一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法与流程

本发明属于雷电灾害风险评估，尤其涉及一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法。

背景技术：

1、雷电是发生在自然大气中的一种瞬态大电流、高电压放电并伴随雷声的现象。随着电子信息技术快速发展，雷电灾害对人民生命财产威胁越来越大，是“联合国国际减灾十年”公布的十大自然灾害之一。开展雷电灾害风险区划，是提升雷电灾害防御能力的基础性工作，有助于客观认识不同地区雷电灾害风险水平，为地方政府有效开展防灾减灾工作、切实保障经济社会可持续发展提供决策依据。建立风险区划指标体系并确定其权重分配是开展雷电灾害风险区划的关键环节。

2、气象行业标准《雷电灾害风险区划技术指南》(中国气象局，2017)和《雷电灾害风险评估技术规范》(中国气象局，2018)给出了风险区划模型以及通过层次分析法计算评价指标权重的方法。

3、上述指南和规范中，雷电灾害风险评估与等级划分模型存在差异。图1为指南给出的雷电灾害风险评估与等级划分模型，该模型将孕灾环境因子作为评估模型的二级指标，与致灾因子加权计算得到致灾危险性。图2为规范给出的雷电灾害风险评估模型，该模型将包含地形地貌的地域风险(即“孕灾环境”)与雷电风险因子并列为评估模型一级指标，与指南存在差异。

4、层次分析法(ahp)是国内风险区划中广泛使用的一种多层次权重分析决策方法，该方法最早由美国运筹学家saaty(1980)于20世纪70年代提出，将复杂问题中的各因子划分为相互关联的有序层次，并将指标数据、专家意见以及分析者的客观判断进行有机结合。然而，ahp法是通过专家打分法构造判断矩阵，进而计算指标权重，所计算的权重受人为因素影响较大，难以真实反映雷电灾害风险实情，且方法中未考虑评价指标对雷电灾害风险的正向或反向驱动作用(不同地区开展雷电灾害风险区划文献主要以层级分析法确定权重，也未考虑指标的正向或反向驱动作用)。因此使得目前基于层次分析法的雷电灾害风险区划的结果不能反应真实情况。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，旨在解决上述技术问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，包括下述步骤：

4、步骤s1、根据设定的雷电灾害风险区划模型确定雷电灾害风险评价指标；

5、步骤s2、选取其中一个雷电灾害风险评价指标作为相关性参照指标；

6、步骤s3、将目标区域网格化，针对每个网格，将评价指标归一化处理，计算其他评价指标相对于参照指标的相关系数，并计算评价指标间的相对重要性，其中相关系数大于0时，表明是正向驱动作用，否则是反向驱动作用；

7、步骤s4、根据相对重要性计算各评价指标的相对权重系数；

8、步骤s5、结合评价指标的数据以及对应相对权重系数，利用加权综合计算各网格的二级指标指数；

9、步骤s6、计算各网格的一级指标指数，即雷电灾害风险指数；

10、步骤s7、根据自然断点法各网格内的雷电灾害风险指数进行等级划分，并叠加到目标区域。

11、进一步的，步骤s1中，所述雷电灾害风险区划模型的指标为三级结构，其中评价指标为三级指标，包括雷击点密度、地闪强度、海拔高度、地形起伏度、土壤电导率、人口密度、gdp密度，二级指标包括致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承载体暴露度等，雷电灾害风险指数为一级指标。

12、进一步的，步骤s2中，选择雷击点密度或地闪强度作为相关性参照指标。

13、进一步的，步骤s2中，评价指标的数据归一化处理计算方式如下，其中dk是当前第k个评价指标的归一化值，rk是第k个评价指标值；mink和maxk分别是第k个评价指标值中的最小值和最大值；

14、进一步的，步骤s3中，参照指标记为r1，第i个评价指标ri相对于参照指标r1的相关系数为r1i，第j个评价指标rj相对于参照指标r1的相关系数为r1j，评价指标r1i和r1j间相比较的相对重要性aij＝【r1i/r1j】，其中r1i的绝对值大于r1j的绝对值，【】表示绝对值取整。

