一种基于三角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法
【专利摘要】基于三角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法。该方法首先利用层次分析法建立消防指挥自动化系统的多层次指标体系，确定各层指标权重；然后根据规范化后的各指标参数生成相对应的模糊数模型，采用基于模糊数的模糊综合评估法对消防指挥自动化系统的效能进行评估，最终得到消防指挥自动化系统及子模块的效能。该方法在系统结构复杂以及无法对系统进行定量分析时具有明显的优势，同时该效能评估方法也可用于除消防指挥自动化系统之外的其他系统，具有较好的通用性。
【专利说明】
一种基于三角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种仿真技术领域的方法，具体是一种基于三角模糊数的消防指 挥自动化系统效能评估方法。
【背景技术】
[0002] 消防是城市安全和防灾体系的重要组成部分，是保障城市生存和健康发展的基础 设施之一。消防指挥自动化系统作为消防部队的神经中枢，其效能的发挥是制约消防部队 整体作战效能的关键因素。因此，消防指挥自动化系统能否满足灭火救援指挥发展的要求， 以及需要付出多大代价才能完成任务等已成为亟待解决的焦点问题。要想回答这些问题， 效能评估无疑是有效和可行的途径和方法。消防指挥自动化系统的效能是指系统所蕴藏的 完成任务的能力，以及系统在应用中执行规定任务所能达到预期目标的程度。前者称为自 身效能，后者称为使用效能。系统自身效能又称为系统静态效能，一般与灭火救援的环境无 关;使用效能是指系统能达到其特定任务目标的能力，是对系统满足一组特定任务目标程 度的量度，强调系统在给定环境中的有效性。对消防指挥自动化系统效能评估是指利用定 性和定量相结合的手段，分析、计算、评价消防指挥自动化系统在执行消防活动任务时所能 达到预期目标的程度，是对消防指挥自动化系统自身效能和使用效能的综合评估。
[0003] 遵循科学规范的程序，恰当地评估消防指挥自动化系统效能，是为了发现制约系 统效能正常发挥的薄弱环节，有针对性地提出全面提高其自身效能和使用效能的对策措 施。但目前国内外对消防指挥自动化系统效能评估研究较少，尤其是国内对其的研究还仅 仅只是停留在定性的分析之上，目前还没有完整的消防指挥自动化系统效能评估方法。
【发明内容】
[0004] 针对消防自动化系统缺乏有效的效能评估法的问题，本发明提出了一种基于三角 模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法。该方法首先利用层次分析法建立消防指挥自 动化系统的多层次指标体系，确定各层指标权重;然后根据规范化后的各指标参数生成相 对应的模糊数模型，采用基于模糊数的模糊综合评估法对消防指挥自动化系统的效能进行 评估，最终得到消防指挥自动化系统及子模块的效能，该方法在系统结构复杂以及无法对 系统进行定量分析时具有明显的优势，同时该效能评估方法也可用于除消防指挥自动化系 统之外的其他系统，具有较好的通用性。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，具体包括以下步骤：
[0006] 第一步:建立多层次指标体系。
[0007] 利用层次分析法建立消防指挥自动化系统的多层次效能评估指标体系。多层次指 标体系为四层指标体系，包括目标层、准则层、方案层以及指标层。目标层，即消防指挥自动 化系统的效能评估;准则层，包括消防指挥自动化系统的主要组成部分;方案层，包括每个 组成部分的主要单元;指标层，包括影响各个方案的主要指标。
[0008] 第二步:确定各层指标权重。
[0009]建立指标体系后，根据层次间、指标间元素的相对重要性赋予相应的权重，权重确 定分为以下几步：
[0010] 2.1建立重要性标度。
[0011]本发明中将两个元素之间的重要性关系分为9个层次，分别用9个模糊数标度表 示，如表1所示。
[0012] 2.2构造判断矩阵
[0013] 从指标体系的目标层开始，逐层向下，分别对同层的各指标相对于上一层次中某 一准则的重要性进行两两比较，从而形成判断矩阵A，假设某层有n个指标，则得到模糊判断 矩阵如式(1)所示。
[0014] 表1重要性判断9标度含义
[0017] 式中：
[0018] g为同一层中指标i和指标j相对于上一层次中某一准则的重要性程度比较结果 的三角模糊数表示形式;孓=。
