城市埋地钢质燃气管道风险评价系统的制作方法

[0001]
本发明涉及燃气管道风险管理技术领域，尤其涉及一种城市埋地钢质燃气管道风险评价系统。


背景技术：

[0002]
近年来，随着城市经济和建设发展水平的不断提高，城市燃气管道网络在我国得到了迅速发展，燃气管网的使用日趋普及。根据《2016年城市建设统计年鉴》显示，2016年末我国燃气管道铺设总里程达到578260km。城市燃气管道是一个十分复杂的系统，其输送的介质具有易燃，易爆，有毒的性质，容易发生泄漏，燃烧，爆炸及中毒事故，造成国民经济和人民生命财产的重大损失。因此，对城市燃气管道的风险进行评价具有重要意义。目前国内关于燃气管道失效抢险是被动的应急维修方法，尚没有形成很好的管理系统实现管道风险评价预警等主动管理。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种具有风险评价、风险预警和信息管理功能且实施可靠、灵活的城市埋地钢质燃气管道风险评价系统。
[0004]
为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005]
城市埋地钢质燃气管道风险评价系统，包括：
[0006]
一管道分段模块，其用于对待评价管道进行分段，且对分段后的管道数据进行处理和储存；
[0007]
一管道模糊风险评价模块，用于对分段后的管道进行模糊风险评价，并生成管道风险评价结果，且将管道风险评价结果显示在风险评价矩阵上和存储于其内置的风险管理数据库中，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容包括主观权重确定、客观权重确定、组合权重确定、评价等级评定；
[0008]
一管道风险显示模块，其用于将管道风险评价结果对应的风险评价矩阵转换成直观显示结果，以显示对应评价管道风险的高低；
[0009]
一管道历史数据查询模块，用于调取风险管理数据库中的管道风险评价结果信息进行实时查询。
[0010]
作为一种可能的实施方式，进一步，所述的管道分段模块的分段考量因素包括管材、使用年限、人口密度、土壤条件、地质情况等对管道进行合理分段。本方案管道模糊风险评价模块是以分段后的管道单元为对象，对其进行数据的收集及评价。
[0011]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块中管道评价参数包括管道失效可能性和失效后果严重度两部分，其中，管道失效可能性评价参数又包括第三方破坏、腐蚀破坏、设备及操作失效、管道本质安全失效。
[0012]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块采用模糊层次分析法与熵权法相结合的组合权重法和模糊数学相结合的评价方法。该模块首先设置了计算
管道评价指标主观权重与客观权重的子模块，该子模块根据专家意见与管道事故统计数据分别计算主、客观权重再计算指标的组合权重，计算得到的组合权重通过参数传递到模糊风险评价子模块。管道模糊评价子模块提供了基于模糊理论的管道风险综合评价功能。
[0013]
所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，主观权重确定包括以下步骤：
[0014]
(1)建立判断矩阵即优先关系矩阵f＝(f
ij
)
m
×
m
，具体如下：
[0015][0016]
其中，s(i)和s(j)分别表示因素i和j之间的相对重要性程度；
[0017]
(2)将优先关系矩阵f转换成模糊一致判断矩阵r＝(r
ij
)
m
×
m
，具体如下：
[0018][0019][0020]
(3)计算评价指标的主观权重
[0021]
w'
i
＝l
i
/∑l
i
＝2l
i
/m(m-1)
[0022]
其中：
[0023][0024]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，客观权重确定包括以下步骤：
[0025]
(1)建立n个样本m个评价指标的判断矩阵r＝(x
ij
)
nm
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
，m)；
[0026]
(2)将判断矩阵归一化处理，得到归一化判断矩阵y＝(y
ij
)
nm
；
[0027][0028]
式中：x
ij
为第i个样本第j个评估指标测度值；y
ij
为矩阵y第i行第j列的元素；x
min
，x
max
分别为同一指标下不同样本中的最大值和最小值；
[0029]
(3)计算第j个评价指标的熵：
[0030][0031]
式中：
[0032][0033]
(4)计算评价指标的熵权：
[0034][0035]
式中：0≤w
j
≤1。
