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(zāi)害防御技術(shù)中心 山東省青島市 266003 2.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 山東省濟(jì)南市 250014）

1 引言

我國雷電災(zāi)害頻繁，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大損失，而防雷減災(zāi)工作是防災(zāi)減災(zāi)工作的重要組成部分，在保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是評(píng)價(jià)雷電風(fēng)險(xiǎn)、提出防雷對(duì)策、開展防雷工作的必要環(huán)節(jié)，尤其是針對(duì)重大功能性區(qū)域的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更為重要。區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是針對(duì)特定區(qū)域，依據(jù)雷電發(fā)生頻率、強(qiáng)度、時(shí)空分布特征以及國家有關(guān)防雷安全法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用定量和定性的方法，對(duì)該區(qū)域內(nèi)雷電災(zāi)害可能造成社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的致災(zāi)影響做出整體性、區(qū)域化評(píng)估。評(píng)估結(jié)果將為該區(qū)域的項(xiàng)目選址、功能分區(qū)布局、防雷類別與防雷措施確定、雷災(zāi)事故應(yīng)急方案制定等提供科學(xué)依據(jù)，以有效提升雷電災(zāi)害防御能力，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

本文基于層次分析法（AHP）方法的數(shù)學(xué)模型[1-5]，采用HTML、JavaScript、CSS語言編制了青島區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。本評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際評(píng)估工作中進(jìn)行了多次應(yīng)用。結(jié)果表明，系統(tǒng)完全可以取代人工繁瑣計(jì)算，并解決了人工計(jì)算易出錯(cuò)、效率低的問題，極大地提高了區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jì)算與定性分析相結(jié)合，將評(píng)估工作者的主觀判斷與客觀資料相結(jié)合的處理方法，它主要應(yīng)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(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的每個(gè)指標(biāo)通分解為若干個(gè)有序?qū)哟危恳粚哟沃械脑鼐哂写笾孪嗟鹊牡匚?，并且每一層與上一層次的某個(gè)指標(biāo)和下一層次的若干指標(biāo)有著一定的聯(lián)系，每一個(gè)層次之間按照隸屬關(guān)系組建成一個(gè)有序的遞階層次結(jié)構(gòu)模型。在這個(gè)層次結(jié)構(gòu)模型中，根據(jù)客觀事實(shí)的判斷，通過兩兩比較判斷的方式確定同一層次中每個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性，以數(shù)字的方式建立判斷矩陣，然后利用向量的計(jì)算方法得出同一層次中每個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性權(quán)重系數(shù)，最后通過組合計(jì)算所有層次的相對(duì)權(quán)重系數(shù)得到每個(gè)最底層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的重要性權(quán)重系數(shù)。

根據(jù)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》(QXT85-2018)，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作涉及19個(gè)指標(biāo)參數(shù)，其中有10個(gè)定量指標(biāo)，9個(gè)定性指標(biāo)，9個(gè)復(fù)合指標(biāo)。所有指標(biāo)參數(shù)構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的遞階層次系統(tǒng)，關(guān)系框圖如圖1。

圖1：雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型

本系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估層次分析法的結(jié)構(gòu)模型，通過分析評(píng)估過程計(jì)算各指標(biāo)的先后順序，分析雷暴日等氣象資料、土壤結(jié)構(gòu)、地形地貌、周邊環(huán)境、項(xiàng)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(guān)關(guān)系，提取一套合理、簡捷、實(shí)用的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算流程，編制設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡明、界面友好、使用方便、功能齊全的區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(píng)估方案、管理評(píng)估方案、管理指標(biāo)權(quán)重三大模塊組成，如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)界面

3.2 新建評(píng)估方案功能

本模塊“新建評(píng)估方案”功能，首先需錄入評(píng)估項(xiàng)目基本信息，并計(jì)算所有層級(jí)指標(biāo)的等級(jí)分布，計(jì)算完成后進(jìn)行存儲(chǔ)。新建評(píng)估方案時(shí)，要錄入“項(xiàng)目名稱”、“專家姓名”、“項(xiàng)目描述”等基本評(píng)估信息，并在“判斷矩陣”選項(xiàng)中選擇判斷矩陣方案名稱。

3.2.1 評(píng)估因子隸屬度分級(jí)計(jì)算功能

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)含有19個(gè)因子，分為10個(gè)定量因子和9個(gè)定性因子。

定量因子包括：雷暴日、雷擊密度、雷電流強(qiáng)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(duì)高度、使用性質(zhì)、影響程度、材料結(jié)構(gòu)、電子系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

