1.一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)根据对桥梁风险源的识别结果,以风险管控目标为目标层指标,将目标层以影响风险管控目标的因素为依据划分为中间层指标,然后根据影响中间层指标的因素将各个中间层指标进一步划分,依次类推,直至达到需求的指标分解精度形成桥梁风险评估指标模型,模型最后一层作为底层指标。通过专家对底层指标进行评判,并依据韦伯定律建立指数区间数判断矩阵A。
2)构建指数区间数的概率模型,建立便于一致性检验的近似数值判断矩阵B。运用特征根法计算各评判专家的主观指标权重集。
3)基于聚类分析法,建立各专家的个体偏好权重,其中专家个体偏好权重由专家聚类分析后的类间权重ρa及类内权重ρb相乘所得,类间权重为通过聚类形成各类后的权重,类内权重即为各类内专家的权重。
4)基于集值统计理论,运用落影法并结合步骤3)得到的专家个体偏好权重通过群决策进行集值分析,得到群决策判断矩阵C。运用特征根法计算群决策判断矩阵C,得到基于群决策的主观综合指标权重集ωs。
5)采用隶属度函数,定量描述数值型指标,获得其隶属度;语义型指标采用专家调查法由统计手段获得其隶属度。将数值型指标的隶属度和语义型指标的隶属度集合形成评价隶属度矩阵。
6)建立基于指标评价等级的属性矩阵D,采用熵权法计算群决策的评价指标属性矩阵D的客观综合权重集ωo。属性矩阵是描述各个指标隶属于各个评价等级的客观赋值矩阵。
7)基于步骤4)的得到主观综合指标权重集ωs和客观综合权重集ωo,并利用最小叉熵准则建立主客观权重优化模型L(γ,ω),求解后得到底层指标主客观融合指标权重集ω。
8)基于AHP‑FCE法,结合底层指标主客观融合权重集和评价隶属度矩阵,计算得到对应的中间层指标评价隶属度,并采用步骤1)~7)的方法通过专家对中间层指标进行评判得到中间层指标主客观融合指标权重集,进一步计算得到更上一层的指标评价隶属度,依此逐层进行评判,最终得到目标层指标隶属度向量R,结合评语集得到目标指标风险估计结果F,根据计算结果查询相关指南得到桥梁综合风险评价。
2.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:桥梁风险源的识别具体通过桥梁事故和研究资料分析危险事态以及不确定性风险的辨识,运用资料法、故障树法、专家调查法等方法进行识别。
3.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤1)中,依据韦伯‑费希纳定律建立“主观等差,客观等比”的指数标度通用公式:x
aij=u ,x=0,±1,±2…,±8;i,j=0,1,...,n式中:aij表示评价指标i与评价指标j的重要性比率;u为比较指标的重要性比率常数,x为主观等差判断等级,n为评价指标个数。
采用指数区间数标度a′ij代替指数标度aij,使专家主观判断的模糊性和不确定性相一致,即评估结果更加科学。
4.按照权利要求3所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤2)中,专家对任意两指标间的指数区间主观等差判断等级x可认为服从期望为μ,2
方差为σ的正态分布,根据正态分布概率模型,即其中由于区间数比较值a′ij为主观判断等级x的幂函数,故其概率密度函数为:采用概率分布函数均数a′ij,*构成数值判断矩阵,即对上式在求偏导数求解得到:
L
依据3σ准则(P(|x‑μ|≤3σ)≈0.997)对随机变量均值和方差的估计结果,即x =μ‑3σ,R L R R L
x=μ+3σ,得到μ=(x+x)/2,σ=(x‑x)/6,带入上式化简得到a′ij,*的近似估计数值bij:并采用一致性比率CR
其中λmax为最大特征根,n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性指标,当CR≤0.1时,认为专家判断矩阵满足一致性的要求,否则需要重新进行重要性判断。
5.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤3)中,基于聚类分析法,对比各专家的指标权重向量 的差异度k l k l
记为Δ(q ,q),q为第k位专家的指标权重向量集,q为第l位专家的指标权重向量集。
