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灰色系統(tǒng)理論在火災(zāi)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究-在線瀏覽

2025-02-08 01:54本頁面
  

【正文】 model, were studied, to predict their fire condition. The fire of 2021, the National Rural City, crowded places prediction. The results show that: the national rural fire situation, city and crowded places fire decreased, pared with the 2021 data, the accuracy rate reaches above 98%, forecast result accords with the basic conditions, to provide the necessary theoretical support for the fire safety management on the development law of fire. Keywords: grey system theory fire forecast (1,1) model 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 1 章 緒論 火災(zāi)是當(dāng)今世界上嚴(yán)重威肋、人類生存和發(fā)展的常發(fā)性災(zāi)害之一,具有發(fā)生頻率高、時(shí)空跨度大、造成的損失與危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。近些年來, 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,火災(zāi)給人類帶來的損失越來越大,而不同區(qū)域或方面的火災(zāi)情況,具有不同的火災(zāi)特點(diǎn),人們望能對(duì)火災(zāi)不同方面進(jìn)行 預(yù)測(cè),從而防患于未然??梢杂妙A(yù)測(cè)理論根據(jù)其發(fā)展的趨勢(shì),通過建立預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。 灰色預(yù)測(cè)法就是一種以事故的歷史和現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn),以調(diào)查研究資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料為依據(jù),在對(duì)事物發(fā)展進(jìn)行深入的定性分析和嚴(yán)密的定量計(jì)算的基礎(chǔ)上,研究并認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展規(guī)律,進(jìn)而對(duì)事物的未來變化預(yù)先作出科學(xué)的推測(cè)。 預(yù)測(cè)未來事故發(fā)生的趨向,把火災(zāi)事故管理的“被動(dòng)”管理變?yōu)椤爸鲃?dòng)”安全管理,針對(duì)性的采取預(yù)防措施,以便減少事故的發(fā)生率,這就是本文中提出的火災(zāi)事故預(yù)測(cè)模型需要解決的問題?;疑到y(tǒng)理論主要是對(duì)“部分”已知信息的生成、開發(fā),提取有價(jià)值信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控[3] 。 劉小舟在《灰色系統(tǒng)理論在火災(zāi)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用》中闡述了灰色理論中災(zāi)變預(yù)測(cè)的特點(diǎn)和其建設(shè)過程,并將其用于火災(zāi)預(yù)測(cè)之中 [5]。 賈水庫和溫曉虎等人在《灰色系統(tǒng)理論在城市火災(zāi)事故預(yù)測(cè)中的應(yīng)用》中針對(duì)城市火災(zāi)事故發(fā)生的特點(diǎn),根據(jù)灰色理論的基本原理和特性,建立了城市火災(zāi)事故灰色理論預(yù)測(cè)模型,將城市火災(zāi)事故分為了高峰期 (春節(jié) )和非高峰期兩個(gè)時(shí)段并分別進(jìn)行精確預(yù)測(cè)城市火災(zāi)事故。 [7] 張?jiān)讫埡蛣⒚凇痘疑?GM(1,1)模型在火災(zāi)事故預(yù)測(cè)中的應(yīng)用》中針對(duì)全國(guó)火災(zāi)事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),利用灰 色系統(tǒng)理論在不確定因素預(yù)測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),建立了一個(gè)火災(zāi)事故預(yù)測(cè)的 GM(1}1)模型 .論述了模型的建立和求解過程,用實(shí)例闡述了灰色預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用和局限性 .結(jié)果表明,模型比較合理地反應(yīng)災(zāi)害事物的發(fā)展趨勢(shì),為分析火災(zāi)事故規(guī)律和有效預(yù)測(cè)提供了科學(xué)的方法 [8]。