在對(duì)應(yīng)定量指標(biāo)里按照指標(biāo)單位錄入定量因子的具體數(shù)值。對(duì)于定性指標(biāo)，根據(jù)具體測量數(shù)據(jù)，按照《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（QX-T/85-2008）查找相對(duì)應(yīng)的隸屬度級(jí)別，點(diǎn)選對(duì)應(yīng)的定性指標(biāo)分級(jí)框。全部數(shù)據(jù)錄入完畢后，點(diǎn)擊計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果

點(diǎn)擊計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)后，將出來新頁面。新頁面顯示的是計(jì)算結(jié)果，包含評(píng)估信息、原始輸入、分層的計(jì)算結(jié)果以及最終的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算結(jié)果，并給出最終計(jì)算的區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)論。

3.3 管理評(píng)估方案功能

本模塊“管理評(píng)估方案”功能，包括對(duì)評(píng)估方案進(jìn)行結(jié)果導(dǎo)出、刪除。右上角有返回首頁按鈕。管理評(píng)估方案界面顯示的有評(píng)估檔案的名稱、創(chuàng)建人、評(píng)估結(jié)果、創(chuàng)建時(shí)間和操作按鈕。

3.3.1 結(jié)果導(dǎo)出和刪除

進(jìn)入功能操作。操作面板上有導(dǎo)出結(jié)果和刪除功能。導(dǎo)出結(jié)果可將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出為EXCEL形式，方便用戶使用。

3.3.2 評(píng)估信息顯示

在操作面板下面為評(píng)估信息、原始輸入、分層的計(jì)算結(jié)果以及最終的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算結(jié)果，并給出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估結(jié)論。

3.4 管理指標(biāo)權(quán)重功能

本模塊為構(gòu)造新的權(quán)重方案，即建立新的判斷矩陣，同時(shí)會(huì)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(shí)間。本模塊有新建權(quán)重方案、刪除方案、建立副本方案功能。

3.4.1 新建權(quán)重方案功能

進(jìn)入“新建權(quán)重方案”子功能欄之后，需要輸入“權(quán)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(gòu)建判斷矩陣。

構(gòu)建有效的判斷矩陣功能包含三個(gè)步驟：專家賦值，相對(duì)權(quán)重計(jì)算，一致性檢驗(yàn)。

專家賦值：構(gòu)建判斷矩陣點(diǎn)擊通過賦值入口，其中顯示的每一子項(xiàng)代表權(quán)重比值，由評(píng)估專家對(duì)下屬幾個(gè)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行比較和賦值。

相對(duì)權(quán)重計(jì)算：賦值完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。見圖3。

圖3：指標(biāo)相對(duì)權(quán)重計(jì)算

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

3.4.2 管理指標(biāo)權(quán)重功能

管理指標(biāo)權(quán)重方案時(shí)，在方案清單上找到需要修訂的權(quán)重方案，點(diǎn)擊最右側(cè)標(biāo)志區(qū)，出現(xiàn)操作面板。可以刪除相應(yīng)的方案，或者建立方案副本。

本功能包含各指標(biāo)分層排序功能。進(jìn)入權(quán)重方案操作面板之后，系統(tǒng)按判斷矩陣方案計(jì)算各個(gè)指標(biāo)因子相對(duì)權(quán)重，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分層排序。

權(quán)重總排序之后，比較各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，可以檢查整個(gè)評(píng)估方案的合理性，如果某個(gè)因子相對(duì)權(quán)重不符合被評(píng)估主體雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的客觀屬性，就需要對(duì)判斷矩陣方案進(jìn)行整體調(diào)整或局部修訂。

修訂后的權(quán)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(quán)重方案，并更新方案清單。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)新的方案自動(dòng)計(jì)算權(quán)重并排序。

回到上級(jí)菜單欄，即可查看更新后的權(quán)重方案。重新打開相應(yīng)的權(quán)重方案，并再次就各個(gè)因子的權(quán)重排序考察其合理性。

以上操作完成之后，會(huì)形成一個(gè)有效的權(quán)重方案，相當(dāng)于對(duì)評(píng)估主體進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性的預(yù)評(píng)估，本過程的結(jié)果是形成一個(gè)有效的判斷矩陣。

4 小結(jié)

本文采用HTML、JavaScript、CSS語言開發(fā)了區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)計(jì)算各功能區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并給出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論。系統(tǒng)功能明確，界面操作簡單，易于使用，計(jì)算流程設(shè)計(jì)合理，在實(shí)際評(píng)估工作中進(jìn)行了多次應(yīng)用。結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以取代人工繁瑣計(jì)算，并解決了人工計(jì)算易出錯(cuò)、效率低的問題，極大地提高了區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的效率。