一种营区安全防范系统效能评估方法与流程

1.本发明涉及安全防范系统效能评估技术领域，具体是涉及一种基于主成分分析的营区安全防范系统效能评估方法。


背景技术：

2.安全防范系统，是将安全防范技术作为导向，将人防作为基础，将物防和技防作为手段的一种结合“探测”、“延迟”、“反应”功能的安全防范保障系统。
3.系统效能，是用来度量一个系统满足一组特定任务(或达到规定使用目标)的程度。它是系统的综合性能的反映，是系统的整体属性。效能评估的目的就是要对系统进行综合分析，把系统的各项性能与任务要求综合比较，最终得到表示系统的优劣程度的结果。作为风险管理的手段之一，安全防范系统的效能评估在安全防范系统建设和运用过程中的一些特定环节上进行。
4.近年来，营区安全防范系统工程项目数量、投资额快速增长。但是，系统运行的效果与投入的财力、人力相比并不理想，存在建设了安全防范系统仍然发生了不安全因素的情况。为了保证安全防范系统的建设持续蓬勃开展，迫切需要建立科学的安全防范系统效能评估方法，适时地、准确客观地对安全防范系统的效能实施评价，从而使安全防范系统建设与应用过程中可能出现的问题得到及时发现，及时解决，使安全防范系统的效能得以充分发挥。
5.安全防范系统效能评估在我国发展时间还不是很长，目前的效能评估方法还是以主观评估法，特别是专家打分法为主，但是主管因素对评估人员的判断结果有较大影响，造成在实际应用中的主观随意和局限性，并且无法解决评价指标间信息相关造成的评价信息重复叠加问题。通过客观的指标统计分析方法，特别是利用具有数据降维性质的主成分分析法对全防范系统效能进行综合性评价，得到的结果更加科学有效。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于主成分分析的营区安全防范系统效能评估方法，旨在对营区安全防范系统效能进行评估，为管理者提供决策性的理论依据。
7.为了实现上述目的，本发明提出的评估方法具体包括以下步骤：
8.1、建立营区安全防范系统效能综合评价指标体系，营区安全防范系统效能综合评价指标体系包括前端设备效能、终端设备效能、通信效能、预警联动效能、存储效能、可靠性与维护性、人员响应效能七个方面。其中前端设备效能指标具体包括摄像机在线率、视频图像质量、入侵探测器在线率等指标；终端设备效能指标包括视频监控终端显示器完好率、车牌识别准确率、人像识别准确率等指标；通信效能指标包括信息传送速率、信息传递准确性、传递线路无故障率等指标；预警联动效能指标包括报警信息与图像联动工作率、出入口监控预警工作率等指标；存储效能指标包括视频图像存储时间达标率、视频图像存储时间
备份率等指标；可靠性与维护性指标包括前端设备完好率、系统故障率、系统故障平均维护时间等指标；人员响应效能指标包括人员在岗率、值班日志填报率等指标。
9.2、建立营区安全防范系统效能综合评价指标变量矩阵，将获取的评价指标数据建立原始评价指标变量矩阵x。若评估区域数量为n，即有n个评价样本，每个样本有p个评价指标变量，构成评价指标变量矩阵x＝(x
ij
)n×
p
，其中i＝1，2，
…
，n；j＝1，2，
…
，p；x
ij
表示第i个样本的第j项评价指标值。
10.3、原始数据无量纲化处理，采用极值正规化方法，消除各个评价指标变量的量纲、大小差别，设原始数据矩阵x＝(x
ij
)n×
p
经极值化方法处理后得到的数据矩阵为z＝(z
ij
)n×
p
，对应的公式为
[0011][0012]
4、计算无量纲化综合评价指标变量矩阵z的相关系数矩阵r以及特征根λ、特征向量。
[0013]
5、根据特征值计算累计贡献率，确定主成分的个数。根据保留原始信息的需要程度确定主成分个数m，记为m＝1,2,..,m。主成分ym的贡献率ηm为特征值λm与j个特征值之和的比值，其累计贡献率为
[0014]
6、计算主成分载荷矩阵u，公式如下：其中，a为主成分相关系数矩阵，λ为及相关系数矩阵特征根。
[0015]
7、计算综合得分，做出评价。将主成分载荷矩阵u通过线性加权获得每个主成分表达式，将无量纲化指标值代入主成分表达式，计算得到每个主成分评价得分，再对各主成分进行加权求和获得综合评价得分加权表达式，权值为各主成分的方差贡献率。对于第i个样本，其在主成分ym上的得分为y
im
，综合评价得分为
[0016]
本发明所述的营区安全防范系统效能评估方法具有如下的有益效果：
[0017]
(1)本发明首次将主成分分析方法应用到营区安全防范系统效能评估中，拓展了其应用领域；
[0018]
(2)本发明提出基于主成分分析的营区安全防范系统效能评估方法，属于客观评价法，综合考虑前端设备效能、终端设备效能、通信效能、预警联动效能、存储效能、可靠性与维护性、人员响应效能等因素，进而建立营区安全防范系统效能的评价指标体系，通过数据降维的方式提取主成分因子用于综合评价，指标权重的确定不受人为因素干扰，结果更具有客观性。克服了模糊综合评价法、层次分析法等综合评价方法往往会受到人为赋权的干扰，存在着主观依赖性，并且无法解决评价指标间信息相关造成的评价信息重复叠加问题。便于形成标准化评估机制，评估结果准确，较常规综合评价方法具有明显优势。
