基于证据理论的消防安全评价

1、基于证据理论的消防安全评价摘 要：消防安全管理在安全管理中占有极重要的地位。证据理论用于当评价一个复杂系统的安全性时，底层因素由于缺少数据而必须采用主观判断时，如何评价一个系统的安全性问题。本文针对“胜利十号”消防安全评估过程中的诸多不确定因素，根据证据理论的思想和方法，提出了一种基于证据理论的消防安全评估方法。 关键词： 消防安全评估；不确定性；证据理论abstract； fire safety management at the safety management occupies a very important position. evidence theory has been ap

2、plied when assessing a complex system of security, the underlying factors because of lack of data and subjective judgments must be used, how to evaluate a systems security issues. in this paper, aim at many uncertainties of “sheng li no.10”in the course of the fire security assessment, according to

3、evidence theory and methods, a theory based on evidence of the engine room fire safety assessment methods are put forward. key words: fire safety assessment; uncertainty; evidence theory引言伴随着世界经济的全球化，世界各国对石油、天然气等能源的需求不断加大，人类开发海洋资源、利用海洋资源不仅已成为必然趋势，而且在进入21世纪以来得到了飞速发展。世界范围内的油气勘探与开发相应地从陆地转向辽阔的海洋，目前更是从近海

4、浅水区域向更为复杂、危险的深海区域发展。海洋油气的开发必然对我国的海事安全产生越来越重要的影响。火灾一直是各类事故中最致命的一种，防止钻井平台机舱火灾除了要在设计建造阶段将各种火灾隐患通过各种标准规范控制在最低程度外，更多的工作是投入作业后的消防安全管理,而机舱消防安全评价正是机舱消防安全管理的一个重要环节。但在评估过程中,存在评估标准不清晰、评估数据的缺乏、知识的不完备性、系统建模的不完整性以及危险识别的不充分性等等，这些不确定性都在一定程度上增加了安全评估的难度。证据理论凭借其能够很好地表示“不确定性”和“未知”等认知学科上重要概念的优点,被成功地应用于诸如机器人、医疗诊断、决策分析、信息

5、融合等领域中,来解决不确定信息的处理问题.它无需预先知道先验概率和条件概率,即可进行证据融合;符合人类决策的推理过程,而且推理形式简单,用信任测度bel和似然测度pl刻画其不确定性.一、系统安全分析模型图1表示一个系统可分解成几个子系统,子系统又可细分为各部件(或下层子系统).系统的安全性由各子系统的安全性综合而得,即各子系统为影响系统安全性的因素,子系统的安全性由其部件安全性综合而得,部件为影响子系统安全性的因素.这个“综合”过程采用证据理论的证据结合准则.对于每个底层因素的安全性在缺少数据的情况下,可由专家根据经验给出。例如：判断i因素1的安全性属于“较好”的相信度为0.3,属于“好”的相

6、信度为0.6.这里将安全性等级分为“很好”“好”“较好”“一般”“较差”“差”“很差”.相信度0.3与0.6代表评价的不确定性,这里总的相信度为0.9,小于1,这是符合人们的直观判断的.在证据理论中,总的相信度可以小于等于1。系统子系统子系统子系统部件部件部件部件部件部件图1系统安全分析图二、证据理论与证据结合准则证据理论又称为dempster-shafer(d-s)理论或信任函数理论。证据理论是经典概率论的一种扩充形式。在证据理论中，证据指的不是实证据，而是经验和知识的一部分，根据这些证据建立一个信度的初始分配，即确定出证据对每一命题的支持程度。如果有一批证据,则可根据d-s理论中的证据结合

7、准则，计算出它们共同作用对每一命题的支持程度。d-s证据理论是建立在一个非空集合d上的，它描述了构成整个假设空间所有元素的集合(也称为样本空间)，要求其中各元素互相排斥。由d的所有子集构成的幂集记为。下面给出与d-s证据理论有关的定义。定义1：设函数m0,1,且满足=0=1则称m是上的概率分配函数，称m(a)为a的基本概率数(function of basic probability assignment)。基本可信数反映了对a本身的信度大小。条件1反映了对于空集(空命题)不产生任何信度；条件2反映了给所有命题所赋的信度值的和等于1，即总信度为1。值得注意的是，如果m(a)=s， （)且d中其

