[發(fā)明專利]基于云理論的聚乙烯管道地震易損性評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011199536.2
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112016857B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍穎;王雯悅;鄒榮;陳朗;田中旭
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06
• 代理公司: 成都厚為專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51255
• 代理人: 夏柯雙

1.基于云理論的聚乙烯管道地震易損性評估方法，其特征在于，包括：

建立燃氣聚乙烯管道地震易損性評估指標體系；

采用主客觀綜合賦權(quán)法對評估指標進行賦權(quán)；

根據(jù)對評估指標的賦權(quán)結(jié)果，建立評估指標的綜合云模型，利用基于加權(quán)相似度的云重心評估法對燃氣聚乙烯管道地震易損性進行評估；

所述主客觀綜合賦權(quán)法中，主觀賦權(quán)法為序關(guān)系分析法，客觀賦權(quán)法為熵權(quán)法；

所述序關(guān)系分析法中，利用斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)對專家們給出的序關(guān)系進行一致性檢驗，若未通過一致性檢驗，則淘汰該專家排序，若通過一致性檢驗，則利用平均值法、Boarda法和Compeland法對專家排序進行二次排序；

L位專家重要度賦值為：

式中，r_kj為第j位專家對指標k的重要度賦值；

所述序關(guān)系分析法中，權(quán)重的計算公式為：

式中，f為目標函數(shù)，w_k為專家或決策者在余下的m-(k-1)個指標中選出認為對于某評估準則最重要的一個指標記為的對應(yīng)的權(quán)重值；

所述序關(guān)系分析法中，r_k賦值參考表為：

；所述燃氣聚乙烯管道地震易損性評估指標體系包括管道基礎(chǔ)指標和管道服役指標；

所述管道基礎(chǔ)指標包括管徑、壁厚、管材等級、管道結(jié)構(gòu)、管齡、內(nèi)壓、節(jié)點密度、連接方式、埋深和抗震設(shè)防措施；

所述管道服役指標包括相對震中距、地震波入射角、地震地質(zhì)災(zāi)害條件、場地土類型、場地土類型交界、穿越情況、沿線建筑密度和占壓問題；

熵權(quán)法中權(quán)重計算公式為：

式中，η取0.1，g_j為差異系數(shù)，g_j＝1-e_j，e_j為第j項指標的熵值，g_j越大，對應(yīng)的指標則越應(yīng)該引起重視；

利用相對熵將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法進行集成，具體步驟如下：

離散形式相對熵的定義為：設(shè)x_i,y_i≥0,i＝1,2,…,n，且則稱為x相對于y的相對熵；

相對熵的性質(zhì)為：的充分必要條件是：對于i＝1,2,…,n,x_i＝y(tǒng)_i；

將序關(guān)系分析法計算出的權(quán)重值表示為權(quán)向量u₁＝[u₁₁,u₁₂,…,u_1m]，將熵值法計算出的權(quán)重值表示為權(quán)向量u₂＝[u₂₁,u₂₂,…,u_2m]，將u₁和u₂進行結(jié)合得到權(quán)向量矩陣U＝[u_kj],k＝1,2,u_kj為采用第k種賦權(quán)方法計算得出的指標j的權(quán)重值；u₁及u₂是經(jīng)過歸一化之后的權(quán)重值；

定義u₁和u₂之間的相對熵為：由相對熵的定義可知，當且僅當u_1l＝u_2l時h(u1,u2)＝0；因此，相對熵h(u₁,u₂)可用于計算兩種賦權(quán)方法所得權(quán)向量u₁和u₂的符合程度，從而將各種賦權(quán)結(jié)果進行集成得到集成權(quán)重w＝[w₁,w₂,…,w_m]的問題轉(zhuǎn)化為如下的數(shù)學規(guī)劃問題：

對于上述數(shù)學規(guī)劃問題有全局最優(yōu)解w^*＝[w₁^*,w₂^*,…,w_m^*]，其中，

建立評估指標的綜合云模型，包括：建立地震易損性評語云模型；建立評估指標云模型；

建立地震易損性評語云模型包括：

評語通常分為單邊約束評語和雙邊約束評語兩大類；

單邊約束評語，其取值用[A_min,A_+def]或[A_-def,A_max]表示，其中A_+def為評語區(qū)間的上限的缺省值，A_-def為評語區(qū)間的下限的缺省值，其云特征值的計算公式如下式(13)所示；