附图说明
[0019]
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示出的结构获得其他的附图。
[0020]
图1是本发明实施例提供的营区安全防范系统效能评估方法结构框图；
[0021]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
本实施例提出了一种基于主成分分析的营区安全防范系统效能评估方法，结合图1所示，包含以下步骤：
[0024]
1)建立营区安全防范系统效能综合评价指标体系
[0025]
如下表1所示，营区安全防范系统效能综合评价指标体系包括前端设备效能、终端设备效能、通信效能、预警联动效能、存储效能、可靠性与维护性、人员响应效能七个方面。其中前端设备效能指标具体包括摄像机在线率、视频图像质量、入侵探测器在线率等指标；终端设备效能指标包括视频监控终端显示器完好率、车牌识别率、人像识别率等指标；通信效能指标包括信息传送速率、信息传递准确性、传递线路无故障率等指标；预警联动效能指标包括报警信息与图像联动工作率、出入口监控预警工作率等指标；存储效能指标包括视频图像存储时间达标率、视频图像存储时间备份率等指标；可靠性与维护性指标包括前端设备完好率、系统故障率、系统故障平均维护时间等指标；人员响应效能指标包括人员在岗率、值班日志填报率等指标。
[0026]
表1：营区安全防范系统效能综合评价指标体系
[0027][0028][0029]
2)建立营区安全防范系统效能综合评价指标变量矩阵
[0030]
以某区域营区安全防范系统为例，评价对象共6个，分别为某区域的yq1、yq2、yq3、yq4、yq5、yq6，营区安全防范系统效能综合评价指标体系数据见下表2所示。
[0031]
表2：营区安全防范系统效能综合评价指标体系数据
[0032][0033]
3)采用极值正规化方法进行原始数据无量纲化处理，如下表3所示。
[0034]
表3：营区安全防范系统效能综合评价指标体系无量纲化数据
[0035]
[0036]
4)计算无量纲化综合评价指标变量矩阵z的相关系数矩阵r以及特征根λ、特征向量，利用spss22软件计算获得相关系数矩阵见下表4。
[0037]
表4：相关系数矩阵
[0038]
相关系数矩阵a[0039][0040]
a.该矩阵不是正定矩阵。
[0041]
5)根据特征值计算累计贡献率，确定主成分的个数，如下表5所示。
[0042]
表5：特征根和成分贡献率及累计贡献率
[0043]
[0044][0045]
其中，第1、2、3成分因子的特征根λ分别为6.9、2.948、1.679均大于1，累计方差贡献率为97.371％。根据主成分认定标准，第1、2、3成分分别认定为第一主成分、第二主成分、第三主成分，且第一主成分、第二主成分、第三主成分包含了原始指标中97.371％的信息量，能够有效反映原指标信息量。
[0046]
6)计算主成分载荷矩阵u，如下表6所示。
[0047]
表6：主成分载荷矩阵
[0048] 第一主成分第二主成分第三主成分x10.919-0.024-0.004x20.7320.6810.181x30.6460.392-0.101x40.812-0.0780.123x50.985-0.1260.201x60.7670.235-0.054x70.2110.9140.561x80.809-0.005-0.452x90.445-0.539-0.105x100.7620.1210.561x110.512-0.586-0.012x120.901-0.128-0.431x130.601-0.506-0.123x140.6430.0210.752x150.263-0.686-0.123x160.822-0.2390.352x170.3210.2210.253x180.3420.0210.123
[0049]
7)计算综合得分，做出评价。
[0050]
主成分表达式如下：
[0051]
y1＝0.919x1+0.732x2+0.646x3+0.812x4+0.985x5+0.767x6+0.211x7+0.809x8+0.445x9+0.762x10+0.512x11+0.901x12+0.601x13+0.643x14+0.263x15+0.822x16+0.321x17+0.342x18；
[0052]
y2＝-0.024x1+0.681x2+0.392x3-0.078x4-0.126x50.235x6+0.914x7-0.005x8-0.539x9+0.121x10-0.586x11-0.128x12-0.506x130.021x14-0.686x15-0.239x16+0.221x17+0.021x18；
[0053]
