一種基于三角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法
【專利摘要】基于三角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法。該方法首先利用層次分析法建立消防指揮自動化系統(tǒng)的多層次指標體系，確定各層指標權(quán)重；然后根據(jù)規(guī)范化后的各指標參數(shù)生成相對應(yīng)的模糊數(shù)模型，采用基于模糊數(shù)的模糊綜合評估法對消防指揮自動化系統(tǒng)的效能進行評估，最終得到消防指揮自動化系統(tǒng)及子模塊的效能。該方法在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及無法對系統(tǒng)進行定量分析時具有明顯的優(yōu)勢，同時該效能評估方法也可用于除消防指揮自動化系統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)，具有較好的通用性。
【專利說明】
一種基于三角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種仿真技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于三角模糊數(shù)的消防指 揮自動化系統(tǒng)效能評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 消防是城市安全和防災(zāi)體系的重要組成部分，是保障城市生存和健康發(fā)展的基礎(chǔ) 設(shè)施之一。消防指揮自動化系統(tǒng)作為消防部隊的神經(jīng)中樞，其效能的發(fā)揮是制約消防部隊 整體作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素。因此，消防指揮自動化系統(tǒng)能否滿足滅火救援指揮發(fā)展的要求， 以及需要付出多大代價才能完成任務(wù)等已成為亟待解決的焦點問題。要想回答這些問題， 效能評估無疑是有效和可行的途徑和方法。消防指揮自動化系統(tǒng)的效能是指系統(tǒng)所蘊藏的 完成任務(wù)的能力，以及系統(tǒng)在應(yīng)用中執(zhí)行規(guī)定任務(wù)所能達到預(yù)期目標的程度。前者稱為自 身效能，后者稱為使用效能。系統(tǒng)自身效能又稱為系統(tǒng)靜態(tài)效能，一般與滅火救援的環(huán)境無 關(guān);使用效能是指系統(tǒng)能達到其特定任務(wù)目標的能力，是對系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)目標程 度的量度，強調(diào)系統(tǒng)在給定環(huán)境中的有效性。對消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估是指利用定 性和定量相結(jié)合的手段，分析、計算、評價消防指揮自動化系統(tǒng)在執(zhí)行消防活動任務(wù)時所能 達到預(yù)期目標的程度，是對消防指揮自動化系統(tǒng)自身效能和使用效能的綜合評估。
[0003] 遵循科學(xué)規(guī)范的程序，恰當?shù)卦u估消防指揮自動化系統(tǒng)效能，是為了發(fā)現(xiàn)制約系 統(tǒng)效能正常發(fā)揮的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性地提出全面提高其自身效能和使用效能的對策措 施。但目前國內(nèi)外對消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估研究較少，尤其是國內(nèi)對其的研究還僅 僅只是停留在定性的分析之上，目前還沒有完整的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對消防自動化系統(tǒng)缺乏有效的效能評估法的問題，本發(fā)明提出了一種基于三角 模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法。該方法首先利用層次分析法建立消防指揮自 動化系統(tǒng)的多層次指標體系，確定各層指標權(quán)重;然后根據(jù)規(guī)范化后的各指標參數(shù)生成相 對應(yīng)的模糊數(shù)模型，采用基于模糊數(shù)的模糊綜合評估法對消防指揮自動化系統(tǒng)的效能進行 評估，最終得到消防指揮自動化系統(tǒng)及子模塊的效能，該方法在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及無法對 系統(tǒng)進行定量分析時具有明顯的優(yōu)勢，同時該效能評估方法也可用于除消防指揮自動化系 統(tǒng)之外的其他系統(tǒng)，具有較好的通用性。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，具體包括以下步驟：
[0006] 第一步:建立多層次指標體系。
[0007] 利用層次分析法建立消防指揮自動化系統(tǒng)的多層次效能評估指標體系。多層次指 標體系為四層指標體系，包括目標層、準則層、方案層以及指標層。目標層，即消防指揮自動 化系統(tǒng)的效能評估;準則層，包括消防指揮自動化系統(tǒng)的主要組成部分;方案層，包括每個 組成部分的主要單元;指標層，包括影響各個方案的主要指標。
[0008] 第二步:確定各層指標權(quán)重。