[0019]根据表1中标度设置的对称性，以及判断矩阵的构造方式我们很容易知道 丨+七,,=1; %+%,,=丨；k，％以及％，均为0.5。显然的以所有的 构成的判断矩阵为三角模糊数互补判断矩阵，即矩阵，其中％ = &为三角模糊 数互补判断矩阵。
[0020] 2.3-致性检验
[0021] (1)当三角模糊数互补判断矩阵，彳=[乂.]_的质心矩阵为满意一致性矩阵时，三角 模糊数互补判断矩阵为满意一致性矩阵，因此我们计算矩阵』=[為的质心矩阵C = [Ci j ] nXn，其中Ci j为模糊数义的质心横坐标值。
[0022] (2)若质心矩阵C=[Cij]nXn的任意两行元素的差值为常数时，则C=[ Cij]nXn为满意 一致性矩阵。由质心矩阵的一致性检验结果我们可以判断模糊判断矩阵的一致性，如果不 满足满意一致性，则需对原判断矩阵中的元素进行调整，具体调整方法为选取把握性较大 的一行元素作为基准，调整其他行元素，使得其他行元素均与选定行元素之间的差值为常 数。
[0023] 2.4计算各指标的模糊权重
[0024]第i个指标的权重计算公式为：
(2)
[0026]此时得到的n个指标的模糊权重(#p#2…巧)均是广义模糊数，还无法清楚的表达 各指标权重，要得到最终权重还需对(巧，巧…宄)进行去模糊化操作。
[0027] 2.5模糊权重去模糊化
[0028]通过对模糊权重的去模糊化操作确定各指标的最终权重。根据三角模糊数的质 心，模糊度以及扩展度，采用罗宇（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)的模糊数排序方法进行去模糊化操作：
[0035]根据公式（3)对n个指标的模糊权重…"）进行去模糊化操作，得到权重向 量r:
[0036] WT - (Scored]), Sco/'e(l^\ ) Score(lV,))
[0037] 2.6归一化得各指标权重
[0038] 对W'进行归一化，得到各指标权重如下所示：
[0039] ff=(ffi,ff2,---Wn) (4)
[0040] 重复2.1-2.6的步骤可求得消防指挥自动化系统的各指标权重。
[00411第三步:建立效能评估模型。
[0042]建立基于模糊综合评估法的效能评估模型，其步骤如下：
[0043] 3.1确定评价因素集。
[0044] 根据已经建立的多层次指标体系结构，明确各级被评价对象的评价因素集，通常 情况下以集合U={m，u2,…，u m}表示。其中m为被评价对象的评价指标数目，由各级指标自 身的指标数目决定。
[0045] 3.2确定评语级
[0046] 评语级是评估者对要被评估对象可能做出的所有评价结果构成的评语等级集合， 集合元素为各个评语等级。可用集合V={V1， V2,…，vn}表示。其中Vl表示第i个评语等级，通 常情况下将评语级划分为三到五个等级。本发明中将评语等级划分为优秀、良好、中等以及 差四个等级，分别用VI，V2，V3以及V4表示，贝评语等级可用集合V= { VI，V2，V3，V4}表示。
[0047] 3.3规范化各指标
[0048] 对于定量指标而言，各指标量纲不同，因此需对其进行规范化处理。本发明采用极 差变换法将各指标规范化；
[0049] 极差变换法的思想是将属性值最优的指标规范化为1，最差的规范化为0,其余属 性值采用线性差值的方法得到其规范化值，具体操作如下：
[0050] 将定量指标分为效益型指标和成本性指标。效益型指标是指指标值越大，效果越 好;成本型指标是指指标值越大，效果越差。
[0051 ]对于效益型指标其规范值
(5)
[0053]式中：
[0054] Xi为定量指标的具体参数值；
[0055] xfin为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定；
[0056] 为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定；
[0057]对于成本型指标其规范值
(6)
[0059] Xi为定量指标的具体参数值；
[0060] <in为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定；
[0061 ] If1"5为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定；
