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(kāi)采、運(yùn)輸和加工，露天礦運(yùn)輸作業(yè)是礦山性能的一個(gè)重要特征[1]。 露天礦生產(chǎn)中發(fā)生較大運(yùn)輸事故會(huì)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(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)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(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究，袁艷斌等[2]基于熵權(quán)法對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)；姜立春等[3]基于W-R-SHEL識(shí)別露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素并采用三級(jí)標(biāo)度(IAHP)與模糊相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)判；張彩杰[4]基于PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；陽(yáng)富強(qiáng)等[5]基于群決策的改進(jìn)層次分析法對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。上述研究均考慮了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響但未考慮風(fēng)險(xiǎn)其他屬性，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)直接進(jìn)行評(píng)判打分卻未對(duì)專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性(L)和風(fēng)險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性(C)建立的二維風(fēng)險(xiǎn)模型可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性和定量分析，該方法稱為風(fēng)險(xiǎn)矩陣法。但由于風(fēng)險(xiǎn)特征的多維性，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者在二維風(fēng)險(xiǎn)模型的基礎(chǔ)上融入風(fēng)險(xiǎn)因素重要度[6-7]、敏感性[8]、脆弱性[9]、可預(yù)測(cè)度[10]提出三維風(fēng)險(xiǎn)模型。露天礦在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生事故潛在因素與風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間價(jià)值(E)有關(guān)，風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間價(jià)值(E)即為風(fēng)險(xiǎn)潛在事件發(fā)生的頻率對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)中采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法，在二維風(fēng)險(xiǎn)模型的基礎(chǔ)上，考慮風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間價(jià)值建立露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)模型。為了解決三維風(fēng)險(xiǎn)模型難以量化的問(wèn)題，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素各等級(jí)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(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)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(jì)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(shí)別專家支持、反對(duì)和中立評(píng)價(jià)信息并量化風(fēng)險(xiǎn)因素E、L、C的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)模型

1.1 三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

露天礦在運(yùn)輸工作中發(fā)生的潛在事件與特征時(shí)間框架有關(guān)，存在具有較高風(fēng)險(xiǎn)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(shí)間，也存在具有較低風(fēng)險(xiǎn)水平的事件而發(fā)生的頻率較高，未對(duì)其及時(shí)采取管控措施會(huì)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(shí)間價(jià)值作為有效參數(shù)?；诖?，本文在二維風(fēng)險(xiǎn)模型的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)表示風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間價(jià)值的新維度建立露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)的時(shí)間價(jià)值E、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性L和風(fēng)險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性C劃分為五個(gè)等級(jí)，定性、定量描述見(jiàn)表1。

表1 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)模型以E(以1、2、3、6、10依次表示風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間價(jià)值即風(fēng)險(xiǎn)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(gè)維度考慮風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的相對(duì)動(dòng)態(tài)性，該模型很好地彌補(bǔ)了二維風(fēng)險(xiǎn)模型在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間價(jià)值方面的不足，將風(fēng)險(xiǎn)水平恒定的二維風(fēng)險(xiǎn)模型變成動(dòng)態(tài)的三維風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)區(qū)間

雷達(dá)圖法將待評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)狀況用二維平面圖形表示，是典型的圖形評(píng)價(jià)方法[12]。郭榮昌等[10]提出了改進(jìn)的雷達(dá)圖法來(lái)構(gòu)建三維風(fēng)險(xiǎn)矩陣，該方法簡(jiǎn)單采用各等級(jí)比值求取扇形面積但未考慮各風(fēng)險(xiǎn)因素各等級(jí)具有不同量化值，因此，本文基于該方法，考慮各風(fēng)險(xiǎn)因素各等級(jí)的量化值改進(jìn)雷達(dá)圖法。此外，針對(duì)三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)區(qū)間難以確定的問(wèn)題，采用本文提出的方法計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素量化結(jié)果后對(duì)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(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果各等級(jí)分布區(qū)間?；诟倪M(jìn)雷達(dá)圖法自適應(yīng)劃分三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)區(qū)間具體步驟如下所述。

1) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中需要根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)等級(jí)劃分為可忽略的、容許的、不希望的、不可容忍的4個(gè)等級(jí)。

2) 風(fēng)險(xiǎn)因素量化原理。用指標(biāo)軸之間的夾角表示風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，用扇形面積來(lái)表示該風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的影響。本文設(shè)定各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)重要度一樣，用各風(fēng)險(xiǎn)因素各等級(jí)的量化值與其最高等級(jí)量化值之比作為扇形半徑求取扇形面積，計(jì)算見(jiàn)式(1)。

(1)

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

圖1 不同風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果，計(jì)算見(jiàn)式(2)。

(2)

式中，yE、yL、yC分別為風(fēng)險(xiǎn)因素E、L、C各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的量化值。