提出將灰色系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合的分析方法,根據(jù)專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的打分分值,確定了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的灰色評(píng)價(jià)權(quán) 向量和權(quán)矩陣。 劉海生和張?chǎng)卫诘热嗽凇痘诮y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的全國(guó)火災(zāi)形勢(shì)綜合評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)》中運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法,借助統(tǒng)計(jì)軟件,對(duì)火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析和研究。 劉洪義等人在《基于灰色系統(tǒng)理論的加油站火災(zāi)事故預(yù)測(cè)》中通過對(duì)加油站的火災(zāi)預(yù)測(cè)以及發(fā)展趨勢(shì),為相關(guān)部門預(yù)測(cè)加油站火災(zāi)規(guī)律提供理論依據(jù) [11]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 國(guó)外研究現(xiàn)狀 羅森鮑姆 運(yùn)用 灰色系統(tǒng)方法 研究 影響邊坡失穩(wěn)的因素之間的相互作用 , 說明 運(yùn)用 灰色系統(tǒng)方法 方法 來預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)中的應(yīng)用 是成功的 [18]。 通過設(shè)定不同的參數(shù)權(quán)重, 確定研究的權(quán)重因子,模糊邏輯已經(jīng)被應(yīng)用。 潘特納加用灰色系統(tǒng)理論提出了探討輸入輸出關(guān)系不清,不確定的機(jī)制和信息不足。模型的性能已經(jīng)通過定性和定量評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。 研究目的和意義 為了盡可能減少人員聚集場(chǎng)所和農(nóng)村火災(zāi)發(fā)生的概率,降低火災(zāi)發(fā)生后的傷亡后果、財(cái)產(chǎn)損失及社會(huì)影響,本文把研究對(duì)象定為農(nóng)村、城市、人員聚集場(chǎng)所的人口火災(zāi)發(fā)生率。 我國(guó)的消防方針是“預(yù)防為主,防消結(jié)合”,消防的重點(diǎn)在“防”。 現(xiàn)階段我國(guó)正處在構(gòu)建和諧社會(huì),推動(dòng)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,火災(zāi)必將被作為一種不容忽視的災(zāi)害加以杜絕。本文當(dāng)前的火災(zāi)形式進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析,為降低火災(zāi)損失作出應(yīng)有的貢獻(xiàn) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 主要研究?jī)?nèi)容 論文在 以往火災(zāi)事故預(yù)測(cè)分析方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)火災(zāi)事故發(fā)生的特點(diǎn),對(duì)全國(guó)的人員聚集場(chǎng)所、城市和農(nóng)村的火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)人員聚集場(chǎng)所和農(nóng)村人口火災(zāi)發(fā)生率進(jìn)行預(yù)測(cè)及分析,為火災(zāi)事故管理提供了有力的理論依據(jù)及參考數(shù)據(jù),同時(shí)也將灰系統(tǒng)理論的應(yīng)用拓展到新的領(lǐng)域。 ( 3)對(duì)全國(guó)人員聚集場(chǎng)所。 ( 4)結(jié)合全國(guó)人員聚集場(chǎng)所、城市和農(nóng)村的具體數(shù)據(jù),運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論中的灰色 GM(l,l)模型預(yù)測(cè)全國(guó)人員聚集場(chǎng)所、城市和農(nóng)村人口火災(zāi)發(fā)生率。 Control Letters” (系統(tǒng)與控制通訊 )期刊上發(fā)表了我國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授的第一篇灰色系統(tǒng)理論論文“灰色系統(tǒng)的控制問題”( The Control Problems of Grey Systems ) ,1982 年《華中工學(xué)院學(xué)報(bào)》第三期上發(fā)表了鄧聚龍教授的第一篇灰色系統(tǒng)論文“灰色控制系統(tǒng)”,標(biāo)志著灰色系統(tǒng)理論這一新興橫斷學(xué)科經(jīng)過其創(chuàng)始人鄧聚龍教授多年卓有成效的努力,開始問世 .