[0062]本发明中所提的设计规范是指《消防通信指挥系统设计规范》(GB 50313 2000)。
[0063]经过规范化处理后，所有的定量指标取值均在0到1之间，根据规范后的指标可得 到模糊关系矩阵。
[0064] 3.4确定模糊关系矩阵
[0065] (1)对于定量指标，以各指标的规范值为基础，采用调查问卷的形式确定各指标对 于各评语等级隶属程度的范围值。对于定性指标，直接调查问卷的形式确定各指标的对于 各评语等级隶属度的范围值。
[0066] (2)以隶属度区间值的上界、下界以及上界和下界的中间值构造隶属度的三角模 糊数，并根据可靠性测度等级对应的三角模糊数，可得到如下形式的模糊关系矩阵： >\l Kl Kn 「nni-71 ' !~21 r-2 ,乃、
[0067] r = , ... ... : (7) jii Ci c_
[0068] 式中：
[0069] V ^为以模糊数表示的隶属度；
[0070] m由被评价对象的指标数目决定，n为评语等级个数，本方法中n = 4。
[0071] 3.5去模糊化及归一化
[0072] 利用公式(3)对矩阵V中的元素进行去模糊化操作，并归一化得到最终的模糊关 系矩阵 ril rii J\4 '71 .,.?3 ,->4. .：
[0073] r= ： r ： ： (8； y r r v V3
[0074] 3.6模糊关系合成
[0075] 根据模糊合成算子合成各评价因素权重向量和模糊关系矩阵，模糊算子采用 具体计算方法为 尸. y 尸. h 1 rn rn /i4
[0076] ~'22 '严，=(n，W4) (9) _ ml -m'2- ! m\ 1 mA
[0077]式中：
[0078] Wl表示评价因素对应的权重，rij是归一化后模糊关系矩阵r中的隶属度值。
[0079] 对于多层次指标结构，从指标层向上依次进行模糊关系合成运算，可得到最终的 模糊关系矩阵R=(ri，r2，r3，r4)。
[0080] 3.7量化评语级
[0081] 本方法对优秀、良好、中等以及差四个评语等级进行量化处理，以1为满分值，具体 量化如表2所示。
[0082] 表2评语等级量化表
[0084]即V= {vi，V2，V3，V4}，当评估值xe [0.9,1]，该项指标评语等级为优秀;当评估值X e [ 0. 8，0.9 ]，该项指标评语等级为良好；当评估值X e [ 0. 7，0.8 ]，该项指标评语等级为中 等;当评估值X e [ 0，0. 7 ]，该项指标评语等级为差。
[0085] 3.7多指标效能综合评估
[0086] 对评语等级进行量化，得到评语量化得分向量V= {VI，V2，V3，V4}，根据公式（10)可 求得消防指挥自动化系统的各子模块效能和整个系统的综合效能。
[0087] S = R ? VT (10)
[0088] 式中：
[0089] S为效能，R为合成后的模糊关系矩阵，VT为评语量化得分向量的转置，根据表2,可 得到
[0090] V= {vi，V2，V3，V4} = {0 ? 9，0 ? 8，0 ? 7，0.6} (11)
[0091] 本发明的有益效果是：
[0092] (1)提供了一种消防指挥自动化系统的效能评估方法，建立了合理的效能评估模 型，实现了对消防指挥自动化系统效能的定量分析，填补了国内对于此处研究的空白。
[0093] (2)本发明中给出的效能评估方法不仅适用于消防指挥自动化系统的效能评估， 也适用于其他复杂系统的效能评估，如武器系统效能评估等，具有较好的通用性。
[0094] (3)本发明提出的效能评估方法不仅可以明确的给出消防指挥自动化系统的综合 效能值，还可以给出系统各子模块的效能，在对系统进行改进或升级的时候，可根据各子模 块的效能得分值有针对性的改进。另外在其他的系统当中，根据各指标参数的不同，灵活的 调整模糊关系矩阵中的元素，同样可以方便求得系统及各子模块的效能。
【附图说明】
[0095]图1为三角模糊数的示意图。
[0096] 图2为119消防指挥自动化系统的指标体系结构图。
[0097] 图3为119消防指挥自动化系统的效能评估过程示意图
【具体实施方式】
[0098] 下面以119消防指挥自动化系统为对本发明的实施例，本实施例在以本发明技术 方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的应用范围 不限于下述的实施例。本实施例为消防指挥自动化系统效能评估过程举例。本实施的具体 过程包括以下几个步骤：
