大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法及系統
2024-04-12 14:25:05 1
1.本發明涉及泡沫滅火劑綜合性能評價技術領域，具體為一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法。
背景技術：
2.泡沫滅火劑是撲救可燃易燃液體的有效滅火介質，具有滅火效率高、用水量少等優點，已被廣泛應用於應對換流變等大型充油設備油類火災的事故應急處置中。
3.大型充油設備泡沫滅火系統使用場景較多，選取代表性較強的大型充油設備泡沫滅火系統生態敏感型場景、溫度敏感型場景、水源敏感型場景以及滅火系統適用性四種場景。其中，將根據生態敏感型場景獨特的1)系統抗幹擾能力弱，2)對全球氣候變化敏感，3)時空波動性強，4)邊緣效應顯著和5)環境異質性高等特性，在制定指標時將提升環保性指標的比例，篩選出環境友好型泡沫滅火劑。其中，溫度敏感型場景根據其地區最高最低溫度，考慮泡沫滅火劑及在實際儲存時受高低溫環境的溫度敏感型，篩選出泡沫性能受溫度影響較小的泡沫滅火劑。其中，水源敏感型場景主要包括沿海地區陸上大型充油設備，由於其水源是海水，海水中無機鹽的存在會影響泡沫滅火劑的性能，因此為篩選此地區的適用類型泡沫滅火劑，將考慮海水對泡沫滅火劑性能的影響指標。
4.對於滅火系統適用性場景，可能僅有一種類型的泡沫滅火系統，而此滅火系統能使用的泡沫滅火劑類型不同，因此篩選適用性較高的泡沫滅火劑，可以降低大型充油設備泡沫滅火系統的建設成本。大型充油設備泡沫滅火系統主要包括非吸氣型噴射裝置、吸氣型泡沫產生裝置、泡沫噴霧滅火系統、壓縮空氣泡沫系統。目前大型充油設備泡沫滅火劑綜合評價中，大多針對大型充油設備泡沫滅火劑綜合狀況或某一方面進行評價，未考慮到在大型充油設備泡沫滅火系統不同場景下其評估指標體系和偏重應當有所不同，才能為泡沫滅火劑選型提供針對化參考和建議。考慮到大型充油設備工作環境的複雜性，仍需建立一種適用於大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能優選評價指標體系。
技術實現要素：
5.本發明所要解決的技術問題在於如何針對當前只有一套泡沫滅火系統的情況下，如何根據不同環節選擇適應性較高的泡沫滅火劑。
6.本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：
7.一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法，包括以下步驟：
8.步驟一、選擇評價指標，構建指標庫；
9.步驟二、劃分場景，篩選指標；
10.步驟三、熵權法計算權重，具體為：
11.1)構建決策矩陣；
12.假設需要進行評價的方案有m個，評價指標有n個，則構成初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n如公式(1)所示：
[0013][0014]
式中a
ij
為方案i在第j個指標的取值；
[0015]
2)規範化決策矩陣；
[0016]
為消除不同評價指標的數量級、量綱之間的差異，需要對決策矩陣進行規範化；將初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n變換為規範化決策矩陣b
ij
＝(b
ij
)m×n，其中變換規則如公式(2)所示：
[0017][0018]
3)熵權的計算
[0019]
熵權計算數值根據公式(3)獲得，其中wi為權重，ei為信息熵，代表指標的信息混亂程度，熵值越小信息越有序，反之則越無序，其表達式如公式(3-4)所示：
[0020][0021][0022]
最終將計算獲得的權重組成權重向量，表示為w
β
＝[w1，w2，
…
，wn]
t
；
[0023]
步驟四、基於topsis法綜合評價，選擇最優方案。
[0024]
本發明考慮了變壓器工作環境的複雜性，提出多場景下泡沫滅火劑優選方法，並通過建立大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價體系，實現泡沫滅火劑在不同場景下的綜合評價，完成對待入網泡沫滅火劑應對多場景下大型充油設備火災能力的綜合評價，篩選能夠滿足應對不同場景下大型充油設備火災的優選泡沫滅火劑。
[0025]
進一步的，所述步驟一中，所述的選擇評價指標中一級指標集為：泡沫滅火劑滅火性能，泡沫滅火劑環境友好性，泡沫滅火經濟性；各一級指標中又分二級指標，二級指標集為：溶液性能指標，熱敏感型指標，穩定性能指標，鋪展性能指標，滅火性能指標，滅火系統適用性指標，氣相汙染性指標，液相汙染性指標，固相汙染性指標，經濟性指標。
[0026]
進一步的，所述步驟四的評估流程如下：
[0027]
1)通過公式(1-2)構造加權規範陣c＝(c
ij
