三角模糊AHP和灰色關聯法在CNG加氣站安全評價中的應用

張 麗，謝禹鈞，蔣立軍，龔 雪，梁梅芳

（1. 遼寧石油化工大學機械工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 大慶油田工程有限公司， 黑龍江 大慶 163000）

三角模糊AHP和灰色關聯法在CNG加氣站安全評價中的應用

張 麗1，謝禹鈞1，蔣立軍1，龔 雪1，梁梅芳2

（1. 遼寧石油化工大學機械工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 大慶油田工程有限公司， 黑龍江 大慶 163000）

通過對CNG加氣站危險因素的綜合分析，從人員、設備、管理和環境四方面進行考慮，建立了CNG加氣站安全評價層次結構模型和安全等級評分標準。運用三角模糊AHP法確定各指標的權重，采用灰色關聯度法計算各參評數據序列與各個等級標準數據序列的關聯度，從而確定加氣站所屬的安全等級，不但為CNG加氣站的管理者提供了新的評價方法，而且為改善CNG加氣站的安全管理提供參考，從而促進CNG加氣站的安全運行。

CNG加氣站；三角模糊數；灰色關聯法；安全評價

隨著天然氣資源的開發和利用，壓縮天然氣(Compressed Natural Gas，CNG)加氣站近年來也得到了較快的發展。但由于CNG是一種易燃易爆氣體，加之CNG加氣站大多數處在城市人口密集區，一旦發生事故，極易造成嚴重的人員傷亡和經濟損失[1,2]。因此，對CNG加氣站的安全現狀進行評價以及安全管理進行研究，具有重要的現實意義。利用三角模糊數與層次分析法相結合，建立了大慶市某CNG加氣站安全評價層次結構模型和安全等級評分標準，運用三角模糊AHP法確定了各指標的權重，并運用灰色關聯度法得出其安全等級。

1 三角模糊AHP法

層次分析法[3,4](Analytic Hierarchy Process， AHP)是美國著名的運籌學家、匹茲堡大學教授T.L. Sattey于1973 年提出的，是一種定性與定量相結合的確定權重系數的方法，基本原理是通過分析復雜系統所包含的因素及其相互關系，將系統分解為不同的要素，并按支配關系將這些要素分組，形成有序的遞階層次結構。由于層次分析法是以1-9之間的整數作為標度來構造判斷矩陣的，這種判斷矩陣并不能很好地反映人類判斷的模糊性，因此，荷蘭學者Van Laargoven[5]于1983 年提出了用三角模糊數表示模糊比較判斷的方法并運用三角模糊數的相關運算求得元素排序。

（1）設函數μM(x) 由線性函數組成，如公式（1）所示：式中u和l分別是上界和下界，m為M的中值，這樣的模糊數稱為三角模糊數，記為M=(l,m,u)。設δ=u-l，δ越小表示模糊的程度越低，δ越大表示模糊程度越高，如果δ=0則表示判斷是非模糊的。M1≥M2的可能性程度計算如公式（2）所示。

（2）設M1=（l1,m1,u1），M2=（l2,m2,u2）為兩個三角模糊數，其運算法則如下[6]：

2 評價方法計算過程

評價時，需建立CNG加氣站安全等級評分標準[7]，將CNG加氣站安全劃分為5個等級。各級標準序列如下：Ⅰ級，安全，{95， 95，．．．，95}；Ⅱ級，較安全，{85， 85，．．．，85}；Ⅲ級，一般安全，{75， 75，．．．，75}；Ⅳ級，較不安全，{65， 65，．．．，65}；Ⅴ級，不安全，{55， 55，．．．，55}。首先請專家對被評CNG加氣站內各指標進行現場評分，建立參評數據序列，然后利用三角模糊AHP法確定各指標的權重，最后采用灰色關聯度法確定加氣站所屬的安全等級，具體步驟如下：

（1）通過對CNG加氣站進行實地調研，綜合各種資料，建立CNG加氣站安全評價層次結構模型；

（2）邀請專家對評價指標進行兩兩比較，并用三角模糊數構造模糊判斷矩陣。記為[8]：，當有N位專家進行評判時，aij為綜合三角模糊數，它是N位專家評判的綜合值；

（4）針對各模糊判斷矩陣，由公式（4）計算第i個元素Ai重要于其他元素的可能性程度：

（5）計算同一層次所有元素相對于目標層的相對重要性的排序權重，進行層次總排序；

（6）運用灰色關聯度法計算CNG加氣站各指標的關聯度，確定加氣站所屬安全等級。

3 對大慶市某CNG站進行安全評價

3.1 各指標權重的計算

根據安全系統工程理論，通過對大慶市CNG加氣站的實地調研，在綜合分析各種資料的基礎上，從影響CNG加氣站的安全因素：人員、設備、管理和環境四方面進行考慮，建立了大慶市某CNG加氣站安全評價層次結構模型，如圖1所示。

首先請專家對各準則之間的重要性進行兩兩比較，構造出準則層相對于目標層的模糊判斷矩陣，如表1所示。

根據公式（3）計算每個準則同所有其他準則相比較的綜合重要程度值：

根據公式（2）得M1≥M2的可能性程度如下：V（S1≥S2）=1.000,V（S1≥S3）=1.000,V（S1≥S4）=1.000由公式（4）得各準則重要于其他準則可能性程度為：d′（B1）=minV （S1≥S2,S1≥S3,S1≥S4）=min（1,1,1）=1同理：d′（B2）=0.953，d′（B3）=0.490，d′（B4）=0.085所以W′=（1.000,0.953,0.490,0.085）T，歸一化得W=（0.395,0.377,0.194,0.034）T

