基于FAHP確定影響煤礦安全生產(chǎn)因素的重要性

李詠梅 ，王海寧,袁金星, 崔曉琴,張 彬

(太原理工大學(xué))

·試驗(yàn)研究·

基于FAHP確定影響煤礦安全生產(chǎn)因素的重要性

李詠梅 ，王海寧,袁金星, 崔曉琴,張 彬

(太原理工大學(xué))

用模糊層次分析法(FAHP)建立數(shù)學(xué)模型，處理影響煤礦安全生產(chǎn)的因素，在查閱大量文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上，確定了影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，并制成調(diào)查問卷，請(qǐng)煤礦安全生產(chǎn)方面專家填寫調(diào)查問卷，并分析調(diào)查問卷中的數(shù)據(jù)，然后，對(duì)專家打分進(jìn)行模糊化，利用模糊層次分析法求得模糊權(quán)重，并選用文獻(xiàn)中性質(zhì)較好的排序方法對(duì)所得到的模糊權(quán)重進(jìn)行排序，從而給出各因素的重要性次序。

模糊層次分析法(FAHP)；煤礦的安全生產(chǎn)；權(quán)重

為了分析煤礦事故發(fā)生的主要原因，評(píng)價(jià)煤礦的安全狀況，一些文獻(xiàn)對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)進(jìn)行了理論研究，給出了眾多評(píng)價(jià)方法，而且大多數(shù)煤礦也存在著自己的安全評(píng)價(jià)方法。常用的評(píng)價(jià)方法有：檢查表法、主成分分析法、層次分析法等。但無論哪種方法，對(duì)數(shù)據(jù)的精確性都有很高的要求。由于影響煤礦安全生產(chǎn)的因素眾多，其中很多人為因素難以量化處理。同時(shí)，由于現(xiàn)有方法對(duì)煤礦安全影響因素的評(píng)價(jià)專業(yè)性要求較高，在很大程度上也制約著評(píng)價(jià)體系的實(shí)用性。因此，建立一套合理、可操作的安全評(píng)價(jià)體系，以實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的安全化是非常必要的。本文首次將模糊層次分析法理論用于分析影響煤礦安全生產(chǎn)的各個(gè)因素，利用模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，克服了精確數(shù)據(jù)難以獲取以及不客觀的弊病。同時(shí)，在確定各影響因素相對(duì)重要性時(shí)考慮多個(gè)專家的意見，使決策過程更為客觀。

1 應(yīng)用FAHP進(jìn)行煤礦安全生產(chǎn)因素的權(quán)重分析

1.1確定影響煤礦安全生產(chǎn)的因素

煤礦生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)的研究對(duì)象是整個(gè)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的安全問題，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)是涉及煤礦安全生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)、包含眾多因素的一個(gè)有機(jī)的整體。通過查閱大量的文獻(xiàn)資料以及深入煤礦進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。最終確定的影響煤礦安全生產(chǎn)的因素見表1。

表1 影響煤礦安全生產(chǎn)各因素的分層結(jié)構(gòu)

1.2構(gòu)造判斷矩陣

要確定n個(gè)因素y={y1,y2…,yn} 對(duì)目標(biāo)z的影響，根據(jù)AHP方法，首先必須構(gòu)造判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij表示yi與yj相比對(duì)目標(biāo)影響的相對(duì)重要性`，根據(jù)Saaty[5]的1～9標(biāo)度進(jìn)行確定，具體數(shù)值見表2。

表2 標(biāo)度aij的含義

經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分得到，所求得的權(quán)重α1,α2…αn,只是權(quán)重的近似值。目前，根據(jù)判斷矩陣求權(quán)重的方法有多個(gè)如：行向量法、特征向量法、對(duì)數(shù)最小二乘法等等[5]。

1.3群體模糊層次分析法基本原理

在實(shí)際應(yīng)用中，由于現(xiàn)實(shí)決策問題的復(fù)雜性，同時(shí)受知識(shí)結(jié)構(gòu)、判斷水平、個(gè)人偏好以及信息掌握情況和客觀事物的復(fù)雜性等不確定因素的影響，精確數(shù)據(jù)往往難以獲取。有鑒于此，將對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理，然后利用群體模糊層次分析法求得模糊權(quán)重，并選取適當(dāng)?shù)呐判蚍椒▽?duì)權(quán)重進(jìn)行排序。

1) 三角形模糊數(shù)。設(shè)A是實(shí)數(shù)集上的模糊集，如果A的隸屬函數(shù)為：

則稱A為三角形模糊數(shù)，記為(a,b,c) ，該三角形模糊數(shù)表示了“大約b”或“b左右”之類的模糊概念。例如：如果專家對(duì)相對(duì)重要性不能確定是否可以用精確數(shù)值a來描述時(shí),可以用“大約是a”來描述，此時(shí)即可以用三角形模糊數(shù)進(jìn)行構(gòu)模。