[0009]建立指標體系后，根據(jù)層次間、指標間元素的相對重要性賦予相應(yīng)的權(quán)重，權(quán)重確 定分為以下幾步：
[0010] 2.1建立重要性標度。
[0011]本發(fā)明中將兩個元素之間的重要性關(guān)系分為9個層次，分別用9個模糊數(shù)標度表 示，如表1所示。
[0012] 2.2構(gòu)造判斷矩陣
[0013] 從指標體系的目標層開始，逐層向下，分別對同層的各指標相對于上一層次中某 一準則的重要性進行兩兩比較，從而形成判斷矩陣A，假設(shè)某層有n個指標，則得到模糊判斷 矩陣如式(1)所示。
[0014] 表1重要性判斷9標度含義
[0017] 式中：
[0018] g為同一層中指標i和指標j相對于上一層次中某一準則的重要性程度比較結(jié)果 的三角模糊數(shù)表示形式;孓=。
[0019]根據(jù)表1中標度設(shè)置的對稱性，以及判斷矩陣的構(gòu)造方式我們很容易知道 丨+七,,=1; %+%,,=丨；k，％以及％，均為0.5。顯然的以所有的 構(gòu)成的判斷矩陣為三角模糊數(shù)互補判斷矩陣，即矩陣，其中％ = &為三角模糊 數(shù)互補判斷矩陣。
[0020] 2.3-致性檢驗
[0021] (1)當三角模糊數(shù)互補判斷矩陣，彳=[乂.]_的質(zhì)心矩陣為滿意一致性矩陣時，三角 模糊數(shù)互補判斷矩陣為滿意一致性矩陣，因此我們計算矩陣』=[為的質(zhì)心矩陣C = [Ci j ] nXn，其中Ci j為模糊數(shù)義的質(zhì)心橫坐標值。
[0022] (2)若質(zhì)心矩陣C=[Cij]nXn的任意兩行元素的差值為常數(shù)時，則C=[ Cij]nXn為滿意 一致性矩陣。由質(zhì)心矩陣的一致性檢驗結(jié)果我們可以判斷模糊判斷矩陣的一致性，如果不 滿足滿意一致性，則需對原判斷矩陣中的元素進行調(diào)整，具體調(diào)整方法為選取把握性較大 的一行元素作為基準，調(diào)整其他行元素，使得其他行元素均與選定行元素之間的差值為常 數(shù)。
[0023] 2.4計算各指標的模糊權(quán)重
[0024]第i個指標的權(quán)重計算公式為：
(2)
[0026]此時得到的n個指標的模糊權(quán)重(#p#2…巧)均是廣義模糊數(shù)，還無法清楚的表達 各指標權(quán)重，要得到最終權(quán)重還需對(巧，巧…宄)進行去模糊化操作。
[0027] 2.5模糊權(quán)重去模糊化
[0028]通過對模糊權(quán)重的去模糊化操作確定各指標的最終權(quán)重。根據(jù)三角模糊數(shù)的質(zhì) 心，模糊度以及擴展度，采用羅宇（Yu Luo,Wen Jiang,DeYun Zhou,XiYun Qin,Jun Zhan.A Revised Method for Ranking Generalized Fuzzy Numbers[C],18th International Conference on Information Fusion FUSI0N2015，Washington，DC，July 6_9,2015,303-310)的模糊數(shù)排序方法進行去模糊化操作：
[0035]根據(jù)公式（3)對n個指標的模糊權(quán)重…"）進行去模糊化操作，得到權(quán)重向 量r:
[0036] WT - (Scored]), Sco/'e(l^\ ) Score(lV,))
[0037] 2.6歸一化得各指標權(quán)重
[0038] 對W'進行歸一化，得到各指標權(quán)重如下所示：
[0039] ff=(ffi,ff2,---Wn) (4)
[0040] 重復(fù)2.1-2.6的步驟可求得消防指揮自動化系統(tǒng)的各指標權(quán)重。
[00411第三步:建立效能評估模型。
[0042]建立基于模糊綜合評估法的效能評估模型，其步驟如下：
[0043] 3.1確定評價因素集。
[0044] 根據(jù)已經(jīng)建立的多層次指標體系結(jié)構(gòu)，明確各級被評價對象的評價因素集，通常 情況下以集合U={m，u2,…，u m}表示。其中m為被評價對象的評價指標數(shù)目，由各級指標自 身的指標數(shù)目決定。
[0045] 3.2確定評語級
[0046] 評語級是評估者對要被評估對象可能做出的所有評價結(jié)果構(gòu)成的評語等級集合， 集合元素為各個評語等級?？捎眉蟅={V1， V2,…，vn}表示。其中Vl表示第i個評語等級，通 常情況下將評語級劃分為三到五個等級。本發(fā)明中將評語等級劃分為優(yōu)秀、良好、中等以及 差四個等級，分別用VI，V2，V3以及V4表示，貝評語等級可用集合V= { VI，V2，V3，V4}表示。
[0047] 3.3規(guī)范化各指標
[0048] 對于定量指標而言，各指標量綱不同，因此需對其進行規(guī)范化處理。本發(fā)明采用極 差變換法將各指標規(guī)范化；
[0049] 極差變換法的思想是將屬性值最優(yōu)的指標規(guī)范化為1，最差的規(guī)范化為0,其余屬 性值采用線性差值的方法得到其規(guī)范化值，具體操作如下：
[0050] 將定量指標分為效益型指標和成本性指標。效益型指標是指指標值越大，效果越 好;成本型指標是指指標值越大，效果越差。
[0051 ]對于效益型指標其規(guī)范值
(5)
[0053]式中：
[0054] Xi為定量指標的具體參數(shù)值；
[0055] xfin為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0056] 為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0057]對于成本型指標其規(guī)范值
