青島區(qū)域雷電災害風險評估系統(tǒng)

孫貞 徐天洋 孟繁輝 龐華基 王欣眉

（1.青島市氣象局 青島市氣象災害防御技術中心 山東省青島市 266003 2.山東財經(jīng)大學計算機學院 山東省濟南市 250014）

1 引言

我國雷電災害頻繁，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大損失，而防雷減災工作是防災減災工作的重要組成部分，在保障經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用。雷電災害風險評估是評價雷電風險、提出防雷對策、開展防雷工作的必要環(huán)節(jié)，尤其是針對重大功能性區(qū)域的雷電災害風險評估更為重要。區(qū)域雷電災害風險評估是針對特定區(qū)域，依據(jù)雷電發(fā)生頻率、強度、時空分布特征以及國家有關防雷安全法律、法規(guī)、標準，運用定量和定性的方法，對該區(qū)域內雷電災害可能造成社會生產(chǎn)和人民生活的致災影響做出整體性、區(qū)域化評估。評估結果將為該區(qū)域的項目選址、功能分區(qū)布局、防雷類別與防雷措施確定、雷災事故應急方案制定等提供科學依據(jù)，以有效提升雷電災害防御能力，保護人民生命財產(chǎn)安全。

本文基于層次分析法（AHP）方法的數(shù)學模型[1-5]，采用HTML、JavaScript、CSS語言編制了青島區(qū)域雷電災害風險評估系統(tǒng)。本評估系統(tǒng)在實際評估工作中進行了多次應用。結果表明，系統(tǒng)完全可以取代人工繁瑣計算，并解決了人工計算易出錯、效率低的問題，極大地提高了區(qū)域雷電災害風險評估工作的效率。

2 層次分析法簡介

層次分析法是一種定量計算與定性分析相結合，將評估工作者的主觀判斷與客觀資料相結合的處理方法，它主要應用于決策分析和方法選擇。層次分析法的基本原理是把一個復雜系統(tǒng)中的每個指標通分解為若干個有序層次，每一層次中的元素具有大致相等的地位，并且每一層與上一層次的某個指標和下一層次的若干指標有著一定的聯(lián)系，每一個層次之間按照隸屬關系組建成一個有序的遞階層次結構模型。在這個層次結構模型中，根據(jù)客觀事實的判斷，通過兩兩比較判斷的方式確定同一層次中每個指標的相對重要性，以數(shù)字的方式建立判斷矩陣，然后利用向量的計算方法得出同一層次中每個指標的相對重要性權重系數(shù)，最后通過組合計算所有層次的相對權重系數(shù)得到每個最底層指標相對于目標的重要性權重系數(shù)。

根據(jù)《雷電災害風險評估技術規(guī)范》(QXT85-2018)，雷電災害風險評估工作涉及19個指標參數(shù)，其中有10個定量指標，9個定性指標，9個復合指標。所有指標參數(shù)構成一個復雜的遞階層次系統(tǒng)，關系框圖如圖1。

圖1：雷電災害風險評估層次結構模型

本系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域雷電災害風險評估層次分析法的結構模型，通過分析評估過程計算各指標的先后順序，分析雷暴日等氣象資料、土壤結構、地形地貌、周邊環(huán)境、項目屬性、建筑物特征、電子電氣系統(tǒng)等多種因子的前后相關關系，提取一套合理、簡捷、實用的雷電災害風險評估計算流程，編制設計了一個結構簡明、界面友好、使用方便、功能齊全的區(qū)域雷電災害風險評估系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)操作窗口布局

本系統(tǒng)的用戶操作窗口主要由新建評估方案、管理評估方案、管理指標權重三大模塊組成，如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)界面

3.2 新建評估方案功能

本模塊“新建評估方案”功能，首先需錄入評估項目基本信息，并計算所有層級指標的等級分布，計算完成后進行存儲。新建評估方案時，要錄入“項目名稱”、“專家姓名”、“項目描述”等基本評估信息，并在“判斷矩陣”選項中選擇判斷矩陣方案名稱。

3.2.1 評估因子隸屬度分級計算功能

雷電災害風險評估系統(tǒng)含有19個因子，分為10個定量因子和9個定性因子。

定量因子包括：雷暴日、雷擊密度、雷電流強度、土壤電阻率、土壤垂直分層、土壤水平分層、電磁環(huán)境、人員數(shù)量、占地面積、等效高度。

定性因子包括：雷暴路徑、地形地貌、安全距離、相對高度、使用性質、影響程度、材料結構、電子系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

