基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法

1.本发明涉及消防能力评估技术领域，尤其涉及基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法。


背景技术：

2.舰船生命力就是对如何保证、维持和恢复舰船战斗力进行研究。舰船作为海上作战工具或者运载工具在完成任务的过程中，其遭受的灾害大致来源于两类，一类是战斗损伤，另一类是事故灾害。因此，舰船的防火防爆能力是舰船生命力的重要构成部分。从保障舰船生命力的“预防-限制-消除”各种灾害的观点出发，对于舰船的防火防爆能力，在设计建造时期就应充分考虑，所以对舰船结构消防能力进行评估是对舰船性能评估研究中的一个关键问题。
3.虽然对舰船的防火能力评价进行了一定研究，但并未从防火结构以及消防装备方面进行系统研究。此外，由于舰船的灾害发生带有不确定性，且防火防爆评估指标往往需要运用语言值加以描述，同时很难通过试验对真实灾害下的舰船防火防爆综合能力获取试验数据，因此语言值所具有的模糊性以及真实实验数据的匮乏，导致常规评价方法很难实现舰艇防火防爆能力的综合评估。为了解决目前舰船结构消防能力评估所面临的样本小且信息不确定的困难，我们提出一种基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法。


技术实现要素：

4.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，在舰船结构消防能力评估指标体系的基础上，利用三参数区间灰数在处理不确定信息上的优势，解决了目前舰船结构消防能力评估所面临的样本小且信息不确定的困难的问题。
5.本发明提供如下技术方案：基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，包括如下步骤：
6.s1、建立舰船结构消防能力评价指标体系，采用归一化方法，将每艘舰船结构消防能力指标的三参数区间灰数评价矩阵进行规范化，得到规范化后的决策矩阵；
7.s2、组织专家组对舰船结构消防能力评价指标进行打分，给出的估计值要求为三参数区间灰数，确定各指标权重；
8.s3、基于三参数区间灰数基础知识计算各舰船结构消防能力评价指标的正负靶心、正负靶心距以及正负靶心间距；
9.s4、以单向投影法为参照，运用双向投影法计算所得的各舰船结构消防能力的贴近度或者一致性系数进行排序，排序结果即为舰船结构消防能力的排序。
10.优选的，所述步骤s1中舰船结构消防能力评价指标体系的指标包括防火结构c1、火警报警能力c2、灭火系统c3、手提灭火器材c4。
11.优选的，所述防火结构c1作为一级指标，包括的二级指标有控制可燃物质通风及
热源c
11
、划分防火区c
12
、不易燃材料的采用c
13
；
12.所述火警报警能力c2作为一级指标，包括的二级指标有火灾探测系统c
21
、火灾报警系统c
22
、灭火系统启动报警系统c
23
；
13.所述灭火系统c3作为一级指标，包括的二级指标有全舰灭火系统c
31
、弹药舱和喷气燃料舱防火系统c
32
、动力装置舱室防火系统c
33
；
14.所述手提灭火器材c4作为一级指标，包括的二级指标有移动式消防泵c
41
、泡沫发生器c
42
、灭火器c
43
、消防工具c
44
、个人防护器材c
45
。
15.优选的，所述步骤s2中组织专家根据各评价指标的重要性按百分制给出三参数区间灰数型分值；并计算出评价指标的权重；
16.由专家组分别给出舰船结构消防能力各评价指标三参数区间灰数值，并做标准化处理，得到一致性三参数区间灰数决策表。
17.优选的，所述步骤s4中的双向投影法的贴近度系数为：
[0018][0019]
其中λ
*i
越大，方案ai越优，反之也成立；
[0020]
其中ai，aj分别代表待选方案，a
+
，a-分别代表正、负理想方案；代表待选方案ai与正理想方案a
+
形成的向量a
ia+
在a
_a+
上的投影，代表a
_a+
在a
ia_
上的投影。
[0021]
优选的，所述步骤s4中的一致性系数为：
[0022][0023]
其中ai，aj分别代表待选方案，a
+
，a-分别代表正、负理想方案；a-a
+
代表正负理想点形成的向量，代表待选方案ai与正理想方案a
+
形成的向量a
ia+
在a-a
+
上的投影，代表aa
+
在a
ia_
上的投影。
[0024]