(6)
[0059] Xi為定量指標的具體參數(shù)值；
[0060] <in為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0061 ] If1"5為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0062]本發(fā)明中所提的設(shè)計規(guī)范是指《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB 50313 2000)。
[0063]經(jīng)過規(guī)范化處理后，所有的定量指標取值均在0到1之間，根據(jù)規(guī)范后的指標可得 到模糊關(guān)系矩陣。
[0064] 3.4確定模糊關(guān)系矩陣
[0065] (1)對于定量指標，以各指標的規(guī)范值為基礎(chǔ)，采用調(diào)查問卷的形式確定各指標對 于各評語等級隸屬程度的范圍值。對于定性指標，直接調(diào)查問卷的形式確定各指標的對于 各評語等級隸屬度的范圍值。
[0066] (2)以隸屬度區(qū)間值的上界、下界以及上界和下界的中間值構(gòu)造隸屬度的三角模 糊數(shù)，并根據(jù)可靠性測度等級對應(yīng)的三角模糊數(shù)，可得到如下形式的模糊關(guān)系矩陣： >\l Kl Kn 「nni-71 ' !~21 r-2 ,乃、
[0067] r = , ... ... : (7) jii Ci c_
[0068] 式中：
[0069] V ^為以模糊數(shù)表示的隸屬度；
[0070] m由被評價對象的指標數(shù)目決定，n為評語等級個數(shù)，本方法中n = 4。
[0071] 3.5去模糊化及歸一化
[0072] 利用公式(3)對矩陣V中的元素進行去模糊化操作，并歸一化得到最終的模糊關(guān) 系矩陣 ril rii J\4 '71 .,.?3 ,->4. .：
[0073] r= ： r ： ： (8； y r r v V3
[0074] 3.6模糊關(guān)系合成
[0075] 根據(jù)模糊合成算子合成各評價因素權(quán)重向量和模糊關(guān)系矩陣，模糊算子采用 具體計算方法為 尸. y 尸. h 1 rn rn /i4
[0076] ~'22 '嚴，=(n，W4) (9) _ ml -m'2- ! m\ 1 mA
[0077]式中：
[0078] Wl表示評價因素對應(yīng)的權(quán)重，rij是歸一化后模糊關(guān)系矩陣r中的隸屬度值。
[0079] 對于多層次指標結(jié)構(gòu)，從指標層向上依次進行模糊關(guān)系合成運算，可得到最終的 模糊關(guān)系矩陣R=(ri，r2，r3，r4)。
[0080] 3.7量化評語級
[0081] 本方法對優(yōu)秀、良好、中等以及差四個評語等級進行量化處理，以1為滿分值，具體 量化如表2所示。
[0082] 表2評語等級量化表
[0084]即V= {vi，V2，V3，V4}，當評估值xe [0.9,1]，該項指標評語等級為優(yōu)秀;當評估值X e [ 0. 8，0.9 ]，該項指標評語等級為良好；當評估值X e [ 0. 7，0.8 ]，該項指標評語等級為中 等;當評估值X e [ 0，0. 7 ]，該項指標評語等級為差。
[0085] 3.7多指標效能綜合評估
[0086] 對評語等級進行量化，得到評語量化得分向量V= {VI，V2，V3，V4}，根據(jù)公式（10)可 求得消防指揮自動化系統(tǒng)的各子模塊效能和整個系統(tǒng)的綜合效能。
[0087] S = R ? VT (10)
[0088] 式中：
[0089] S為效能，R為合成后的模糊關(guān)系矩陣，VT為評語量化得分向量的轉(zhuǎn)置，根據(jù)表2,可 得到
[0090] V= {vi，V2，V3，V4} = {0 ? 9，0 ? 8，0 ? 7，0.6} (11)
[0091] 本發(fā)明的有益效果是：
[0092] (1)提供了一種消防指揮自動化系統(tǒng)的效能評估方法，建立了合理的效能評估模 型，實現(xiàn)了對消防指揮自動化系統(tǒng)效能的定量分析，填補了國內(nèi)對于此處研究的空白。
[0093] (2)本發(fā)明中給出的效能評估方法不僅適用于消防指揮自動化系統(tǒng)的效能評估， 也適用于其他復(fù)雜系統(tǒng)的效能評估，如武器系統(tǒng)效能評估等，具有較好的通用性。
[0094] (3)本發(fā)明提出的效能評估方法不僅可以明確的給出消防指揮自動化系統(tǒng)的綜合 效能值，還可以給出系統(tǒng)各子模塊的效能，在對系統(tǒng)進行改進或升級的時候，可根據(jù)各子模 塊的效能得分值有針對性的改進。另外在其他的系統(tǒng)當中，根據(jù)各指標參數(shù)的不同，靈活的 調(diào)整模糊關(guān)系矩陣中的元素，同樣可以方便求得系統(tǒng)及各子模塊的效能。
【附圖說明】
[0095]圖1為三角模糊數(shù)的示意圖。
[0096] 圖2為119消防指揮自動化系統(tǒng)的指標體系結(jié)構(gòu)圖。
[0097] 圖3為119消防指揮自動化系統(tǒng)的效能評估過程示意圖
【具體實施方式】
[0098] 下面以119消防指揮自動化系統(tǒng)為對本發(fā)明的實施例，本實施例在以本發(fā)明技術(shù) 方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的應(yīng)用范圍 不限于下述的實施例。本實施例為消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估過程舉例。本實施的具體 過程包括以下幾個步驟：
