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DS證據(jù)理論在原油碼頭安全評價中的應(yīng)用

文檔作者：耿安杰鄧宗竹紀(jì)文靜劉進(jìn)利宮寧寧文檔來源： 1 陜西省天然氣股份有限公司 2 西部鉆探1 程有限公剮 3．北京興油T 程項}j管理有限公司河北省分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月27日
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2第014 2l年卷第I 11 月1 期 當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．4i，No．i i
November，201 2
D—S證據(jù)理論在原油碼頭安全評價中的應(yīng)用
耿安杰 ，鄧宗竹 ，紀(jì)文靜 ，劉進(jìn)利 ，宮寧寧。
(1 陜西省天然氣股份有限公司， 陜西咸陽710016；
2 西部鉆探1 程有限公剮， 陜兩榆林719000； 3．北京興油T 程項}j管理有限公司河北省分公司，河北廊坊065000)
摘 要：原油碼頭安全狀況是一個涉及很多因素和多層次結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)。針對原油碼頭安全評價中存
在的不確定性問題，為此提m運用D—S證據(jù)理論對原油碼頭進(jìn)行安全狀況分析。通過分析影響原油碼頭安全的
因素，建立了原油碼頭安全評價指標(biāo)體系和證據(jù)理論模型。實例表明，用D—S證據(jù)理論對原油碼頭進(jìn)行安全評
價是有效的、可靠的。
關(guān)鍵詞：原油碼頭；安全評價；D—S證據(jù)理論；可信度
中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460(2012)11—1226—03
Application of D．S Evidence Theory in Crude Oil
Terminal Safety Assessment
GENGAn-fie ，DENGZong-zhu ，JI Wen-jing ，LIUJin—li ，GONGNing—ning
(1．Shaanxi Provincial Natural Gas Co．，Ltd．，Shaanxi Xianyang 7 1 00 1 6，China：
2．Western Drilling Engineering Co．Ltd．．，Shaanxi Yulin 7 1 9000，China：
3．Beijing Xingyou Project Management Co．，Ltd．Hebei Branch，Hebei Langfang 065000，China)
Abstract：The crude oil terminal safety is a non．1inear systen that refers to many factors and multilayer structure．In
this paper,to solve the problem of uncertainty in crude oil terminal safety assessment，D—S evidence theory was used to
carry out the safety assessment of crude oil termina1．The safety evaluation index system of crude oil terminal and a
model based evidence theory were established through analyzing various safety factors．Application examples show
that the D—S evidence theory for crude oil termina1 safety assessment is effective and reliable．
Key words：Crude oil terminal；Safety assessment：Evidence theory；Credibility
隨著“十二五”規(guī)劃的實施和對石油的需求的增
加，為保證我同石油的戰(zhàn)略儲備量，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，
原油水路運輸費用最省，因此，國家加強(qiáng)了原油碼頭
的建設(shè)。而石油的裝載主要依靠輪船，在石油的運輸
過程中，石油具有泄漏和爆炸的危險，為保證航運安
全和水域不受污染，有必要對油碼頭進(jìn)行安全評價研
