基于熵值法的燃氣公交系統安全評價

鄧紅星，李嘉璐，張文會，李昕光

(東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040)

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基于熵值法的燃氣公交系統安全評價

鄧紅星，李嘉璐，張文會，李昕光

(東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040)

為了排查燃氣公交系統的安全因素，評價燃氣公交系統的安全水平，建立了以駕駛員、車輛、環境和管理安全為準則層，以職業素質、車輛安全性和加氣站設備安全性等為指標層的安全評價體系。為了量化評價燃氣公交系統安全水平，建立了以熵值法確定指標權重的模糊綜合評判模型。通過調查燃氣公交企業的相關數據，采用該模型計算公交系統的安全評價水平，確定其安全等級。結果表明：建立的評價指標體系較合理?；陟刂捣ǖ哪：C合評判模型具有一定的實用性，研究結果對發現燃氣公交系統的安全隱患、提高燃氣公交系統的安全等級具有一定的應用價值。

燃氣公交；安全評價；熵值法；模糊評價模型

燃氣公交是以液化天然氣(LNG)作為燃料的公共汽車，其最大的優點就是低排放、節能環保。LNG發動機噪聲低，排放的氮氧化合物、碳氫化合物和碳氧化物為普通發動機的1/4左右，顆粒物排放幾乎為零。2003年，北京、烏魯木齊、長沙和貴陽開始燃氣公交車示范應用。截至目前，我國大多省會城市都已推廣使用LNG公交車。

隨著燃氣公交的普及，燃氣公交系統的安全問題也日益突出。每年因電路自燃、燃料泄露等引起的安全事故常有發生，因此，建立燃氣公交系統安全評價體系，加強系統內駕駛人、車輛和環境等的安全管理至關重要。目前，用于公交安全評價方法主要有4種：絕對數法、事故率法、事故強度分析法和模型法[2]。絕對數法直觀簡單，但不能揭示公交安全的實質；事故率法可反映公交安全的不同側面， 但采用不同的評價指標得出的結果卻不甚相同,甚至自相矛盾；事故強度分析法還未發展成熟，目前對于一些問題還未達成統一共識[2]。本文采用模糊評價模型法.該方法是基于模糊數學的綜合評價方法，可以把定性問題轉化為定量問題。當問題受到多種因素影響時，可以應用模糊評價法進行總體評價。模糊評級法的優點在于其結果清晰，且具有較強的系統性。本文在多方面考慮影響安全評價因素的基礎上，確定直接有效的評價指標，應用熵值法確定其權重，建立較為實用的評價模型。

1　安全評價體系的建立

1.1準則層

通過對諸多燃氣公交事故案例的分析[3]，駕駛人、車輛、環境和管理機制等單一或綜合因素是其主要致因[4]。當以上4個因素都處于相對安全狀態時，整個燃氣公交系統的安全程度相對較高。所以，本研究選擇駕駛人、車輛、環境和管理機制作為指標體系的準則層，見圖1。

1.2指標層

在建立模型的過程中首先確定模型中的評價指標以便直觀地揭示系統效用。在建立的系統中，評價指標要能從多角度全面體現系統整體安全水平。組成系統的子系統既要保證彼此之間存在一定的層次聯系，又要保證能獨自列出，體現系統安全水平的一個方面[5]。根據燃氣公交事故的案例分析，確定職業素質、車輛安全性、加氣站安全性以及安全制度完善程度等13個指標作為指標層，見圖1。

圖1　燃氣公交系統安全評價指標

2　安全評價模型的建立

2.1熵值法確定指標權重

熵是表明體系不確定性、無序程度的度量，可用于判斷事件的隨機性和無序性，也可判斷指標的離散程度。熵值法通過突出局部差異來確定指標權重，進而計算各樣本綜合得分。通過熵值法確定的指標權重是一個相對數值，因此熵值法適用于多指標的相對評價[6]。

熵值法避免了主觀因素，可以較客觀地確定各指標的權重，使評價結果較為科學。在研究公交系統的安全評價時，需要根據影響安全的因素找出多個評價指標，屬于多指標的相對評價，符合熵值法的應用范圍。當評價對象的某項指標值離散程度較大時，熵值較小，說明該指標提供的有效信息量較大，其權重也應較大；反之，若某項指標值離散程度較小，熵值較大，說明該指標提供的信息量較小，其權重也應較小。

