青岛区域雷电灾害风险评估系统

孙贞 徐天洋 孟繁辉 庞华基 王欣眉

（1.青岛市气象局 青岛市气象灾害防御技术中心 山东省青岛市 266003 2.山东财经大学计算机学院 山东省济南市 250014）

1 引言

我国雷电灾害频繁，给人们的生命财产安全带来巨大损失，而防雷减灾工作是防灾减灾工作的重要组成部分，在保障经济社会发展和人民生命财产安全方面发挥了重要作用。雷电灾害风险评估是评价雷电风险、提出防雷对策、开展防雷工作的必要环节，尤其是针对重大功能性区域的雷电灾害风险评估更为重要。区域雷电灾害风险评估是针对特定区域，依据雷电发生频率、强度、时空分布特征以及国家有关防雷安全法律、法规、标准，运用定量和定性的方法，对该区域内雷电灾害可能造成社会生产和人民生活的致灾影响做出整体性、区域化评估。评估结果将为该区域的项目选址、功能分区布局、防雷类别与防雷措施确定、雷灾事故应急方案制定等提供科学依据，以有效提升雷电灾害防御能力，保护人民生命财产安全。

本文基于层次分析法（AHP）方法的数学模型[1-5]，采用HTML、JavaScript、CSS语言编制了青岛区域雷电灾害风险评估系统。本评估系统在实际评估工作中进行了多次应用。结果表明，系统完全可以取代人工繁琐计算，并解决了人工计算易出错、效率低的问题，极大地提高了区域雷电灾害风险评估工作的效率。

2 层次分析法简介

层次分析法是一种定量计算与定性分析相结合，将评估工作者的主观判断与客观资料相结合的处理方法，它主要应用于决策分析和方法选择。层次分析法的基本原理是把一个复杂系统中的每个指标通分解为若干个有序层次，每一层次中的元素具有大致相等的地位，并且每一层与上一层次的某个指标和下一层次的若干指标有着一定的联系，每一个层次之间按照隶属关系组建成一个有序的递阶层次结构模型。在这个层次结构模型中，根据客观事实的判断，通过两两比较判断的方式确定同一层次中每个指标的相对重要性，以数字的方式建立判断矩阵，然后利用向量的计算方法得出同一层次中每个指标的相对重要性权重系数，最后通过组合计算所有层次的相对权重系数得到每个最底层指标相对于目标的重要性权重系数。

根据《雷电灾害风险评估技术规范》(QXT85-2018)，雷电灾害风险评估工作涉及19个指标参数，其中有10个定量指标，9个定性指标，9个复合指标。所有指标参数构成一个复杂的递阶层次系统，关系框图如图1。

图1：雷电灾害风险评估层次结构模型

本系统根据区域雷电灾害风险评估层次分析法的结构模型，通过分析评估过程计算各指标的先后顺序，分析雷暴日等气象资料、土壤结构、地形地貌、周边环境、项目属性、建筑物特征、电子电气系统等多种因子的前后相关关系，提取一套合理、简捷、实用的雷电灾害风险评估计算流程，编制设计了一个结构简明、界面友好、使用方便、功能齐全的区域雷电灾害风险评估系统。

3 系统功能

3.1 系统操作窗口布局

本系统的用户操作窗口主要由新建评估方案、管理评估方案、管理指标权重三大模块组成，如图2所示。

图2：系统界面

3.2 新建评估方案功能

本模块“新建评估方案”功能，首先需录入评估项目基本信息，并计算所有层级指标的等级分布，计算完成后进行存储。新建评估方案时，要录入“项目名称”、“专家姓名”、“项目描述”等基本评估信息，并在“判断矩阵”选项中选择判断矩阵方案名称。

