基于ANP-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法

基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法
技术领域
1.本发明涉及风险评价技术领域，特别涉及一种基于网络层次分析法(analytic network process，anp)和灰色定权聚类分析法的露天矿安全风险评价方法。


背景技术：

2.目前国内矿山主要依托经验管理模式对露天矿进行安全管理，但是这种管理模式往往是事故之后才采取紧急措施，虽然应急方案以及制度较为完善，但是对于安全事故的预防还是十分的匮乏。由于在事故发生前难以对安全事故进行有效预测，所以在事故发生后往往会造成十分严重的经济损失甚至是人员伤亡。因此，有必要在事故发生以前对露天矿的安全风险进行分析，以达到预防相关事故发生进而减少损失的目的。


技术实现要素：

3.为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法，通过anp的原理确定风险因素权重，作为灰色定权聚类评估的定权系数，使评价结果更为科学合理，同时将主观难量化的风险刻画为客观的数值，确定风险大小，完成风险优先级顺序，有助于矿山企业决策者及时对关键风险因素重点管控。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
5.一种基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法，包括如下步骤：
6.步骤一、组织专家群，确定露天矿安全风险的元素集；
7.步骤二、由专家对风险元素集进行两两重要性评判并构建anp网络结构；
8.步骤三、构造未加权超矩阵，以未加权超矩阵为基础计算出加权超矩阵，进而计算出极限超矩阵，得到各风险因素的权重；
9.步骤四、依据露天矿安全风险的特点，确定灰色评语集；
10.步骤五、确定灰色样本矩阵以及灰色可能度函数；
11.步骤六、基于灰色可能度函数计算灰色评价系数以及灰色评价矩阵；
12.步骤七、依据灰色评价矩阵将风险灰类评价权值按灰色水平赋值，结合anp的权重计算出综合评价结果。
13.进一步地，所述步骤一中，通过调研所得资料确定露天矿安全风险元素集。
14.进一步地，所述步骤二中，由专家通过德尔菲法对风险元素集进行两两重要性评判并构建anp网络结构
15.进一步地，所述步骤三中，通过super decisions软件获得未加权超矩阵、加权超矩阵以及极限超矩阵，其中极限矩阵中的值对应各风险因素所占权重。
16.进一步地，所述步骤四中，依据露天矿安全风险的特点，从定性和定量来描述系统风险和单因素的风险等级水平，将软件项目风险划分成多个等级，其评语集分别包括：很低，低，中等，高，很高，用0到1之间的数表示风险值的大小。
17.进一步地，所述步骤五中，确定灰色样本矩阵：设有p个专家依据评判标准并与露
天矿山实际生产管理情况相结合，进行打分评判；依据评判结果构建样本矩阵d，其中d
ijm
为第m位专家对风险指标r
ij
的等级判断，r
ij
代表第i个一级指标的第j个二级指标，则p位专家所构成的成本矩阵d如下：
[0018][0019]
进一步地，所述步骤五中，确定灰色可能度函数，构造风险指标r
ij
的可能度函数包括如下：
[0020]
第1灰类k＝1，风险等级为很低，灰度为(0.0-0.2]，对应的可能度函数为：
[0021][0022]
第2灰类k＝2，风险等级为低，灰度为(0.2-0.4]，对应的可能度函数为：
[0023][0024]
第3灰类k＝3，风险等级为中等，灰度为(0.4-0.6]，对应的可能度函数为：
[0025][0026]
第4灰类k＝4，风险等级为高，灰度为(0.6-0.8]，对应的可能度函数为：
[0027][0028]
第5灰类k＝5，风险等级为很高，灰度为(0.8-1.0]，对应的可能度函数为：
[0029][0030]
进一步地，所述步骤六中，依据可能度函数求解第k子类灰色评估系数和总灰色评估系数：
[0031]
第k子类灰色评估系数：
[0032]
第k子类总灰色评估系数：
[0033]
则专家对风险因素r
ij
第k子类的归一化灰色评价权值为：
[0034][0035]
由r
ij
构成ri的灰类评价矩阵公式为：
[0036][0037]
进一步地，所述步骤七中，将anp得出的各因素权重与单因灰色权矩阵复合运算得到风险因素ri灰色综合评判矩阵bi以及系统风险r灰色综合评判矩阵b：
[0038][0039][0040]wi’为风险类别权重，w’为风险总权重。
[0041]
将风险灰类评价权值按灰色水平赋值，得到综合评价结果zi与z
总
：
[0042]
zi＝(w
′i·ri
)c
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0043]z总
＝(w
′
·
r)c
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0044]
zi为第i个一级指标的风险综合评价值，z
总
为整个系统的风险综合评价值，c
t
是灰色评价等级向量。
[0045]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0046]