2.2熵值法確定確定權重的步驟

1) 數據的收集和整理。如果對n個指標進行比較，每一個指標有m個子指標，則可以得到此指標的評價矩陣：

2) 將矩陣轉化處理得到

數據標準化后矩陣為

根據公式歸一化上述矩陣Y可得

(1)

標準化處理矩陣后得到

3) 根據公式計算指標熵值為

(2)

式中：0≤e≤1，在系統完全無序的狀態下e=1；pij=1/n；k=1/lnn。

4) 評價指標中權重的確定。熵值法的原理是計算指標的信息無序程度，無序系數越大，對待評價系統的最終評價的影響就越嚴重[7]。第j指標的權重wj可以表示為

(3)

其中dj為差異性系數，dj=1-ej。

2.3模糊評價模型

在計算得到所有指標權重之后，還要對所考慮的問題進行定量評價,建立模型。本文應用模糊評價模型法建立模型。模糊評價是使用模糊數學綜合決策的方法來對一個多指標的系統進行最終協調決策。這個方法經過多年的實踐應用，被專家和學者們證明是一種明確、簡潔的安全等級評價方法。

1) 確定評價指標集。建立和系統最終評價結果有關的各個指標構成的集合：

2) 確定評語評價集。需評價系統各項指標，對指標變化程度劃分集合：

3) 確定隸屬度。隸屬度是評價指標集U的各種指標，相對于評價集V中各評價等級的隸屬程度，通常該值在0～1之間。

4) 確定模糊評價矩陣。以rij表示隸屬度，建立評判者對某一指標評價的結果矩陣：

5) 確定權重集。權重集表示各個因素在對象系統中的相對比重，用來對模糊評價矩陣R作加權處理。

6) 進行初級評價。將權重集A與評價矩陣R用合成算子計算得到評價總結果B，可以表示為

7) 進行綜合評價。利用最大隸屬度原則進行最終總評價，即

Br=max{b1，b2，…，bn}

r是被評價系統所映射的綜合評價評語等級。

根據模糊評價模型的計算需要，必須要選擇合適的合成算子，才能正式完成對最終目標和整個系統的模糊評價。本文選用合成算子M(∧,∨)。

(4)

3　實例計算

3.1熵值法確定指標權重

對某企業員工進行問卷調查，統計后建立評價矩陣并進行標準化處理。建立駕駛員的評價矩陣R1、車輛的評價矩陣R2、環境的評價矩陣R3、管理的評價矩陣R4：

由式(2)、(3)計算出指標的熵值及客觀權重，得到的權重值如表1所示。

表1　燃氣公交運營安全評價體系各指標綜合權重值

3.2模糊評價模型的應用

1) 1級模糊評價。上述過程已經計算得出駕駛員安全指標的綜合權重為W1，其模糊判斷矩陣為R1。經過模糊模型處理可以得到駕駛員安全指標的模糊評價矩陣B1、車輛安全指標的模糊評價矩陣B2、環境安全指標的模糊評價矩陣B3、管理安全指標的模糊評價矩陣B4：

B1=(0.438,0.3815,0.1805,0.156,0.028)

B2=(0.4426,0.296,0.1919,0.112,0.039)

B3=(0.4352,0.33,0.274,0.173,0.039)

B4=(0.3825,0.2753,0.168,0.134,0.022)

建立總目標層次A的模糊綜合評判矩陣：

R=(B1,B2,B3,B4)T=

2) 2級模糊評價。某燃氣公交運營整體安全評價向量為

B=(0.294 3, 0.275 3, 0.232 6, 0.173, 0.039)

3) 隸屬度確定。根據總目標總體評價向量B，由maxB=0.294 3及最大隸屬度原則可知：該企業基本隸屬于第1級企業的程度最大，安全化程度比較好。

4) 綜合模糊評價。對的向量B進行標準化處理，得到綜合模糊評價的向量：

B=(0.290 2, 0.271 4, 0.229 4, 0.170 6, 0.038 4)

