露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價模型及其量化研究

李雯靜，邱 莉，姚 囝，任大軍

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

露天采礦包括礦物的開采、運(yùn)輸和加工，露天礦運(yùn)輸作業(yè)是礦山性能的一個重要特征[1]。 露天礦生產(chǎn)中發(fā)生較大運(yùn)輸事故會嚴(yán)重影響露天礦的安全生產(chǎn)，因此，全面客觀準(zhǔn)確地對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評價，對降低運(yùn)輸成本、保證運(yùn)輸安全具有重要意義。

關(guān)于露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價的研究，袁艷斌等[2]基于熵權(quán)法對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評價；姜立春等[3]基于W-R-SHEL識別露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險因素并采用三級標(biāo)度(IAHP)與模糊相結(jié)合的方法對其進(jìn)行綜合評判；張彩杰[4]基于PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評估；陽富強(qiáng)等[5]基于群決策的改進(jìn)層次分析法對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評價。上述研究均考慮了風(fēng)險指標(biāo)對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險的影響但未考慮風(fēng)險其他屬性，對風(fēng)險指標(biāo)直接進(jìn)行評判打分卻未對專家評價數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由風(fēng)險發(fā)生的可能性(L)和風(fēng)險后果的嚴(yán)重性(C)建立的二維風(fēng)險模型可對風(fēng)險進(jìn)行定性和定量分析，該方法稱為風(fēng)險矩陣法。但由于風(fēng)險特征的多維性，許多國內(nèi)外學(xué)者在二維風(fēng)險模型的基礎(chǔ)上融入風(fēng)險因素重要度[6-7]、敏感性[8]、脆弱性[9]、可預(yù)測度[10]提出三維風(fēng)險模型。露天礦在運(yùn)輸過程中發(fā)生事故潛在因素與風(fēng)險的時間價值(E)有關(guān)，風(fēng)險的時間價值(E)即為風(fēng)險潛在事件發(fā)生的頻率對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全評價具有很大的影響，但現(xiàn)有關(guān)于露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價的研究還未考慮這一影響。

鑒于此，本文首次在露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價中采用風(fēng)險矩陣法，在二維風(fēng)險模型的基礎(chǔ)上，考慮風(fēng)險的時間價值建立露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險模型。為了解決三維風(fēng)險模型難以量化的問題，結(jié)合風(fēng)險因素各等級的量化值提出改進(jìn)的雷達(dá)圖法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險評價結(jié)果等級區(qū)間；融入指標(biāo)相關(guān)性改進(jìn)的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法，使其全面客觀計算露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重；結(jié)合未確知有理數(shù)、模糊集理論改進(jìn)傳統(tǒng)模糊物元，實(shí)現(xiàn)客觀準(zhǔn)確識別專家支持、反對和中立評價信息并量化風(fēng)險因素E、L、C的評價結(jié)果。

1 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險模型

1.1 三維風(fēng)險評價模型

露天礦在運(yùn)輸工作中發(fā)生的潛在事件與特征時間框架有關(guān)，存在具有較高風(fēng)險水平的事件而發(fā)生頻率較低，其處理浪費(fèi)了更多的預(yù)算和時間，也存在具有較低風(fēng)險水平的事件而發(fā)生的頻率較高，未對其及時采取管控措施會造成嚴(yán)重的傷亡，故應(yīng)強(qiáng)調(diào)將影響露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全的潛在事件的時間價值作為有效參數(shù)?；诖?，本文在二維風(fēng)險模型的基礎(chǔ)上增加了一個表示風(fēng)險時間價值的新維度建立露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價模型。

參考露天礦安全相關(guān)研究文獻(xiàn)[11]，將露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險的時間價值E、風(fēng)險發(fā)生可能性L和風(fēng)險后果的嚴(yán)重性C劃分為五個等級，定性、定量描述見表1。

表1 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險模型參數(shù)描述Table 1 Description of 3D risk model parameters ofopen-pit mine transportation system