這一新理論剛一誕生,就受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和廣大實(shí)際工作者的極大關(guān)注,不少著名學(xué)者和專家給予充分肯定和支持,許多中青年學(xué)者紛紛加入灰色系統(tǒng)理論研究行列,以極大的熱情開展理論探索及在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用研究工作,目前,英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞、加拿大、奧地利、俄羅斯、臺(tái)灣、香港、聯(lián)合國(guó)等國(guó)家、地區(qū)及國(guó)際組織有許多知名學(xué)者從事 灰色系統(tǒng)的研究和利用;海內(nèi)外 84所高校開設(shè)了灰色系統(tǒng)課程,數(shù)百名博士、碩士研究生運(yùn)用灰色系統(tǒng)的方法開展科學(xué)研究、撰寫學(xué)位論文?;疑到y(tǒng)理論的應(yīng)用范圍已拓展到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、能源、交通、地質(zhì)、地理、軍事、金融等眾多科學(xué)領(lǐng)域,成功解決了生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的大量實(shí)際問題。在控制論中,人們常用顏色的深淺形容信息的明確程度,如艾什比( Ashby)將內(nèi)部信息未知的現(xiàn)象稱為黑箱。再如在政治生活中,人們?nèi)罕娤M私鉀Q策及其形成過程的有關(guān)信息,就提出要增加“透明度”。相應(yīng)地,信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng),信息未知的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng),部分信息明確、部分信息不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。 在人們社會(huì)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)或科研活動(dòng)中,會(huì)經(jīng)常遇到信息不完全的情況。而同一個(gè)經(jīng)濟(jì)變量,有的研究者把它視為內(nèi)生變量,另一些研究者卻把它視為外生變量,這是因 為缺乏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型及系統(tǒng)功能信息所致。 “信息不完全”是“灰”的基本含義。 公理 1(差異信息原理 ) “差異”是信息,凡信息必有差異??陀^世界中萬事萬物之間的“差異”為我們提供了認(rèn)識(shí)世界的基本信息 信息 Ⅰ 改變了我們對(duì)某一復(fù)雜事物的看法或認(rèn)識(shí),信息 Ⅰ 與人們對(duì)該事物的原認(rèn)識(shí)信息有差異。信息 Ⅰ 的信息含量越大,它與原信息的差異就越大?;野惺悄繕?biāo)非惟一與目標(biāo)可約束的統(tǒng)一。相同條件對(duì)于愿意退而求其“次”,多目標(biāo)、多選擇的考生 .其升學(xué)的機(jī)會(huì)更多。在面對(duì)多種可能的解時(shí) .能夠通過定性分析,補(bǔ)充信息,確定出一個(gè)或幾個(gè)滿意解。 公理 3 (最少信息原理 ) 灰色系統(tǒng)理論的特點(diǎn)是充分開發(fā)利用已占有的“最少信息” “最少信息原理”是 “少”與“多”的辨證統(tǒng)一,灰色系統(tǒng)理論的特色是研究“小樣本”、“貧信息”不確定性問題。所能獲得的信息“量”是判別“灰”與“非灰”的分水嶺,充分開發(fā)利用已占有的“最少信息”是灰色系統(tǒng)理論解決問題的基本思路。 認(rèn)知必須以信息為依據(jù),沒有信息,無以認(rèn)知。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 公理 5(新信息優(yōu)先原理 ) 新信息對(duì)認(rèn)知的作用大于老信息?!靶玛惔x”模型體現(xiàn)了“新信息優(yōu)先原理”?!靶滦畔?yōu)先原理”是信息的時(shí)效性的具體體現(xiàn)。 信息不完全、不確定具有普遍性。原有的不確定性消失,新的不確定性很快出現(xiàn)。信息無窮盡,認(rèn)知無窮盡,灰性永不滅 [22]。其主要內(nèi)容包括以灰色代數(shù)系統(tǒng)、灰色方程、灰色矩陣等為基礎(chǔ)的理論體系,以灰色序列生成為基礎(chǔ)的方法體系,以灰色關(guān)聯(lián)空間為依托的分析體系,以灰色模型( GM)為核心的模型體系,以系統(tǒng)分析、評(píng)估、建模、預(yù)測(cè)、決策、控制、優(yōu)化為主體的技木體系。 灰色序列生成(灰算子)主要包括緩沖算子、均值生成算子、級(jí)比生成算子、累加生成算子、累減生成算子等。 灰色決策包括灰靶決策、灰色關(guān)聯(lián)決策、灰色統(tǒng)計(jì)、聚類決策、灰色局勢(shì)決策和灰色層次決策等。 灰色控制的主要內(nèi)容包括本征性灰色系統(tǒng)的控制問題和以灰色系統(tǒng)方法為主構(gòu)成的控制,如灰色關(guān)聯(lián)控制和 GM(1,1)預(yù) 測(cè)控制等。目前這樣的管理方法和體系在國(guó)內(nèi)其它行業(yè)己經(jīng)開始發(fā)展,以事故預(yù)測(cè)分析模型為基礎(chǔ)的安全管理體系也逐步成熟 由于火災(zāi)生產(chǎn)事故管理“小樣本”、“貧信息”、“部分信息己知,部分信息未知”,用灰色理論的灰色預(yù)測(cè)進(jìn)行火災(zāi)事故發(fā)生情況的預(yù)知 也有其先進(jìn)性。 