基本都屬于等級(jí)3“基本滿意”，本質(zhì)安全也處于 “基本滿意”等級(jí)，可以認(rèn)為該企業(yè)基本滿足安全運(yùn)營(yíng)條件。但是，企業(yè)安全管理不能滿足現(xiàn)狀，仍然需要繼續(xù)完善安全管理機(jī)制和安全運(yùn)營(yíng)條件。盡快提高本質(zhì)安全化程度，達(dá)成優(yōu)秀的安全運(yùn)營(yíng)條件，保障企業(yè)員工擁有安全的工作環(huán)境，促進(jìn)企業(yè)的安全運(yùn)營(yíng)和穩(wěn)定發(fā)展。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文利用模糊評(píng)價(jià)法建立了燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)體系，確定3個(gè)層次共13個(gè)影響指標(biāo)。應(yīng)用熵值法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。在進(jìn)行安全評(píng)價(jià)過(guò)程中，分2步進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)并確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)。應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了模型的可行性，得出某燃?xì)夤黄髽I(yè)分指標(biāo)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和總體評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，其多數(shù)分指標(biāo)處于“基本滿意”級(jí)別，系統(tǒng)總體也處于“基本滿意”級(jí)別，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)模型的有效性。該模型為企業(yè)安全管理提供了一定的理論依據(jù)，可幫助企業(yè)明確管理方向、消除安全隱患，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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(責(zé)任編輯劉舸)

Safety Evaluation for LNG Bus System Based on Entropy Method

DENG Hong-xing, LI Jia-lu， ZHANG Wen-hui, LI Xin-guang

(School of Traffic, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

In order to examine the safety factors of gas transport system and evaluate the safety level of gas transport system, we established safety evaluation system which takes drivers, vehicles, environment and safety management as its criterion level and professional quality, vehicle safety and LPG station equipment security system as its index level. For the quantitative evaluation of gas transport system safety level, we set up fuzzy comprehensive evaluation model with entropy value method to determine the index weight. Finally, through the investigation and the related data of gas bus companies, the level of safety evaluation of bus system was calculated with the model and their level of security was determined. Results show that the established evaluation index system is reasonable, and the fuzzy comprehensive evaluation model based on entropy method is practical, and the results has a certain application value to find the safe hidden trouble of gas transport system and improve the safety of gas transport system.

LNG bus; safety evaluation; entropy value method; fuzzy evaluation model

2016-06-23

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金資助項(xiàng)目(15YJA630009)

鄧紅星(1969—)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，主要從事交通運(yùn)輸系統(tǒng)管理研究，E-mail：1969dhx@163.com。

format：DENG Hong-xing, LI Jia-lu，ZHANG Wen-hui, et al.Safety Evaluation for LNG Bus System Based on Entropy Method[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(10):81-85.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.10.013

U489

A

1674-8425(2016)10-0081-05

引用格式：鄧紅星，李嘉璐，張文會(huì)，等.基于熵值法的燃?xì)夤幌到y(tǒng)安全評(píng)價(jià)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2016(10):81-85.