露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價模型以E(以1、2、3、6、10依次表示風(fēng)險時間價值即風(fēng)險發(fā)生的頻率的高低)、L(以0.5、1、3、6、10依次表示事件發(fā)生的可能性大小)及C(以1、2、5、10、20依次表示事件發(fā)生嚴(yán)重程度)3個維度考慮風(fēng)險指標(biāo)的相對動態(tài)性，該模型很好地彌補(bǔ)了二維風(fēng)險模型在風(fēng)險時間價值方面的不足，將風(fēng)險水平恒定的二維風(fēng)險模型變成動態(tài)的三維風(fēng)險模型。

1.2 基于改進(jìn)雷達(dá)圖法自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險評價結(jié)果等級區(qū)間

雷達(dá)圖法將待評價對象的評價指標(biāo)狀況用二維平面圖形表示，是典型的圖形評價方法[12]。郭榮昌等[10]提出了改進(jìn)的雷達(dá)圖法來構(gòu)建三維風(fēng)險矩陣，該方法簡單采用各等級比值求取扇形面積但未考慮各風(fēng)險因素各等級具有不同量化值，因此，本文基于該方法，考慮各風(fēng)險因素各等級的量化值改進(jìn)雷達(dá)圖法。此外，針對三維風(fēng)險評價結(jié)果等級區(qū)間難以確定的問題，采用本文提出的方法計算各風(fēng)險因素量化結(jié)果后對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合其數(shù)據(jù)變化特征自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險評價結(jié)果各等級分布區(qū)間。基于改進(jìn)雷達(dá)圖法自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險評價結(jié)果等級區(qū)間具體步驟如下所述。

1) 風(fēng)險評價等級劃分。在風(fēng)險評價中需要根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來判斷指標(biāo)的風(fēng)險是否可被接受，是否需要采取進(jìn)一步的安全措施。本文根據(jù)二拉平原則(ALARP)[13]可將風(fēng)險等級劃分為可忽略的、容許的、不希望的、不可容忍的4個等級。

2) 風(fēng)險因素量化原理。用指標(biāo)軸之間的夾角表示風(fēng)險因素的權(quán)重，用扇形面積來表示該風(fēng)險因素對風(fēng)險評估結(jié)果的影響。本文設(shè)定各風(fēng)險因素對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)重要度一樣，用各風(fēng)險因素各等級的量化值與其最高等級量化值之比作為扇形半徑求取扇形面積，計算見式(1)。

(1)

在風(fēng)險發(fā)生可能性L為可能等級下，畫出不同風(fēng)險的時間價值E和后果的嚴(yán)重性C等級下的雷達(dá)圖如圖1所示。其中，第一組為很少等級下的雷達(dá)圖，第二組為較少等級下的雷達(dá)圖，第三組為偶爾等級下的雷達(dá)圖，第四組為頻繁等級下的雷達(dá)圖，第五組為持續(xù)不斷等級下的雷達(dá)圖，圖中用“+”符號填充后果的嚴(yán)重性C，用“/”符號填充風(fēng)險的時間價值E，用“*”填充可能性L。

圖1 不同風(fēng)險因素情況下雷達(dá)圖Fig.1 Radar chart under different risk factors

用扇形面積之和與單位圓面積的比率ηELC作為風(fēng)險評價等級結(jié)果，計算見式(2)。

(2)

式中，yE、yL、yC分別為風(fēng)險因素E、L、C各風(fēng)險等級的量化值。

3) 風(fēng)險因素量化結(jié)果分析。根據(jù)式(2)可以得到共計125個元素對應(yīng)的風(fēng)險評價等級結(jié)果，將數(shù)據(jù)按照從小到大的順序排列后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到曲線圖如圖2所示。

圖2 各風(fēng)險因素量化結(jié)果曲線圖Fig.2 Curve chart of the quantitative results ofeach risk factor

由圖2可知，計算結(jié)果大小在[0，1]之間，其中比率越大，表明風(fēng)險越大，反之越低。圖中3處圓圈標(biāo)記的區(qū)域共同點(diǎn)是數(shù)據(jù)快速增加之后保持一段區(qū)間的穩(wěn)定，第一個區(qū)域中第35個數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.121 7之后保持3個點(diǎn)穩(wěn)定于0.124 2，第二個區(qū)域中第65個數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.335 0之后保持4個點(diǎn)穩(wěn)定于0.337 5，第三個區(qū)域中第100個數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.454 2之后保持4個點(diǎn)穩(wěn)定于0.456 7。 本文結(jié)合風(fēng)險因素量化結(jié)果的數(shù)據(jù)變化特征將三維風(fēng)險評價結(jié)果的4個等級區(qū)間劃分可忽略的[0，0.121 7]、容許的(0.121 7，0.335 0]、不希望的(0.335 0，0.454 2]、不可容忍的(0.454 2，1]。