[0099]第一步:建立多层次指标体系。
[0100]指标体系的建立参照了张丽敏(张丽敏，裴建国，周炜，朱红伟，薛彩姣，夏登友.消 防指挥自动化系统效能评估指标体系研究[J].消防科学与技术，2010,29(4):311-313) - 文所述的指标体系结构。在本发明中认为系统是可靠的并且系统所处的环境是安全的，因 此建立的指标层次结构如图2所示，系统指标体系结构共分为四个层次，分别为目标层、准 则层、方案层以及指标层;指标层具体指标参数如表3所示：
[0101]表3指标层具体指标参数值
[0103]第二步:确定各层指标权重。
[0104] 建立指标体系后，根据层次间、指标间元素的相对重要性赋予相应的权重，以准则 层权重确定为例，具体分为以下几步：
[0105] 2.1建立重要性标度。
[0106] 本发明中将两个元素之间的重要性关系分为9个层次，分别用如表1所示的9个模 糊数标度表示。
[0107] 2.2构造判断矩阵
[0108]对准则层警情受理能力A1、通信调度能力A2、火场指挥能力A3、模拟训练能力A4以 及信息管理能力A5相对于消防指挥自动化系统效能的重要性进行两两比较，根据表1的9标 度，得到判断矩阵的各元素，具体形式如下： "(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] $为准则层两两元素间相对于消防指挥自动化系统效能重要性判断的模糊数表 达形式；
[0111] 4,, =(/,，川,，/?,:/，,）〇
[0112] 夂 =1; n\ +/,. =1；/i. ? 以及气%,均为0.5。
[0113] 2.3判断矩阵的一致性检验
[0114] 准则层三角模糊数互补判断矩阵.4 = [g]SXH的质心矩阵为满意一致性矩阵，由此 我们可知判断矩阵A符合满意一致性。
[0115] 2.4计算准则层各指标模糊权重
[0116]根据公式(2)，计算各指标模糊权重得到如下结果：
[0122] 2.5模糊权重去模糊化
[0123] 通过对模糊权重的去模糊化操作确定各指标的最终权重。根据公式(3)可得
[0124] ScortWn ) = 0.2298 , ScortiiVr2) = 0.259H , = 0.2105，^/r(?；.4) - 0.1658 ,
[0125] Score(JVc,) = 0.1800
[0126] 2.6归一化得各指标权重
[0132] 则，准则层各指标权重如下表所示：
[0133] 表4准则层各指标权重
[0135] 同理，重复步骤2.1-2.6可以得到方案层以及指标层各指标权重。
[0136] 方案层权重确定
[0137] 表5指标层各指标权重
[0139]指标层权重确定 [OMO]表6子指标层各指标权重
[0143] 根据表4、表5以及表6可得各层指标的权重向量如下所示：
[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:建立效能评估模型。
[0152] 建立基于模糊综合评估法的效能评估模型，其步骤如下：
[0153] 指标层综合评估
[0154] 3.1确定评价因素集。
[0155] 根据图2,指标层评价因素集包含20个因素，具体为接警子系统数量C1、接警子系 统可靠性C2、消防联动装置数量C3、警情指挥软件稳定性C4、有线装备配备情况C5、有线调 度专线配备率C6、无线装备配备情况C7、无线调度专线配备率C8、无线网络畅通率C9、辅助 决策的程度C10、决策响应时间C11、辅助决策的质量C12、屏幕显示稳定性C13、监视器数量 C14、训练类型数量C15、训练功能设置C16、存储信息数量C17、存储信息质量C18、信息更新 频率C19以及信息更新率C20。表达形式如下：
[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确定评语级
[0161] 本发明中将评语等级划分为优秀、良好、中等以及差四个等级，分别用V1，V2，V3& 及V4表示，则评语等级可用集合V= { VI，V2，V3，V4}表示。
[0162] 3.3规范化各指标
[0163] 对于指标层的定量指标而言，各指标量纲不同，因此需对其进行规范化处理。本发 明米用极差变换法将各指标规范化；
[0164] 极差变换法的思想是将属性值最优的指标规范化为1，最差的规范化为0,其余属 性值采用线性差值的方法得到其规范化值，具体操作如下：
