基于DRA-SSTFN耦合模型的城市供水管网结构稳定风险评估
发布时间：2021-12-29 08:24
针对供水管网结构稳定风险评估过程中部分指标数据缺省和难以量化等特征,构建了城市供水管网结构稳定风险评估的DRA-SSTFN耦合模型。该耦合模型利用模糊语义的11级划分标准定量表征供水管网各指标的风险等级和风险重要对比度,并计算出不同待评节点管段综合风险的95%置信区间范围。经耦合模型对供水节点管段进行模拟试验N=20 000次时,其仿真结果已收敛,并给出不同节点管道的动态风险区间值和正态概率分布图,可为城市基础设施规划提供借鉴。
【文章来源】：给水排水. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
随机变量产生示意
供水管网结构稳定风险评估指标体系
基于上述分析，首先结合研究区域内现有的管网结构历史事故现状数据，采用PCA法提取重要致险指标的影响程度，经仿真计算得管龄贡献率为38.65%，管径贡献率为24.55%，由于历史事故数据中的土壤周围环境熟悉和温差等信息不完备，无法具体计算其贡献率，但经专家或工程技术人员进行勘察和会评讨论认为：管龄A、管径D和历史事故H三者累计贡献率应超过85%，即管龄A、管径D和历史事故H为该区域内供水管网结构稳定风险评估体系中主要贡献成分。为了克服PCA法针对历史事故数据不全无法获取主要指标贡献率的问题，本文采用AHP法结合专家打分法对风险评估指标重要性两两比较，并参考PCA法获取的指标贡献率相对比值给出指标重要性比。经计算可得因素层权重度量值为{ω2(i）}={0.500,0.300,0.200}，指标层各单指标权重值为：{ω1(i,j）}={0.120,0.220,0.167，…}0.160,0.167,0.167,0.550,0.450,0.50,0.50}，指标层各指标总权重度量值如下：{ω（i,j）}={0.060,0.110,0.084,0.080,0.084,0.084，…}0.165,0.135,0.100,0.100}。不难看出，供水管网系统里待评指标权重度量值最高的依次是管龄A（ωT1=0.165）、历史事故H（ωT2=0.135）和管径D（ωL2=0.110），这一评价结果也符合实际管网运维情况。因此，采用PCA-AHP组合赋权法求解风险评估指标度量值，既克服供水管网历史事故数据信息不完备的不足，也避免了专家打分法的主观随意性，从而使评价指标权重度量值更加客观合理。然后，由表1将表2的专家或工程技术人员评判值转换成对应的三角模糊评语值，如第i准则第j指标ωL1对应管段A的专家评语为6，则其相应的风险等级和风险重要等级分别为（0,4,0.5,0.6）与（0,5,0.6,0.7）。基于耦合模型仿真步骤里的式（7）和式（8）求解其可能变量值的模拟值并绘制出3个管段的风险模拟概率图，见图3。然后依据式（9）计算得到A、B、C 3个管段的城市供水管网结构稳定系统综合风险模拟值在95%置信水平下的置信区间分别为[0.415 4,0.465 1],[0.392 3,0.442 1],[0.293 7,0.343 3](DRA-SSTFN耦合模型在模拟试验N=20 000次时，其计算结果已收敛）。这一评估结果与基于模糊综合评价[8]的级别变量特征值 ;u为二级模糊综合评价隶属度）所划分结果是一致的。如各管道的风险均值为0.4400,0.4172与0.3185，其风险排序大致为zA>zB>zC，这一评估结果可为城市基础设施规划管理部门提供科学借鉴。综上，以置信区间范围形式来动态表征风险量化值的DRA-SSTFN耦合模型，提供了评估结果可靠性的丰富信息，在仿真模拟实验过程中，采用PCA-AHP组合赋权法来确定管网风险评估指标权重度量值，使得评估结果更加符合管网实际运维情况。现有的供水管网结构稳定风险评估过程中，对于一些数据缺省的待评指标，往往难以量化和修正，其评估出来的结果，往往也是某一确定数值，并不能客观合理反映出多种复杂因素耦合影响下的管网失稳破坏情况。例如管段B的管网系统的综合风险模拟值在95%置信水平下的区间范围是[0.392 3,0.442 1]，这比传统评估模型计算出的单一风险值0.4172显然更加科学合理，由此也进一步验证了耦合评估模型的实用性和科学性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市供水管网管道结构稳定性风险评估模型[J]. 王亚楠,汪瑞清,胡群芳,王飞. 净水技术. 2018(08)
[2]考虑节点失效网络可靠性计算的重要度抽样随机模拟[J]. 侯本伟,杜修力. 系统工程理论与实践. 2016(08)
[3]基于主成分-聚类分析法的管道风险评价方法[J]. 张杰. 油气储运. 2014(02)
[4]基于Monte Carlo随机模拟的几种正态性检验方法的比较[J]. 章刚勇,阮陆宁. 统计与决策. 2011(07)
[5]水环境风险评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型[J]. 金菊良,吴开亚,李如忠. 水利学报. 2008(11)