本发明提供了基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，可以实现区分舰船结构消防能力优劣，相较于单向投影法，本发明提出的评价方法区分能力更强；
[0025]
通过对原有双向投影方法的基本思路进行数理分析，指出了原方法的错误根源并加以修正，经过对四艘舰船结构消防能力进行实例计算，验证了修正后的评估方法更合理；
[0026]
由于客观事物本身的复杂性和不确定性，导致决策者往往只能以区间灰数的形式给出评价信息，相较于区间数而言，三参数区间灰数通过重心表示出区间数中可能性最高的那个值，因此本发明的综合评价方法更能准确表达决策者的真实意图，使得决策结果更符合客观事实。
附图说明
[0027]
图1为本发明双向投影法示意图。
具体实施方式
[0028]
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做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。
[0029]
本发明提供一种技术方案：基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，包括如下步骤：
[0030]
s1、建立舰船结构消防能力评价指标体系，采用归一化方法，将每艘舰船结构消防能力指标的三参数区间灰数评价矩阵进行规范化，得到规范化后的决策矩阵
[0031]
s2、组织专家组对舰船结构消防能力评价指标进行打分，给出的估计值要求为三参数区间灰数，确定各指标权重wj，j＝1，2，
…
m；
[0032]
s3、基于三参数区间灰数基础知识分别计算各舰船结构消防能力评价指标的正负靶心、正负靶心距以及正负靶心间距ε
±
；
[0033]
s4、以单向投影法为参照，运用双向投影法计算所得的各舰船结构消防能力的贴近度或者一致性系数进行排序，排序结果即为舰船结构消防能力的排序。
[0034]
舰船结构消防能力评价指标体系
[0035]
由于任务属性特殊，舰船上易燃易爆物多，与民船相比，发生灾害的可能性更大，因此对其防火防爆能力的要求更高。这就要求舰船在构造上使火灾爆炸的可能性最小，火灾蔓延范围最小，并使得火灾能迅速被控制扑灭。为达成此目的，主要采用结构防火、限制使用可燃材料以及配备可靠的消防装备等措施。具体来说结构防火主要是采取控制可燃物质、通风、热源和舰船分舱并设置耐火分隔等两方面措施；为减少火灾的可能性以及火灾时使火焰传播速度减慢，在舰员起居服务处所、走廊、梯道等处要限制使用可燃性材料；由于舰船的特殊性，导致其在海上发生火灾时，救助条件非常困难，因此必须配备可靠而有效的消防装备。根据上述分析，可构建舰船结构消防能力评估指标体系，如表1。
[0036]
表1舰船结构消防能力评价指标体系
[0037][0038]
双向投影方法数理分析及修正
[0039]
双向投影法的基本思路
[0040]
方案排序一直是决策方法研究中的关键点之一，现有技术中双向投影法的基本思想为：设决策过程中某个待选方案记为ai，正理想方案(亦称为正理想点)记为a
+
，负理想方案(亦称为负理想点)记为a-，正负理想点形成的向量记为a-a
+
。待选方案ai与正理想方案a
+
形成的向量a
ia+
在a-a
+
上的投影记为待选方案ai与负理想方案a-形成的向量aia-在a-a
+
上的投影记为a-a
+
在a
ia+
上的投影记为a-a
+
在aia-上的投影记为参考topsis决策方法，构造贴近度公式
[12]
，
[0041][0042]
其中λi越大，方案ai越优，反之也成立。
[0043]
现有技术在此基础上，给出了一致性系数γi，
[0044][0045]
一致性系数γi越大，说明方案ai越好。
[0046]
双向投影法的数理分析
[0047]
上述的双向投影方法存在缺陷，下面以三角形示意图加以说明。
[0048]
图1中点ai，aj分别代表待选方案ai，aj，点a
+
，a-分别代表正、负理想方案。图中方案ai，aj与正理想方案a
+
形成的向量在a-a
+
上的投影相同，即a
iaj
⊥
a-a
+
，垂足为点c；向量a-a
+
在待选方案ai，aj与正理想方案a
+
形成的向量上的投影分别为a
+di
，a
+dj
，垂足分别为di，dj，则a
+di
，a
+dj
的测度||a
+di
||，||a
+dj
||分别代表
[0049]
如图1(1)所示，若仅考虑待选方案ai，aj分别在a-a
+
上的单向投影，则方案ai，aj无法区分优劣。若进一步考量ai，aj分别与a
+
之间的距离或者aia-，aja-分别与a-a
+