2 基于改進(jìn)的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)評價指標(biāo)權(quán)重確定

2.1 評價指標(biāo)體系建立

露天礦運(yùn)輸事故是由人、機(jī)、環(huán)、管、物五個子系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，5個子系統(tǒng)不是獨(dú)立存在的個體，而是相互作用、相互聯(lián)系的動態(tài)系統(tǒng)?；诖耍瑓⒖紡埐式躘4]研究方法從人、機(jī)、環(huán)、管、物即“5M因素”出發(fā)，建立5個一級指標(biāo)、17個二級指標(biāo)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，見表2。

2.2 改進(jìn)的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法

為了避免主觀賦權(quán)過分依賴專家主觀經(jīng)驗(yàn)和客觀賦權(quán)可能與事實(shí)不符的情況，程啟月[14]基于主觀德爾菲法與客觀熵值法提出“結(jié)構(gòu)熵權(quán)法”來確定指標(biāo)的權(quán)重，該方法將客觀和主觀相結(jié)合可提高結(jié)果的準(zhǔn)確性[15-16]。CRITIC法[17]是一種客觀賦權(quán)法，它結(jié)合指標(biāo)的信息量和指標(biāo)間的相關(guān)性來分配指標(biāo)權(quán)重，較客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法具有顯著的優(yōu)越性[18]。

露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)每個子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互依存，反映露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)之間存在相關(guān)性，而結(jié)構(gòu)熵權(quán)法中定量計算方法熵權(quán)法只考慮了指標(biāo)之間的信息量而未考慮指標(biāo)之間的相關(guān)性，因而不能適用于風(fēng)險指標(biāo)之間存在相關(guān)性的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評估評估中。為此，結(jié)合CRITIC法原理改進(jìn)結(jié)構(gòu)熵權(quán)法，在結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的基礎(chǔ)上融入指標(biāo)的相關(guān)量。

2.2.1 基于德爾菲法經(jīng)典序列建立評價指標(biāo)矩陣

向若干熟悉露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全風(fēng)險領(lǐng)域的專家采集指標(biāo)重要性排序信息，各指標(biāo)按重要性由高到低排列，如1分代表“最重要”，2分代表“第二重要”等，具體見表3。設(shè)有p名專家獨(dú)立地對q項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行重要性排序，則可以得到經(jīng)典序列評價指標(biāo)矩陣見式(3)。

Apq=[Iij](i=1,2,…,p;j=1,2,…,q)

(3)

式中，Iij為第i個專家對第j個指標(biāo)的排序值。

表2 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)評價指標(biāo)權(quán)重及其權(quán)重Table 2 Evaluation index weight and its weight valueof open-pit transportation system

表3 評價指標(biāo)重要性排序的量化標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Quantitative criteria for ranking the importanceof evaluation indexes

2.2.2 指標(biāo)相關(guān)性計算

1) 采用Z-score方法對經(jīng)典序列評價指標(biāo)矩陣Apq中各指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，見式(4)。

(4)

(5)

(6)

2) 利用步驟1)得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣計算各指標(biāo)間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，得到相關(guān)系數(shù)矩陣，見式(7)。

Rqq=[rkj](k=1,2,…,q;j=1,2,…,q)

(7)

式中，rkj為第k個指標(biāo)與第j個指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。

3) 根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣，可求得各評價指標(biāo)的獨(dú)立性系數(shù)Bj,見式(8)。

(8)

2.2.3 指標(biāo)信息量計算

1) 構(gòu)造結(jié)構(gòu)熵隸屬度矩陣。為了消除經(jīng)典序列通常含有來自專家意見的“數(shù)據(jù)噪聲”，減少不確定性，需要對典型排序矩陣Apq進(jìn)行熵值分析。定義轉(zhuǎn)換熵函數(shù)[19]見式(9)。

(9)