究。本文從碼頭的環(huán)境、人員、管理、以及設(shè)備等方
面著手，綜合考慮各因素的影響利用證據(jù)理論建立數(shù)
學(xué)模型，得到油碼頭的安全狀況。
1967年，Dempster首先提出證據(jù)理論?，Sha r
在他的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了證據(jù)理論 0。證據(jù)理論就是
把證據(jù)和整個問題分解為若干個子證據(jù)、子問題，
并根據(jù)D—s證據(jù)融合準(zhǔn)則，將所有子證據(jù)進(jìn)行融合，
就可以求得整個問題的解。目前證據(jù)理論主要用來
解決專家評判和風(fēng)險評價等問題 。一。
1 原油碼頭安全評價體系的建立
原油碼頭的安全運行主要依靠科學(xué)的調(diào)度和
管理。鑒于原油碼頭的特點，本文按照系統(tǒng)工程理
論，將原油碼頭的安全狀況由6個子系統(tǒng)的安全狀
況得到。如圖1所示，而子系統(tǒng)的安全狀況各自的
影響因素綜合得到。這個過程采用證據(jù)理論結(jié)合準(zhǔn)
則來實現(xiàn)，底層因素的安全性由專家根據(jù)經(jīng)驗給出。
港 自然條
平面布置狀況
交通流量
港 設(shè)施
安個 竹
他狀況
水文氣蒙影響
碼頭作業(yè)條
陸域布置
水域布置
碼頭設(shè)施
航標(biāo)效能
防 澇措施
狀況
圖1原油碼頭安全評價指標(biāo)體系
Fig．1 Safety assessment index system of crude oil terminal
本文將安全等級分為“優(yōu)”“、良”、“、中”、
“及格”、“差”，在評價分?jǐn)?shù)層中 為模糊評語，
記作 ㈣，?， }， ㈣= ，)，?，p( ))為
收稿日期：2012 06—29
作者簡介：耿安杰(1 985一)，男，遼寧錦州人，助理工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：從事天然氣輸送技
術(shù)工作 E-mail：genganjie@1 26．corn。
通訊作者：鄧宗竹(1 987 )，男，在讀碩士研究生，主要從安全評價研究。E-mail：dzzl987628@tom．corn。
第4l卷第11期 耿安杰，等：D-S證據(jù)理論在原油碼頭安全評價中的應(yīng)用 1 227
專家關(guān)于模糊評語集給出的模糊評價值，p㈣)(其中 —評價指標(biāo)個數(shù)c
z=1，2，?，刀)為對應(yīng)模糊評語 的模糊評價值，
其取值范圍為0≤p( )≤1，且p(Hi)>p(Hi+1)(i=1，
2，? ，n-1)。
2 基于證據(jù)理論的原油碼頭站安全評
價模型
在安全評價過程中，首先由專家確定影響因素
及其權(quán)重；對模糊評語集和底層各因素對模糊評語
集的確信度賦值，然后確定各層指標(biāo)因素的基本概
率分配，再次通過D—s準(zhǔn)則合成為總的概率分配，
最后可以得到整個系統(tǒng)的安全狀況，從而確定評價
等級。證據(jù)理論評價模型如圖2所示。
[ 索刈符評價等級的概率分布
J
l』一據(jù)合成總的概率分布l
圖2 證據(jù)理論評價模型
Fig．2 The evaluation model of evidence theory
在證據(jù)理論中，將某個樣本空問稱為“識別框
架”，記作0，一個基本命題記作 其中q=l，2，?，
， 為0子集， l，2，? ， 之間是相互獨
立的。由此給出證據(jù)合成準(zhǔn)則，據(jù)此對系統(tǒng)進(jìn)行安
全評價。具體步驟如下：
(1)確定確信度。一般情況下由專家給出確定指
標(biāo)的可信度 ，各指標(biāo)隸屬于評價等級的確信度可
以表示為：
= (屆( )， (ei)，? (ei)) (1)
式中： 一指標(biāo)隸屬等級的確信度；
f2)確定指標(biāo)隸屬各等級的概率分配。指標(biāo)的基
本概率分配如式(2)。
lm (Ci)= !L ( )= ( )
：{ na ， (l =：l’， 2，‘?‘‘l’)J (2二 )
( )=l一Σm )
L 1
式中：m (e ) 指標(biāo)隸屬于各等級的概率；
m (e )一未分配的概率；
＆h 一權(quán)重最大的指標(biāo))的權(quán)重；
∞ 一非關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重；
口一優(yōu)先系數(shù)，這里取0．9(0．9≤d≤1)
(3)根據(jù)證據(jù)合成準(zhǔn)則。設(shè)有兩個證據(jù)是完全
獨立的，它們在識別框架oJ：的集函數(shù)表示分別為
ml和m2。則
fm ( )=0
Σ 枷：( (3)
【 ， ( J 2(y A
