基于结构变量循环效应的火灾风险评估系统的制作方法

本发明属于电子与信息类的应用软件技术，具体是基于结构变量循环效应的火灾风险评估系统。

背景技术：

本发明的背景技术主要有两个方面：火灾风险评估技术与基于结构变量的循环效应。本发明将二者首次结合并且已经完成软件系统的研发进入实用。

1、本发明的理论和实际应用价值

（1）防火工作面临新的严峻形势

火灾风险评估是立足于国家和社会发展需求，聚焦国计民生的重大理论与现实问题，具有针对性、实效性的决策参考价值。火灾每年都造成严重的经济损失和人员伤亡，火灾防控历来是公共安全工作的重中之重。国家对于火灾防控力度越来越大，火灾风险并没有减少，这是绝对不能容忍不能忽视的严重问题。

（2）本发明是《火灾风险评估方法学》的延伸

中国安全领域的首席专家范维澄院士的经典著作《火灾风险评估方法学》的第四章《火灾风险评估》主要讲述了火灾风险容忍度、frame方法、火灾风险指数法、事件树方法、不确定性分析与拓展定量风险分析方法，显然本发明是对这方面的延伸成果，有显著的理论和实际应用价值。

（3）传统的火灾风险评估模型理论亟待提高

传统的评估模型理论和方法主要包括：统计方法（主要为多元统计分析方法，如多元回归分析、逐步回归分析、判别分析、因子分析、时间序列分析等）；模糊多元分析方法（由模糊数学发展而来，包括模糊聚类、模糊判别、模糊综合评价等方法）；简易方法（主要包括综合评分法、综合指数法、层次分析法、优劣解距离法（topsis法）、秩和比法、德尔菲法，头脑风暴法等）。显然，这些没有包括基于结构方程模型的路径分析方法，也没有包括在此基础上发展起来的效应分析方法，更没有本课题组近年来提出的循环效应。

（4）发展潜变量循环效应分析将极大促进火灾风险评估工作

火灾风险评估一般是建立二级乃至多级指标体系，高层指标一般难以直接准确测量，被称为潜变量，我们通过一些底层指标去间接测量这些潜变量。传统的统计方法不能有效处理这些潜变量，而结构方程模型则能同时处理潜变量及其观测变量。结构方程模型常用于验证性因子分析、高阶因子分析、路径及因果分析、多时段设计、单形模型及多组比较等，是评估工作强大的模型工具。

基于结构方程模型发展起来的潜变量效应分析，有助于揭示指标体系中复杂的直接关系和间接关系,也有助于分析变量间的因果关系。潜变量效应分析包括交互效应、中介效应、调和效应、有中介的调和效应、有调和的中介效应，以及基于有中介的调和变量的循环效应，基于有调和的中介变量的循环效应，还有多层效应分析，等等，既是火灾风险评估的强大工具，也是统计学领域的创新，具有较好的理论和实际应用价值。

2、本发明的国内外技术背景及发展趋势分析

（1）城市火灾风险评估指标体系方面

对城市火灾的预防和控制，前期工作需要作出火灾风险评估，rasbash等[2]对此作了系统的总结。火灾风险评估工作首先需要建立评估的指标体系，而良好的指标体系的建立依赖于有关概念的准确把握，这方面郑红梅等《火灾风险评估相关概念辨析》[3]做了很好的工作。翟磊《城市综合体火灾风险指标标准化评价体系建立及应用分析》[4]，还有本发明申请人的《基于潜变量回归模型的城市火灾风险评估》[5]等，都对不同的环境场合建立过具体的火灾风险评估指标体系。结构抗火设计对于火灾的发生和扑灭以及人员伤亡都有重要影响，应该纳入火灾风险评估指标体系[6]。

（2）城市火灾风险评估数学模型的运用

袁杰等[7]系统介绍了建筑火灾风险定量评估模型和方法，包括firecamtm模型、cesare-risk模型、crisp-ii模型、事件树方法、事故树评估方法、层次分析法（ahp）、模糊评估法、模化评估法等。除此以外，还有风险指数评价法、安全检查表法、概率风险性评价方法等[8]，也都在火灾风险评估中有所应用。范维澄院士的著作《火灾风险评估方法学》对火灾风险评估方法和评价模型给出了系统的总结[1]。