式中，ε為轉(zhuǎn)換參數(shù)量，定義ε=q+2[14]。

將矩陣Apq中各個Iij代入式(9)對進(jìn)行定量轉(zhuǎn)化，即可得到結(jié)構(gòu)熵隸屬度矩陣見式(10)

Fpq=[uij](i=1,2,…,p;j=1,2,…,q)

(10)

式中，uij為i個專家對第j個指標(biāo)的排序值Iij的隸屬度。

(11)

定義專家i對指標(biāo)j由認(rèn)知產(chǎn)生的不確定性稱為“認(rèn)識盲度”，記作Qj，見式(12)。

Qj=

(12)

對于每一個指標(biāo)，定義專家關(guān)于指標(biāo)j的總體認(rèn)識度為Fj,見式(13)。

(13)

2.2.4 計算各評估指標(biāo)的權(quán)重

1) 根據(jù)各評估指標(biāo)的獨(dú)立性系數(shù)和總體認(rèn)識度，可求得各評估指標(biāo)的綜合性系數(shù)ωj，見式(14)。

ωj=FjBj

(14)

2) 為得到各個指標(biāo)的權(quán)重，需要對Qi進(jìn)行歸一化處理得到各指標(biāo)權(quán)重wj,見式(15)。

(15)

3 基于改進(jìn)模糊物元的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價模型

露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價是一個典型的模糊評價問題，專家評價數(shù)據(jù)中包括大量不確定信息。為了更好地處理露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價中的不確定信息，針對傳統(tǒng)模糊物元的不足，基于模糊集改進(jìn)模糊物元，使其可以從支持、反對和中立信息三方面量化專家評價數(shù)據(jù)?？紤]專家以給定風(fēng)險指標(biāo)所處的風(fēng)險水平的評價方式不能全面提取專家評價信息且具有主觀性、不確定性，基于未確知有理數(shù)客觀準(zhǔn)確地提取支持、反對和中立信息，實(shí)現(xiàn)全面客觀分析專家評價信息。

3.1 基于模糊集與物元理論構(gòu)造模糊物元

以模糊理論與物元理論發(fā)展的模糊物元得到廣泛應(yīng)用[20-21]，它用事物、特征、模糊特征量值有序三維總體來表示評價對象。由于傳統(tǒng)模糊理論只關(guān)注正信息而忽略了負(fù)信息和不確定信息，導(dǎo)致傳統(tǒng)的模糊物元不支持從支持、反對和中立三個方面量化專家評價信息。GAU等[22]提出的模糊集理論可以從支持、反對和中立三個不同的觀點(diǎn)中提取信息從而對不確定信息處理有更廣泛的覆蓋?；诖?，基于模糊集理論改進(jìn)傳統(tǒng)模糊物元，使得重新構(gòu)造的模糊物元能夠從支持、反對、中立三個方面量化專家評價數(shù)據(jù)?；谀：c物元理論構(gòu)造的模糊物元計算，見式(16)和式(17)。

(16)

πij=1-tij-fij

(17)

式中：Nj(j=1,…,m)為事物，指露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險因素E、L、C的風(fēng)險等級；Ci(i=1,…,n)為事物的特征，指露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險指標(biāo)；Vij(i=1,…,n;j=1,…,m)為模糊特征量值即隸屬度，是第j個風(fēng)險等級的第i個風(fēng)險指標(biāo)的特征模糊量值；vij為專家支持、反對和中立評價信息；tij為專家評價結(jié)果的支持的部分；fij為專家評價結(jié)果的反對的部分；πij為專家評價結(jié)果的中立部分。

通過改進(jìn)后模糊物元可將露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價表示為評價等級、評價指標(biāo)和評價等級特征量值，這種三維方法支持從支持、反對、中立三方面量化專家評價數(shù)據(jù)。