同理可計算出各指標層C1～C3、C4～C8、C9～C13、C14～C16分別相對于準則層B1、B2、B3、B4的權重，權重計算結果及排序匯總如表2所示。

3.2 確定安全等級

（1）按照CNG加氣站的實際情況，請有關專家對各指標進行打分，打分情況如表2所示。

（2）確定標準序列和參評數據序列

（3）無量綱化處理

（4）計算灰色關聯系數[9]

第i個評價對象中第k個指標與第k個最優指標的灰色關聯系數計算如公式（5）所示。標準數據序列與第i個參評數據

圖1 大慶市某CNG加氣站安全評價層次結構模型Fig.1 The safety assessment criteria hierarchy model for the Daqing CNG filling station

表1 將B1～B4對A的模糊判斷矩陣Table 1 B1～ B4for A fuzzy judgment matrix

表2 大慶市某CNG加氣站安全指標權重匯總Table 2 Security index weights summary of Daqing CNG filling station

由公式（5）可得人員因素B1的灰色關聯系數：

（5）計算人員因素的關聯度：關聯度ξWR=，RB1=

最大關聯度RB1max=0.8312，說明該CNG加氣站人員因素安全等級為Ⅱ級，較安全。同理：

最大關聯度RB2max=0.8277，說明該CNG加氣站設備設施安全等級為Ⅱ級，較安全。

最大關聯度RB3max=0.8219，說明該CNG加氣站安全管理安全等級為Ⅱ級，較安全。

最大關聯度RB4max=0.9191，說明該CNG加氣站環境衛生安全等級為Ⅱ級，較安全。

整個CNG加氣站灰色關聯度為：

該CNG加氣站最大灰色關聯度Rmax=0.8311，所以整個CNG加氣站安全等級屬于Ⅱ級，較安全。

4 結 論

（1）由表2可以看出，人員因素和設備設施所占權重最大，說明其對CNG加氣站的安全影響最為重要，而且從權重排序結果可清楚的了解影響CNG加氣站安全的主要因素與次要因素，加強對主要因素的監督與檢測，警惕易忽略的因素，做到防患于未然，提高加氣站的安全管理水平；

（2）運用三角模糊AHP法確定其各指標的權重，采用灰色關聯度法計算參評數據序列與各標準數據序列的關聯度，減少了人員主觀性的影響，最終得到大慶市某CNG加氣站所屬的安全等級為Ⅱ級，較安全，其評價結果與實際運行狀況相符，說明使用該方法對加氣站進行安全評價是有效的、可行的，不僅能為CNG加氣站的管理者提供新的評價方法，而且能為改善CNG加氣站的安全管理提供參考；

（3）實際運行過程中影響CNG加氣站安全的因素很多，而且對CNG加氣站的安全評價不是一種方法就能解決的，在三角模糊AHP法的基礎上，還可綜合多種評價方法，充分考慮導致CNG加氣站的各種不安全因素，以便對CNG加氣站安全作出更加符合實際、更加合理有效的評價，從而促進CNG加氣站的安全運行。

［1］ 張琳．CNG加氣站安全評價方法及應用研究[D].成都：西南石油大學，2007．

［2］ 尹燕莉．CNG加氣站安全評價技術研究及軟件開發[D].成都：西華大學，2006．

［3］ 許樹柏．層次分析法原理[M].天津：天津大學出版社，1988．

［4］ 蘇欣，袁宗明，胡安鑫等.城市CNG汽車加氣站安全評價模型[J].天然氣工業，2006，26（2）：126-128.

［5］ P.J.M. van Laarhoven，W.Pedrycz．A Fuzzy Extension of Saaty's Priority Theory[J].Fuzzy Sets and Systems，1983，11(1-3)：199-227．

［6］ Da-Yong Chang．Applications of the extent analysis method on fuzzy AHP[J].European Journal of Operational Research ，1996，95(3)：649-655．

［7］ 陳杰，石超，方來華．基于灰色關聯分析和IAHP的CNG加氣站安全評價方法研究[J].中國安全科學學報，2009，19（6）：159-165．

［8］ 劉姍姍．基于三角模糊數的價值工程評標方法研究[D].天津：天津大學，2008．

［9］ 鄧聚龍．灰色系統基本理論[M].武漢：華中理工大學出版社，1998．

Applications of Triangular Fuzzy AHP and Grey Correlation Methods in Safety Assessment of CNG Filling Stations

ZHANG Li1，XIE Yu-jun1，JIANG Li-jun1，GONG Xue1，LIANG Mei-fang2
（1. School of Mechanical Engineering,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Daqing Oilfield Engineering Co., Ltd. , Heilongjiang Daqing 163000，China）

Through comprehensive analysis of risk factors for CNG filling stations, the safety assessment criteria hierarchy model and the security level for the CNG filling station were established considering the four aspects of personnel, equipment, management and environment. Triangular fuzzy AHP method was used to determine the weight of each index, and the grey correlation method was used to calculate the correlation degree between the given sequence and the standard sequence, then security level of the filling station was determined. This paper not only can provide a new evaluation method for CNG filling station managers, but also can provide the useful reference for improving the safety management of the CNG filling stations.

CNG filling station; Triangular fuzzy numbers; Grey correlation method; Safety evaluation

X 937

A

1671-0460（2015）01-0201-04

2014-09-02

張麗（1987-），男，安徽界首人，碩士研究生，研究方向：石油化工安全。E-mail：zhangli19881019@163.com。