k l k l
当q=q ,即Δ(q ,q)=0时,表明专家间偏好程度完全一致,反之则相反。运用聚类分k l k l
析方法,设置阈值T≤max[Δ(q ,q)]/10。当Δ(q ,q )≤T时,即专家k和专家l归划为同一类。专家权重ρk包括类间专家权重ρa和类内专家权重ρb。
式中:e为专家聚类个数,t=1,2,...,e;κt为第t类内的专家个数。
ρb为类内专家权重,与判断矩阵的一致性指标成反比f(CRi),CRi为第i个专家主观判断矩阵的一致性指标,同该类的重心的距离成反比 为第x类的类间重心权重向量, 为第x类的类间重心权重向量集中的第i个指标权重。
式中:ξ、τ、θ为比例系数,分别取0.5、10、10。各专家的最终权重ρk=ρa×ρb。
6.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤4)中,基于集值统计理论,考虑群决策专家个体判断偏好,构建可反映不同专家评判水平差异的评判指标落影函数Y其中(a′ij)k为第k位专家对应的指标i与j相比较的重要性判断区间,记 ρk为第k位专家的个体偏好权重。
取落影重心作为该指标的公认评判数值cij,构建群决策综合判断矩阵C=(cij)n×n:运用特征根法求解矩阵C最大特征值λmax,则λmax对应的特征向量经归一化处理后,即为主观综合指标权重集ωs=(ωs,1,ωs,2,…,ωs,n)。
7.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤5)中,结合各个专家对风险因素的评定意见,确定底层评价指标隶属于各风险因素的概率,可依据指标评语性质将指标分为语义型指标和数值型指标。
语义型指标只能通过定性的语言描述,而无定量的数值表达,采用专家调查法获得,由专家在个语义型评价等级中进行选取,第k个专家对第i个指标的评价结果为为0或1,指标的评判结果相较另一指标为重要则取1,相反则取0。可对专家调查结果 进行统计分析:数值型指标评价结果可依据某一物理特性或响应进行定量的测试或长期监测,评价的结果为确定性的数值结果。数值型指标评价结果可依据相应的隶属度函数对单一数值评价结果 进行转化,R为任意实数;
式中:a1和a4为指标模糊评价数值区间的上下限,[a2,a3]为评价指标最可能取值范围。
8.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤6)中,基于熵权法,利用信息熵Ei计算出客观权重ωoi,避免主观因素的干扰。
其中
9.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:步骤7)中,充分考虑主客观因素对权重的影响,融合主客观因素对权重的影响,建立基于最小交叉熵原理的主客观融合权重优化函数模型:构建Lagrange函数L(γ,ω),来估计主客观融合权重优化函数模型解得指标主客观融合权重集ω:
其中主观权重集为ωs,i={ωs,1,ωs,2…ωs,n},客观权重集为ωo,i={ωo,1,ωo,2…ωo,n},假设主客观综合权重为ω=(ω1,ω2,…,ωn),r为指标所在层次数;λ为主观权重分配比重,取0.3;γ‑1为拉格朗日乘子。
分别对ω和γ求偏导,联立求得ω:
10.按照权利要求1所述的一种考虑主客观交叉融合权重的桥梁风险评估方法,其特征在于:所述的步骤8)中,基于模糊理论,由底层指标区间数判断矩阵 和底层指标评价结
0 0
果 求解专家权重(ρk)、底层指标评价隶属度矩阵D和底层指标主客观融合权重ω ,i
计算得到中间层指标评价集d,上角标0表示指标的底层指标,式中: 为模糊运算符。采用Zadeh算子,为主因素决定型,即M(∧,∨)突出主要因素的影响而忽略其他次要因素。对中间层多个指标依次求解,可得中间层指标评价隶属度矩i i i i i
阵D=(d1,d2,...,d n′),n′为中间层指标个数,其中i为各级中间层。由D 和中间层指标区i
间数判断矩阵A′k,依据上述专利内容,求解中间层指标主客观融合权重ω。
依据上述步骤,由底层指标向目标层指标逐层进行评判,最终得到目标指标评价隶属度向量R:
由评分区间中间值建立评分集G=(g1,g2…gk),可得目标层指标的风险估计结果F为:T
F=(g1,g2...gh)·(R1,R2...Rh) 。