3.2 基于分布密度型未確知有理數(shù)識別中立部分

基于模糊集與物元理論構(gòu)造模糊物元能夠從支持、反對、中立3個方面量化專家評價數(shù)據(jù)，但專家對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行評價時，以給定風(fēng)險指標(biāo)所處的風(fēng)險水平的評價方式只能直觀提取出支持?jǐn)?shù)和反對數(shù)，這種直觀的方式不能全面提取專家評價信息且具有主觀性、不確定性。如何正確識別出專家評價結(jié)果中的中立部分成為客觀準(zhǔn)確量化露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價結(jié)果的關(guān)鍵。而基于未確知有理數(shù)理論能從一組數(shù)據(jù)中識別出“異?！睌?shù)據(jù)[23-24]，基于此，本文引入未確知有理數(shù)的可信度概念，構(gòu)造可信度分布密度函數(shù)φ(x)使其能正確識別出專家評價數(shù)據(jù)中的異常信息，以此客觀準(zhǔn)確識別出露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)中的中立部分。

專家評價數(shù)據(jù)是各風(fēng)險指標(biāo)所處的風(fēng)險等級，基于此根據(jù)未確知有理數(shù)概念，將專家評價數(shù)據(jù)定義為未確知有理數(shù)D，見式(18)。

D={[Gimin,Gimax],φ(x)}(i=1,2,…,5)

(18)

結(jié)合專家評價數(shù)據(jù)的特點(diǎn)本文將φ(x)定義為式(19)。

(19)

式中，ξi為每個專家評價的等級i在i等級的可信度距離d內(nèi)其他專家數(shù)量。

基于分布密度型未確知有理數(shù)正確判別出露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)中的中立部分需要設(shè)定可信度距離d。d的值與評價因素E、L、C的風(fēng)險等級有關(guān)，取各等級相鄰一個等級區(qū)間，即對于風(fēng)險因素L的偶爾等級，它的可信度區(qū)間為較少與頻繁之間。根據(jù)設(shè)定的d值，當(dāng)每個專家評價等級在該等級可信度距離d內(nèi)均有其他專家時，代表所有數(shù)據(jù)具有可信性，則不存在中立部分；當(dāng)存在某個專家評價等級在該等級可信度距離d內(nèi)沒有其他專家時，該專家評價數(shù)據(jù)所對應(yīng)的ξi為0，則該數(shù)據(jù)即為中立部分。

3.3 綜合評價

上述構(gòu)建的模糊物元中模糊特征量值雖能客觀反映專家支持、反對和中立三部分評價結(jié)果，但并不能直觀反映露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險因素E、L、C與其對應(yīng)的風(fēng)險等級的接近度。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，首先將模糊特征量值根據(jù)從優(yōu)隸屬度原則標(biāo)準(zhǔn)化得到待評估模糊物元，并根據(jù)從優(yōu)隸屬度的最大值構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模糊物元；然后求取待評估模糊物元與標(biāo)準(zhǔn)模糊物元兩者之間的接近度，構(gòu)造復(fù)合模糊物元；最后根據(jù)復(fù)合模糊物元與指標(biāo)權(quán)重得到露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險因素E、L、C與其評價水平的貼近度。具體步驟如下所述。

(20)

其中，需要采取得分函數(shù)對模糊集中的所有特征模糊量值進(jìn)行排序，通過對Sij進(jìn)行排序，可以識別出maxvij,得分函數(shù)見式(21)。

Sij=tij-fij

(21)

2) 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模糊物元。本文根據(jù)各評價指標(biāo)從優(yōu)隸屬度的最大值為最優(yōu)原則，定義了標(biāo)準(zhǔn)模糊物元Rn0。

(22)

(23)

因此，構(gòu)建了歐式貼近度模糊物元RPH，實(shí)現(xiàn)對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險模型定量分析。根據(jù)最大貼近度的原則最大PHj(j=1,…,m)值為露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險因素E、L、C的風(fēng)險等級，將等級對應(yīng)的量化值代入式(2)可知三維風(fēng)險評價結(jié)果。

4 實(shí)例論證

某露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)上山為皮帶運(yùn)輸、大巷串車提升，以6名專家對該露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行評價，專家評價結(jié)果以及處理后最終結(jié)果如下所述。

4.1 基于改進(jìn)結(jié)構(gòu)熵權(quán)法計算權(quán)重

采用改進(jìn)結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)指標(biāo)體系中各級評價指標(biāo)的權(quán)重。以一級指標(biāo)為例，指標(biāo)權(quán)重的確定過程如下所述。

