基于模糊层次分析的煤矿特种车辆安全性评价

王 楠,张明玉,刘 浩,王大雷

(宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000)



基于模糊层次分析的煤矿特种车辆安全性评价

王 楠,张明玉,刘 浩,王大雷

(宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000)

为了研究煤矿特种车辆的安全性能，利用模糊层次分析法对其进行综合评价.首先建立影响特种车辆安全性能的评价指标体系，然后确定指标体系的权重大小，然后利用模糊层次分析法进行综合评价.结果表明，设备因素对其安全性影响最大，其次是人员因素，最后是管理因素；管理因素和环境因素对“危险”等级的隶属度较高；以淮北某煤矿为例，利用模糊层次分析法对特种车辆安全性能进行评价，结果为“安全”.

煤矿；特种车辆；模糊层次分析；安全性

煤矿特种车辆是指用来进行煤矿工作人员、矿井设备以及少量煤炭物料的运输设备，在煤矿辅助运输中发挥着重要的作用[1-2].特种车辆的安全性关系着辅助运输系统的连续性和效率，因此，如何结合特种车辆使用环境判断影响煤矿特种车辆的安全性因素，运用有效的评判方法评价其危险程度，是一个崭新的课题.

研究表明，模糊层次分析法结合模糊数学和层次分析法(AHP)的优点，通过对评价指标进行两两对比，有效地处理了难于定量分析的复杂问题，比较两影响因素的重要程度，并且通过引入模糊数学的理论，克服了思维的主观性[3].因此，本文利用模糊层次分析法分析煤矿特种车辆的安全性.

1 救生舱安全性评价指标体系

1.1 指标体系建立

图1 煤矿特种车辆安全性评价指标体系图

煤矿特种车辆安全性受多种因素的共同影响，笔者在研究车辆系统安全性和考察煤矿环境的基础上，通过分析近年来煤矿特种车辆的安全事故类型，建立了煤矿特种车辆安全性评价指标体系，其中包

括人员因素、环境因素、设备因素和管理因素等4个一级指标体系，安全意识、操作规范等16个二级指标体系，如图1所示.

1.2 评价矩阵建立

利用专家评判的方法对煤矿特种车辆安全性进行评价，确定其评价集为E=[e1,e2,e3,e4,e5]，其中e1表示非常安全、e2表示比较安全、e3表示安全、e4表示危险、e5很危险5个等级，其加权值和标准值如表1所示，专家组根据专业知识和实践经验对二级指标按照评价集进行打分，得出评价值矩阵Ri.

表1 安全等级加权值和标准值

2 模糊层次分析理论

模糊层次分析法结合层次分析的系统性和模糊理论的科学性，通过分层次构建模糊判断矩阵来进行评判的定量性与科学性的分析方法，主要由指标权重确定和模糊综合评价两部分组成[4-5].

2.1 指标权重确定

在建立评价指标体系的基础上，根据专家提供的评判信息，建立模糊判断矩阵，确定各指标的权重.本文以基于三角模糊数的方法对权重大小进行计算[6].采用三角模糊数表示两影响因素间重要程度，得到相应的模糊判断矩阵.为了使评判过程能够进行定量计算，两因素的对比采用数值度量标准，见表2所示.

表2 三角模糊数重要程度标度表

设Si=(li,mi,ui)表示任意一个三角模糊数矩阵，那么综合判断矩阵可以表达如公式(1)所示：

(1)

若V(Si≥Sk)表示第i个三角矩阵大于第k个三角矩阵的程度，因此，两个三角模糊数矩阵的可能度表达式如公式(2)所示：

(2)

2)当m1≥m2时， V(M1≥M2)=1

3)当其他情况时，V(M1≥M2)=0

若d＇ (Ci)表示指标Ci最大的可能度，W＇表示同一层次权重向量大小排序，W表示对向量W＇归一后的权重向量[7-8]，其相应的数学表达式如公式(3)-(5)所示：

d＇ (Ci)=V(Si≥S1,S2，S3,…,Sn)=minV(S1≥Sk)

(3)

W＇=[d＇ (C1),d＇ (C2),…,d＇ (Cn)]

(4)

(5)

2.2 模糊综合评价

根据上述权重确定方法，确定二级指标对应的权重为Wi=(wi1,wi2,…,wit)，根据Ri(二级指标因素对评价集E的评价值)得到二级指标的模糊评价向量Bi=Wi×Ri.

把上级指标权重W与下级模糊评价向量进行乘法计算，得到上级指标的评价隶属度B=Wi×Bi[9].

3 应用实例

通过对某煤矿特种车辆进行抽样检查，发现此煤矿特种车辆种类齐全，主要包括铲运车、无轨胶轮车、支架搬运车、电机车等.现以此煤矿为例，通过专家对评价体系中各因素进行打分，然后利用模糊层次分析法对此煤矿特种车辆安全性进行评价.

3.1 指标权重确定

根据煤矿特种车辆评价指标体系，结合3位矿井运输专家对此煤矿特种车辆的安全状况进行评价打分，对影响因素进行两两比较，确定其重要程度等级，建立一级指标三角模糊判断矩阵，如表3所示.

