基于云模型的油气长输管道定量安全评价.pdf

2 0 1 5年第 3 1 卷第3期P E T R O C H E M I C A L S A F E T Y A N D E N V I R O N ME N T A L P R O T E C T I O N T E C H N O L O G Y 基于云模型的油气长输管道定量安全评价 刁孝松 ，王林元 ，王 颖 ，谢崇文。 1 ．西南石油大学化学化工学院，四川 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ．中国石油西南管道公 司，四川 江油 6 2 1 7 0 0 ； 3 ．中国石油西南油气田公 司重庆气矿 ，重庆 4 0 4 1 0 0 摘要云模型是一种定性概念与定量描述 间不确定转换 的模型 ，结合云模型的基本理 论知识和影响油气长输管道失效的因素 ，提 出一种基于云模 型的安全评价方法，为管道安全 评价提供一种新的思路。针对专家评分过程的局 限性和不确定性 ，通过云模型规则发 生器对 专家评分进行 处理 ，实现 了对评分数据不确定性和随机性的传递 ，使评价 结果更加符合客观 实际 ，为管道的安全运行管理提供理论依据。 关键词 云模型 定量安全评价长输管道油气管道 目前 ，中 国油气 管道 建设 正处 于快 速 发展 时期 ，管道总 长迅速 增加 ，管道 面 临的外 部环 境复杂多变 ，事故后 果严 重 ，管理 难 度不 断加 大。由于我 国油气 长输管 道安 全评 价技术 研究 起 步较晚 ，基 本上 还处 于理 论研 究 阶段 ，如何 科学 、有效地 进行 油气 长输 管道 安 全评 价 ，已 成为油气 管道行 业 的重 大研究 课题 。评 价方 法 采用较多的是故障树 F A T 定性分析、故障模 式及影 响分析 、定量 风险评价 Q R A 等。为 了突破传统的定性评价方法，结合数学方法， 如模糊理论，以实现对评价对象进行综合性评 判，对管道的安全等级判定提供理论依据 。 虽然以上方法取得了一定成效，但是传统的方 法要么对评价 者 的行 业经 验要求 很高 ，误 差较 大 ，具有一定 的局 限性 ，要 么 只是 考 虑评价 的 模糊性而忽 略 了随机性 ，未能对 评价 过程 定性 概念做 出清 晰的判定 。云模 型是 一种 定性 概念 与定量描述 间不确 定转换 的模 型 ，云滴 的确定 度反映了模糊性，这个值 自身也是个 随机值。 基于云模型 的知识 表示和 推理方法 能够 充分表 达不确定 知识 的模糊性 和 随机 性 ，能够 在一 定 程度上解决信息集结过程中信息丢失的问题 。 根据云模 型的综合 评价 在很多领 域都 取得 了 良 好的结 果 ，综 合考 虑油气长输 管道 “ 故 障” 或 “ 失效 ”的模糊性和随机性 ，引用基于云模型 的 模糊综合评 价方 法对油气 长输 管道进 行安全 评 价 ，为管道 的科学管理提供新 的理论依据 。 1 云模型的基本理论 云模型是李德毅 院士提出的 1种定性概念与 其定量表示之间的不确定性转换模型。设 是 1 个用精确数值表示 的定量论域 ， c是 上 的定性 概念 ，若定量值 ∈U， 且 是定性概念 C的一次 随机实现 ， 对 C的确定度 t x ∈ [ 0 ， 1 ]是有稳 定倾向的随机数 ，如有映射 U} l 0， 1 l V ∈U x 则 在论域 上的分布称为云，每 1 个 称 为 1 个云滴 。云的数字特征用期望 E 、熵 E n和 超熵 3个数值 表示 。其 中，期望 E 为定性概 念量化的最典型样本 ，是概念论域 的中心。熵 E n 为定性概念不确定 度的度量 ，反 映了论域 空间中 可被概念 接受 的云滴的取值范 围，超 熵 是熵 的不确 定度量 ，反 映 了云滴 的离散 度 ，超 熵越 大 ，云分布越分散 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 0 4 。 