基于灰色关联度分析的火灾报警系统产品性能评价

曲 娜, 王 楠, 蓝真亮, 杨 峰

(沈阳航空航天大学 安全工程学院, 辽宁 沈阳 110136)



基于灰色关联度分析的火灾报警系统产品性能评价

曲 娜, 王 楠, 蓝真亮, 杨 峰

(沈阳航空航天大学 安全工程学院, 辽宁 沈阳 110136)

从系统产品可靠性、可维护性、环境适应性等6个方面构建了火灾报警系统产品性能评估指标体系,运用改进的灰色关联度分析法来确定各评价指标的权重,采用模糊综合评判法得出火灾报警系统产品性能评估结果.以沈阳航空航天大学图书馆火灾报警系统为例进行计算,结果表明了火灾报警系统产品性能评估模型的可行性.

火灾报警系统; 产品性能; 灰色关联度分析; 模糊综合评判

火灾自动报警系统是通过火灾探测器和人工实现发现火情并及时报警的系统,主要由火灾探测器、火灾报警控制器、手动报警按钮、声光报警器和电源等组成,是预防火灾必不可少的组成部分.随着建筑规模的迅速发展,火灾隐患监测的难度也大大增加,对火灾报警系统产品性能的要求也越来越高,系统产品性能的优劣直接影响人民生命财产安全.

2009年,赵海荣建立了火灾自动报警系统应用效能评价指标体系,运用层次分析法确定了各指标的权重,并给出了各二级指标的量化方法,最终得出了火灾自动报警系统应用效能综合评价模型[1].宋立巍对地铁火灾自动报警系统使用效能评价进行了研究,提出了该系统使用效能的评价要求、评价指标体系、评价流程以及评分模型,但评分模型不够明确[2].2010年,孙莹莹制定了提高火灾自动报警系统应用效能的应对措施,但没有提出效能评估模型[3].马玉东对于当前正在运行的火灾自动报警系统应用效能不能正常发挥的现象进行分析并提出了改进措施,没有建立效能评估模型[4].张丽敏介绍了评估标准的等级划分和确定方法, 确定了消防指挥自动化系统效能评估指标的评测方法和分级标准,未建立系统效能评估模型[5].2011年,Z.G.Liu研究了9个火灾探测报警系统效能,代表了五种应用于公路隧道的类型.通过实验得出结论为纵向气流条件下火灾检测系统的检测时间取决于燃料类型、火的大小和位置、气流的速度和检测方法,没有建立系统评估模型[6].M.Ahrens统计了美国家庭烟雾报警系统的效能[7].2012年,ZhangZhenna分析了火灾探测器的响应性能,通过数值计算预测了ASD系统的响应时间,可以指导大空间建筑ASD系统设计安装,没有建立火灾自动报警系统效能评估模型[8].ZhangLimin利用层次分析法确定多准则第三级指标的综合权重,并构造消防指挥自动化系统效能评价模型[9].2013年,任国生从多个角度分析了当前火灾自动报警产品应用效能存在的问题,并有针对性地提出了相应的解决对策,并没有建立有效的评估模型[10].I.L.Homeag利用模糊专家系统算法提高火灾探测部分效能,没有考虑整个火灾自动报警系统的效能[11].2014年,汪莹构建了矿产资源开发优先序列评价指标体系,提出了基于灰色关联分析的矿产资源开发优先序列模型[12].

论文从系统产品可靠性、可维护性、环境适应性、兼容性、可维护性、可扩展性和易用性等6个方面构建了火灾报警系统产品性能评估指标体系,运用改进的灰色关联度分析法来确定各评价指标的权重,采用模糊综合评判法得出最终火灾报警系统产品性能评估结果.

1 算法设计

1.1 系统产品性能评价指标

根据国家相关标准和指导性文件,利用层析分析法建立火灾自动报警系统产品性能指标体系,见表1.

表1 产品性能指标体系

1.2 基于改进的灰色关联度确定权重

灰色关联度分析法是分析系统中各元素之间关联程度或相似程度的方法,其基本思想是根据关联度对系统排序.本文运用改进的灰色关联度分析法来确定产品性能评价指标的权重.

(1) 改进的灰色关联度分析法.设有原始数据列X0=(x0(t),t=1,2,…,n},比较数据列Xi=(xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

第1步:对X0、Xi作一次累减,如式(1)、式(2).

(1)

(2)

第2步:计算相对变化率k,如式(3)、式(4).

(3)

(4)

第3步:计算X0与Xi之间的关联系数r0i(k)和关联度r0i,如式(5).

(5)

其中当yi(t)与y0(t)符号相同时取正号,否则取负号;当y0(t)与(yi(t))为零时,将y0(t)与(yi(t))的符号做正号处理.

(6)

r0i的正负情况反映了Xi与X0两个变量间的相关性质.r0i>0 表示正相关,即X0的增(减)将直接导致Xi的增(减);r0i<0 表示负相关,X0的增(减)将直接导致Xi的减(增).由此计算的r0i不再是一个相对值,而是一个绝对值.

