CN103605895A - 一种海堤安全性评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种海堤安全性评价方法,属于海堤安全性评价技术领域。其包括以下步骤:建立海堤工程安全性评价指标体系及评价等级;确定海堤评价体系的复合模糊物元;建立海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型;用熵组合权重方法确定海堤工程安全性评价指标权重,即确定熵组合权重值;利用海明贴近度确定海堤安全性评价的贴进度复合模糊物元;对海堤工程安全性进行综合评价。本发明从新的角度探索海堤工程安全性评价方法,并进行了实例研究,确定了其可行性。
Description
技术领域
本发明属于海堤安全性评价技术领域,具体涉及一种海堤安全性评价方法。
背景技术
海堤工程是修筑于沿海地区用以抵御洪潮水的堤防的特定称谓。海堤工程的安全性评价指在海堤安全性调查的基础上,结合非工程措施的影响,将所有与海堤工程安全性有关的因素按照适合的模型进行组合,进而评价工程的综合安全性。海堤工程的安全性综合评价对客观评估海堤现状、加强工程的可持续维护,为工程管理和决策提供定量依据具有重要意义。国内外对海堤工程的安全评价的研究尚处于起步阶段,目前还没有形成一个通用的评价方法。在过去的研究中,模糊综合评价方法、层次分析法、灰关联分析方法等评价方法为建立堤塘工程安全性评价体系提供了新的研究工具,但海堤工程修筑方法不一、赋存环境复杂,单一的评价方法由于自身的局限性很难全面反映海堤的安全性态和健康特征,例如传统的模糊综合评价方法不易区分相邻两类的差异;层次分析法准则层的因素设置过于宽泛,通过其直接评判的权重存在较大的主观误差;灰关联分析方法对研究样本的数据量及精度要求较高。
因此将数学方法相互融合渗透,是弥补单一方法自身缺陷、解决海堤工程安全性评价精度的合理思路。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于设计提供一种海堤安全性评价方法的技术方案。
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于包括以下步骤:
1、建立海堤工程安全性评价指标体系及评价等级;
2、确定海堤评价体系的复合模糊物元;
3、建立海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型;
4、用熵组合权重方法确定海堤工程安全性评价指标权重,即确定熵组合权重值;
5、利用海明贴近度确定海堤安全性评价的贴进度复合模糊物元;
6、对海堤工程安全性进行综合评价。
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤1中将海堤工程安全性评价体系分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个评判等级,分别对应安全、较安全、轻度危险、危险。
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤2具体包括:
将海堤工程安全性评价等级记为事物M;反映工程安全性的n个指标记为特征 ;关于特征C的量值,记作,以有序三元组R=(M,C,x)作为描述海堤工程安全性的基本物元,如物元模型的量值x具有模糊性,便称其为模糊物元,事物M有n个特征及对应的模糊量值,则称R为n维模糊物元,m个事物的n维物元组合变构成复合模糊物元:
(1)。
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤3具体包括:
1)根据步骤1建立的海堤工程安全性评判等级,建立评价指标标准值区域矩阵为
4)根据海堤工程评价样本现状值,利用公式(3)、(4)分别计算隶属度模糊物元中的各隶属度值
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤4具体包括:
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤5中贴进度是通过确定海堤工程评价样本与评价标准之间的接近程度,对样本的安全性等级进行类别划分,评价体系的理想物元为
