本發(fā)明涉及一種基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
：
海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)隨著海洋油氣工業(yè)的快速發(fā)展而逐漸增加。海底管道長(zhǎng)期暴露于惡劣的海洋環(huán)境中，承受復(fù)雜工作載荷、環(huán)境載荷及意外風(fēng)險(xiǎn)載荷，失效概率高，一旦發(fā)生失效，維修與更換困難，不僅影響正常生產(chǎn)運(yùn)輸，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且將污染海洋環(huán)境，造成生態(tài)災(zāi)難。隨著我國(guó)對(duì)油氣的需求的提高，海上采油業(yè)迅速發(fā)展，浮式海上采油設(shè)備也隨之普及。據(jù)調(diào)查顯示，海上設(shè)備的失效造成的經(jīng)濟(jì)影響巨大，環(huán)境污染嚴(yán)重。這一現(xiàn)象使得人們對(duì)海上設(shè)備失效的原因進(jìn)行不斷分析并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)提出對(duì)策措施，但是事故的原因不確定性及事件間的邏輯關(guān)系的不確定性性較高，且數(shù)據(jù)資源相對(duì)匱乏，這對(duì)海上泄漏的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來說無疑是最大的一個(gè)難題。
目前在對(duì)海上泄漏事故的評(píng)估目前應(yīng)用的方法主要有：事故樹，事件樹，Bow-Tie模型，層次分析法，瑞士干酪模型（Reason模型，或航空事故理論模型）。在這些模型中，事故樹的方法對(duì)事故分析需要確定的事件間的邏輯關(guān)系為支撐，海上采油業(yè)工藝復(fù)雜，若要構(gòu)建完備的事故樹非常困難，且任何一個(gè)小概率失誤都可能在構(gòu)建事故樹時(shí)受到忽略。事件樹雖然可以在事故樹的基礎(chǔ)上對(duì)事故進(jìn)行層次判斷，但是在定量分析時(shí)也基于確定的“與門”邏輯，同事故樹具有相同的不足。Bow-Tie模型是事件樹與事故樹的結(jié)合，在事故結(jié)果上可以進(jìn)一步分析，但仍然不能對(duì)不確定的邏輯關(guān)系做出分析。且以上的研究方法在分析時(shí)過于依賴基本事件的發(fā)生概率，需要在基本概率充足的條件下結(jié)合邏輯關(guān)系得出事故發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。層次分析法可以量化評(píng)估，但不能演繹事故狀態(tài)且缺乏事件間相互影響程度的分析。瑞士干酪模型在事故演繹具有優(yōu)勢(shì)但沒有較好的量化評(píng)估方式。 2012年，杜尊峰提出來用瑞士干酪模型從本質(zhì)安全的角度出發(fā)對(duì)海上油氣泄漏的事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，由于海洋氣候環(huán)境多變，不確定因素較多，不能提供本質(zhì)安全的環(huán)境條件，且結(jié)果中并未進(jìn)行量化分析，不能體現(xiàn)Reason模型在小概率事件上的優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的Reason模型風(fēng)險(xiǎn)事故評(píng)估方法不能根據(jù)海洋氣候較多的不確定因素進(jìn)行底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的問題，而提出的一種基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，所述的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
步驟一、根據(jù)Reason模型特點(diǎn)和海底管道泄漏事故資料建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，建立專家系統(tǒng)，確定專家權(quán)重確定方法；
步驟二、利用三角模糊數(shù)將步驟一確定的模糊語言表達(dá)的專家權(quán)重確定方法量化，確定事件間邏輯關(guān)系；
步驟三、將模糊數(shù)解模糊轉(zhuǎn)化為概率值；
步驟四、在GeNIe2.0軟件中定義事件間的邏輯關(guān)系，對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行分析，并得出不同程度的事故的發(fā)生概率，從而確定不同泄漏程度事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
有益效果：
本發(fā)明采用的基于概率推理的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是為了解決不定性和不完整性問題而提出的，它對(duì)于解決復(fù)雜設(shè)備不確定性和關(guān)聯(lián)性引起的故障有很大的優(yōu)勢(shì)，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。假設(shè)在某故障原因出現(xiàn)的情況下，估計(jì)該故障原因的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的條件概率，這種局部化概率估計(jì)的方法可以快速找到薄弱環(huán)節(jié)，大大提高效率。傳統(tǒng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在與事件樹，事故樹結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)推理都依托在確定的邏輯關(guān)系上，其所建立起的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)有時(shí)不能真實(shí)的反映客觀現(xiàn)實(shí)，降低推理的正確率。海上采油工藝復(fù)雜，即使全部的安全防護(hù)都沒有失效也存在部分小概率事件導(dǎo)致最終的事故發(fā)生，那么用條件概率的方式表示事件之間不確定的邏輯關(guān)系將成為解決這類問題的核心。