[0099]第一步:建立多層次指標體系。
[0100]指標體系的建立參照了張麗敏(張麗敏，裴建國，周煒，朱紅偉，薛彩姣，夏登友.消 防指揮自動化系統(tǒng)效能評估指標體系研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010,29(4):311-313) - 文所述的指標體系結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中認為系統(tǒng)是可靠的并且系統(tǒng)所處的環(huán)境是安全的，因 此建立的指標層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)指標體系結(jié)構(gòu)共分為四個層次，分別為目標層、準 則層、方案層以及指標層;指標層具體指標參數(shù)如表3所示：
[0101]表3指標層具體指標參數(shù)值
[0103]第二步:確定各層指標權(quán)重。
[0104] 建立指標體系后，根據(jù)層次間、指標間元素的相對重要性賦予相應(yīng)的權(quán)重，以準則 層權(quán)重確定為例，具體分為以下幾步：
[0105] 2.1建立重要性標度。
[0106] 本發(fā)明中將兩個元素之間的重要性關(guān)系分為9個層次，分別用如表1所示的9個模 糊數(shù)標度表示。
[0107] 2.2構(gòu)造判斷矩陣
[0108]對準則層警情受理能力A1、通信調(diào)度能力A2、火場指揮能力A3、模擬訓(xùn)練能力A4以 及信息管理能力A5相對于消防指揮自動化系統(tǒng)效能的重要性進行兩兩比較，根據(jù)表1的9標 度，得到判斷矩陣的各元素，具體形式如下： "(0.5.0.5.0.5;1) (0.3.0.4,0.5:1) (0.5,0.6,0.7;1) (0.6,0.7,0.8;1) (0.7,0.8,0.9;1) (0.5,0.6.0.7;1) (0.5.0.5,0.5;1) (0.6,0.7,0.8:1) (0.7,0.8,0.9:1) (0.8.0.9.0.9;1)
[0109] A-- (0.3.0.4,0.5;1) (0.2,0.3,0.4;1) (0,5.0.5.0.5:1) (0,5,0.6,0.7:1) (0.6,0.7,0.8:1) (0.2,0.3.0.4;1) (0.K0.2J').3:I) (0.3.0.4.0.5:1) (0.5,0.5,0.5;1) (0.5,0.6,0.7:1) (0.K0.2,0.3;1) (0.K0.K0.3;]) (0.2,0.3,0.4;1) (0.3,0.4,0.5;I) (0.5,0.5,0.5;1)
[0110] $為準則層兩兩元素間相對于消防指揮自動化系統(tǒng)效能重要性判斷的模糊數(shù)表 達形式；
[0111] 4,, =(/,，川,，/?,:/，,）〇
[0112] 夂 =1; n\ +/,. =1；/i. ? 以及氣%,均為0.5。
[0113] 2.3判斷矩陣的一致性檢驗
[0114] 準則層三角模糊數(shù)互補判斷矩陣.4 = [g]SXH的質(zhì)心矩陣為滿意一致性矩陣，由此 我們可知判斷矩陣A符合滿意一致性。
[0115] 2.4計算準則層各指標模糊權(quán)重
[0116]根據(jù)公式(2)，計算各指標模糊權(quán)重得到如下結(jié)果：

[0122] 2.5模糊權(quán)重去模糊化
[0123] 通過對模糊權(quán)重的去模糊化操作確定各指標的最終權(quán)重。根據(jù)公式(3)可得
[0124] ScortWn ) = 0.2298 , ScortiiVr2) = 0.259H , = 0.2105，^/r(?；.4) - 0.1658 ,
[0125] Score(JVc,) = 0.1800
[0126] 2.6歸一化得各指標權(quán)重
[0132] 則，準則層各指標權(quán)重如下表所示：
[0133] 表4準則層各指標權(quán)重
[0135] 同理，重復(fù)步驟2.1-2.6可以得到方案層以及指標層各指標權(quán)重。
[0136] 方案層權(quán)重確定
[0137] 表5指標層各指標權(quán)重
[0139]指標層權(quán)重確定 [OMO]表6子指標層各指標權(quán)重
[0143] 根據(jù)表4、表5以及表6可得各層指標的權(quán)重向量如下所示：
[0144] WBi= [0? 4728，0? 5272]，WB2= [0.5973,0.4027]，WB3 = [0.5017,0.4983]，
[0145] ffB4= [0.3452,0.3217,0.3331 ] ,ffB5= [0.2147,0.3417,0.4436] ffB6= [0.5000, 0.5000],
[0146] ffB7= [ 1.0000] ,ffB8= [ 1.0000] ,ffB9= [0.5000,0.5000],
[0147] ffBi〇=[0.5129,0.4871]；
[0148] ffAi= [0.6123,0.3877],ffA2= [0.6891,0.3109],ffA3 = [0.4127,0.5873],
[0149] ffA4= [0.5000,0.5000],ffA5= [0.6128,0.3872]；
[0150] ff= [0.2197,0.2484,0.2013,0.1585,0.1721]〇
[0151] 第三步:建立效能評估模型。