)m×n；
[0028]
將熵權法計算獲得的權重向量w＝[w1,w2,
…
,wn]
t
與將規範化決策矩陣b＝(b
ij
)m×n進行點乘，由公式(5)進行計算，獲得加權規範化的決策矩陣c：
[0029]cij
＝wj·bij
,i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]
3)確定正理想解c
*
和負理想解c0；
[0031]
將二級指標分為效益型指標和成本型指標，按照公式(6-7)所示進行處理：
[0032][0033][0034]
4)運用歐氏距離計算，計算個方案到理想解與負理想解得距離；備選方案di到正理想解的距離為如公式(8)所示：
[0035][0036]
到負理想解的距離為如公式(9)所示：
[0037][0038]
5)按照與理想方案的貼合度指標，計算各方案的排序指標值，如公式(10)所示：
[0039][0040]
6)按f
i*
由大到小排列方案優劣次序；將計算得出的相對貼合度按照大小對各方案進行排序，相對貼合度越大，表明方案越接近最優方案。
[0041]
與上述方法對應的，本發明還提供一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價系統，包括以下模塊：
[0042]
指標庫構建模塊，用以選擇評價指標，構建指標庫；
[0043]
指標篩選模塊，用以劃分場景，篩選指標；
[0044]
權重計算模塊，採用熵權法計算權重，具體為：
[0045]
1)構建決策矩陣；
[0046]
假設需要進行評價的方案有m個，評價指標有n個，則構成初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n如公式(1)所示：
[0047][0048]
式中a
ij
為方案i在第j個指標的取值；
[0049]
2)規範化決策矩陣；
[0050]
為消除不同評價指標的數量級、量綱之間的差異，需要對決策矩陣進行規範化；將初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n變換為規範化決策矩陣b
ij
＝(b
ij
)m×n，其中變換規則如公式(2)所示：
[0051][0052]
3)熵權的計算
[0053]
熵權計算數值根據公式(3)獲得，其中wi為權重，ei為信息熵，代表指標的信息混亂程度，熵值越小信息越有序，反之則越無序，其表達式如公式(3-4)所示：
[0054][0055][0056]
最終將計算獲得的權重組成權重向量，表示為w
β
＝[w1，w2，
…
，wn]
t
；
[0057]
綜合評估模塊，用以基於topsis法綜合評價，選擇最優方案。
[0058]
進一步的，所述指標庫構建模塊中，所述的選擇評價指標中一級指標集為：泡沫滅火劑滅火性能，泡沫滅火劑環境友好性，泡沫滅火經濟性；各一級指標中又分二級指標，二級指標集為：溶液性能指標，熱敏感型指標，穩定性能指標，鋪展性能指標，滅火性能指標，滅火系統適用性指標，氣相汙染性指標，液相汙染性指標，固相汙染性指標，經濟性指標。
[0059]
進一步的，所述綜合評估模塊的評估流程如下：
[0060]
1)通過公式(1-2)構造加權規範陣c＝(c
ij
)m×n；
[0061]
將熵權法計算獲得的權重向量w＝[w1,w2,
…
,wn]
t
與將規範化決策矩陣b＝(b
ij
)m×n進行點乘，由公式(5)進行計算，獲得加權規範化的決策矩陣c：
[0062]cij
＝wj·bij
,i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0063]
3)確定正理想解c
*
和負理想解c0；
[0064]
將二級指標分為效益型指標和成本型指標，按照公式(6-7)所示進行處理：
[0065][0066][0067]
4)運用歐氏距離計算，計算個方案到理想解與負理想解得距離；備選方案di到正理想解的距離為如公式(8)所示：
[0068][0069]
到負理想解的距離為如公式(9)所示：
[0070][0071]
5)按照與理想方案的貼合度指標，計算各方案的排序指標值，如公式(10)所示：
[0072][0073]
6)按f
i*
由大到小排列方案優劣次序；將計算得出的相對貼合度按照大小對各方案進行排序，相對貼合度越大，表明方案越接近最優方案。
[0074]
與上述方法對應的，本發明還提供一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價處理設備，包括至少一個處理器，以及與所述處理器通信連接的至少一個存儲器，其中：所述存儲器存儲有可被處理器執行的程序指令，所述處理器調用所述程序指令能夠執行上述的方法。
[0075]
與上述方法對應的，本發明還提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲計算機指令，所述計算機指令使所述計算機執行上述的方法。