之间形成的夹角，则方案ai明显要优于方案aj，这也完全符合人们的正常判断。
[0050]
但如图1(1)所示，||a+dj||＜||a
+di
||，即又因a
iaj
⊥
a-a
+
，即将其代入式(1)和式(2)中计算，易得λj＞λi，γj＞γi，即方案aj优于方案ai，这明显与上文所述矛盾，亦与常理相悖。
[0051]
之所以出现这种矛盾，原因在于现有技术所给贴近度与一致性系数公式根本思想来源于topsis，而在topsis方法中，各方案ai按相对贴近度进行排序，其中为方案ai分别与正、负理想方案的距离，μi越大，方案越优。在此相对贴近度的结构中，方案ai与正理想方案的距离对μi的值占据主导影响地位，越大，则μi越大，方案越优。方案ai与负理想方案的距离对μi值的影响则较小。在双向投影法中，待选方案ai与正理想方案a
+
的距离是通过向量a
ia+
在正负理想方案形成的向量a-a
+
上的投影来体现的，但是现有技术在构造双向投影法的相对贴近度或者一致性系数时，并未按topsis决策中相对贴近度μi的构造那样突出的主导地位。
[0052]
贴近度及一致性系数的修正
[0053]
根据双向投影法的数理分析对双向投影方法原理的数理分析，给出以下新的双向投影法的贴近度定义。
[0054]
双向投影法的贴近度系数为
[0055][0056]
其中λ
*i
越大，方案ai越优，反之也成立。
[0057]
相应于现有技术，可得一致性系数，具体如下：
[0058]
定理,设离差函数其中γ
i*
为一致性系数，
[0059][0060]
γ
i*
越大说明方案ai越好。
[0061]
证明：考虑到函数f(γ
i*
)是关于γ
i*
的一个二次函数，其对应函数曲线为开口向上的二次曲线，因此f(γ
i*
)的最小值就位于二次曲线的顶点处，求出顶点处横坐标，即得上面定理的结论。
[0062]
如图1(2)所示||a
_dj
||＜||a
_di
||，即且因为a
iaj
⊥
a-a
+
，即将其分别代入(3)式和(4)式中，易知即方案ai要优于方案aj，这符合前文所述方案排序的分析结论。说明利用新的贴近度λ
*i
及一致性系数γ
i*
对方案进行排序更合理。
[0063]
三参数区间灰数下舰船结构消防能力综合评估模型
[0064]
三参数区间灰数基础知识
[0065]
定义1:既有上界又有下界x的灰数称为区间灰数，记作且若区间灰数取值可能性最大的数已知，则区间灰数可表示为称之为三参数区间灰数，其中是取值可能性最大的数，称为重心。
[0066]
根据三参数区间灰数的运算法则，可定义两个三参数区间灰数之间的距离。
[0067]
定义2:设和为两个三参数区间灰数，则：
[0068][0069]
为三参数区间灰数和的距离。
[0070]
定义3:设其对应的三参数区间灰数值记为则记
[0071][0072]
为最优理想效果向量，也称为正靶心向量。
[0073]
定义4:设其对应的三参数区间灰数值记为则称
[0074][0075]
为最优理想效果向量，也称为负靶心向量。
[0076]
定义5:设为方案ai的评价向量，为正靶心向量，为负靶心向量，令
[0077][0078]
则称分别为方案ai在评价指标集下的正靶心距与负靶心距，ε
±
为该评价过程中的正负靶心间距，其中wj,j＝1,2,
…
m.为各评价指标的权重。
[0079]
舰船结构消防能力评估决策矩阵的标准化处理
[0080]
为消除评估决策矩阵中不同属性量纲的差异性，统一决策信息的影响方向，对三参数区间灰数决策矩阵给出归一化公式：设对效益型指标有：
[0081][0082]
对成本性指标有：
[0083]
[0084]
对原始决策矩阵进行归一化后，可得一致性三参数区间灰数决策矩阵由于舰船结构消防能力评价指标体系中的指标均为效益型，因此只需要使用式(7)即可。
[0085]
基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力评价指标权重确定方法
[0086]
组织专家组{s1,s2…
sn}对舰船结构消防能力评价指标j(j＝1,2,
…
m)的权重给出三参数区间灰数估计值为称为指标j权重估计值的最大测度，其中为指标j(j＝1,2,
…
m)估计值下界的最小值，为指标j(j＝1,2,
…
m)估计值上界的最大值。令
[0087][0088]
其中为指标j(j＝1,2,
…
m)的真实权重，h
si
为专家si所给指标j的权重误差与指标j权重估计值最大测度之间的比值(专家所给权重的误差以三参数区间灰数的重心与真实权重的差来体现)。对每位参评专家而言，可认为h