[0152] 建立基于模糊綜合評估法的效能評估模型，其步驟如下：
[0153] 指標層綜合評估
[0154] 3.1確定評價因素集。
[0155] 根據(jù)圖2,指標層評價因素集包含20個因素，具體為接警子系統(tǒng)數(shù)量C1、接警子系 統(tǒng)可靠性C2、消防聯(lián)動裝置數(shù)量C3、警情指揮軟件穩(wěn)定性C4、有線裝備配備情況C5、有線調(diào) 度專線配備率C6、無線裝備配備情況C7、無線調(diào)度專線配備率C8、無線網(wǎng)絡(luò)暢通率C9、輔助 決策的程度C10、決策響應(yīng)時間C11、輔助決策的質(zhì)量C12、屏幕顯示穩(wěn)定性C13、監(jiān)視器數(shù)量 C14、訓(xùn)練類型數(shù)量C15、訓(xùn)練功能設(shè)置C16、存儲信息數(shù)量C17、存儲信息質(zhì)量C18、信息更新 頻率C19以及信息更新率C20。表達形式如下：
[0156] U3={B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，B10}
[0157] 式中：
[0158] B1 = {C1，C2}，B2={C3，C4}，B3={C5，C6}，B4={C7，C8，C9}，B5={C10，C11，C12}，
[0159] B6={C13，C14}，B7 = {C15}，B8={C16}，B9={C17，C18}，B10={C19，C20}。
[0160] 3.2確定評語級
[0161] 本發(fā)明中將評語等級劃分為優(yōu)秀、良好、中等以及差四個等級，分別用V1，V2，V3& 及V4表示，則評語等級可用集合V= { VI，V2，V3，V4}表示。
[0162] 3.3規(guī)范化各指標
[0163] 對于指標層的定量指標而言，各指標量綱不同，因此需對其進行規(guī)范化處理。本發(fā) 明米用極差變換法將各指標規(guī)范化；
[0164] 極差變換法的思想是將屬性值最優(yōu)的指標規(guī)范化為1，最差的規(guī)范化為0,其余屬 性值采用線性差值的方法得到其規(guī)范化值，具體操作如下：
[0165] 將定量指標分為效益型指標和成本性指標。效益型指標是指指標值越大，效果越 好;成本型指標是指指標值越大，效果越差。
[0166] 對于效益型指標其規(guī)范值
[0168] 式中：
[0169] Xl為定量指標的具體參數(shù)值；
[0170] x_為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0171] 為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0172] 對于成本型指標其規(guī)范值
[0174] Xl為定量指標的具體參數(shù)值；
[0175] .xfin為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0176] X丨胃為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；
[0177] 本發(fā)明中所提的設(shè)計規(guī)范是指《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB 50313 2000)。
[0178] 此處以接警子系統(tǒng)數(shù)量和接警子系統(tǒng)可靠性為例，二者均為收益型定量指標，因 此二者規(guī)范化如下：
[0181] 經(jīng)過規(guī)范化處理后，所有的定量指標取值均在0到1之間，根據(jù)規(guī)范后的指標可得 到模糊關(guān)系矩陣。
[0182] 3.4確定模糊關(guān)系矩陣
[0183] (1)對于定量指標，以各指標的規(guī)范值為基礎(chǔ)，采用調(diào)查問卷的形式確定各指標對 于評語等級隸屬程度的范圍值。對于定性指標直接采用調(diào)查問卷的形式得到各指標對于各 評語等級的隸屬程度范圍值。
[0184] (2)以隸屬度區(qū)間值的上界、下界以及上界和下界的中間值構(gòu)造隸屬度的三角模 糊數(shù)，以警情接收能力B1為例可得到如下形式的模糊關(guān)系矩陣： "(0,7,0,8,0.9; 1) (0.4,〇.5,0.6;1) (〇.4,〇.5,〇.6; I) (0,0.1,0.2; 1)-
[0185] r",=
[(0.6.0.7,0.S;1) (0.2,0.3,0.4;1) (0.1,0.2,0.3;1) (03,0.4,0.5; I)
[0186] (3)利用公式(3)對模糊關(guān)系矩陣中的元素進行去模糊化操作，并歸一化得到最 終的模糊關(guān)系矩陣 0.3663 0.2112 0.2702 0.1523
[0187] rB；1 = B1 [0.4927 0.1555 0.2565 0.0953
[0188] 3.5模糊關(guān)系合成
[0189] 根據(jù)模糊合成算子合成各評價因素權(quán)重向量和模糊關(guān)系矩陣，模糊算子采用 具體計算方法為 V r y v rn U3 fu
[0190] R = W-r = (WlM,---Wmy ^ f Jml _
[0191] 本發(fā)明采用算子M^，?)進行模糊關(guān)系合成運算，由表6可知：
[0192] ffBi=[0.4728,0.5272]
[0193] 根據(jù)公式(9)，可得合成后模糊關(guān)系矩陣你:如下所示： R-Bi = ? %i ~0.3663 0.2112 0.2702 0.1523]
[0194] =[0/4728,0.5272].