其中： ： Σ (X)m
2(y)
f )I I卅^(y)
它反映了證據(jù)的沖突程度。式(3)稱為合成m
和m2的Dempsler證據(jù)合成準(zhǔn)則，記為m J2= 1 0 m2。
(4)F}1公式S=Σ p( )得出原油碼頭安全
q=I
系統(tǒng)的量化值，該值為證據(jù)理論模型的輸出。
3 實例分析
下面通過某個具體碼頭 。，來說明如何使用證
據(jù)理論來解決評價問題。
(1)確定評定分?jǐn)?shù)
舴 ， ， ， ， }即安全評價等級 {優(yōu)，
良，中，及格，差}將這些評價分?jǐn)?shù)量化為p{ ={1，
0．8，0．6，0．4，0．2 o
(2)專家給出的權(quán)重和可信度如表1所示。
表1 各指標(biāo)的權(quán)重及確信度
Table 1 The weight and creditability of each index
港區(qū)自然條件 ，O．14
平面布置狀況＆0．22
油碼頭安傘性 交通流量自 0·2O
港區(qū)設(shè)施自0．17
安全監(jiān)管 ， 0．12
其他情況 0．15
水文氣象影響日．
碼頭作業(yè)條件
陸域布置
水域布置＆!
交通流量 ，
碼頭設(shè)施0
航標(biāo)效能R
防旱澇措施B．
監(jiān)管狀況B
其他情況
(3)指標(biāo)權(quán)重規(guī)范化 為突出各指標(biāo)之間的相對重要性，必須對指標(biāo)
化 工
權(quán)重進(jìn)行規(guī)范化。由公式(2)，關(guān)鍵指標(biāo)權(quán)重規(guī)范化
公式為 ： 旦： ×1： ；非關(guān)鍵指標(biāo)權(quán)重規(guī)范化
f~O
m ax
公式為 ： 旦，其中 為關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重。指
q
標(biāo)權(quán)重的規(guī)范化值，如表2所示。
表2 指標(biāo)權(quán)重規(guī)范化值
Table 2 The normalized value of each index weight
(4)指標(biāo)的概率分配
根據(jù)公式(2—3)的算法，分別得到單個指標(biāo)
和多指標(biāo)隸屬各等級的概率分配，見表3一表7。
表3 自然條件因素概率分配
Table 3 Probability distribution of natural condition factors
表4 平面布置因素概率分配
Table 4 Probability distribution of layout elements
表5 港區(qū)設(shè)施因素概率分配
Table 5 Probability distribution port facility factors
表6 安全監(jiān)管因素概率分配
Table 6 Probability distribution of safety regulatory factors
表7 系統(tǒng)子因素概率分配
Table 7 Probability distribution of sub-factors system
由表7得到整個原油碼頭站系統(tǒng)的可信度分
布。優(yōu)、良、中、及格、差的可信度分別為0．003 6、
0．934 1、0．058 29、0．000 16、0．002 96。由算法步驟
f4)可得到整個系統(tǒng)安全等級為：
= Σ p(Hq)
q-t
= 0．002 96x0．2+0．000 16x0．4+0．058 29x0．6+
0．934 l x0．8+0．003 6x 1
= 0．786 5
0．6<0．7865<0．8，則油碼頭的安全狀況介于中等
和良好之間，偏向于良好。．
4 結(jié)論
通過算例可以看出，在對某系統(tǒng)進(jìn)行安全評價
時，可以根據(jù)層次分析法確定影響系統(tǒng)安全的各種
因素，依據(jù)專家的經(jīng)驗與歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由專家估
計底層因素對評價結(jié)果的影響權(quán)重，最后運用D—s
證據(jù)理論的證據(jù)融合準(zhǔn)則，考慮所有因素共同作用
后對整個系統(tǒng)的影響，最后得出整個系統(tǒng)的安全等
級。本文嘗試性地將證D—s據(jù)理論應(yīng)用到原油碼頭
的安全評價中，處理評價過程中的不確定性及多因
素問題，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，該模型具有可
行性與實用性。
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