本发明的基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法，通过anp的原理确定风险因素权重，作为灰色定权聚类评估的定权系数，使评价结果更为科学合理，同时将主观难量化的风险刻画为客观的数值，确定风险大小，完成风险优先级顺序，有助于矿山企业决策者及时对关键风险因素重点管控。
附图说明
[0047]
图1是本发明的一种基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法流程图；
[0048]
图2是本发明实施例的的anp网络结构图。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
[0050]
如图1所示，一种基于anp-灰色定权聚类的露天矿安全风险评价方法，包括如下步骤：
[0051]
步骤一、组织专家群，确定露天矿安全风险的元素集；
[0052]
步骤二、由专家对风险元素集进行两两重要性评判并构建anp网络结构；
[0053]
步骤三、构造未加权超矩阵，以未加权超矩阵为基础计算出加权超矩阵，进而计算出极限超矩阵，得到各风险因素的权重；
[0054]
步骤四、依据露天矿安全风险的特点，确定灰色评语集；
[0055]
步骤五、确定灰色样本矩阵以及灰色可能度函数；
[0056]
步骤六、基于灰色可能度函数计算灰色评价系数以及灰色评价矩阵；
[0057]
步骤七、依据灰色评价矩阵将风险灰类评价权值按灰色水平赋值，结合anp的权重计算出综合评价结果。
[0058]
1)所述步骤一中，通过调研所得资料确定露天矿安全风险元素集。
[0059]
2)所述步骤二中，由专家通过德尔菲法对风险元素集进行两两重要性评判并构建anp网络结构
[0060]
3)所述步骤三中，通过super decisions软件获得未加权超矩阵、加权超矩阵以及极限超矩阵，其中极限矩阵中的值对应各风险因素所占权重。
[0061]
4)所述步骤四中，依据露天矿安全风险的特点，从定性和定量来描述系统风险和单因素的风险等级水平，将软件项目风险划分成多个等级，其评语集分别包括：很低，低，中等，高，很高，用0到1之间的数表示风险值的大小。
[0062]
5)所述步骤五中，确定灰色样本矩阵：设有p个专家依据评判标准并与露天矿山实际生产管理情况相结合，进行打分评判；依据评判结果构建样本矩阵d，其中d
ijm
为第m位专家对风险指标r
ij
的等级判断，r
ij
代表第i个一级指标的第j个二级指标，则p位专家所构成的成本矩阵d如下：
[0063][0064]
确定灰色可能度函数，构造风险指标r
ij
的可能度函数包括如下：
[0065]
第1灰类k＝1，风险等级为很低，灰度为(0.0-0.2]，对应的可能度函数为：
[0066][0067]
第2灰类k＝2，风险等级为低，灰度为(0.2-0.4]，对应的可能度函数为：
[0068][0069]
第3灰类k＝3，风险等级为中等，灰度为(0.4-0.6]，对应的可能度函数为：
[0070][0071]
第4灰类k＝4，风险等级为高，灰度为(0.6-0.8]，对应的可能度函数为：
[0072][0073]
第5灰类k＝5，风险等级为很高，灰度为(0.8-1.0]，对应的可能度函数为：
[0074][0075]
6)所述步骤六中，依据可能度函数求解第k子类灰色评估系数和总灰色评估系数：
[0076]
第k子类灰色评估系数：
[0077]
第k子类总灰色评估系数：
[0078]
则专家对风险因素r
ij
第k子类的归一化灰色评价权值为：
[0079][0080]
由r
ij
构成ri的灰类评价矩阵公式为：
[0081][0082]
7)所述步骤七中，将anp得出的各因素权重与单因灰色权矩阵复合运算得到风险因素ri灰色综合评判矩阵bi以及系统风险r灰色综合评判矩阵b：
[0083][0084][0085]wi’为风险类别权重，w’为风险总权重。
[0086]
将风险灰类评价权值按灰色水平赋值，得到综合评价结果zi与z
总
：
[0087]
zi＝(w
′i·ri
)ct
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0088]z总
＝(w
′
·
r)c
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0089]
zi为第i个一级指标的风险综合评价值，z
总
为整个系统的风险综合评价值，c
t
是灰色评价等级向量。
[0090]
具体实施例
[0091]
以辽宁某露天矿为例，从“人机环管”四个角度出发确定露天矿安全风险因素，如表1所示。
[0092]
表1影响露天矿生产管理安全元素
[0093]
[0094][0095]
(1)构建anp的网络结构
[0096]
与专家进行讨论，如图2所示，使用super decisions构建anp网络结构
[0097]
(2)确定风险因素的anp网络结构关系后，由专家通过德尔菲法对风险因素两两相对重要性比较，构造判断矩阵，运用super decisions3.0软件计算未加权超矩阵、加权超矩阵、极限超矩阵。
[0098]
表2未加权超矩阵
[0099]
[0100][0101]
表3加权超矩阵
[0102][0103][0104]
表4极限超矩阵
[0105] r
11r12r13r14r21r22r23r24r25r26r27r31r32r33r34r35r36r37r41r42r43r44r11
0.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.0540.054r
12