1) 6個專家相互獨(dú)立地對5個一級指標(biāo)進(jìn)行重要性排序，形成專家意見的典型排序矩陣A65,見式(24)。

2) 根據(jù)式(4)～式(8)，得到一級指標(biāo)的獨(dú)立性系數(shù)為B5=(0.972 6,0.434 5,0.562 6,0.880 9,0.399 4)。

3) 根據(jù)式(9)～式(13)，得到一級指標(biāo)的信息量為F5=(0.949 7,0.684 5,0.653 5,0.887 3,0.392 6)。

4) 根據(jù)式(14)和式(15)，求取一級指標(biāo)綜合系數(shù)后進(jìn)行歸一化處理，得到一級指標(biāo)權(quán)重為w5=(0.365 5,0.117 7,0.145 5,0.309 3,0.062 0)。

(24)

利用相同的方法，確定各二級指標(biāo)的權(quán)重。最后分別將相對應(yīng)的兩級權(quán)重相乘的結(jié)果作為各個指標(biāo)的權(quán)重值(表2)。 由表2可知，致使該露天礦發(fā)生運(yùn)輸事故的人員因素所占比重最大，其次是安全管理因素，這與該露天礦交通事故發(fā)生的主要原因相符。

4.2 基于改進(jìn)模糊物元計算三維風(fēng)險評價等級

4.2.1 基于分布密度型未確知有理數(shù)識別中立部分

專家對該露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的17個風(fēng)險指標(biāo)L、C、E分別做出評價，結(jié)果見表4。在指標(biāo)L中，評價指標(biāo)M32中支持幾乎不可能、不太可能、可能、很可能、幾乎完全可能等級的專家數(shù)量分別為2個、3個、0個、1個、0個，則專家評價等級為幾乎不可能、不太可能、很可能在相應(yīng)的等級可信區(qū)間內(nèi)其他專家個數(shù)分別為4個、4個、0個，故幾乎不可能、不太可能、很可能分別對應(yīng)的可信度分布密度為1/2、1/2、0，由于可能和幾乎完全可能等級專家支持?jǐn)?shù)據(jù)為0故不用進(jìn)行識別。通過分布密度型未確知有理數(shù)判斷出支持很可能等級的可信度分布密度為0，則認(rèn)為這名專家很可能等級評價數(shù)據(jù)被視為中立部分。同理可以判斷指標(biāo)L中存在中立部分有M13、M31、M32、M33、M41、M42、M52，指標(biāo)C中存在中立部分有M11、M15、M31、M33、M41、M43、M51，指標(biāo)E中存在中立部分有M21、M33、M42、M44、M52。

4.2.2 綜合評價

(25)

(26)

(27)

表4 專家評價結(jié)果Table 4 Expert evaluation results

5 結(jié) 論

1) 在二維風(fēng)險模型基礎(chǔ)上將風(fēng)險事件價值引入到露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險評價中，提出了包含風(fēng)險發(fā)生的可能性(L)、風(fēng)險后果的嚴(yán)重性(C)和風(fēng)險時間價值(E)的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險評價模型。結(jié)合風(fēng)險因素各等級的量化值提出改進(jìn)的雷達(dá)圖法，根據(jù)數(shù)據(jù)變化特征自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險評價結(jié)果各等級分布區(qū)間。

2) 結(jié)合露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)相互作用、相互聯(lián)系的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的基礎(chǔ)上融入指標(biāo)的相關(guān)量，提出改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法，使其全面客觀計算露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重。

3) 為了全面客觀分析和處理專家評價數(shù)據(jù)中包含大量不確定的信息，基于模糊集改進(jìn)模糊物元，使其支持從支持、反對和中立信息三方面量化專家評價數(shù)據(jù)，基于未確知有理數(shù)客觀準(zhǔn)確地提取支持、反對和中立信息。

4) 實(shí)例中露天礦運(yùn)輸中安全風(fēng)險屬于“容許的”等級，該評價結(jié)果與露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)際情況相吻合，說明本文構(gòu)建的評價方法具有科學(xué)性和實(shí)用性。本文中的三維風(fēng)險評價模型及其量化方法評為露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險評價提供一種新的思路和方法，對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的安全管理具有一定的指導(dǎo)意義，同時，也可以應(yīng)用于其他安全評估領(lǐng)域。