本發(fā)明將針對(duì)以上方法的不足提出將Reason模型與模糊貝葉斯方法相結(jié)合，利用模糊方法將事件間不確定的邏輯關(guān)系用條件概率的形式展現(xiàn)，既能體現(xiàn)事件間的影響程度也能利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)確定薄弱環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的小概率事件，達(dá)到在改進(jìn)模型的基礎(chǔ)上達(dá)到量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目標(biāo)，使海上泄漏事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果更加精確，減少海上泄漏事故的發(fā)生，緩解海洋壞境的惡化。
具體實(shí)施方式：
具體實(shí)施方式一：
本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，所述的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
步驟一、根據(jù)Reason模型特點(diǎn)和海底管道泄漏事故資料建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，建立專家系統(tǒng)，確定專家權(quán)重確定方法；
步驟二、利用三角模糊數(shù)將步驟一確定的模糊語言表達(dá)的專家權(quán)重確定方法量化，確定事件間邏輯關(guān)系；
步驟三、將模糊數(shù)解模糊轉(zhuǎn)化為概率值；
步驟四、在GeNIe2.0軟件中定義事件間的邏輯關(guān)系，對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行分析，并得出不同程度的事故的發(fā)生概率，從而確定不同泄漏程度事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
具體實(shí)施方式二：
與具體實(shí)施方式一不同的是，本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，步驟一所述的根據(jù)Reason模型特點(diǎn)和海底管道泄漏事故資料建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型為：，式中：為先驗(yàn)概率，為后驗(yàn)概率，為似然率，A表示的是一個(gè)具有n個(gè)狀態(tài)的a1，a2，…，an多狀態(tài)變量；
則根據(jù)全狀態(tài)公式得出：，當(dāng)BN有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)可以表示為：，式中：X表示節(jié)點(diǎn)；
根據(jù)鏈?zhǔn)椒ǖ寐?lián)合分布，式中：為節(jié)點(diǎn)父代集合。BN表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。
具體實(shí)施方式三：
與具體實(shí)施方式一或二不同的是，本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，步驟一所述的建立專家系統(tǒng)，確定專家權(quán)重的過程具體為，將專家的語氣值非常高、高、偏高、中等、偏低、低非常低，分別一一對(duì)應(yīng)描述為三角模糊數(shù)：（0.9,1.0,1.0）、（0.7,0.9,1.0）、（0.5,0.7,0.9）、（0.3,0.5,0.7）、（0.1,0.3,0.5）、（0,0.1,0.3）、（0,0,0.1）。
具體實(shí)施方式四：
與具體實(shí)施方式三不同的是，本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，步驟二所述的利用三角模糊數(shù)將步驟一確定的模糊語言表達(dá)的專家權(quán)重確定方法量化，確定事件間邏輯關(guān)系的過程為：，三角模糊數(shù)可表示為（a，m，b）。
具體實(shí)施方式五：
與具體實(shí)施方式一、二或四不同的是，本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，步驟三所述的將模糊數(shù)解模糊轉(zhuǎn)化為概率值的過程為根據(jù)多個(gè)專家的意見得出一個(gè)相對(duì)合理的模糊概率，采用算數(shù)平均法來綜合評(píng)判結(jié)果，采用均值面積法，對(duì)模糊概率進(jìn)行模糊處理，把模糊概率轉(zhuǎn)為精準(zhǔn)概率，節(jié)點(diǎn)Xi處在j狀態(tài)的精準(zhǔn)概率為，對(duì)根節(jié)點(diǎn)的各狀態(tài)的精確概率進(jìn)行歸一化處理，使根節(jié)點(diǎn)處于不同狀態(tài)的概率之和唯一，根節(jié)點(diǎn)Xi處j狀態(tài)的精準(zhǔn)概率為：。
具體實(shí)施方式六：
與具體實(shí)施方式五不同的是，本實(shí)施方式的基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的海底管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，步驟四所述的得出不同程度的事故的發(fā)生概率，從而確定不同泄漏程度事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)得過程具體為，根據(jù)步驟三得出的根節(jié)點(diǎn)Xi處j狀態(tài)的精準(zhǔn)概率Pij，并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)增加當(dāng)量重要度，得到葉節(jié)點(diǎn)T處于j狀態(tài)時(shí)多狀態(tài)BN中根節(jié)點(diǎn)Xi的RAW重要度計(jì)算公式為：
。