（3）结构方程模型算法成果进展

结构方程模型(sem)属于不定方程模型，以前常见的解法有协方差拟合算法(lisrel)和偏最小二乘算法(pls)。包括本发明申请者在内的研究团队在文献[9-12]对现有的偏最小二乘(pls)算法进行了改进,在模长约束和路径分析思路下找到pls最佳迭代初值,然后结合配方回归给出了模型的确定性算法，这些成果都已经被sci杂志收录。

（4）效应分析特别是循环效应成果进展

温忠麟教授在推进大陆学者投入潜变量效应分析方面做了开拓性的工作[13-14]。申请者所在的研究团队在二级指标体系的实证分析中，发现并提出了潜变量之间的循环效应，并对其机理、分类、统计检验方法进行了初步探讨，但是关于循环效应的理论研究和实际应用都还没有对外正式发表。

3、主要参考文献目录

[1]范维澄,孙金华,陆守香.火灾风险评估方法学[m].北京:科学出版社,2004.

[2]drasbash,gramachandran,bkandola,etal.evaluationoffiresafety[m].johnwiley&sons,ltd,2006.

[3]郑红梅,陈国良,王玮.火灾风险评估相关概念辨析[j].中国安全科学学报.2008，18(6):75-79.

[4]翟磊.城市综合体火灾风险指标标准化评价体系建立及应用分析.消防技术与产品信息.2018，31(5)：9-11

[5]丁倩,尚涛,刘天桢.基于潜变量回归模型的城市火灾风险评估[j].中国安全科学学报.2012,22(7):159-163.

[6]任文，赵金城，华莹.火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究.防灾减灾工程学报.2018,38(1).

[7]袁杰，夏成华.建筑火灾风险定量评估方法研究[j].硅谷.2009,(15):104,107.

[8]宋贤生,陈驰,刘英学.概率火灾安全分析方法研究[j].中国安全科学学报[j],2012,22(1):39-45.

[9]童乔凌，刘天桢，童恒庆.结构方程模型的约束最小二乘解与确定性算法[j].数值计算与计算机应用，2009,30(3):170-180

[10]qiaolingtong,xuechengzou,qianding(丁倩),tianzhenliu,hengqingtong.latentregressionwithconstrainedparameterstodeterminetheweightcoefficientsinsummaryindexmodel.communicationsinstatistics,2013,42(1)：1628–1642.（sci收录）

[11]qianding(丁倩),qiaohuitong,qiaolingtong,xuechengzou,andhengqingtong.anewdefinitelinearalgorithmforthestructuralequationmodelwithapplicationinfireriskevaluation.communicationsinstatistics—theoryandmethods.2016,45(23):7075-7085.(sci收录)

[12]童乔凌，邹雪城，熊丽，童恒庆.多层与多对象结构方程模型的约束最小二乘解[j].武汉理工大学学报-信息与管理工程版，2009,31(6):865-869.

[13]温忠麟,侯杰泰,张雷.调节效应与中介效应的比较和应用[j].心理学报,2005,37(2):268-274.

[14]温忠麟,张雷,侯杰泰,刘红云.中介效应检验程序及其应用[j].心理学报,2004,36(5):614-620.

技术实现要素：

1、基础内容（为了说明本发明的构成此地加以叙述，它是本发明的基础，但不是作为专利权的要求）

（1）针对多类建筑构建多环境下火灾风险评估的多级指标体系

明确对火灾风险评估指标定义的辨识，在本发明人已有的关于历史建筑火灾风险评估指标体系、城市火灾风险评估指标体系、城市火灾危险性评估指标体系的基础上，根据各有关单位对火灾风险评估的要求，进一步拓宽火灾风险评估指标体系的建立，务必满足各个单位对本项工作的需求。附图1是对结构方程模型表达的改进。

（2）在火灾风险评估工作中引入基于结构方程模型的新算法和潜变量效应分析

附图2体现了我们对结构方程模型的新的理解，并据此提出了模型的确定性算法，有别于传统的偏最小二乘算法pls和协方差拟合算法lisrel。同时，我们引入潜变量效应分析，特别是多级多水平的潜变量效应分析，中介变量与调和变量的复合效应分析，并将有关研究结果发表到国际sci杂志[11]。