si
对评价指标j(j＝1,2,
…
m)是一致的。因此，指标j的权重有：
[0089][0090]
其中
[0091]
贴近度与一致性系数的确定
[0092]
为实现不同舰船的结构消防能力的排序，本节根据双向投影法的数理分析及三参数区间灰数基础知识，给出三参数区间灰数下双向投影的贴近度与一致性系数分别为：
[0093][0094]
其中为正负靶心间距ε
±
在上的投影，为在正负靶心间距ε
±
上的投影，即
[0095][0096][0097]
实施例
[0098]
以下运用本发明提出的决策模型对四艘舰船的结构消防能力进行评估。
[0099]
第一步，组织五位专家根据各评价指标的重要性按百分制给出三参数区间灰数型分值，如表2。
[0100]
表2专家给出各指标重要性的三参数区间灰数值
[0101][0102]
根据4.3可计算出14个评价指标的权重为w＝[0.0569 0.0570 0.0670 0.0717 0.0777 0.0753 0.0783 0.0810 0.0695 0.0766 0.0729 0.0805 0.0646 0.0709]。
[0103]
第二步，由专家组分别给出四艘舰船结构消防能力各评价指标三参数区间灰数值，并根据舰船结构消防能力评估决策矩阵做标准化处理，得到一致性三参数区间灰数决策表，见表3
[0104]
表3四艘舰船结构消防能力各指标三参数区间灰数值及正负理想值决策表
[0105][0106]
由定义3与定义4可得正靶心、负靶心分别为
[0107]
{[0.92,0.95,1.00],[0.95,0.97,1.00],[0.95,0.98,1.00],[0.94,0.97,1.00],[0.80,0.83,0.85],[0.90,0.95,0.97],[0.86,0.88,0.92],[0.85,0.89,0.95],[0.85,0.87,0.91],[0.82,0.85,0.91],[0.81,0.83,0.85],[0.88,0.90,0.91],[0.82,0.86,0.90],[0.91,0.95,0.99]}与
[0108]
{[0.70,0.72,0.78],[0.50,0.55,0.58],[0.85,0.86,0.88],[0.65,0.69,0.71],[0.17,0.20,0.23],[0.58,0.60,0.62],[0.46,0.48,0.52],[0.55,0.59,0.65],[0.65,0.71,0.71],[0.60,0.62,0.71],[0.59,0.60,0.62],[0.58,0.61,0.65],[0.62,0.65,0.70],[0.79,0.84,0.85]}。
[0109]
由式(6)可得正负靶心间距离为：ε
±
＝0.3152以及各舰船与正、负靶心的靶心距如表4：
[0110]
表4各舰船分别与正、负靶心的靶心距
[0111][0112]
以单向投影法为参照，运用双向投影法对四艘舰船结构消防能力的排序分别进行计算，具体结果如表5所示:
[0113]
表5各方法计算结果下舰船结构消防能力排序表
[0114][0115]
(注：1.表中现有双向投影法以及改进后的双向投影法均采用一致性系数进行排序，结果越大，方案越优；2.表中单向投影法计算的是方案与正靶心连线在正负靶心连线上的投影，因此结果越小，方案越优。)
[0116]
由表5可知：(1)对于舰船s1和s3的结构消防能力，运用单向投影法无法区分优劣，而其他两种方法都能区分，说明其他两种方法均优于单向投影法；(2)运用修正后的双向投影法所计算的四艘舰船结构消防能力排序为s3＞s1＞s2＞s4，而在现有技术中的双向投影法下，舰船结构消防能力排序为s1＞s3＞s2＞s4，其中的舰船s1和s3的排序正好与修正后的双向投影法的排序相反，这与双向投影法的数理分析中的数理分析结果吻合，说明现有双向投影法存在不合理之处，进一步证实修正后的双向投影法更合理、更科学。
[0117]
舰船的结构消防能力是舰船生命力中重要的一环。本发明在给出舰船结构消防能力评价指标体系的基础上，给出了新的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法。相较于其他的评估方法，该方法具有明显的优势：(1)实例中对于舰船s1和s3的结构消防能力，单向投影法无法区分优劣，但本发明提出的方法可以实现区分，说明相较于单向投影法，本发明提出的评价方法区分能力更强；(2)通过对原有双向投影方法的基本思路进行数理分析，指出了原方法的错误根源并加以修正，经过对四艘舰船结构消防能力进行实例计算，验证了修正后的评估方法更合理；(3)由于客观事物本身的复杂性和不确定性，导致决策者往往只能以区间灰数的形式给出评价信息，相较于区间数而言，三参数区间灰数通过重心表示出区间数中可能性最高的那个值，因此本发明的综合评价方法更能准确表达决策者的真实意图，使得决策结果更符合客观事实。