五步建模思想 研究一個(gè)系統(tǒng),一般應(yīng)首先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的整體功能、協(xié)調(diào)功能以及系統(tǒng)各因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、因果關(guān)系、動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行具體的量化研究。系統(tǒng)模型的建立,一般要經(jīng)歷思想開發(fā)、因素分析、量化、動(dòng)態(tài)化、優(yōu)化五個(gè)步驟,故稱五步建模。 第二步:對(duì)語言模型中的因素及各因素之間的關(guān)系進(jìn)行剖析,找出影響事物發(fā)展的前因、后果,并將這種因果關(guān)系用框圖表示出來,如下圖 31所示: 前因 后果 前因 后果 X1 Y X Y X2 (a) (b) 圖 一對(duì)前因后果(或一組前因與一個(gè)后果)構(gòu)成一個(gè)環(huán)節(jié),一個(gè)系統(tǒng)包含許多個(gè)這樣的環(huán)節(jié),有時(shí),同一個(gè)量既是一個(gè)環(huán)節(jié)的前因,又是另一環(huán)節(jié)的后果,將所有這些關(guān)系連接起來,便得到一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的、由多個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的框圖(如下圖),即為網(wǎng)絡(luò)模型。 第四步 :進(jìn)一步收集各環(huán)節(jié)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù),利用所得數(shù)據(jù)序列,建立動(dòng)態(tài) GM 模型,即動(dòng)態(tài)模型。 第五步:對(duì)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析,通過結(jié)構(gòu)、機(jī)理、參數(shù)的調(diào)整,進(jìn)行系統(tǒng)重組達(dá)到優(yōu)化配置、改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的目的。 五步建模的全過程,是在 .五個(gè)不同階段建立五種模型的過程: 語言模型→網(wǎng)絡(luò)模型→量化模型→動(dòng)態(tài)模型→優(yōu)化模型 在建模過程中,要不斷地將下一階段中所得的結(jié)果回饋 ,經(jīng)過多次循環(huán)往,使整個(gè) 模型逐步趨于完善。 GM(1,1)模型建模機(jī)理 灰色預(yù)測(cè)法是通過時(shí)間序列的歷史數(shù)據(jù)揭示現(xiàn)象時(shí)間變化的規(guī)律,從而對(duì)該現(xiàn)象的未來作出預(yù)測(cè) :能夠較好地把握系統(tǒng)的內(nèi)在演變規(guī)律,避免宏觀因素的影響而造成的主觀臆斷以及相關(guān)數(shù)據(jù)不足的弱點(diǎn) [24]。而最常用的數(shù)列預(yù)測(cè)模型是 GM(1,1),在本文中采用 GM(1,1)模型 [2527]。一般建模是建立差分方 程 :灰色建模,建立 GM(l,l)模型 [28]的過程為 : 記 ? ?(0)x ? ? ?( 0 ) ( 0 ) ( 0 )(1 ) , ( 2 ) , , ( )x x x n為原始數(shù)列,且為非負(fù)數(shù)據(jù)序列,對(duì)其進(jìn)行一次累加生成,記為 x(1)=AGO x(0)。其灰微分方程為 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 (1 ) (1 )( ) ( )d k aX k u?? (1 ) (1 )( ) ( )d k aX k u?? ( 32) 式中 ,au為常數(shù); (1)()dk為灰導(dǎo)數(shù); (1)()dk (0)()xk? ; (1)()Xk為白化背景值, (1)()Xk (1)()Zk? , ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( ) 0. 5 ( ) 0. 5 ( 1 )Z k x k x k? ? ? GM(1,1)灰微分方程的白化方程為 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( ) ( ) =dx a x u x xdt ? ? ? ?且 ( 33) 對(duì)式 ((32)中的參數(shù) ,au,按下述算式辨識(shí)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 GM(1,1)模型的精度檢驗(yàn)方法 灰色模型的精度檢驗(yàn)一般有三種方法 :殘差檢驗(yàn)法、關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)法和后驗(yàn)差檢驗(yàn)法。通過檢驗(yàn)判斷誤差變動(dòng)是否平穩(wěn)或平均。 計(jì)算原始數(shù)列 (0)()xk與其模型計(jì)算值 (0)^ ()xk絕覺對(duì)誤差的最小差和最大差 : ( 0 )^ ( 0 )m in ( ) ( )x k x k??? ? ????? ( 0 )^ ( 0 )m a x ( ) ( )x k x k??
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