2) 群體模糊層次分析法。在收集數(shù)據(jù)過程中，為客觀公正起見，往往需要多個(gè)專家共同參與。假設(shè)有δij個(gè)專家對(duì)因素yi和yj的相對(duì)重要性給出打分，并進(jìn)行模糊化。假設(shè)第k(k=1,2,…,n) 個(gè)專家給出的因素i和因素j相應(yīng)重要性的程度模糊化后為三角形模糊數(shù)aijk=(lijk，mijk，uijk),假設(shè)所要求的模糊權(quán)重為wi=(li，mi，ui)，則利用對(duì)數(shù)最小二乘法的模糊推廣，得到下列一系列方程：

(1)

(2)

(3)

由lnaijk=-lnaijk可得 (1)(2)(3) 的通解為：

xi=(li+p1,mi,+p2,ui+p1) ,i=1,2 …,n

(4)

其中：p1，p2—任意常數(shù)， 令:

βi=exi=(eli+p1,emi+p2,eui+p3)，i=1,2 …,n

(5)

將β歸一化處理即得所求向量α，

(6)

由方程(1)知,α向量為所求權(quán)向量的近似模糊值。

3) 三角形模糊數(shù)排序。在模糊決策中，由于用模糊量對(duì)被擇對(duì)象進(jìn)行抉擇，因此,最終因素影響程度的排序歸結(jié)為模糊量的排序問題。模糊量無自然序，所以應(yīng)尋找合適的方法去確定模糊數(shù)的序關(guān)系。目前排序方法有30多種[6，8]，而通過文獻(xiàn)[8]的比較可知，Yager方法[7]具有良好的數(shù)學(xué)及決策性質(zhì)，因此，選擇Yager方法對(duì)模糊權(quán)重(三角模數(shù))進(jìn)行排序?，F(xiàn)對(duì)該方法作簡(jiǎn)要介紹。假設(shè)有三角模糊數(shù)為：A1，A2，…An，它們的α—截集(α∈[0,1]) 為：

Ai(α)=[Li(α),Ri(α)]，i=1,2,…,n,令:

1.4煤礦安全生產(chǎn)因素的模糊層次分析法

表3 比較以下因素影響煤礦安全生產(chǎn)的程度

煤礦是一個(gè)復(fù)雜的變化的環(huán)境，涉及到的因素眾多主觀與不精確信息。為此，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化。例如：考慮影響煤礦安全生產(chǎn)的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)：人員素質(zhì)(A1)、制度健全度(A2)、機(jī)電措施(A3)、自然環(huán)境 (A4)，對(duì)相關(guān)專家問卷中的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化(見表3)。

運(yùn)用群體模糊層次分析法中的方法以及Yager排序指標(biāo)的計(jì)算方法，所獲得的排序指標(biāo)分別為：

F1=0.585 78，F(xiàn)2=0.105 81 ，F(xiàn)3=0.196 37 ，F(xiàn)4=0.112 04。由此可知：4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的重要性順序?yàn)椋喝藛T素質(zhì)、機(jī)電措施、自然環(huán)境、制度健全度。對(duì)所有二級(jí)指標(biāo)同樣處理，得到各二級(jí)指標(biāo)的重要性程度，最后進(jìn)行總排序。限于篇幅，僅將最后結(jié)果列在表4中。

由表4可知，煤礦安全生產(chǎn)方面安全意識(shí)、文化素質(zhì)以及通風(fēng)條件至關(guān)重要，這一結(jié)論可以為有關(guān)決策部門制定相關(guān)措施提供依據(jù)，從而進(jìn)一步提高煤礦安全生產(chǎn)效率。

表4 模糊層次總排序表

2 結(jié) 語

由于煤礦安全生產(chǎn)所涉及到的因素很多，且有很多人為因素很難量化，各個(gè)專家的意見很不統(tǒng)一，本文將群體模糊AHP用于煤礦安全因素的評(píng)價(jià)中，其主要優(yōu)勢(shì)包括：

1) 所獲取的數(shù)據(jù)不需要是精確數(shù)據(jù)。2) 綜合考慮了各個(gè)專家的意見，已將上述模糊層次分析法編成軟件，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算影響煤礦安全各主要因素的重要性的可視化操作。

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DeterminetheImportanceofAffectingFactorsofCoalMineSafetyinProductionBasedontheFAHP

LiYong-mei,WangHai-ning,YuanJin-xing,CuiXiao-qin,ZhangBin

In this paper, employ Fuzzy Analytical Hierarchy Process (FAHP) to construct mathematical models to deal with the influence factors for the safe production of coal mines. Firstly, the main influence factors for the safe production of coal mines are determined and queries are made after referring to a lot of literature. Some experts in the safe production of coal mines are asked to answer these queries. Afterwards, the data given by the experts are fuzzified and FAHP is adopted to obtain the fuzzy weights of the factors. A ranking method with good behavior is selected to order fuzzy weights so that the orders of the importance of the factors are determined.

Fuzzy Analytical Hierarchy Process(FAHP)；Safe production of coal mines； Weights

李詠梅 女 1987年出生 2006年太原理工大學(xué)在讀本科生 太原 030024

TD791

B

1672-0652(2010)07-0044-03

2010-05-17