[0-4927 0.1555 0.2565 0.0953 -[0.4329,0.1818,0.2630,0.1222]
[0195] 歸一化處理可得最終模糊關(guān)系矩陣
[0196] RB1= [0.4329,0.1818,0.2630,0.1222]
[0197] 同理，我們可得子指標層其他指標合成后的模糊關(guān)系矩陣
[0198] Rb2= [0.3886,0.2732,0.2011,0.1371],Rb3= [0.4586,0.3732,0.1011,0.0671],
[0199] Rb4= [0.4432,0.3732,0.0921,0.0915],Rb5= [0.4322,0.3842,0.0821,0.1015],
[0200] Rb6= [0.4216,0.3832,0.1072,0.0880],Rb7= [0.4156,0.4012,0.1034,0.0798],
[0201] Rbs= [0.3936,0.4142,0.0974,0.0948],Rb9= [0.3676,0.4052,0.1172,0.1100],
[0202] RB1〇= [0.3372,0.4192,0.1053,0.1383]。
[0203] 3.6量化評語級
[0204]本方法對優(yōu)秀、良好、中等以及差四個評語等級進行量化處理，以1為滿分值，具體 量化如表2所示。
[0205] 表2評語等級量化表
[0207]即，當評估值Xe [0.9,1]，該項指標評語等級為優(yōu)秀；當評估值Xe [0.8,0.9]，該 項指標評語等級為良好；當評估值Xe[0.7,0.8]，該項指標評語等級為中等；當評估值Xe [0,0.7]，該項指標評語等級為差。
[0208] 3.7多指標效能綜合評估
[0209] 對評語等級進行量化，得到評語量化得分向量V= {VI，V2，V3，V4}，根據(jù)公式（10)可 求得消防指揮自動化系統(tǒng)的各子模塊效能
[0210] S = R ? VT
[0211] 式中：
[0212] S為效能，R為合成后的模糊關(guān)系矩陣，VT為評語量化得分向量的轉(zhuǎn)置，根據(jù)表2,可 得到V = {vi，V2，V3，V4} = {0 ? 9，0 ? 8，0 ? 7，0 ? 6}
[0213] 根據(jù)子指標層合成后的模糊關(guān)系矩陣及評語等級量化得分向量，可求得警情接收 能力B1、警情處理能力B2、有線傳輸能力B3、無線傳輸能力B4、輔助決策能力B5、實時顯示能 力B6、模擬訓(xùn)練的類型B7,模擬訓(xùn)練質(zhì)量B8、信息存儲狀況B9以及信息維護情況B10子模塊 的效能得分，具體如下：
[0214] Sbi = Rbi ? VT = 0.7925, Sb2 = Rb2 ? VT = 0.7913, Sb3 = Rb3 ? VT = 0.8223, Sb4 = Rb4 ? VT = 0.8168，
[0215] Sb5 = Rb5 ? Vt = 0.8147，Sb6 = Rb6 ? Vt = 0.8138，Sb7 = Rb7 ? Vt = 0.8153，Sb8 = Rb8 ? VT = 0.8107,
[0216] Sb9 = Rb9 ? VT = 0.8030, Sbio = Rbio ? VT = 0.7955.