[0036]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块中的评价算法为基于模糊数学模型的模糊综合评价，且设置有模糊层次分析法与熵权法结合计算管道评价参数指标组合权重的子模块，该子模块将计算得到的组合权重传给评价算法，组合权重计算模型为:
[0037][0038]
其中，式中w
ahp
是通过模糊层次分析法计算的主观权重，w
熵权
是通过熵权法计算的客观权重，w为组合权重，是权重折衷系数，且越大，表示层次分析法确定的权重对综合权重的影响越大；反之，则表示熵权法确定的权重对综合权重的影响大；
[0039]
模糊综合评价模型为：
[0040]
b＝wr＝(b1,b2,...,b
i
)
[0041]
其中，w为影响因素的组合权重，r为模糊评价矩阵，b为模糊综合评价。
[0042]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，评价等级评定包括以下步骤：
[0043]
管道风险值确定：
[0044][0045][0046]
r＝pc
[0047]
其中，r为风险值，p为失效可能性，c为失效后果，b为失效可能性模糊综合评价，b'为失效后果模糊综合评价，q为加权集，且q＝{1,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.1}
t
。
[0048]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述的管道风险显示模块通过api581风险矩阵将管道风险评价结果对应的风险评价矩阵转换成直观显示结果。
[0049]
根据上述所述的城市埋地钢质燃气管道风险评价系统的评价方法，其包括如下步骤：
[0050]
步骤s1：依据管材、使用年限、人口密度、土壤条件、地质情况对管道进行分段；
[0051]
步骤s2：采用专家调查法确定管道评价指标的主观权重，并依据管道事故统计数据确定管道评价指标的客观权重，再计算评价指标的组合权重；
[0052]
步骤s3：计算得到的管道指标组合权重通过参数传递到模糊风险评价模块，该模块采用基于模糊理论的管道风险综合评价法进行风险评价，并将管道风险评价信息保存至管道风险管理数据库；
[0053]
步骤s4：将管道风险评价结果通过api581风险矩阵直观显示在系统中；
[0054]
步骤s5：对保存至风险数据库中的风险评价信息进行实时查询，为管理人员管理维护管道有效分配资源提供帮助。
[0055]
在具有相应硬件的情况下，上述评价方法可以直接进行形成为可通配的程序进行使用，因此，本方案还提供了一种存储介质，所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如上述所述的城市埋地钢质燃气管道风险评价系统的评价方法。
[0056]
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该城市埋地钢质燃气管道风险评价系统，创新性的利用模糊层次分析法与熵权法相结合确定组合权重，既有效地避免了人为主观因素的影响，又反映出了风险因素信息变化对权重的影响。并引入模糊数学思想和方法，采用基于模糊理论的管道风险综合评价法。本发明相对于传统的管道风险评价，将会使风险评价结更能反映实际燃气管道现场状况，评价与决策结果会更科学。
附图说明
[0057]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0058]
图1是本发明实施例的模块组成图。
[0059]
图2是本发明实施例中对评价管道分段评价图。
[0060]
图3是本发明实施例中确定管道评价指标的主观权重图。
[0061]
图4是本发明实施例中确定管道评价指标的客观权重图。
[0062]
图5是本发明实施例中对管道评价指标等级评定图。
[0063]
图6是本发明实施例中管道风险显示图。
[0064]
图7是本发明实施例中管道历史数据查询图。
[0065]
图8是本发明实施例中管道风险评价流程图。
具体实施方式
[0066]
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
如图1所示，本方案城市埋地钢质燃气管道风险评价系统，包括：
[0068]
一管道分段模块，其用于对待评价管道进行分段，且对分段后的管道数据进行处理和储存；
[0069]
一管道模糊风险评价模块，用于对分段后的管道进行模糊风险评价，并生成管道风险评价结果，且将管道风险评价结果显示在风险评价矩阵上和存储于其内置的风险管理数据库中，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容包括主观权重确定、客观权重确定、组合权重确定、评价等级评定；
[0070]
一管道风险显示模块，其用于将管道风险评价结果对应的风险评价矩阵转换成直观显示结果，以显示对应评价管道风险的高低；