[0076]
本發明的優點在於：
[0077]
考慮了變壓器運行環境的複雜性，提出多場景下泡沫滅火劑優選方法，並通過建立大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價體系，實現泡沫滅火劑在不同場景下入網時滅火性能、環境友好性、經濟性的綜合評價，完成對待入網泡沫滅火劑應對多場景下大型充油設備火災能力的綜合評價，篩選能夠滿足應對不同場景下大型充油設備火災的優選泡沫滅火劑。
附圖說明
[0078]
圖1是本發明實例提供的一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法的步驟組成部分示意圖；
[0079]
圖2是本發明實例提供的大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法——熵權topsis法流程圖。
具體實施方式
[0080]
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0081]
如圖1、圖2所示，本實施例公開一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價方法，包括以下步驟：
[0082]
步驟一、選擇評價指標，構建指標庫；
[0083]
所述的選擇評價指標中一級指標集為{泡沫滅火劑滅火性能，泡沫滅火劑環境友好性，泡沫滅火經濟性}。各一級指標中又分二級指標，二級指標集為{溶液性能指標，熱敏感型指標，穩定性能指標，鋪展性能指標，滅火性能指標，滅火系統適用性指標，氣相汙染性指標，液相汙染性指標，固相汙染性指標，經濟性指標}，並根據國標中相關規定，對二級指標進行細分，制定三級指標集。
[0084]
步驟二、劃分場景，篩選指標；
[0085]
步驟三、熵權法計算權重，具體為：
[0086]
1)構建決策矩陣；
[0087]
假設需要進行評價的方案有m個，評價指標有n個，則構成初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n如公式(1)所示：
[0088][0089]
式中a
ij
為方案i在第j個指標的取值；
[0090]
2)規範化決策矩陣；
[0091]
為消除不同評價指標的數量級、量綱之間的差異，需要對決策矩陣進行規範化；將初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n變換為規範化決策矩陣b
ij
＝(b
ij
)m×n，其中變換規則如公式(2)所示：
[0092][0093]
3)熵權的計算
[0094]
熵權計算數值根據公式(3)獲得，其中wi為權重，ei為信息熵，代表指標的信息混亂程度，熵值越小信息越有序，反之則越無序，其表達式如公式(3-4)所示：
[0095][0096][0097]
最終將計算獲得的權重組成權重向量，表示為w
β
＝[w1，w2，
…
，wn]
t
；
[0098]
步驟四、基於topsis法綜合評價，選擇最優方案。
[0099]
topsis法是在現有的對象中進行相對優劣的評估，可以在多個決策指標的情況下對多個備選方案進行評價選擇。此方法通過構建出抽象的正理想解與負理想解，計算不同方案與正理想解及負理想解的歐式距離。若評價方案與正理想方案接近，並且遠離負理想解方案則為較優方案，反之則為較差方案。最終通過計算各個方案與正理想解的貼近程度給出各個方案的排序結果。所述步驟四的評估流程如下：
[0100]
1)通過公式(1-2)構造加權規範陣c＝(c
ij
)m×n；
[0101]
將熵權法計算獲得的權重向量w＝[w1,w2,
…
,wn]
t
與將規範化決策矩陣b＝(b
ij
)m×n進行點乘，由公式(5)進行計算，獲得加權規範化的決策矩陣c：
[0102]cij
＝wj·bij
,i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n
ꢀꢀ
(25)
[0103]
3)確定正理想解c
*
和負理想解c0；
[0104]
將二級指標分為效益型指標和成本型指標，按照公式(6-7)所示進行處理：
[0105][0106]
[0107]
4)運用歐氏距離計算，計算個方案到理想解與負理想解得距離；備選方案di到正理想解的距離為如公式(8)所示：
[0108][0109]
到負理想解的距離為如公式(9)所示：
[0110][0111]
5)按照與理想方案的貼合度指標，計算各方案的排序指標值，如公式(10)所示：
[0112][0113]
6)按f
i*
由大到小排列方案優劣次序；將計算得出的相對貼合度按照大小對各方案進行排序，相對貼合度越大，表明方案越接近最優方案。
[0114]