表3 一级指标模糊判断矩阵

根据三角模糊运算法则，对表3数据进行平均运算，然后根据公式(1)对一级指标的重要程度进行计算，得到：

将以上数据带入公式(2)～(5)，可得

d＇(B1)=minV(S1≥Sk)=0.625

d＇(B2)=minV(S2≥Sk)=0.430

d＇(B3)=minV(S3≥Sk)=1

d＇(B4)=minV(S4≥Sk)=0.570

因此，经标准化处理之后，

W=[0.238，0.164，0.381，0.217]

根据以上3位煤矿运输和煤矿安全专家对各二级指标的打分情况，可得出二级指标权重值，各位专家对此煤矿的特种车辆安全性评分结果如表4所示.

表4 某煤矿特种车辆安全评价指标体系权重及专家打分表

3.2 模糊综合评价

对人员因素下的4个二级指标进行模糊综合评价：

=(0.102，0.281，0.394，0.200，0.024)

同理可得，其他二级指标隶属度计算结果

B2=W2×R2=(0.021,0.207,0.327,0.292,0.153)

B3=W3×R3=(0.126,0.242,0.355,0.203,0.074)

B4=W4×R4=(0.133,0.223,0.374,0.244,0.027)

根据隶属度计算结果，进行煤矿特种车辆安全性能分析：

=(0.105，0.241，0.364，0.226，0.065)

根据表1中特种车辆统安全等级的加权取值和隶属度，对其安全等级进行计算：

V=0.105×9.5+0.241×8.5+0.364×7+0.226×5.5+0.065×2=6.967

此煤矿特种车辆的安全等级加权分值为6.967，与表1进行比对得到此煤矿特种车辆安全等级为“安全”.

4 结论

1)根据煤矿特种车辆的使用标准，利用专家，建立了煤矿特种车辆安全评价指标体系，其中包括4个一级指标和16个二级指标.

2)利用三角模糊数确定各指标体系的权重大小，结果表明：设备因素对其安全性影响最大，其次是人员因素，最后是管理因素.

3)运用模糊层次法分析法对淮北某矿山特种车辆进行安全评价，得出以下结论：此煤矿特种车辆安全等级为“安全”，管理因素和环境因素对“危险”的隶属度较高，仍需进一步加强特种车辆相关管理和注意自然环境对特种车辆行驶的影响.

4)在建立煤矿特种车辆安全性能评价指标体系时，应该根据具体环境不断优化指标体系，综合利用多种方法进行评判，提高准确性和实用性.

[1]姚志功.煤矿井下特种车辆节能方法研究[J].煤炭工程,2016,48(3):133-135.

[2]丁仁政.煤矿井下特种车辆横向摆动结构的探讨[J].煤矿机械,2012,33(8):161-163.

[3]郭立.人机结合层次分析——灰色模糊综合评判方法的研究[D].大连:大连理工大学机械工程学院,2005.

[4]王化吉,宗长富,管欣,等.基于模糊层次分析法的汽车操纵稳定性主观评价指标权重确定方法[J].机械工程学报,2011,47(24):83-90.

[5]潘宏伟.基于模糊层次分析法的信息安全风险评估研究[D].南京:南京师范大学数学与计算机科学学院,2007.

[6]范英,李辰,晋民杰,等. 三角模糊数和层次分析法在风险评价中的应用研究[J].中国安全科学学报,2014,24(7):70-74.

[7]邹义怀,江成玉,李春辉,等. 基于层次分析法和模糊数学的煤矿安全生产评价[J].工矿自动化,2010(10):39-41.

[8]王爽英,吴超,左红艳.中小型煤矿生产安全模糊层次分析评价模型及其应用[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(5):1918-1922.

[9]徐杨,周延,孙鑫,于玥.基于模糊层次分析法的矿井安全综合评价[J].中国安全科学学报,2009,19(5):147-152，179.

Safety Evaluation of Coal Mine Special Vehicle Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process

WANG Nan, ZHANG Ming-yu, LIU Hao, WANG Da-lei

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Suzhou University, Suzhou, 234000, China)

The fuzzy analytic hierarchy process is used to evaluate the safety condition of the mine special vehicle. First, the evaluation multi-level index system is established according to the influence factors of the coal mine underground special vehicle, then the weight of each index is determined, at last, the fuzzy analytic hierarchy process is used to evaluate the coal mine special vehicle. The results indicate that the equipment factors is the main factor that affects the safety of lifesaving cabin, followed by the personal factor, and finally the management factors; The management factors and environmental factors has the higher membership degree on the "dangerous" level; Taking a coal mine in Huaibei as an example, the performance of special vehicle is evaluated by using "FAHP" for "safety".

coal mine; special vehicle; fuzzy analytic hierarchy process; safety

2016-10-05

宿州学院煤矿机械与电子工程中心平台项目(2015ykf23)

王 楠(1989-)，男，安徽淮北人，宿州学院机械与电子工程学院助教.

X936

A

1672-2590(2016)06-0080-05