在對應定量指標里按照指標單位錄入定量因子的具體數(shù)值。對于定性指標，根據(jù)具體測量數(shù)據(jù)，按照《雷電災害風險評估技術規(guī)范》（QX-T/85-2008）查找相對應的隸屬度級別，點選對應的定性指標分級框。全部數(shù)據(jù)錄入完畢后，點擊計算風險等級進行計算。

3.2.2 計算結果

點擊計算風險等級后，將出來新頁面。新頁面顯示的是計算結果，包含評估信息、原始輸入、分層的計算結果以及最終的風險等級計算結果，并給出最終計算的區(qū)域雷電災害風險等級結論。

3.3 管理評估方案功能

本模塊“管理評估方案”功能，包括對評估方案進行結果導出、刪除。右上角有返回首頁按鈕。管理評估方案界面顯示的有評估檔案的名稱、創(chuàng)建人、評估結果、創(chuàng)建時間和操作按鈕。

3.3.1 結果導出和刪除

進入功能操作。操作面板上有導出結果和刪除功能。導出結果可將計算結果導出為EXCEL形式，方便用戶使用。

3.3.2 評估信息顯示

在操作面板下面為評估信息、原始輸入、分層的計算結果以及最終的雷電災害風險等級計算結果，并給出風險等級評估結論。

3.4 管理指標權重功能

本模塊為構造新的權重方案，即建立新的判斷矩陣，同時會顯示已建立判斷矩陣方案清單，包含名稱、使用次數(shù)、是否完整及創(chuàng)建時間。本模塊有新建權重方案、刪除方案、建立副本方案功能。

3.4.1 新建權重方案功能

進入“新建權重方案”子功能欄之后，需要輸入“權重方案信息”，包含矩陣方案名稱、專家姓名及備注信息。本功能主要為構建判斷矩陣。

構建有效的判斷矩陣功能包含三個步驟：專家賦值，相對權重計算，一致性檢驗。

專家賦值：構建判斷矩陣點擊通過賦值入口，其中顯示的每一子項代表權重比值，由評估專家對下屬幾個指標的重要程度進行比較和賦值。

相對權重計算：賦值完成以后，系統(tǒng)自動計算各個指標的相對權重。見圖3。

圖3：指標相對權重計算

一致性檢驗：賦值和計算完成以后進行一致性檢驗。如果一致性檢驗框變?yōu)榧t色，說明權重賦值有錯，未通過一致性檢驗；如果顏色不變，則意味著通過了一致性檢驗。所有指標的判斷矩陣都完成以后，形成完整的權重方案，可以進行保存，保存以后返回上級，在權重方案清單欄進行查詢。

3.4.2 管理指標權重功能

管理指標權重方案時，在方案清單上找到需要修訂的權重方案，點擊最右側標志區(qū)，出現(xiàn)操作面板。可以刪除相應的方案，或者建立方案副本。

本功能包含各指標分層排序功能。進入權重方案操作面板之后，系統(tǒng)按判斷矩陣方案計算各個指標因子相對權重，將計算結果進行分層排序。

權重總排序之后，比較各個指標的相對權重，可以檢查整個評估方案的合理性，如果某個因子相對權重不符合被評估主體雷電災害風險的客觀屬性，就需要對判斷矩陣方案進行整體調整或局部修訂。

修訂后的權重方案可以保存或取消修訂。保存以后系統(tǒng)產(chǎn)生新的權重方案，并更新方案清單。同時系統(tǒng)對新的方案自動計算權重并排序。

回到上級菜單欄，即可查看更新后的權重方案。重新打開相應的權重方案，并再次就各個因子的權重排序考察其合理性。

以上操作完成之后，會形成一個有效的權重方案，相當于對評估主體進行經(jīng)驗性的預評估，本過程的結果是形成一個有效的判斷矩陣。

4 小結

本文采用HTML、JavaScript、CSS語言開發(fā)了區(qū)域雷電災害風險評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動計算各功能區(qū)雷電災害風險評估并給出風險評估結論。系統(tǒng)功能明確，界面操作簡單，易于使用，計算流程設計合理，在實際評估工作中進行了多次應用。結果表明，本系統(tǒng)可以取代人工繁瑣計算，并解決了人工計算易出錯、效率低的問題，極大地提高了區(qū)域雷電災害風險評估工作的效率。