[0118]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、建立舰船结构消防能力评价指标体系，采用归一化方法，将每艘舰船结构消防能力指标的三参数区间灰数评价矩阵进行规范化，得到规范化后的决策矩阵；s2、组织专家组对舰船结构消防能力评价指标进行打分，给出的估计值要求为三参数区间灰数，确定各指标权重；s3、基于三参数区间灰数基础知识计算各舰船结构消防能力评价指标的正负靶心、正负靶心距以及正负靶心间距；s4、以单向投影法为参照，运用双向投影法计算所得的各舰船结构消防能力的贴近度或者一致性系数进行排序，排序结果即为舰船结构消防能力的排序。2.根据权利要求1所述的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：所述步骤s1中舰船结构消防能力评价指标体系的指标包括防火结构c1、火警报警能力c2、灭火系统c3、手提灭火器材c4。3.根据权利要求2所述的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：所述防火结构c1作为一级指标，包括的二级指标有控制可燃物质通风及热源c
11
、划分防火区c
12
、不易燃材料的采用c
13
；所述火警报警能力c2作为一级指标，包括的二级指标有火灾探测系统c
21
、火灾报警系统c
22
、灭火系统启动报警系统c
23
；所述灭火系统c3作为一级指标，包括的二级指标有全舰灭火系统c
31
、弹药舱和喷气燃料舱防火系统c
32
、动力装置舱室防火系统c
33
；所述手提灭火器材c4作为一级指标，包括的二级指标有移动式消防泵c
41
、泡沫发生器c
42
、灭火器c
43
、消防工具c
44
、个人防护器材c
45
。4.根据权利要求1所述的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：所述步骤s2中组织专家根据各评价指标的重要性按百分制给出三参数区间灰数型分值；并计算出评价指标的权重；由专家组分别给出舰船结构消防能力各评价指标三参数区间灰数值，并做标准化处理，得到一致性三参数区间灰数决策表。5.根据权利要求1所述的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：所述步骤s4中的双向投影法的贴近度系数为：其中λ
*i
越大，方案a
i
越优，反之也成立；其中a
i
，a
j
分别代表待选方案，a
+
，a-分别代表正、负理想方案；代表待选方案a
i
与正理想方案a
+
形成的向量a
i
a
+
在a-a
+
上的投影，代表a-a
+
在a
i
a-上的投影。6.根据权利要求5所述的基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，其特征在于：所述步骤s4中的一致性系数为：
其中a
i
，a
j
分别代表待选方案，a
+
，a-分别代表正、负理想方案；a-a
+
代表正负理想点形成的向量，代表待选方案a
i
与正理想方案a
+
形成的向量a
i
a
+
在a-a
+
上的投影，代表a-a
+
在a
i
a-上的投影。

技术总结
本发明涉及消防能力评估技术领域，尤其涉及基于三参数区间灰数的舰船结构消防能力综合评价方法，包括如下步骤：建立舰船结构消防能力评价指标体系，并进行归一化；组织专家组对舰船结构消防能力评价指标进行打分，给出的估计值要求为三参数区间灰数，确定各指标权重；计算各舰船结构消防能力评价指标的正负靶心、正负靶心距以及正负靶心间距；计算所得的各舰船结构消防能力的贴近度或者一致性系数进行排序，排序结果即为舰船结构消防能力的排序。本发明在舰船结构消防能力评估指标体系的基础上，利用三参数区间灰数在处理不确定信息上的优势，解决了目前舰船结构消防能力评估所面临的样本小且信息不确定的困难的问题。面临的样本小且信息不确定的困难的问题。面临的样本小且信息不确定的困难的问题。


技术研发人员：熊萍 程思涵 刘伯运 程华斌
受保护的技术使用者：广东科技学院
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/20