所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤6中用用公式(13)确定海堤工程安全性综合评价值
(13)
式中,m为评价等级数目,为海明贴进度;
当,将评判样本归于Ⅰ级;
本发明针对海堤工程安全性的特点,考虑各单项评价指标间的模糊性、矛盾性和不相容性,在海堤工程安全性评价领域引入模糊物元评价方法,并利用可变模糊集理论对模糊物元的隶属度求解问题进行改进,然后用相对最小信息熵计算评价指标的组合权重,最后通过加权海明贴进度对计算结果进行量化,建立了基于熵组合权重的可变模糊集-物元耦合评价模型,从新的角度探索海堤工程安全性评价方法,并进行了实例研究,确定了其可行性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。
实施例1:一种海堤安全性评价方法,如图1所示
步骤1:建立海堤工程安全性评价指标体系及评价等级
从***、应用和可操作的角度建立海堤工程安全性评价三级指标体系,并参考海堤赋存环境特征、时间尺度等因素,结合指标类比、专家经验、规范等因素,建立海堤工程安全性综合评价等级标准。为了简便而不失普遍性,将海堤工程安全性评价体系分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个评判等级,并用“安全”、“较安全”、“轻度危险”、“危险”分别进行描述。
步骤2:确定海堤评价体系的复合模糊物元
海堤工程安全性评价等级记为事物M;反映工程安全性的n个指标,记作特征;关于特征C的量值,记作,以有序三元组R=(M,C,x)作为描述海堤工程安全性的基本物元,如果物元模型的量值x具有模糊性,便称其为模糊物元。事物M有n个特征及对应的模糊量值,则称R为n维模糊物元,m个事物的n维物元组合变构成复合模糊物元:
(1)
步骤3:建立海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型
海堤评价样本的各单项指标相应的模糊值从属于步骤2所建立的评价指标相应的模糊量值隶属程度,称为从优隶属度。传统的隶属度主要有从优隶属度和正态性隶属函数两种计算方法,但这些方法在处理多等级评价中的各等级间过渡问题,特别是极端值问题时,存在遗漏重要约束条件导致计算结果错误的问题。为解决这一问题,本文利用可变模糊集理论对物元模型进行改进,通过量化样本指标对各级评价指标标准值区间的相对差异度,确定指标标准值对区间的指标相对隶属度,称为隶属度可变模糊集-物元模型。计算方法如下:
1、根据步骤1建立的海堤工程安全性评判等级,建立评价指标标准值区域矩阵为
4、根据海堤工程评价样本现状值,利用公式(3)、(4)计算分别计算隶属度模糊物元中的各隶属度值
(6)
步骤4:用熵组合权重方法确定海堤工程安全性评价指标权重
在对海堤工程安全性评价时,指标权重的精确性决定了评价结果的准确性。由于对海堤工程安全性评价的重要特点是决策者的直接参与,因此确定各海塘目标权重时须综合考虑决策者的主观偏好及各评价指标目标特征值的客观属性。本实施例以相对最小信息熵为工具,将主客观权重结合起来形成熵组合权重,既能反映各指标间权重系数中决策者的意向,又避免了决策或评价结果较大的主观随意性,计算结果改善和提高了权值的精确性,改变目前单一用主观或客观权值的不足。本实施例的主观权重采用模糊层次法计算,客观权重采用等权法计算,根据最小相对信息熵原理有
步骤5:利用海明贴近度确定海堤安全性评价的贴进度复合模糊物元
步骤6:对海堤工程安全性进行综合评价
根据文献,用公式13确定海堤工程安全性综合评价值
式中,m为评价等级数目
当,将评判样本归于Ⅰ级;
实施例2:应用例
钱塘江杭州下沙段标准海堤位于钱塘江下游北岸,为临江一线主塘,与其余省管段海堤一起保护着杭州市主城区、余杭区和下沙经济技术开发区,保护面积1800km2,人口218万,该段堤塘永久占地1409.2亩,是抵御钱塘江洪潮的重要生命线工程。海堤工程于2000年7月完工,至今已运行10余年,按照2009年颁布的《浙江省海塘工程安全鉴定管理办法(试行)》提出的“首次海堤鉴定在建成后10年内进行,考虑到随着运行期的延长,海堤安全状况将恶化,安全鉴定工作间隔周期需适当缩短,规定以后每隔8~10年进行一次鉴定”的要求,近期需要对钱塘江杭州下沙段海堤进行安全鉴定。本实施例即以该段海堤(桩号11+306~24+478)为研究对象,利用本发明提出的模型定量地进行分析评价,以期对工程的管理、维护和防汛决策提供帮助。