分別給各個評價等級賦值，如表2所示。

表2　企業安全等級分值

得分越高代表企業安全運營條件越優秀，反之，得分越低則代表運營條件越低劣，分數不及格則代表企業并沒有擁有能安全運營的條件。將對企業評價所得的分數與分值表對照，確定目前該企業管理水平所處的安全等級，并及時了解需要進行何種調整。對于那些總分數不及格的企業，相應的監督管制部門應當馬上督促其停業，重建企業安全管理文化，驗收合格后方能正常經營。得到該燃氣公交企業的本質安全化總分為

P=B×γ=(0.290 2, 0.271 4, 0.229 4,

同理，對該企業其余所有人員、車輛、環境、管理分別進行得分計算可得：

P1=82.575，P2=77.493

P3=78.594，P4=71.388

5) 模糊綜合評價結果分析。把上述計算結果進行統計，對照之前提出的企業等級分級表，可以得到該燃氣公交企業安全評價，見表3。

表3　某公交企業安全等級評價

由表3的各項得分可以發現：該企業各項指標基本都屬于等級3“基本滿意”，本質安全也處于 “基本滿意”等級，可以認為該企業基本滿足安全運營條件。但是，企業安全管理不能滿足現狀，仍然需要繼續完善安全管理機制和安全運營條件。盡快提高本質安全化程度，達成優秀的安全運營條件，保障企業員工擁有安全的工作環境，促進企業的安全運營和穩定發展。

4　結束語

本文利用模糊評價法建立了燃氣公交系統安全評價體系，確定3個層次共13個影響指標。應用熵值法計算各個指標的權重。在進行安全評價過程中，分2步進行模糊評價并確定評語等級。應用實例驗證了模型的可行性，得出某燃氣公交企業分指標評價分數和總體評價分數，其多數分指標處于“基本滿意”級別，系統總體也處于“基本滿意”級別，驗證了評價模型的有效性。該模型為企業安全管理提供了一定的理論依據，可幫助企業明確管理方向、消除安全隱患，具有重要的現實意義。

[1]柏亮星.開發城市燃氣公交意義重大[J].工程技術與產業經濟，2013(9):86-87.

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[3]陳振海,李永昌.天然氣公交車安全事故案例分析和防范措施[J].城市公共交通，2012(10):26-27.

[4]MASAYUKI T,ATSUMI M.Approach enhancing inherent safety application in onshore LNG plant design[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2012(2):55-57.

[5]蹇小平.城市公交企業安全評價指標體系研究[D].西安:長安大學,2012.

[6]鄒華,徐玢玢,楊朔.基于熵值法的我國區域創新能力評價研究[J].科技管理研究,2013(23):56-61.

[7]李德震.燃氣公交運營本質安全評價研究[D].哈爾濱：東北林業大學,2015.

[8]李艷軍,王曉寧.煤礦本質安全評價指標權重的分析[J].煤礦現代化，2011(6):27-28.

(責任編輯劉舸)

Safety Evaluation for LNG Bus System Based on Entropy Method

DENG Hong-xing, LI Jia-lu， ZHANG Wen-hui, LI Xin-guang

(School of Traffic, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

In order to examine the safety factors of gas transport system and evaluate the safety level of gas transport system, we established safety evaluation system which takes drivers, vehicles, environment and safety management as its criterion level and professional quality, vehicle safety and LPG station equipment security system as its index level. For the quantitative evaluation of gas transport system safety level, we set up fuzzy comprehensive evaluation model with entropy value method to determine the index weight. Finally, through the investigation and the related data of gas bus companies, the level of safety evaluation of bus system was calculated with the model and their level of security was determined. Results show that the established evaluation index system is reasonable, and the fuzzy comprehensive evaluation model based on entropy method is practical, and the results has a certain application value to find the safe hidden trouble of gas transport system and improve the safety of gas transport system.

LNG bus; safety evaluation; entropy value method; fuzzy evaluation model

2016-06-23

教育部人文社會科學研究規劃基金資助項目(15YJA630009)

鄧紅星(1969—)，男，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，主要從事交通運輸系統管理研究，E-mail：1969dhx@163.com。

format：DENG Hong-xing, LI Jia-lu，ZHANG Wen-hui, et al.Safety Evaluation for LNG Bus System Based on Entropy Method[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(10):81-85.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.10.013

U489

A

1674-8425(2016)10-0081-05

引用格式：鄧紅星，李嘉璐，張文會，等.基于熵值法的燃氣公交系統安全評價[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2016(10):81-85.