0.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.055r
13
0.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.0870.087r
14
0.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.0530.053r
21
0.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.0810.081r
22
0.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.069r
23
0.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.0750.075r
24
0.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.018r
25
0.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.0850.085r
26
0.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0090.009r
27
0.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.0690.069r
31
0.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.0610.061r32
0.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.030r
33
0.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.0320.032r
34
0.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.008r
35
0.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.0480.048r
36
0.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.0260.026r
37
0.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.021r
41
0.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.0560.056r
42
0.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.0080.008r
43
0.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040r
44
0.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.0150.015
[0106]
极限矩阵中的值对应各风险因素所占权重，得到表5。
[0107]
表5风险指标权重结果
[0108][0109][0110]
以上完成各级风险因素的权重计算，得到露天矿风险网络中各风险因素的相对重要性权重向量，为后续风险综合评价提供基础。
[0111]
(3)设计专家评分调研表，对于评分的专家共有十人，整理专家评价结果，取值均保留一位小数，评分结果整理如下(表6)。
[0112]
表6风险大小专家评价结果
[0113][0114][0115]
(4)通过公式1～9计算出灰色评估系数以及灰色评估权值
[0116]
表7灰色评估系数及灰色评估权值
[0117][0118]
即获得由r
ij
构成ri的灰类评价矩阵：
[0119][0120]
[0121][0122][0123]
将anp得出的各因素权重w’与灰色权矩阵r符合运算得灰色综合评判矩阵b，由公式(10)和表7灰色评估权值以及表5中的风险类别权重可以得出r1至r4灰色评估矩阵b1～b4。
[0124][0125]
b2～b4计算过程相同：
[0126]
b1＝(0.0286,0.2472,0.3020,0.2381,0.1850)
[0127]
b2＝(0.0626，0.2289，0.3036，0.2277，0.1772)
[0128]
b3＝(0.0000，0.1622，0.3447，0.2775，0.2156)
[0129]
b4＝(0.2075，0.2399，0.2385，0.1768，0.1377)
[0130]
将风险灰类评价权值按灰色水平赋值，得到综合评价结果z，通过公式(12)计算出r1至r4综合风险值(表8)：
[0131][0132][0133]
[0134][0135]
表8灰色评估系数及灰色评估权值
[0136][0137]
公式(11)、公式(13)和表7中的灰色评估权值以及表5中的总排序权重计算出露天矿生产管理总风险值为：
[0138][0139][0140]
计算得出该露天矿的总体风险值为0.5537，表明该露天矿风险水平良好但存在一定的风险隐患。
[0141]
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。