1、海堤工程安全性评价指标体系及复合模糊物元的建立
根据海堤工程安全评价层次性和动态性的特点,结合钱塘江杭州下沙段标准海堤的原始设计资料、现场隐患探测分析和海堤沉降机理的研究结果,并参照《海堤工程设计规范》(SL435-2008)、《浙江省海塘工程技术规定》(浙水管〔1999〕56号)、《浙江省堤防工程维修养护技术规定(试行)》等相关法规,建立海堤工程安全评价***及复合模糊物元,如表1所示,其中“堤身边坡的稳定性”指标值由堤身高度、坡度、渗透系数、内摩擦角、黏聚力量化计算得到。同时可构建复合模糊物元,其中,海堤工程安全性的10个指标记作,四级评价等级分别对应,,,。
表1 海堤工程安全性评价指标体系及评价等级标准
2、海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型的确定
根据表1中海堤工程的评价指标及评价等级,建立指标标准值区域矩阵,进而根据公式(3)、(4)建立各评判等级的范围域矩阵Icd、点值矩阵K,根据公式(5)、(6)计算得到海堤评价体系的各级隶属度,从而构建海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型。
3、海堤工程评价指标熵组合权重的确定
对海堤工程安全性各评价指标两两进行重要性比较,建立模糊互补判断矩阵,可确定下沙区域海堤工程评价指标的主观权重
利用最小相对信息熵原理对主客观权重值进行优化计算,归一化后可得熵组合权重
4、海堤工程安全性综合评价
根据从优原则,本文的评价体系理想物元为
最后,用公式13确定海堤工程安全性综合评价值=1.8065
根据步骤6建立海堤工程安全性标准,当1.0≤H≤1.5,海堤工程安全性属于Ⅰ类(安全);当1.5<H≤2.5,海堤工程安全性属于Ⅱ类(较安全);当2.5<H≤3.5,海堤工程安全性属于Ⅲ类(较危险);当3.5<H≤4,海堤工程安全性属于Ⅳ类(危险);根据此评判标准,本文作为研究样本的海塘工程安全性评价指标为Ⅱ级,属于“较安全”状态。
将发明得到的结果与投影寻踪方法、模糊分析法的评价结果进行对比,可以看到本发明采用的基于熵组合权重的可变模糊集-物元评价模型与其他方法得出的结论基本一致,而本模型通过可变模糊集理论确定海塘样本对各级指标标准区间的相对隶属度,能够定量地确定样本的评价特征值,解决了传统物元模型评价等级之间的过渡问题,方法直观简便,所得结果可信度较高。
表2 不同评价模型的评价结果对比
Claims (7)
1.一种海堤安全性评价方法,其特征在于包括以下步骤:
1、建立海堤工程安全性评价指标体系及评价等级;
2、确定海堤评价体系的复合模糊物元;
3、建立海堤评价体系的隶属度可变模糊集-物元模型;
4、用熵组合权重方法确定海堤工程安全性评价指标权重,即确定熵组合权重值;
5、利用海明贴近度确定海堤安全性评价的贴进度复合模糊物元;
6、对海堤工程安全性进行综合评价。
2.如权利要求1所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤1中将海堤工程安全性评价体系分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个评判等级,分别对应安全、较安全、轻度危险、危险。
4.如权利要求1所述的一种海堤安全性评价方法,其特征在于所述的步骤3具体包括:
1)根据步骤1建立的海堤工程安全性评判等级,建立评价指标标准值区域矩阵为
2)根据各级指标标准值区域矩阵Iab,建立海堤工程各评判等级的范围域矩阵Icd,指标i的范围值区域可根据Iab中各级指标标准值区间两侧相邻区间的上下限值确定,即
4)根据海堤工程评价样本现状值,利用公式(3)、(4)分别计算隶属度模糊物元中的各隶属度值
(5)
(6)
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