與上述方法對應的，本實施例還提供一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價系統，包括以下模塊：
[0115]
指標庫構建模塊，用以選擇評價指標，構建指標庫；
[0116]
所述的選擇評價指標中一級指標集為{泡沫滅火劑滅火性能，泡沫滅火劑環境友好性，泡沫滅火經濟性}。各一級指標中又分二級指標，二級指標集為{溶液性能指標，熱敏感型指標，穩定性能指標，鋪展性能指標，滅火性能指標，滅火系統適用性指標，氣相汙染性指標，液相汙染性指標，固相汙染性指標，經濟性指標}，並根據國標中相關規定，對二級指標進行細分，制定三級指標集。
[0117]
指標篩選模塊，用以劃分場景，篩選指標；
[0118]
權重計算模塊，採用熵權法計算權重，具體為：
[0119]
1)構建決策矩陣；
[0120]
假設需要進行評價的方案有m個，評價指標有n個，則構成初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n如公式(1)所示：
[0121][0122]
式中a
ij
為方案i在第j個指標的取值；
[0123]
2)規範化決策矩陣；
[0124]
為消除不同評價指標的數量級、量綱之間的差異，需要對決策矩陣進行規範化；將初始決策矩陣a
ij
＝(a
ij
)m×n變換為規範化決策矩陣b
ij
＝(b
ij
)m×n，其中變換規則如公式(2)所示：
[0125][0126]
3)熵權的計算
[0127]
熵權計算數值根據公式(3)獲得，其中wi為權重，ei為信息熵，代表指標的信息混亂程度，熵值越小信息越有序，反之則越無序，其表達式如公式(3-4)所示：
[0128][0129][0130]
最終將計算獲得的權重組成權重向量，表示為w
β
＝[w1，w2，
…
，wn]
t
；
[0131]
綜合評估模塊，用以基於topsis法綜合評價，選擇最優方案。
[0132]
綜合評估模塊的評估流程如下：
[0133]
1)通過公式(1-2)構造加權規範陣c＝(c
ij
)m×n；
[0134]
將熵權法計算獲得的權重向量w＝[w1,w2,
…
,wn]
t
與將規範化決策矩陣b＝(b
ij
)m×n進行點乘，由公式(5)進行計算，獲得加權規範化的決策矩陣c：
[0135]cij
＝wj·bij
,i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)
[0136]
3)確定正理想解c
*
和負理想解c0；
[0137]
將二級指標分為效益型指標和成本型指標，按照公式(6-7)所示進行處理：
[0138][0139][0140]
4)運用歐氏距離計算，計算個方案到理想解與負理想解得距離；備選方案di到正理想解的距離為如公式(8)所示：
[0141][0142]
到負理想解的距離為如公式(9)所示：
[0143][0144]
5)按照與理想方案的貼合度指標，計算各方案的排序指標值，如公式(10)所示：
[0145][0146]
6)按f
i*
由大到小排列方案優劣次序；將計算得出的相對貼合度按照大小對各方案進行排序，相對貼合度越大，表明方案越接近最優方案。
[0147]
與上述方法對應的，本實施例還提供一種大型充油設備泡沫滅火劑多場景綜合性能評價處理設備，包括至少一個處理器，以及與所述處理器通信連接的至少一個存儲器，其中：所述存儲器存儲有可被處理器執行的程序指令，所述處理器調用所述程序指令能夠執行上述的方法。
[0148]
與上述方法對應的，本實施例還提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲計算機指令，所述計算機指令使所述計算機執行上述的方法。
[0149]
本實施例以生態敏感型場景和水源敏感型場景為例對上述方案進行詳細說明：
[0150]
實施例1：
[0151]
(1)以生態敏感型場景下水成膜泡沫滅火劑(afff)、氟蛋白泡沫滅火劑(fp)、合成型泡沫滅火劑(s)三種泡沫滅火劑選型為例，構建生態敏感型場景下評價指標體系如下表所示
[0152]
表1生態敏感型場景大型充油設備泡沫滅火劑綜合評價指標體系
[0153][0154]
對評價指標進行客觀賦值下表：
[0155]
表2生態敏感型場景大型充油設備泡沫滅火劑綜合評價指標客觀數據
[0156][0157]
(2)基於熵權法計算生態敏感型場景為例下評價指標權重：
[0158]
i)將三種泡沫滅火劑的指標數據構造為決策矩陣a，然後根據公式(1)進行規範化處理，消除不同指標間量綱差異造成的影響，得到規範化決策矩陣b：
[0159][0160]
ii)再基於公式(2)、(3)、(4)對規範化決策矩陣b進行熵權計算，可得權重向量為w
t
＝[0.0399 0.0416 0.0395 0.0390 0.0960 0.0385 0.0612 0.0413 0.0720 0.06820.0397 0.0437 0.0987 0.0565 0.0387 0.0437 0.1032 0.0384]。