雙邊約束評語，用[A_min,A_max]表示其取值，其參數(shù)的計算公式如下式(14)所示；

其中，δ為大于3的常數(shù)，取δ為10；

將易損性評語等級分為V＝{V₁,V₂,V₃,V₄,V₅}分別為低、較低、中等、較高和高，評估等級分值置于連續(xù)的數(shù)域區(qū)間(0，100)上；評語集的賦值有兩類：低(0～20)、較低(20～40)、中等(40～60)、較高(60～80)和高(80～100)；低(0～10)、較低(10～30)、中等(30～55)、較高(55～85)和高(85～100)；

城市燃氣管道地震易損性評估評語等級的最低和最高級屬于單邊約束評語，而中間的各評語等級屬于雙邊約束評語；根據(jù)單邊約束計算公式(13)和雙邊約束計算公式(14)計算定性的云模型特征值，評估等級及評語云模型如下表所示；

根據(jù)云數(shù)字特征的計算公式(15)將兩類的評語云進行集合，得到集合意見的評語云模型：

式中，k——評語云種類計數(shù)；

綜合評估等級及綜合評語云模型如下表所示：

評估等級	云模型	論域區(qū)間
低	(0，5，0.50)	(-15.00～15.00]
較低	(25，3.33，0.33)	(15.00～34.69]
中等	(46，3.77，0.38)	(34.69～57.31]
較高	(70，4.17，0.42)	(57.31～82.48]
高	(100，5.84，0.58)	(82.48～117.52]

建立評估指標云模型包括：

本實施例采用分級量化法劃分指標易損性等級，其表達式為：

式中，對于定量指標，A′～E′為常數(shù)或區(qū)間，對于定性指標，A′～E′為指標的定性描述，M_j為第j個指標的狀態(tài)實際描述，指城市燃氣聚乙烯管道地震易損性低、較低、中等、較高、高；

根據(jù)云模型的3En規(guī)則，綜合云的云滴分布在期望兩側(cè)并滿足熵的三倍范圍內(nèi)；

在易損性評估指標體系中，考慮到各易損性評估指標的作用程度不同，各指標權(quán)重不同，因此，綜合考慮權(quán)重對地震易損性評估指標的影響，指標綜合云數(shù)字特征的計算公式如下：

式中，k——指標個數(shù)；ω——指標權(quán)重；

通過公式(17)對指標體系從指標層開始逐層往上綜合，最終得到宏觀層的綜合云模型；

利用基于加權(quán)相似度的云重心評估法對燃氣聚乙烯管道地震易損性進行評估，包括：

計算云重心，所述云重心的值為云重心的位置乘以云重心的高度，其數(shù)學表達式為T＝a×b，a為云重心的位置即各指標的期望，b為云重心的高度即各指標的權(quán)重值；設(shè)評估指標體系有P個指標，T⁰＝(T₁⁰,T₂⁰,…T_P⁰)表示管道在各評語等級狀態(tài)下的云重心，T＝(T₁,T₂,…T_P)為管道實際狀態(tài)下的云重心，其中，將評價等級分為t級，逐級進行比較分析；

計算余弦相似度，所述余弦相似度為管道實際狀態(tài)下的云重心向量與管道在各評估等級狀態(tài)下的云重心向量的相似度，計算公式如下：

式中，n——評估等級數(shù)；

計算歐氏距離，所述歐氏距離為管道現(xiàn)實狀態(tài)下云重心向量與每個評估等級云重心向量的距離，計算公式如下：

比較管段在各評估等級的加權(quán)相似度，加權(quán)相似度最大值所對應(yīng)的評估等級，為管段的相對易損性等級，進而對各管段的相對易損性進行排序。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云理論的聚乙烯管道地震易損性評估方法，其特征在于，在對評估指標進行賦權(quán)之前對評估指標進行無量綱化處理。