[0217] 方案層綜合評估
[0218] ⑴根據(jù)子指標層合成后的模糊關(guān)系矩陣RB1-RB1Q，我訶得到指標層模糊關(guān)系矩 陣如下： "0.4322,0.3842,0.0821,0.1015] 「0.4156,0.4012,0.1034,0.0798_ 「0220*1 t* r. ~ " [ 0.4216,0.3832.0.1072,0.0880 x4 "" 0,3936,0.4142,0.0974,0.094,sj * "0.3676,0.4052,0.1172,0.1100"
[0221] rA, = : : ^ A， [0.3372,0.4192,0.1053,0.1383_
[0222] (2)方案層模糊關(guān)系合成
[0223] 由表5可知，方案層的權(quán)重向量如下：
[0224] ffAi= [0.6123,0.3877],ffA2= [0.6891,0.3109],ffA3 = [0.4127,0.5873],
[0225] ffA4= [0.5000,0.5000],ffA5= [0.6128,0.3872]；
[0226] 根據(jù)公式(9)，并歸一化可得到指標層的合成關(guān)系矩陣如下：
[0227] Rai=[0.4158,0.2172,0.2390,0.1280],Ra2=[0.4538,0.3732,0.0983,0.0747]；
[0228] Ra3=[0.4260,0.3836,0.0968,0.0936],Ra4= [0.4046,0.4077,0.1004,0.0873]；
[0229] Ra5= [0.3558,0.4102,0.1126,0.1210] 〇
[0230] (3)根據(jù)指標層的合成關(guān)系矩陣及評語等級量化得分向量，可求得警情受理能力 A1、通信調(diào)度能力A2、火場指揮能力A3、模擬訓(xùn)練能力A4以及信息管理能力A5子模塊的效能 如下所示：
[0231] Sai = Rai ? Vt = 0.7923，Sa2 = Ra2 ? Vt=0.8206，Sa3 = Ra3 ? Vt = 0.8142，
[0232] Sa4 = Ra4 ? VT = 〇. 8130,Sa5 = Ra5 ? VT=〇. 8001 〇
[0233] 準則層綜合評估
[0234] (1)根據(jù)方案層合成后的模糊關(guān)系矩陣RA1-RA5,我們可得到消防指揮自動化系統(tǒng) 準則層模糊關(guān)系矩陣如下： "0.4158,0.2172,0.2390,0.1280" 0.4538,0.3732,0.0983,0.0747
[0235] r = 0.4260,0.3836,0.0968,0.0936 0.4046,0.4077,0.1004,0.0873 0.3558,0.4102,0.1126.0.1210
[0236] (2)準則層模糊關(guān)系合成
[0237] 由表5可知，準則層的權(quán)重向量如下：
[0238] ff=[0.2197,0.2484,0.2013,0.1585,0.1721]
[0239] 根據(jù)公式(9)，并歸一化可得到最終的合成關(guān)系矩陣如下：
[0240] R= [0.4152,0.3529,0.1317,0.1002]
[0241] (3)根據(jù)最終的合成關(guān)系矩陣及評語等級量化得分向量，可求得消防指揮自動化 系統(tǒng)最終的效能為：
[0242] S = R ? Vt=0.8083
[0243]由最終的效能得分值0.8083可以看出本施例中在消防指揮自動化系統(tǒng)正常工作 的情況下，該系統(tǒng)在優(yōu)秀、良好、中等及差四個等級中處于良好這個等級，觀察各個子模塊 的效能得分值可以看出，系統(tǒng)的各個子模塊均具有良好的性能。
[0244]本發(fā)明提出的效能評估方法不僅可以明確的給出消防指揮自動化系統(tǒng)的綜合效 能值，還可以給出系統(tǒng)各子模塊的效能，在對系統(tǒng)進行改進或升級的時候，可根據(jù)各子模塊 的效能得分值有針對性的改進。另外在其他的系統(tǒng)當中，根據(jù)各指標參數(shù)的不同，靈活的調(diào) 整模糊關(guān)系矩陣中的元素，同樣可以方便求得系統(tǒng)及各子模塊的效能。
【主權(quán)項】
1. 一種基于=角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法，其特征在于首先建立消 防指揮自動化系統(tǒng)的多層次指標體系，然后確定各層指標權(quán)重;最后建立效能評估模型，最 終得到消防指揮自動化系統(tǒng)及子模塊的效能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于=角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法，其特 征在于，所述的建立消防指揮自動化系統(tǒng)的多層次指標體系是指： 利用層次分析法建立消防指揮自動化系統(tǒng)的多層次效能評估指標體系；多層次指標體 系為四層指標體系，包括目標層、準則層、方案層W及指標層；目標層，即消防指揮自動化系 統(tǒng)的效能評估;準則層，包括消防指揮自動化系統(tǒng)的主要組成部分； 方案層，包括每個組成部分的主要單元;指標層，包括影響各個方案的主要指標。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于=角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法，其特 征在于，所述的確定各層指標權(quán)重包括W下步驟： 3.1建立重要性標度； 將兩個元素之間的重要性關(guān)系分為9個層次，分別用9個模糊數(shù)標度表示； 3.2構(gòu)造判斷矩陣； 從指標體系的目標層開始，逐層向下，分別對同層的各指標相對于上一層次中某一準 則的重要性進行兩兩比較，從而形成判斷矩陣A，假設(shè)某層有n個指標，則得到模糊判斷矩陣 為：式中： 4為同一層中指標i和指標j相對于上一層次中某一準則的重要性程度比較結(jié)果的立 角模糊數(shù)表示形式;4：；W 及"4 均為 0.5; W所有的4 =(/.,,，w,構(gòu)成的判斷矩陣為S角模糊數(shù)互補判斷矩陣，即矩陣A = [au]nxn，其中％ =4為S角模糊數(shù)互補判斷矩陣； 3.3判斷矩陣的一致性檢驗； (1) 當=角模糊數(shù)互補判斷矩陣^ = [4L,，的質(zhì)屯、矩陣為滿意一致性矩陣時，=角模糊 數(shù)互補判斷矩陣為滿意一致性矩陣； (2) 若質(zhì)屯、矩陣C=ku]nxn的任意兩行元素的差值為常數(shù)時，賄：=[叫]nxn為滿意一致 性矩陣；由質(zhì)屯、矩陣的一致性檢驗結(jié)果我們可W判斷模糊判斷矩陣的一致性，如果不滿足 滿意一致性，則需對原判斷矩陣中的元素進行調(diào)整，具體調(diào)整方法為選取把握性較大的一 行元素作為基準，調(diào)整其他行元素，使得其他行元素均與選定行元素之間的差值為常數(shù)； 3.4計算各指標的模糊權(quán)重； 第i個指標的權(quán)重計算公式為：3.5模糊權(quán)重去模糊化； 通過對模糊權(quán)重的去模糊化操作確定各指標的最終權(quán)重;根據(jù)=角模糊數(shù)的質(zhì)屯、，模 糊度W及擴展度，義用羅宇（Yu Luo,Wen Jiang,De化n Zhou,Xi化n Qin,化n Zhan.A Revised Method for Ranking Generalized Fuzzy Numbers[C],18th International Conference on Information Fusion 即SI0N2015,Washington,DC,July 6-9,2015,303- 310)的模糊數(shù)排序方法進行去模糊化操作：3.6歸一化的各指標權(quán)重； 對W '進行歸一化，得到各指標權(quán)重。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于=角模糊數(shù)的消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估方法，其特 征在于，所述的建立效能評估模型包括W下步驟： 4.1確定評價因素集； 根據(jù)已經(jīng)建立的多層次指標體系結(jié)構(gòu)，明確各級被評價對象的評價因素集，通常情況 下W集合U= {ui ,112,…，Um}表示。其中m為被評價對象的評價指標數(shù)目，由各級指標自身的 指標數(shù)目決定； 4.2確定評語集； 評語級是評估者對要被評估對象可能做出的所有評價結(jié)果構(gòu)成的評語等級集合，集合 元素為各個評語等級;可用集合V= { Vl，V2，…，Vn}表示，其中Vi表示第i個評語等級，通常情 況下將評語級劃分為=到五個等級;本發(fā)明中將評語等級劃分為優(yōu)秀、良好、中等W及差四 個等級，分別用Vl，V2，V3 W及V康示，則評語等級可用集合V= { Vl，V2，V3，V4}表示； 4.3規(guī)范化各指標； 采用極差變換法將各指標規(guī)范化，將定量指標分為效益型指標和成本性指標;效益型 指標是指指標值越大，效果越好;成本型指標是指指標值越大，效果越差； 對于效益型指標其規(guī)范值 式中：Xi為定量指標的具體參數(shù)值； 壞h為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定； 為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定；對于成本型指標其規(guī)范值 Xi為定量指標的具體參數(shù)值； .XfiE為該指標允許取的最小值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定； 片lax為該指標允許取的最大值，由系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范決定； 本發(fā)明中所提的設(shè)計規(guī)范是指《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范KGB 50313 2000)。 4.4確定模糊關(guān)系矩陣； (1) W各指標的規(guī)范值為基礎(chǔ)，采用調(diào)查問卷的形式確定各指標對于評語等級隸屬程 度的范圍值； (2) W隸屬度區(qū)間值的上界、下界W及上界和下界的中間值構(gòu)造隸屬度的=角模糊數(shù)， 并根據(jù)可靠性測度等級對應(yīng)的=角模糊數(shù)，可得到如下形式的模糊關(guān)系矩陣： 式中：r/U為W模糊數(shù)表示的隸屬度； m由被評價對象的指標數(shù)目決定，n為評語等級個數(shù)，本方法中n = 4; (3) 對矩陣r/中的元素進行去模糊化操作，并歸一化得到最終的模糊關(guān)系矩陣4.5模糊關(guān)系合成； 根據(jù)模糊合成算子合成各評價因素權(quán)重向量和模糊關(guān)系矩陣，模糊算子采用?，影） 具體計算方法為 式中：Wi表示評價因素對應(yīng)的權(quán)重，ru是歸一化后模糊關(guān)系矩陣r中的隸屬度值;對于多層次 指標結(jié)構(gòu)，從指標層向上依次進行模糊關(guān)系合成運算，可得到最終的模糊關(guān)系矩陣R=(ri， r2,r3,r4); 4.6量化評語級 本方法對優(yōu)秀、良好、中等W及差四個評語等級進行量化處理，當評估值Xe [0.9,1]， 該項指標評語等級為優(yōu)秀；當評估值Xe [0.8,0.9]，該項指標評語等級為良好；當評估值X e [0.7,0.引，該項指標評語等級為中等；當評估值Xe [0,0.7]，該項指標評語等級為差， 良Pv = {vi, V2,V3, V4} = {0.9,0.8,0.7,0.6}。 4.7多指柄；效能綜合評估 對評語等級進行量化，得到評語量化得分向量V={V1，V2，V3，V4}，根據(jù)公式S = R?パ可 求得消防指揮自動化系統(tǒng)的各子模塊效能和整個系統(tǒng)的綜合效能。
【文檔編號】G06N7/02GK105913173SQ201610207066
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】蔣雯, 羅宇, 莊苗燕, 壽業(yè)航
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)