[0161]
iii)基於規範化決策矩陣b和權重向量為w
t
，通過公式(5)構造加權規範陣c：
[0162][0163]
指標中存在效益型指標和成本性指標，根據公式(6)、(7)對指標進行變換，得到正理想解c
*
和負理想解c0。
[0164]c*
＝[0.0272 0.0288 0.0184 0.0083 0.0264 0.0267 0.0310 0.0299 0.0396 0.0141 0.0184 0.0117 0.0149 0.0162 0.0063 0.0117 0.0568 0.0268]
[0165]
c0＝[0.0166 0.0179 0.0257 0.0291 0.0881 0.0103 0.0413 0.0154 0.0448 0.0633 0.0259 0.0350 0.0963 0.0485 0.0285 0.0350 0.0649 0.0067]
[0166]
基於公式(8)、(9)計算各個方案與正理想解及負理想解之間的歐氏距離為：
[0167]s*
＝[0.0684 0.0350 0.1122]
[0168]
s0＝[0.1086 0.1269 0.0572]
[0169]
基於公式(10)根據計算各方案與理想方案的貼合度指標，得到各個方案的優劣排序：
[0170]
f＝[0.6135 0.7839 0.3376]
[0171]
最終得到各方案與理想方案指標的貼合度順序為：方案2》方案1》方案3，即在生態敏感型場景的大型充油設備泡沫滅火劑性能fp》afff》s。
[0172]
實施例2：
[0173]
(1)以水源敏感型場景下水成膜泡沫滅火劑(afff)、氟蛋白泡沫滅火劑(fp)、合成型泡沫滅火劑(s)三種泡沫滅火劑選型為例，構建水源敏感型場景下評價指標體系如下表所示
[0174]
表3水源敏感型場景大型充油設備泡沫滅火劑綜合評價指標體系
[0175][0176]
對評價指標進行客觀賦值下表：
[0177]
表4水源敏感型場景大型充油設備泡沫滅火劑綜合評價指標客觀數據
[0178][0179][0180]
(2)基於熵權法計算水源敏感型場景為例下評價指標權重：
[0181]
i)將三種泡沫滅火劑的指標數據構造為決策矩陣a，然後根據公式(1)進行規範化處理，消除不同指標間量綱差異造成的影響，得到規範化決策矩陣b：
[0182][0183]
ii)再基於公式(2)、(3)、(4)對規範化決策矩陣進行熵權計算，可得權重向量為w
t
＝[0.0000 0.0250 0.0423 0.0670 0.0398 0.0387 0.0329 0.0670 0.0670 0.0670 0.0670 0.0250 0.0600 0.0670 0.0329 0.0468 0.0443 0.0258 0.0284 0.0641 0.0670 0.0250]。
[0184]
iii)基於規範化決策矩陣b和權重向量為w
t
，通過公式(5)構造加權規範陣c：
[0185][0186]
指標中存在效益型指標和成本性指標，根據公式(6)、(7)對指標進行變換，得到正理想解c
*
和負理想解c0。
[0187]c*
＝[0.0000
ꢀ‑
0.0231 0.0233 0.0363 0.0242 0.0276 0.0233 0.0355 0.0355 0.0345 0.0345 0.0154 0.0593 0.0434 0.0217 0.0257 0.0091 0.0119 0.0076 0.0097 0.0369 0.0174]
[0188]
c0＝[0.0000
ꢀ‑
0.0066 0.0260 0.0431 0.0221 0.0181 0.0150 0.0444 0.0444 0.0460 0.0460 0.0123 0.0057 0.0361 0.0167 0.0291 0.0411 0.0168 0.0227 0.0626 0.0421 0.0043]
[0189]
基於公式(8)、(9)計算各個方案與正理想解及負理想解之間的歐氏距離為：
[0190]s*
＝[0.0370 0.0599 0.0802]
[0191]
s0＝[0.0818 0.0663 0.0363]
[0192]
基於公式(10)根據計算各方案與理想方案的貼合度指標，得到各個方案的優劣排序：
[0193]
f＝[0.6886 0.5254 0.3117]
[0194]
最終得到各方案與理想方案指標的貼合度順序為：方案1》方案2》方案3，即在水源敏感型場景的大型充油設備泡沫滅火劑性能afff》fp》s。
[0195]
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施
例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。