（3）在火灾风险评估工作中建立风险评估指标体系

例1，一个城市火灾风险评估指标体系，见说明书附图文件的图3，刊登于我们已发表的文献[5]。例2，一个建筑火灾风险评估指标体系，见说明书附图文件的图4，刊登于我们已发表的文献[11]。

我们可以在上述基础上进一步针对各行各业主管部门的需求提出合适的火灾风险评估指标体系，特别是二级观测指标更要切合实际，灵活运用。

2、本发明权利要求的内容（本段内容没有以论文形式或者工作报告形式公开发表）

（1）在火灾风险评估的二级指标（结构变量）之间引入6种循环效应.基本的循环效应见图5。

但是通过模型的计算机模拟，发现很难找到完整成功的数值例子。于是我们放宽条件，中介变量或者调和变量可以不必原路返回，这样就产生了如附图6到附图11的6种情形。其中附图6和附图7是原路返回的基于有中介的调节变量的循环效应的两种情况；附图8是另路返回的基于有中介的调节变量的循环效应，附图9和附图10是原路返回的基于有调节的中介变量的循环效应的两种情况，附图11是另路返回的基于有调节的中介变量的循环效应。

针对循环效应返回路径的6种情况，本发明分别开展火灾风险指标间的循环效应的分析工作，特别是其二级指标（观测变量）之间的循环效应，其机理、分类、基于蒙特卡洛方法适应任何样本数任何检验水平的索贝尔检验、检验的一致性问题等，找到应用部门认可的循环效应变量。

（2）专业的火灾风险评估软件系统中采用上述的6种循环效应分析

本专利申请者开发出了专业的火灾风险评估软件，把范维澄院士的著作《火灾风险评估方法学》里所有需要进行统计计算的内容(不包括书中已有的数值模拟内容)特别是第三章第四章都编入程序，也编入其他一些关于火灾风险评估模型的计算包括firecamtm模型、cesare-risk模型、crisp-ii模型、事件树方法、事故树评估方法、层次分析法（ahp）、模糊评估法、模化评估法、风险指数评价法、安全检查表法、概率风险性评价方法等。软件系统是c语言编写，菜单傻瓜式，充分利用了本专利申请者课题组前期开发的数据分析与统计计算软件dasc（科学出版社出版）的框架与子程序。

本发明申请人开发的专业的火灾风险评估软件系统中采用了上述的6种循环效应分析，具有新颖性，创造性，实用性。

附：本发明申请人开发的专业的火灾风险评估软件系统主菜单如附图12(基于结构变量循环效应的火灾风险评估系统主界面)。计算结果显示如附图13（基于结构变量循环效应的火灾风险评估计算结果1）、附图14（基于结构变量循环效应的火灾风险评估计算结果2）、附图15（基于蒙特卡洛方法的sobel检验的密度核估计曲线）。软件系统教学版可以在网站www.tongdasc.cn下载。

附图说明：

图1是将结构方程模型表达改进为二级指标汇总问题的结构图。

图2是帮助解决多层结构方程模型算法的模型表达图。

图3是一个既显示指标也显示结构关系的城市火灾风险评估指标体系图。

图4是一个发表于sci论文的建筑火灾风险评估指标体系图。

图5是循环效应表达改进过程的双拼图。

图6是原路返回的基于有中介的调节变量的循环效应图（1）。

图7是原路返回的基于有中介的调节变量的循环效应（2）。

图8是另路返回的基于有中介的调节变量的循环效应图。

图9是原路返回的基于有调节的中介变量的循环效应（1）。

图10是原路返回的基于有调节的中介变量的循环效应（2）。

图11是另路返回的基于有调节的中介变量的循环效应图。

图12是基于结构变量循环效应的火灾风险评估系统主界面图。

图13是评估系统c区呈现的基于结构变量循环效应的火灾风险评估计算结果1。

图14是评估系统c区呈现的基于结构变量循环效应的火灾风险评估计算结果2。

图15是基于蒙特卡洛方法的sobel检验的密度核估计曲线图。