8、它任何子集未分配可信度,则m(d)=1-s，即将剩余可信度分配给d，而不是a的补集。定义2：设和是2个概率分配函数,则其正交和，为 其中：k表示2个证据体矛盾的程度,如果,则正交和也是一个概率分配函数；如果k=0,则不存在正交和,称与矛盾。对于多个概率分配函数,。，如果他们可以组合，也可以通过正交和运算将他们组合为一个概率分配函数，其定义如下：定义3 设，是个概率分配函数，则其正交和为： 其中，。这就是d-s证据结合准则。三、算 例以“胜利十号”钻井平台消防安全系统为例，说明如何使用证据理论，最后用证据结合准则对整个系统进行安全评估。“胜利十号”钻井平台设有固定式水灭火系统、二氧化碳灭火系统泡

9、沫消防系统、。水灭火系统主要对平台主体各舱室、主甲板、生活楼、钻台甲板等处消防。在钻台甲板井口区、钻台底部井口区和钻台节流管汇区设有水雾喷淋系统，其用水由消防泵供给；二氧化碳没货系统用于消防泥浆泵舱、泥浆加药泵舱、左/右泵舱、主发电舱、变压器舱、配电间、液压站、乙炔瓶间、油漆间、应急发电机房、中控室、蓄电池及充放电等围壁处所的火灾；泡沫消防系统主要用于消防钻台甲板，主甲板泥浆净化区、泥浆舱和直升飞机甲板。泡沫消防泵性能：流量：180m3/h扬程：80m功率：55kw1）确定评定分数 即安全评价等级h=很差,差,较差,一般,好,好,很好将这些评价分数量化为ph = - 1, - 0.8, - 0

10、.4,0,0.4,0.8,1 2）确定影响该系统安全的因素集=,=设备系统,人员系统，消防管理式中:= =可能引发火灾的设备系统，灭火的设备系统;= , =人员状况，环境状况，技术状况;=, =消防组织制度，消防安全制度，消防档案制度3）确定权重系数,表示“优先系数”(),它表明最关键因素在评价整个因素集时的重要程度 4）基本可信度分配表如表1所列：子系统下层子系统或设备评价分数设备系统可能引发火灾的设备0.10.20.50.1灭火的设备系统0.10.20.7人员系统人员状况0.050.20.60.1环境状况0.20.70.1技术状况0.10.80.1消防系统消防组织制度0.080.210.6

11、0.08消防安全制度0.030.060.350.55消防档案制度0.50.30.055）根据证据结合准则计算各层总的可信度配如表2表4所列。表2 设备系统总的可信度分配表基本可信度分配评价分数因素0.090.180.450.090.090.180.63总的可信度0.040.070.360.26表3人员系统总的可信度分配表基本可信度分配评价分数因素0.0450.180.540.090.0720.2520.0360.0540.4320.054总可信任度0.0010.1030.5010.082表4 消防管理系统总的可信度分配表基本可信度分配评价分数因素0.0270.0720.1080.540.072

12、0.0110.0220.1260.1980.270.1620.027总的可信任度0.0060.0240.050.1930.4150.309 表5 消防系统总的可信度分配表可信度分配评价分数因素0.050.300.180.030.270.060.010.0090.110.320.09总的可信度0.0560.520.26由表5得出：整个平台消防安全系统的安全性属于“一般”的相信度为0.056，属于“较好”的相信度为0.52，属于“好”的相信度为0.26，总的偏好度为0.403，整个平台消防系统的安全性为较好。四、结束语由此可见, 针对评估过程中的一些不确定因素，由于证据理论的引入，不但发挥了综合评判的作用，而且还尽量减小了个人主观臆断所带来的弊端，从而为船舶机舱消防安全管理提供了一个科学的评价手段和方法，提高了评估的精度和有效性，同时使决策者在缺少数据的情况下，减少决策的盲目性和主观性。参考文献1樊红，冯恩德.一种基于证据理论的船舶综合安全评估（fsa）方法j.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2004，28（4）：546-549.2姜晓燕 敬标 守香 糊综合评价方法在舰船机舱消防安