3.2.1 评估因子隶属度分级计算功能

雷电灾害风险评估系统含有19个因子，分为10个定量因子和9个定性因子。

定量因子包括：雷暴日、雷击密度、雷电流强度、土壤电阻率、土壤垂直分层、土壤水平分层、电磁环境、人员数量、占地面积、等效高度。

定性因子包括：雷暴路径、地形地貌、安全距离、相对高度、使用性质、影响程度、材料结构、电子系统、电气系统。

在对应定量指标里按照指标单位录入定量因子的具体数值。对于定性指标，根据具体测量数据，按照《雷电灾害风险评估技术规范》（QX-T/85-2008）查找相对应的隶属度级别，点选对应的定性指标分级框。全部数据录入完毕后，点击计算风险等级进行计算。

3.2.2 计算结果

点击计算风险等级后，将出来新页面。新页面显示的是计算结果，包含评估信息、原始输入、分层的计算结果以及最终的风险等级计算结果，并给出最终计算的区域雷电灾害风险等级结论。

3.3 管理评估方案功能

本模块“管理评估方案”功能，包括对评估方案进行结果导出、删除。右上角有返回首页按钮。管理评估方案界面显示的有评估档案的名称、创建人、评估结果、创建时间和操作按钮。

3.3.1 结果导出和删除

进入功能操作。操作面板上有导出结果和删除功能。导出结果可将计算结果导出为EXCEL形式，方便用户使用。

3.3.2 评估信息显示

在操作面板下面为评估信息、原始输入、分层的计算结果以及最终的雷电灾害风险等级计算结果，并给出风险等级评估结论。

3.4 管理指标权重功能

本模块为构造新的权重方案，即建立新的判断矩阵，同时会显示已建立判断矩阵方案清单，包含名称、使用次数、是否完整及创建时间。本模块有新建权重方案、删除方案、建立副本方案功能。

3.4.1 新建权重方案功能

进入“新建权重方案”子功能栏之后，需要输入“权重方案信息”，包含矩阵方案名称、专家姓名及备注信息。本功能主要为构建判断矩阵。

构建有效的判断矩阵功能包含三个步骤：专家赋值，相对权重计算，一致性检验。

专家赋值：构建判断矩阵点击通过赋值入口，其中显示的每一子项代表权重比值，由评估专家对下属几个指标的重要程度进行比较和赋值。

相对权重计算：赋值完成以后，系统自动计算各个指标的相对权重。见图3。

图3：指标相对权重计算

一致性检验：赋值和计算完成以后进行一致性检验。如果一致性检验框变为红色，说明权重赋值有错，未通过一致性检验；如果颜色不变，则意味着通过了一致性检验。所有指标的判断矩阵都完成以后，形成完整的权重方案，可以进行保存，保存以后返回上级，在权重方案清单栏进行查询。

3.4.2 管理指标权重功能

管理指标权重方案时，在方案清单上找到需要修订的权重方案，点击最右侧标志区，出现操作面板。可以删除相应的方案，或者建立方案副本。

本功能包含各指标分层排序功能。进入权重方案操作面板之后，系统按判断矩阵方案计算各个指标因子相对权重，将计算结果进行分层排序。

权重总排序之后，比较各个指标的相对权重，可以检查整个评估方案的合理性，如果某个因子相对权重不符合被评估主体雷电灾害风险的客观属性，就需要对判断矩阵方案进行整体调整或局部修订。

修订后的权重方案可以保存或取消修订。保存以后系统产生新的权重方案，并更新方案清单。同时系统对新的方案自动计算权重并排序。

回到上级菜单栏，即可查看更新后的权重方案。重新打开相应的权重方案，并再次就各个因子的权重排序考察其合理性。

以上操作完成之后，会形成一个有效的权重方案，相当于对评估主体进行经验性的预评估，本过程的结果是形成一个有效的判断矩阵。

4 小结

本文采用HTML、JavaScript、CSS语言开发了区域雷电灾害风险评估系统。该系统能够自动计算各功能区雷电灾害风险评估并给出风险评估结论。系统功能明确，界面操作简单，易于使用，计算流程设计合理，在实际评估工作中进行了多次应用。结果表明，本系统可以取代人工繁琐计算，并解决了人工计算易出错、效率低的问题，极大地提高了区域雷电灾害风险评估工作的效率。