3) 風(fēng)險(xiǎn)因素量化結(jié)果分析。根據(jù)式(2)可以得到共計(jì)125個(gè)元素對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)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(xiǎn)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(jì)算結(jié)果大小在[0，1]之間，其中比率越大，表明風(fēng)險(xiǎn)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(gè)區(qū)域中第35個(gè)數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.121 7之后保持3個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定于0.124 2，第二個(gè)區(qū)域中第65個(gè)數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.335 0之后保持4個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定于0.337 5，第三個(gè)區(qū)域中第100個(gè)數(shù)據(jù)增值達(dá)到0.454 2之后保持4個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定于0.456 7。 本文結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素量化結(jié)果的數(shù)據(jù)變化特征將三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的4個(gè)等級(jí)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

2.1 評(píng)價(jià)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(gè)子系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，5個(gè)子系統(tǒng)不是獨(dú)立存在的個(gè)體，而是相互作用、相互聯(lián)系的動(dòng)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(gè)一級(jí)指標(biāo)、17個(gè)二級(jí)指標(biāo)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)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(guò)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?tīng)柗品ㄅc客觀熵值法提出“結(jié)構(gòu)熵權(quán)法”來(lái)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(lái)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(gè)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(xiǎn)指標(biāo)之間存在相關(guān)性，而結(jié)構(gòu)熵權(quán)法中定量計(jì)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(xiǎn)指標(biāo)之間存在相關(guān)性的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)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?tīng)柗品ń?jīng)典序列建立評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣

向若干熟悉露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)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(jiàn)表3。設(shè)有p名專家獨(dú)立地對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣見(jiàn)式(3)。

Apq=[Iij](i=1,2,…,p;j=1,2,…,q)

(3)

式中，Iij為第i個(gè)專家對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的排序值。

表2 露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(jì)算

1) 采用Z-score方法對(duì)經(jīng)典序列評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣Apq中各指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，見(jiàn)式(4)。

(4)

(5)

(6)

2) 利用步驟1)得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣計(jì)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(jiàn)式(7)。

Rqq=[rkj](k=1,2,…,q;j=1,2,…,q)

(7)

式中，rkj為第k個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)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(píng)價(jià)指標(biāo)的獨(dú)立性系數(shù)Bj,見(jiàn)式(8)。

(8)

2.2.3 指標(biāo)信息量計(jì)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(lái)自專家意見(jiàn)的“數(shù)據(jù)噪聲”，減少不確定性，需要對(duì)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(jiàn)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(gè)Iij代入式(9)對(duì)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)化，即可得到結(jié)構(gòu)熵隸屬度矩陣見(jiàn)式(10)

Fpq=[uij](i=1,2,…,p;j=1,2,…,q)

(10)

式中，uij為i個(gè)專家對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的排序值Iij的隸屬度。

(11)

定義專家i對(duì)指標(biāo)j由認(rèn)知產(chǎn)生的不確定性稱為“認(rèn)識(shí)盲度”，記作Qj，見(jiàn)式(12)。

Qj=

(12)

對(duì)于每一個(gè)指標(biāo)，定義專家關(guān)于指標(biāo)j的總體認(rèn)識(shí)度為Fj,見(jiàn)式(13)。

(13)

2.2.4 計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重

1) 根據(jù)各評(píng)估指標(biāo)的獨(dú)立性系數(shù)和總體認(rèn)識(shí)度，可求得各評(píng)估指標(biāo)的綜合性系數(shù)ωj，見(jiàn)式(14)。

ωj=FjBj

(14)

2) 為得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，需要對(duì)Qi進(jìn)行歸一化處理得到各指標(biāo)權(quán)重wj,見(jiàn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的模糊評(píng)價(jià)問(wèn)題，專家評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定信息，針對(duì)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(duì)和中立信息三方面量化專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)?？紤]專家以給定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平的評(píng)價(jià)方式不能全面提取專家評(píng)價(jià)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(duì)和中立信息，實(shí)現(xiàn)全面客觀分析專家評(píng)價(jià)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(lái)表示評(píng)價(jià)對(duì)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(duì)和中立三個(gè)方面量化專家評(píng)價(jià)信息。GAU等[22]提出的模糊集理論可以從支持、反對(duì)和中立三個(gè)不同的觀點(diǎn)中提取信息從而對(duì)不確定信息處理有更廣泛的覆蓋。基于此，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(duì)、中立三個(gè)方面量化專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)?；谀：c物元理論構(gòu)造的模糊物元計(jì)算，見(jiàn)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(xiǎn)因素E、L、C的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；Ci(i=1,…,n)為事物的特征，指露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的特征模糊量值；vij為專家支持、反對(duì)和中立評(píng)價(jià)信息；tij為專家評(píng)價(jià)結(jié)果的支持的部分；fij為專家評(píng)價(jià)結(jié)果的反對(duì)的部分；πij為專家評(píng)價(jià)結(jié)果的中立部分。