作者简介刁孝松，男，西南石油大学油气安全工程 专业在读 硕 士，主要 从事 石 油化 工安 全 方面 的研 究 工作。E m a i l 8 9 2 9 7 2 4 3 q q ． c o rn ★ 石 油化 工安 全环保技 术 ★ 2 0 1 5年 第 3 1 卷 第 3 期 1 ． 1 单条件单规则发生器 该规则可形式化表示为 Ⅱ A t h e n B 其 中， A、 B分别对应于论域 、 上的定性 概念 C 、 C ， A为规则前件 ， 日为规则后件。通过 前件云发生器和后件云发生器以条件规则组合而 成的规则发生器确保了推理过程中不确定性传 递 。在对油气长输 管道进行安全评价时，对导致 管道失效影响因素进行打分的过程 ，是一个综合 了油气管道运行现状 和安全专家经验的过程。管 道运行现状的不确定性和专家知识经验的模糊性 和随机性的特征 ，可 以用云规则很好地描述 这一 过程 ，即在一个新 的确定输入条 件下 ，就可以激 活相应的规则 ，通过推理机制 ，产生不确定性输 出。记概念 、 曰的正态云分别为 c ， E n ， ，C ， E 凡 ， 。 ， 则单条件单规则发生 器的算法如下 I N P U T{ E x A ， E n A ， H e A ； E x B ， E n ， H e 口 } ， 0 ／ ／ 输入规则前件A和规则后件 B的数字特征以及 前件论域中的 1 个值 。 OUT PUT ／ ／ 后件论域 中的云滴 Y及其确定度 BEGI N E n AR A N DN E n A ， He ／ ／ 生成 1 个以 E 几 为期望 、 为标准差的正态随 机数 E n 塑 壁 e n E n 日R A N DN E n B ， He口 ／ ／ 生成 1个以 E n 为期望 、 。 为标准差的正态随 机数 f o 评价单元 3评价单元 4评价单元 1 评价单元 5评价单元 2 ，评价单元 1 、3 、4 、 5都处于一般和较安全之间，而评价单元 5更偏 向于一般 ，评价单元 3 偏 向于较安全。 4结论 基于云模型的油气长输管道定量安全评价充 分考虑了管道危险因素指标数据 的模糊性和随机 性 ，克服了传统方 法的局 限性。针对专家评 分过 程 中受 自身知识认知的局限性和管道本身 的复杂 性 、不确定性 ，采用云模型算法中隐含 的不确定 性和随机性 ，确保 了推理过程 中不 确定 的传递 ， 避免了传统评价方法造成信息集成过程丢失的情 况 ，使得评价 结果 更加 贴近管 道运 行 的实 际情 况 ，为管道维护和管理提供科学的依据。 参考文献 [ 1 ] 张华兵 ，冯庆善 ，郑洪龙 ，等．油气长输 管道定量风险评价 [ J ] ． 中国安全科 学学 报 ，2 0 0 8 ，1 8 3 1 6 1 1 6 5 ． [ 2 ] 陈杨 ，王为民，陈伟聪 ，等．基 于故 障树 与模糊理论的埋地管道风险评价 [ J ] ．油 气储 运 ，2 0 1 1 ，3 0 7 4 8 1 _ 4 8 5 ． [ 3 ] 王坚强，刘淘．基 于综合云的不确定语 言 多准 则群 决策 方 法 [ J ] ．控 制 与 决 策 ， 2 0 1 2 ，2 7 8 1 1 8 5 1 1 9 0 ． [ 4 ] 李德毅 ，杜鹚．不确定性人 工智 能 [ M] ． 北京国防工业 出版社 ，2 0 0 5 ． [ 5 ] 吕辉军，王晔，李德毅 ，等．逆向云在 定 性评 价 中 的 应 用[ J ] ．计 算 机 学 报 ， 2 0 0 3 ，2 6 8 1 0 0 9 1 0 1 4 ． [ 6 ] 王洪利．N S S中基 于云模型的谈判人偏好 表示及其效用研究 [ J ] ．中国管理信息 化 ，2 0 0 8 ，1 1 1 1 5 4 - 5 8 ． [ 7 ] 田娜 ，陈保 东，陈其胜，等．灰 色关联分 析在 长输 管 道 肯 特 风 险评 价 中 的应 用 [ J ] ．油气储运 ，2 0 0 6 ，2 5 4 7 1 0 ． O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O