15、进一步的，步骤s4的具体过程如下：

16、s41、建立判断矩阵：根据计算得到的各评价指标间的相对重要性，参照1～9标度法确定评价指标间两两比较赋值结果，并得出判断矩阵；

17、s42、计算相对权重系数：通过求解判断矩阵的最大特征值及最大特征值对应的特征向量，得出各评价指标的相对权重系数；

18、s43、一致性检验：当判断矩阵阶数≥3时，进行一致性检验，具体用平均随机一致性指标检验各指标重要程度比较链上的相容性。

19、进一步的，步骤s5的具体过程如下：

20、利用加权综合计算各网格的二级指标指数，即：

21、

22、r为二级指标指数，即致灾因子危险性指数、孕灾环境敏感性指数、承载体暴露度指数，wk为第k个评价指标对应的相对权重系数。

23、进一步的，步骤s6中，雷电灾害风险指数ldri＝(rhwh)×(riwi)×(rewe)，ldri为一级指标，即雷电灾害风险指数；rh、ri、re分别为致灾因子危险性指数、孕灾环境敏感性指数和承载体暴露度指数；wh、wi、we分别为各二级指标对应的权重。

24、本发明的有益效果是：本发明为了避免传统ahp法因主观性影响指标因子权重的准确性，提出了一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，将雷击点密度(或地闪强度)评价指标作为参考，通过各评价指标与雷击点密度的相关性分析自动赋予评价指标相对重要性，从而定量科学计算评价指标权重系数，不受人为主观判定的干扰，解决了传统ahp法采用专家打分存在的问题；另外，相关系数为正，代表变量间存在正向驱动作用，否则为反向驱动作用，因此可通过计算相关系数判定评价指标对雷电灾害风险的正向或反向驱动作用。按照本发明方法进行雷电灾害风险区划，可以为开展雷电灾害风险普查和防雷减灾提供参考。

技术特征：

1.一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2.如权利要求1所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s1中，所述雷电灾害风险区划模型的指标为三级结构，其中评价指标为三级指标，包括雷击点密度、地闪强度、海拔高度、地形起伏度、土壤电导率、人口密度、gdp密度，二级指标包括致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承载体暴露度等，雷电灾害风险指数为一级指标。

3.如权利要求2所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s2中，选择雷击点密度或地闪强度作为相关性参照指标。

4.如权利要求3所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s3中，评价指标的数据归一化处理方式如下：其中dk是当前第k个评价指标的归一化值，rk是第k个评价指标值；mink和maxk分别是第k个评价指标值中的最小值和最大值。

5.如权利要求4所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s3中，参照指标记为r1，第i个评价指标ri相对于参照指标r1的相关系数为r1i，第j个评价指标rj相对于参照指标r1的相关系数为r1j，评价指标r1i和r1j间相比较的相对重要性aij＝【r1i/r1j】，其中r1i的绝对值大于r1j的绝对值，【】表示绝对值取整。

6.如权利要求5所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s4的具体过程如下：

7.如权利要求6所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s5的具体过程如下：

8.如权利要求7所述基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，其特征在于，步骤s6中，雷电灾害风险指数ldri＝(rhwh)×(riwi)×(rewe)，ldri为一级指标，即雷电灾害风险指数；rh、ri、re分别为致灾因子危险性指数、孕灾环境敏感性指数和承载体暴露度指数；wh、wi、we分别为各二级指标对应的权重。

技术总结
本发明适用于雷电灾害风险评估技术领域，提供一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，本发明为了避免传统AHP法因主观性影响指标因子权重的准确性，提出了一种基于改进层次分析法的雷电灾害风险区划方法，将雷击点密度(或地闪强度)评价指标作为参考，通过各评价指标与雷击点密度的相关性分析自动赋予评价指标相对重要性，从而定量科学计算评价指标权重系数，不受人为主观判定的干扰，解决了传统AHP法采用专家打分存在的问题；另外，相关系数为正，代表变量间存在正向驱动作用，否则为反向驱动作用，因此可通过计算相关系数判定评价指标对雷电灾害风险的正向或反向驱动作用。按照本发明方法进行雷电灾害风险区划，可以为开展雷电灾害风险普查和防雷减灾提供参考。

技术研发人员：余田野,贺姗,张科杰,史雅静,余蓉,龚明翔,陈仁君
受保护的技术使用者：湖北省防雷中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13