[0071]
一管道历史数据查询模块，用于调取风险管理数据库中的管道风险评价结果信息进行实时查询。
[0072]
其中，所述的管道分段模块的分段考量因素包括管材、使用年限、人口密度、土壤条件、地质情况等对管道进行合理分段。本方案管道模糊风险评价模块是以分段后的管道单元为对象，对其进行数据的收集及评价。
[0073]
另外，简要参考图8，作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块中管道评价参数包括管道失效可能性和失效后果严重度两部分，其中，管道失效可能性评价参数又包括第三方破坏、腐蚀破坏、设备及操作失效、管道本质安全失效。
[0074]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块采用模糊层次分析法与熵权法相结合的组合权重法和模糊数学相结合的评价方法。该模块首先设置了计算管道评价指标主观权重与客观权重的子模块，该子模块根据专家意见与管道事故统计数据分别计算主、客观权重再计算指标的组合权重，计算得到的组合权重通过参数传递到模糊风险评价子模块。管道模糊评价子模块提供了基于模糊理论的管道风险综合评价功能。
[0075]
所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，主观权重确定包括以下步骤：
[0076]
(1)建立判断矩阵即优先关系矩阵f＝(f
ij
)
m
×
m
，具体如下：
[0077][0078]
其中，s(i)和s(j)分别表示因素i和j之间的相对重要性程度；
[0079]
(2)将优先关系矩阵f转换成模糊一致判断矩阵r＝(r
ij
)
m
×
m
，具体如下：
[0080][0081][0082]
(3)计算评价指标的主观权重
[0083]
w'
i
＝l
i
/∑l
i
＝2l
i
/m(m-1)
[0084]
其中：
[0085][0086]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，客观权重确定包括以下步骤：
[0087]
(1)建立n个样本m个评价指标的判断矩阵r＝(x
ij
)
nm
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
，m)；
[0088]
(2)将判断矩阵归一化处理，得到归一化判断矩阵y＝(y
ij
)
nm
；
[0089][0090]
式中：x
ij
为第i个样本第j个评估指标测度值；y
ij
为矩阵y第i行第j列的元素；x
min
，x
max
分别为同一指标下不同样本中的最大值和最小值；
[0091]
(3)计算第j个评价指标的熵：
[0092][0093]
式中：
[0094][0095]
(4)计算评价指标的熵权：
[0096][0097]
式中：0≤w
j
≤1。
[0098]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块中的评价算法为基于模糊数学模型的模糊综合评价，且设置有模糊层次分析法与熵权法结合计算管道评价参数指标组合权重的子模块，该子模块将计算得到的组合权重传给评价算法，组合权重计算模型为:
[0099][0100]
其中，式中w
ahp
是通过模糊层次分析法计算的主观权重，w
熵权
是通过熵权法计算的客观权重，w为组合权重，是权重折衷系数，且越大，表示层次分析法确定的权重对综合权重的影响越大；反之，则表示熵权法确定的权重对综合权重的影响大；综合考虑实际管道运行环境影响，取
[0101]
模糊综合评价模型为：
[0102]
b＝wr＝(b1,b2,...,b
i
)
[0103]
其中，w为影响因素的组合权重，r为模糊评价矩阵，b为模糊综合评价。
[0104]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述管道模糊风险评价模块的模糊风险评价内容中，评价等级评定包括以下步骤：
[0105]
管道风险值确定：
[0106][0107][0108]
r＝pc
[0109]
其中，r为风险值，p为失效可能性，c为失效后果，b为失效可能性模糊综合评价，b'为失效后果模糊综合评价，q为加权集，且q＝{1,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.1}
t
。
[0110]
作为一种较优的实施选择，优选的，所述的管道风险显示模块通过api581风险矩阵将管道风险评价结果对应的风险评价矩阵转换成直观显示结果。
[0111]
根据上述所述的城市埋地钢质燃气管道风险评价系统的评价方法，其包括如下步骤：
[0112]
步骤s1：依据管材、使用年限、人口密度、土壤条件、地质情况对管道进行分段；
[0113]
步骤s2：采用专家调查法确定管道评价指标的主观权重，并依据管道事故统计数据确定管道评价指标的客观权重，再计算评价指标的组合权重；