(2) 权重确定.针对目标和各指标都已量化的系统,如果采用改进灰色关联,需要先计算各子因素与目标之间的关联度,再对其作归一化处理,所得的值即为权重.这样不仅可以确定指标对目标的影响程度,而且能反映确定指标对目标的影响方向是否具有较强的客观性.根据待评价场所近年运行数据,可以得到表1的各项指标数值,方法具体步骤如下:

① 建立目标数据列X0={x0(t),t=1,2,…,n};子目标数据列Xi={xi(t),t=1,2,…,n,i=1,2,…,m}.

② 将各r0i作归一化处理得W=(w1,w2,…,wm),其中

(7)

W即为权重向量.负号表示确定指标对目标产生负面影响.

1.3 模糊综合评判

模糊综合评判方法是在模糊环境下,考虑多种因素的影响,为了某种目的对一事物做出综合决策的方法.该方法首先需要确定评价对象集、因素集和评语集.将表1中所有二级指标作为评价对象集.每个指标的优劣等级定为因素集为:V={优,良,中,及格,不及格}.所有二级指标优劣得分结果为评语集,形成模糊综合评价矩阵.利用灰色关联度确定每个指标的权重向量=(A1,A2,…,An).最后根据模糊运算法则,可得到综合评价结果.根据最大隶属度原则确定模糊结果,得出系统产品性能等级.

2 系统效能评估算例

选择沈阳航空航天大学图书馆火灾报警系统作为实际案例进行系统产品性能评价,并根据性能评价结果提出合理化的建议.

2.1 评价指标的权重确定

收集火灾报警系统近10年的相关数据进行分析,其中表2为近5年数据和10年的平均值,并建立目标数据列即火灾报警产品成功报警次数X0={x0(t),t=1,2,…,n},子目标数据列即各二级评价指标Xi={xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

对X0,Xi作一次累减得y0和yi,计算相对变化率k,得到X0与Xi之间的关联系数r0i(k)和关联度r0i,结果填入表3(部分).

表2 系统产品性能相关数据

表3 关联系数r0i(k)和关联度r0i

当yi(t)与y0(t)符号相同时取正号,否则取负号,为零时,做正号处理.r0i的正负情况反映了Xi与X0两个变量间的相关性质.r0i>0 表示正相关,即X0的增(减)将直接导致Xi的增(减);r0i<0 表示负相关,X0的增(减)将直接导致Xi的减(增).由此计算的r0i不再是一个相对值,而是一个绝对值.将各r0i作归一化处理得权重向量W=(w1,w2,…,wm),见表4.W即为权重向量.负号表示确定指标对目标产生负面影响.二级评价指标Wi=(0.03 0.03 0.2 0.03 0.03 0.06 0.03 0.06 0.06 0.06 0.11 0.14 0.03 0.07 0.03 0.03),一级评价指标W0=(0.32 0.15 0.06 0.34 0.10 0.03).

2.2 产品性能评价

通过分析沈阳航空航天大学图书馆火灾自动报警系统运行信息,并和消防控制室工作人员进行座谈,获得了评估所需要的相关数据信息.根据专家打分法和系统运行数据结合模糊统计法,通过各单因素模糊评价获得模糊综合评价矩阵R.

(8)

火灾报警系统产品性能评价如式(9).

(9)

即系统产品性能为优的概率为0.552,良的概率为0.286,中的概率为0.133,及格的概率为0.029,不及格的概率为0.根据模糊评价的最大隶属度原则确定评估结果为优.据该消防控制室工作人员反映火灾报警系统工作10年以来一直运行情况良好,与评估结果基本一致.

3 结 论

依据国家相关标准和指导性文件,建立了包括可靠性、可维护性、环境适应性、可扩展性、兼容性和易用性等一级评价指标,并进一步细分得到二级指标.建立了基于改进灰色关联度-模糊综合评判方法的火灾报警系统产品性能评价模型.弥补了火灾报警系统产品性能在使用过程中缺乏的评价方法和检测手段,对火灾报警系统的设计和管理均具有一定的参考意义.

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【责任编辑: 李 艳】

Product Performance Assessment of Fire Alarm System Based on Gray Correlation Analysis

QuNa,WangNan,LanZhenliang,YangFeng

(School of Safety Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China)

The assessment index system of product performance is constructed, which includes the product reliability, maintainability, environmental adaptability and so on. Grey correlation analysis method is used to determine the weight of each assessment index. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to get the product performance evaluation results of the fire alarm system. Taking the fire alarm system of Shenyang Aerospace University library as a case of product assessment, the feasibility of the presented system is indicated.

fire alarm system; product performance; grey correlation analysis; fuzzy comprehensive evaluation

2015-10-30

辽宁省大学生创新创业训练计划资助项目(DS504101).

曲 娜(1979-),辽宁营口人,沈阳航空航天大学讲师,博士研究生.

2095-5456(2016)05-0392-05

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