y3＝-0.004x1+0.181x2-0.101x3+0.123x4+0.201x5-0.054x6+0.561x7-0.452x8-0.105x9+0.561x10-0.012x11-0.431x12-0.123x13+0.752x14-0.123x15+0.352x16+
0.253x17+0.123x18；
[0054]
综合得分为y＝w1*y1+w2*y2+w3*y3，w1、w2和w3值等于方差贡献率。本实施例中，三个权重分别是0.88333、0.05266和0.03772，故y＝0.88333*y1+0.05266*y2+0.03772*y3。
[0055]
根据综合评分公式可对本实施例中6个营区安全防范系统效能进行评估、排名。
[0056]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种营区安全防范系统效能评估方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)建立营区安全防范系统效能综合评价指标体系；(2)建立营区安全防范系统效能综合评价指标变量矩阵，将获取的评价指标数据建立原始评价指标变量矩阵x；(3)原始数据无量纲化处理，采用极值正规化方法，消除各个评价指标变量的量纲、大小差别；(4)计算无量纲化综合评价指标变量矩阵z的相关系数矩阵r以及特征根λ、特征向量；(5)根据特征值计算累计贡献率，确定主成分的个数；(6)计算主成分载荷矩阵u；(7)计算综合得分，做出评价。2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(1)中，所述营区安全防范系统效能综合评价指标体系包括前端设备效能、终端设备效能、通信效能、预警联动效能、存储效能、可靠性与维护性、人员响应效能；所述前端设备效能指标包括摄像机在线率、视频图像质量、入侵探测器在线率等指标；终端设备效能指标包括视频监控终端显示器完好率、车牌识别准确率、人像识别准确率等指标；通信效能指标包括信息传送速率、信息传递准确性、传递线路无故障率等指标；预警联动效能指标包括报警信息与图像联动工作率、出入口监控预警工作率等指标；存储效能指标包括视频图像存储时间达标率、视频图像存储时间备份率等指标；可靠性与维护性指标包括前端设备完好率、系统故障率、系统故障平均维护时间等指标；人员响应效能指标包括人员在岗率、值班日志填报率等指标。3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(2)中，若评估区域数量为n，即有n个评价样本，每个样本有p个评价指标变量，构成评价指标变量矩阵x＝(x
ij
)
n
×
p
，其中i＝1，2，
…
，n；j＝1，2，
…
，p；x
ij
表示第i个样本的第j项评价指标值。4.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(3)中，设原始数据矩阵x＝(x
ij
)
n
×
p
经极值化方法处理后得到的数据矩阵为z＝(z
ij
)
n
×
p
，对应的公式为；5.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(5)中，根据保留原始信息的需要程度确定主成分个数m，记为m＝1,2,..,m；主成分y
m
的贡献率η
m
为特征值λ
m
与j个特征值之和的比值，其累计贡献率为6.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(6)中，所述主成分载荷矩阵u的公式如下：其中，a为主成分相关系数矩阵，λ为及相关系数矩阵特征根。
7.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(7)中，将主成分载荷矩阵u通过线性加权获得每个主成分表达式，将无量纲化指标值代入主成分表达式，计算得到每个主成分评价得分，再对各主成分进行加权求和获得综合评价得分加权表达式，权值为各主成分的方差贡献率；对于第i个样本，其在主成分y
m
上的得分为y
im
，综合评价得分为

技术总结
本发明公开了一种营区安全防范系统效能评估方法,涉及安全防范系统效能评估技术领域，包含以下步骤：建立营区安全防范系统效能综合评价指标体系；建立营区安全防范系统效能综合评价指标变量矩阵，将获取的评价指标数据建立原始评价指标变量矩阵X；原始数据无量纲化处理，采用极值正规化方法，消除各个评价指标变量的量纲、大小差别；计算无量纲化综合评价指标变量矩阵Z的相关系数矩阵R以及特征根λ、特征向量；根据特征值计算累计贡献率，确定主成分的个数；计算主成分载荷矩阵U；计算综合得分，做出评价。本发明提出的评估方法便于形成标准化评估机制，评估结果准确，较常规综合评价方法具有明显优势。评价方法具有明显优势。评价方法具有明显优势。


技术研发人员：李家红 许奇 杨悦 刘魁 王孝
受保护的技术使用者：中徽建技术有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/19