[0165] 将定量指标分为效益型指标和成本性指标。效益型指标是指指标值越大，效果越 好;成本型指标是指指标值越大，效果越差。
[0166] 对于效益型指标其规范值
[0168] 式中：
[0169] Xl为定量指标的具体参数值；
[0170] x_为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定；
[0171] 为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定；
[0172] 对于成本型指标其规范值
[0174] Xl为定量指标的具体参数值；
[0175] .xfin为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定；
[0176] X丨胃为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定；
[0177] 本发明中所提的设计规范是指《消防通信指挥系统设计规范》(GB 50313 2000)。
[0178] 此处以接警子系统数量和接警子系统可靠性为例，二者均为收益型定量指标，因 此二者规范化如下：
[0181] 经过规范化处理后，所有的定量指标取值均在0到1之间，根据规范后的指标可得 到模糊关系矩阵。
[0182] 3.4确定模糊关系矩阵
[0183] (1)对于定量指标，以各指标的规范值为基础，采用调查问卷的形式确定各指标对 于评语等级隶属程度的范围值。对于定性指标直接采用调查问卷的形式得到各指标对于各 评语等级的隶属程度范围值。
[0184] (2)以隶属度区间值的上界、下界以及上界和下界的中间值构造隶属度的三角模 糊数，以警情接收能力B1为例可得到如下形式的模糊关系矩阵： "(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)对模糊关系矩阵中的元素进行去模糊化操作，并归一化得到最 终的模糊关系矩阵 0.3663 0.2112 0.2702 0.1523
[0187] rB；1 = B1 [0.4927 0.1555 0.2565 0.0953
[0188] 3.5模糊关系合成
[0189] 根据模糊合成算子合成各评价因素权重向量和模糊关系矩阵，模糊算子采用 具体计算方法为 V r y v rn U3 fu
[0190] R = W-r = (WlM,---Wmy ^ f Jml _
[0191] 本发明采用算子M^，?)进行模糊关系合成运算，由表6可知：
[0192] ffBi=[0.4728,0.5272]
[0193] 根据公式(9)，可得合成后模糊关系矩阵你: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] 归一化处理可得最终模糊关系矩阵
[0196] RB1= [0.4329,0.1818,0.2630,0.1222]
[0197] 同理，我们可得子指标层其他指标合成后的模糊关系矩阵
[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量化评语级
[0204]本方法对优秀、良好、中等以及差四个评语等级进行量化处理，以1为满分值，具体 量化如表2所示。
[0205] 表2评语等级量化表
[0207]即，当评估值Xe [0.9,1]，该项指标评语等级为优秀；当评估值Xe [0.8,0.9]，该 项指标评语等级为良好；当评估值Xe[0.7,0.8]，该项指标评语等级为中等；当评估值Xe [0,0.7]，该项指标评语等级为差。
[0208] 3.7多指标效能综合评估
[0209] 对评语等级进行量化，得到评语量化得分向量V= {VI，V2，V3，V4}，根据公式（10)可 求得消防指挥自动化系统的各子模块效能
[0210] S = R ? VT
[0211] 式中：
[0212] S为效能，R为合成后的模糊关系矩阵，VT为评语量化得分向量的转置，根据表2,可 得到V = {vi，V2，V3，V4} = {0 ? 9，0 ? 8，0 ? 7，0 ? 6}
[0213] 根据子指标层合成后的模糊关系矩阵及评语等级量化得分向量，可求得警情接收 能力B1、警情处理能力B2、有线传输能力B3、无线传输能力B4、辅助决策能力B5、实时显示能 力B6、模拟训练的类型B7,模拟训练质量B8、信息存储状况B9以及信息维护情况B10子模块 的效能得分，具体如下：