通過(guò)改進(jìn)后模糊物元可將露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表示為評(píng)價(jià)等級(jí)、評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)等級(jí)特征量值，這種三維方法支持從支持、反對(duì)、中立三方面量化專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

3.2 基于分布密度型未確知有理數(shù)識(shí)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(duì)、中立3個(gè)方面量化專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，但專家對(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，以給定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平的評(píng)價(jià)方式只能直觀提取出支持?jǐn)?shù)和反對(duì)數(shù)，這種直觀的方式不能全面提取專家評(píng)價(jià)信息且具有主觀性、不確定性。如何正確識(shí)別出專家評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)別出專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中的異常信息，以此客觀準(zhǔn)確識(shí)別出露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中的中立部分。

專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)是各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)所處的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基于此根據(jù)未確知有理數(shù)概念，將專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)定義為未確知有理數(shù)D，見(jiàn)式(18)。

D={[Gimin,Gimax],φ(x)}(i=1,2,…,5)

(18)

結(jié)合專家評(píng)價(jià)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(gè)專家評(píng)價(jià)的等級(jí)i在i等級(jí)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)因素E、L、C的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有關(guān)，取各等級(jí)相鄰一個(gè)等級(jí)區(qū)間，即對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)因素L的偶爾等級(jí)，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(gè)專家評(píng)價(jià)等級(jí)在該等級(jí)可信度距離d內(nèi)均有其他專家時(shí)，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(gè)專家評(píng)價(jià)等級(jí)在該等級(jí)可信度距離d內(nèi)沒(méi)有其他專家時(shí)，該專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的ξi為0，則該數(shù)據(jù)即為中立部分。

3.3 綜合評(píng)價(jià)

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(duì)和中立三部分評(píng)價(jià)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(xiǎn)因素E、L、C與其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的接近度。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(píng)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(píng)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(xiǎn)因素E、L、C與其評(píng)價(jià)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(duì)模糊集中的所有特征模糊量值進(jìn)行排序，通過(guò)對(duì)Sij進(jìn)行排序，可以識(shí)別出maxvij,得分函數(shù)見(jiàn)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(píng)價(jià)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(duì)露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)因素E、L、C的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將等級(jí)對(duì)應(yīng)的量化值代入式(2)可知三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(duì)該露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，專家評(píng)價(jià)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(jì)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(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。以一級(jí)指標(biāo)為例，指標(biāo)權(quán)重的確定過(guò)程如下所述。

1) 6個(gè)專家相互獨(dú)立地對(duì)5個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行重要性排序，形成專家意見(jiàn)的典型排序矩陣A65,見(jiàn)式(24)。

2) 根據(jù)式(4)～式(8)，得到一級(jí)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(jí)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(jí)指標(biāo)綜合系數(shù)后進(jìn)行歸一化處理，得到一級(jí)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(jí)指標(biāo)的權(quán)重。最后分別將相對(duì)應(yīng)的兩級(jí)權(quán)重相乘的結(jié)果作為各個(gè)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(jì)算三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

4.2.1 基于分布密度型未確知有理數(shù)識(shí)別中立部分

專家對(duì)該露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的17個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)L、C、E分別做出評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。在指標(biāo)L中，評(píng)價(jià)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(jí)的專家數(shù)量分別為2個(gè)、3個(gè)、0個(gè)、1個(gè)、0個(gè)，則專家評(píng)價(jià)等級(jí)為幾乎不可能、不太可能、很可能在相應(yīng)的等級(jí)可信區(qū)間內(nèi)其他專家個(gè)數(shù)分別為4個(gè)、4個(gè)、0個(gè)，故幾乎不可能、不太可能、很可能分別對(duì)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(jí)專家支持?jǐn)?shù)據(jù)為0故不用進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)分布密度型未確知有理數(shù)判斷出支持很可能等級(jí)的可信度分布密度為0，則認(rèn)為這名專家很可能等級(jí)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)

(25)

(26)

(27)

表4 專家評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Expert evaluation results

5 結(jié) 論

1) 在二維風(fēng)險(xiǎn)模型基礎(chǔ)上將風(fēng)險(xiǎn)事件價(jià)值引入到露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，提出了包含風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性(L)、風(fēng)險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性(C)和風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間價(jià)值(E)的露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素各等級(jí)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(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果各等級(jí)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(jì)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(píng)價(jià)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(duì)和中立信息三方面量化專家評(píng)價(jià)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(duì)和中立信息。

4) 實(shí)例中露天礦運(yùn)輸中安全風(fēng)險(xiǎn)屬于“容許的”等級(jí)，該評(píng)價(jià)結(jié)果與露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)際情況相吻合，說(shuō)明本文構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法具有科學(xué)性和實(shí)用性。本文中的三維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及其量化方法評(píng)為露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供一種新的思路和方法，對(duì)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(shí)，也可以應(yīng)用于其他安全評(píng)估領(lǐng)域。