[0114]
步骤s3：计算得到的管道指标组合权重通过参数传递到模糊风险评价模块，该模块采用基于模糊理论的管道风险综合评价法进行风险评价，并将管道风险评价信息保存至管道风险管理数据库；
[0115]
步骤s4：将管道风险评价结果通过api581风险矩阵直观显示在系统中，其中，api581风险矩阵如表1所示：
[0116]
表1风险矩阵等级表
[0117][0118]
步骤s5：对保存至风险数据库中的风险评价信息进行实时查询，为管理人员管理维护管道有效分配资源提供帮助。
[0119]
基于上述，本实施例提供如下简要实例，以阐述本方案的设计思想，
[0120]
图2是本发明实例中对评价管道分段评价图，依据管材、使用年限、人口密度、土壤条件、地质情况等管道分段模块实现管道单元分段功能，提供添加、保存等基本的数据管理操作。添加包括添加评价单元和添加分段点，添加评价单元是添加一条路段的管道，如厦门集美大道等路段名称；而添加分段点是添加某条路段下所划分的子管段，包括起始点与终止点，如集美大道的分段点为起始点为集美大道，终止点为孙坂南路。
[0121]
图3、4是本发明实例中确定管道评价指标的主观权重图和客观权重图。确定管道评价指标的主观权重是评价专家根据管道运行实际状况对管道评价各指标进行权重确定，对同级因素的权重大小排序，如：重要程度最小填入“1”，依次增加，重要程度相同填入相同的数值。而确定管道评价指标的客观权重是评价专家依据管道事故统计数据进行输入相应的数值。
[0122]
图5是本发明实例中对管道评价指标等级评定图。采用基于模糊理论的管道风险综合评价法进行风险评价。管道模糊风险评价分别从管道失效可能性和失效后果严重度两方面进行评价，管道失效可能性包括4方面的内容：第三方破坏、腐蚀破坏、设备及操作失效、管道本质安全质量失效。对管道评价指标选择合适的评价值，其中管道失效可能性选择“很小、小、较小、中等、较大、大、很大”等评语；而管道失效后果严重度选择“很轻微、轻微、较轻微、一般、较严重、严重、很严重”等评语。
[0123]
作为本发明的评价参数之一的管道失效可能性包括4方面：第三方破坏参数、腐蚀破坏参数、设备及操作失效参数和管道本质安全质量失效参数。本发明的评价参数参考国家标准《埋地钢质管道风险评估方法》(gb-t27512-2011)。
[0124]
第三方破坏参数输入项为人口密度、交通繁忙程度、建设活动频繁程度、地质勘探活动、地面装置与公路距离、地面装置的沟渠、地面装置的围栏、警示标志、管道埋深浅、管
道标识、占压、公众教育、巡线频率等十三项内容。
[0125]
腐蚀破坏参数包括：含水量、介质流速、二氧化碳含量、盐含量、硫化氢含量、氯离子含量、硫酸根离子含量、气质检测、土壤电阻率、直流杂散电流、交流杂散电流、设计单位的资质、标准规范的选用、适用性、外防腐层的类型、全面检验、制造质量、外防腐层的维护、施工质量、产品质量、全面检查、安装质量、测试间距、年度检查、深根植被等二十五项内容。
[0126]
设备及操作失效参数包括：性能和操作性、设备(装置)计量、质量证明文件、超压保护装置、设备(装置)检验、通讯系统、操作规程、操作规程执行情况、操作员工的素质、培训制度、考核方式、培训内容、培训激励、培训材料、硬件措施、联锁装置、软件控制、维护保养规程、执行情况、安全责任制、安全机构和人员等二十一项内容。
[0127]
管道本质安全质量失效参数包括：设计资质、标准规范、文件审批、危险识别、制造资质、管道元件质量、安装资质、施工组织、预处理、材料误用、开槽控制、焊接检验、回填控制、强度试验、严密性、清管干燥、竣工验收、安全裕度、安全保护措施、监检、监理、记录图纸、年降雨量、斜坡穿越、排水设施、预防措施、风载荷、雪载荷、地震、抵抗洪水能力、土壤移动、自然灾害区域的监测、管道使用年数、泄露检测、管体缺陷检验及评价等三十五项内容。
[0128]
管道失效后果严重度参数包括：低放热值的峰值、最高工作压力、燃烧性、毒性、地形、风速、抢修时间、影响范围和程度、依赖性、最大泄露量、人口密度、沿线环境、泄露原因等十三项内容。
[0129]
当所有参数输入完毕，又确定评价对象后，便可以进行管段的模糊风险评价，而评价的结果保存至管道风险管理数据库，以便用户日后提取查看该段管道的信息。
[0130]
图6是本发明实施中管道风险显示图。为了更加直观显示管段风险的高低，将管道风险评价结果通过api581风险矩阵显示在系统中。
[0131]
图7是本发明实施例中管道历史数据查询图。以便用户实时查询各段管段的信息，有针对性的进行管理维护。历史数据查询分为两种方式，一种方式是可以查询以往全部管道的风险评价信息，更具全面性；另一种方式是可以按条件进行选择查询，更具针对性。
[0132]
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。