[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] 方案层综合评估
[0218] ⑴根据子指标层合成后的模糊关系矩阵RB1-RB1Q，我诃得到指标层模糊关系矩 阵如下： "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)方案层模糊关系合成
[0223] 由表5可知，方案层的权重向量如下：
[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] 根据公式(9)，并归一化可得到指标层的合成关系矩阵如下：
[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)根据指标层的合成关系矩阵及评语等级量化得分向量，可求得警情受理能力 A1、通信调度能力A2、火场指挥能力A3、模拟训练能力A4以及信息管理能力A5子模块的效能 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] 准则层综合评估
[0234] (1)根据方案层合成后的模糊关系矩阵RA1-RA5,我们可得到消防指挥自动化系统 准则层模糊关系矩阵如下： "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)准则层模糊关系合成
[0237] 由表5可知，准则层的权重向量如下：
[0238] ff=[0.2197,0.2484,0.2013,0.1585,0.1721]
[0239] 根据公式(9)，并归一化可得到最终的合成关系矩阵如下：
[0240] R= [0.4152,0.3529,0.1317,0.1002]
[0241] (3)根据最终的合成关系矩阵及评语等级量化得分向量，可求得消防指挥自动化 系统最终的效能为：
[0242] S = R ? Vt=0.8083
[0243]由最终的效能得分值0.8083可以看出本施例中在消防指挥自动化系统正常工作 的情况下，该系统在优秀、良好、中等及差四个等级中处于良好这个等级，观察各个子模块 的效能得分值可以看出，系统的各个子模块均具有良好的性能。
[0244]本发明提出的效能评估方法不仅可以明确的给出消防指挥自动化系统的综合效 能值，还可以给出系统各子模块的效能，在对系统进行改进或升级的时候，可根据各子模块 的效能得分值有针对性的改进。另外在其他的系统当中，根据各指标参数的不同，灵活的调 整模糊关系矩阵中的元素，同样可以方便求得系统及各子模块的效能。
【主权项】
1. 一种基于=角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法，其特征在于首先建立消 防指挥自动化系统的多层次指标体系，然后确定各层指标权重;最后建立效能评估模型，最 终得到消防指挥自动化系统及子模块的效能。2. 根据权利要求1所述的基于=角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法，其特 征在于，所述的建立消防指挥自动化系统的多层次指标体系是指： 利用层次分析法建立消防指挥自动化系统的多层次效能评估指标体系；多层次指标体 系为四层指标体系，包括目标层、准则层、方案层W及指标层；目标层，即消防指挥自动化系 统的效能评估;准则层，包括消防指挥自动化系统的主要组成部分； 方案层，包括每个组成部分的主要单元;指标层，包括影响各个方案的主要指标。3. 根据权利要求1所述的基于=角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法，其特 征在于，所述的确定各层指标权重包括W下步骤： 3.1建立重要性标度； 将两个元素之间的重要性关系分为9个层次，分别用9个模糊数标度表示； 3.2构造判断矩阵； 从指标体系的目标层开始，逐层向下，分别对同层的各指标相对于上一层次中某一准 则的重要性进行两两比较，从而形成判断矩阵A，假设某层有n个指标，则得到模糊判断矩阵 为：式中： 4为同一层中指标i和指标j相对于上一层次中某一准则的重要性程度比较结果的立 角模糊数表示形式;4：；W 及"4 均为 0.5; W所有的4 =(/.,,，w,构成的判断矩阵为S角模糊数互补判断矩阵，即矩阵A = [au]nxn，其中％ =4为S角模糊数互补判断矩阵； 3.3判断矩阵的一致性检验； (1) 当=角模糊数互补判断矩阵^ = [4L,，的质屯、矩阵为满意一致性矩阵时，=角模糊 数互补判断矩阵为满意一致性矩阵； (2) 若质屯、矩阵C=ku]nxn的任意两行元素的差值为常数时，贿：=[叫]nxn为满意一致 性矩阵；由质屯、矩阵的一致性检验结果我们可W判断模糊判断矩阵的一致性，如果不满足 满意一致性，则需对原判断矩阵中的元素进行调整，具体调整方法为选取把握性较大的一 行元素作为基准，调整其他行元素，使得其他行元素均与选定行元素之间的差值为常数； 3.4计算各指标的模糊权重； 第i个指标的权重计算公式为：3.5模糊权重去模糊化； 通过对模糊权重的去模糊化操作确定各指标的最终权重;根据=角模糊数的质屯、，模 糊度W及扩展度，义用罗宇（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)的模糊数排序方法进行去模糊化操作：3.6归一化的各指标权重； 对W '进行归一化，得到各指标权重。4.根据权利要求1所述的基于=角模糊数的消防指挥自动化系统效能评估方法，其特 征在于，所述的建立效能评估模型包括W下步骤： 4.1确定评价因素集； 根据已经建立的多层次指标体系结构，明确各级被评价对象的评价因素集，通常情况 下W集合U= {ui ,112,…，Um}表示。其中m为被评价对象的评价指标数目，由各级指标自身的 指标数目决定； 4.2确定评语集； 评语级是评估者对要被评估对象可能做出的所有评价结果构成的评语等级集合，集合 元素为各个评语等级;可用集合V= { Vl，V2，…，Vn}表示，其中Vi表示第i个评语等级，通常情 况下将评语级划分为=到五个等级;本发明中将评语等级划分为优秀、良好、中等W及差四 个等级，分别用Vl，V2，V3 W及V康示，则评语等级可用集合V= { Vl，V2，V3，V4}表示； 4.3规范化各指标； 采用极差变换法将各指标规范化，将定量指标分为效益型指标和成本性指标;效益型 指标是指指标值越大，效果越好;成本型指标是指指标值越大，效果越差； 对于效益型指标其规范值 式中：Xi为定量指标的具体参数值； 坏h为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定； 为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定；对于成本型指标其规范值 Xi为定量指标的具体参数值； .XfiE为该指标允许取的最小值，由系统设计规范决定； 片lax为该指标允许取的最大值，由系统设计规范决定； 本发明中所提的设计规范是指《消防通信指挥系统设计规范KGB 50313 2000)。 4.4确定模糊关系矩阵； (1) W各指标的规范值为基础，采用调查问卷的形式确定各指标对于评语等级隶属程 度的范围值； (2) W隶属度区间值的上界、下界W及上界和下界的中间值构造隶属度的=角模糊数， 并根据可靠性测度等级对应的=角模糊数，可得到如下形式的模糊关系矩阵： 式中：r/U为W模糊数表示的隶属度； m由被评价对象的指标数目决定，n为评语等级个数，本方法中n = 4; (3) 对矩阵r/中的元素进行去模糊化操作，并归一化得到最终的模糊关系矩阵4.5模糊关系合成； 根据模糊合成算子合成各评价因素权重向量和模糊关系矩阵，模糊算子采用?，影） 具体计算方法为 式中：Wi表示评价因素对应的权重，ru是归一化后模糊关系矩阵r中的隶属度值;对于多层次 指标结构，从指标层向上依次进行模糊关系合成运算，可得到最终的模糊关系矩阵R=(ri， r2,r3,r4); 4.6量化评语级 本方法对优秀、良好、中等W及差四个评语等级进行量化处理，当评估值Xe [0.9,1]， 该项指标评语等级为优秀；当评估值Xe [0.8,0.9]，该项指标评语等级为良好；当评估值X e [0.7,0.引，该项指标评语等级为中等；当评估值Xe [0,0.7]，该项指标评语等级为差， 良Pv = {vi, V2,V3, V4} = {0.9,0.8,0.7,0.6}。 4.7多指柄；效能综合评估 对评语等级进行量化，得到评语量化得分向量V={V1，V2，V3，V4}，根据公式S = R?パ可 求得消防指挥自动化系统的各子模块效能和整个系统的综合效能。
【文档编号】G06N7/02GK105913173SQ201610207066
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】蒋雯, 罗宇, 庄苗燕, 寿业航
【申请人】西北工业大学