博士论文
[1]多指标综合评价理论与方法问题研究[D]. 苏为华.厦门大学 2000
硕士论文
[1]西安市供水系统风险评价研究[D]. 周纪委.西安理工大学 2017
本文编号：3555758
【文章来源】：给水排水. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
随机变量产生示意
供水管网结构稳定风险评估指标体系
基于上述分析，首先结合研究区域内现有的管网结构历史事故现状数据，采用PCA法提取重要致险指标的影响程度，经仿真计算得管龄贡献率为38.65%，管径贡献率为24.55%，由于历史事故数据中的土壤周围环境熟悉和温差等信息不完备，无法具体计算其贡献率，但经专家或工程技术人员进行勘察和会评讨论认为：管龄A、管径D和历史事故H三者累计贡献率应超过85%，即管龄A、管径D和历史事故H为该区域内供水管网结构稳定风险评估体系中主要贡献成分。为了克服PCA法针对历史事故数据不全无法获取主要指标贡献率的问题，本文采用AHP法结合专家打分法对风险评估指标重要性两两比较，并参考PCA法获取的指标贡献率相对比值给出指标重要性比。经计算可得因素层权重度量值为{ω2(i）}={0.500,0.300,0.200}，指标层各单指标权重值为：{ω1(i,j）}={0.120,0.220,0.167，…}0.160,0.167,0.167,0.550,0.450,0.50,0.50}，指标层各指标总权重度量值如下：{ω（i,j）}={0.060,0.110,0.084,0.080,0.084,0.084，…}0.165,0.135,0.100,0.100}。不难看出，供水管网系统里待评指标权重度量值最高的依次是管龄A（ωT1=0.165）、历史事故H（ωT2=0.135）和管径D（ωL2=0.110），这一评价结果也符合实际管网运维情况。因此，采用PCA-AHP组合赋权法求解风险评估指标度量值，既克服供水管网历史事故数据信息不完备的不足，也避免了专家打分法的主观随意性，从而使评价指标权重度量值更加客观合理。然后，由表1将表2的专家或工程技术人员评判值转换成对应的三角模糊评语值，如第i准则第j指标ωL1对应管段A的专家评语为6，则其相应的风险等级和风险重要等级分别为（0,4,0.5,0.6）与（0,5,0.6,0.7）。基于耦合模型仿真步骤里的式（7）和式（8）求解其可能变量值的模拟值并绘制出3个管段的风险模拟概率图，见图3。然后依据式（9）计算得到A、B、C 3个管段的城市供水管网结构稳定系统综合风险模拟值在95%置信水平下的置信区间分别为[0.415 4,0.465 1],[0.392 3,0.442 1],[0.293 7,0.343 3](DRA-SSTFN耦合模型在模拟试验N=20 000次时，其计算结果已收敛）。这一评估结果与基于模糊综合评价[8]的级别变量特征值 ;u为二级模糊综合评价隶属度）所划分结果是一致的。如各管道的风险均值为0.4400,0.4172与0.3185，其风险排序大致为zA>zB>zC，这一评估结果可为城市基础设施规划管理部门提供科学借鉴。综上，以置信区间范围形式来动态表征风险量化值的DRA-SSTFN耦合模型，提供了评估结果可靠性的丰富信息，在仿真模拟实验过程中，采用PCA-AHP组合赋权法来确定管网风险评估指标权重度量值，使得评估结果更加符合管网实际运维情况。现有的供水管网结构稳定风险评估过程中，对于一些数据缺省的待评指标，往往难以量化和修正，其评估出来的结果，往往也是某一确定数值，并不能客观合理反映出多种复杂因素耦合影响下的管网失稳破坏情况。例如管段B的管网系统的综合风险模拟值在95%置信水平下的区间范围是[0.392 3,0.442 1]，这比传统评估模型计算出的单一风险值0.4172显然更加科学合理，由此也进一步验证了耦合评估模型的实用性和科学性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市供水管网管道结构稳定性风险评估模型[J]. 王亚楠,汪瑞清,胡群芳,王飞. 净水技术. 2018(08)
[2]考虑节点失效网络可靠性计算的重要度抽样随机模拟[J]. 侯本伟,杜修力. 系统工程理论与实践. 2016(08)
[3]基于主成分-聚类分析法的管道风险评价方法[J]. 张杰. 油气储运. 2014(02)
[4]基于Monte Carlo随机模拟的几种正态性检验方法的比较[J]. 章刚勇,阮陆宁. 统计与决策. 2011(07)
[5]水环境风险评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型[J]. 金菊良,吴开亚,李如忠. 水利学报. 2008(11)
博士论文
[1]多指标综合评价理论与方法问题研究[D]. 苏为华.厦门大学 2000
硕士论文
[1]西安市供水系统风险评价研究[D]. 周纪委.西安理工大学 2017
本文编号：3555758
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