一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法技术方案

一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，属于大型工业系统结构安全性评估技术领域，其特征在于：基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度，通过指标不确定度反应监测数据中含有不确定信息的程度；再根据数据不确定性的输入匹配度计算将不确定信息分配给监测数据剩余匹配度；最后构建大型工业系统结构安全性评估模型，将输入指标信息进行融合，得到大型工业系统结构安全性评估结果，具有实现环境干扰情况下大型工业系统结构的安全性评估；提高模型的精度；提高了系统实际工作过程中其安全性监控的精度，保证国之利器工作的安全性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法
本专利技术属于大型工业系统结构安全性评估
，尤其涉及一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法。
技术介绍
大型工业系统作为航空航天、国防军事等领域重要的运输载体，随着航天科技的不断发展，其承担的任务也越来越多，一旦发生安全事故将对国民经济造成严重的损失，因此保障其安全可靠的遂行任务成为了目前迫切需要解决的问题。对于大型工业系统结构安全性评估方面，目前我国学者开展了广泛的研究工作。例如，赵丽艳等基于概率风险评估方法对我国某型号运载火箭安全性进行了分析；徐洪平等人基于聚类分析的方法对火箭发动机的故障程度进行了评估，其评估结果满足要求。目前，在大型工业系统工作的过程中，其结构安全性评估主要受两个因素的影响。首先，在实际工作过程中，由于工作环境的复杂性，导致监测数据受到一定的干扰，监测数据中包含了部分噪声信息，且无法准确的对噪声进行滤波，降低了监测指标对系统真实工作状态的表达能力，导致监测数据存在一定不确定性；其次，由于系统承担任务的特殊性，对其安全性要求极高，内部设计采用了大量的容错控制手段，鲁棒性强，这就造成系统实际工作的过程中，虽然监测的数据量很大，但其中的故障数据很少。因此，由于大型工业系统工作的这两个特殊性，对其安全性进行准确的评估造成了很大的难度。目前开展的研究中，没有考虑监测数据存在不确定性的问题，并且对于数据驱动的建模方法而言，受系统故障数据缺乏的影响，降低了其评估精度。因此，在对大型工业系统结构进行安全性评估的过程中，需要充分考虑其故障数据缺乏和监测数据存在不确定性的问题。专利技术内容本专利技术旨在解决上述问题，提供一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度，通过指标不确定度反应监测数据中含有不确定信息的程度；再根据数据不确定性的输入匹配度计算将不确定信息分配给监测数据剩余匹配度；最后构建大型工业系统结构安全性评估模型，将输入指标信息进行融合，得到大型工业系统结构安全性评估结果。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，所述基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度的步骤为：利用指标每个监测数据之间的平均距离大小来反映指标受环境干扰的程度，通过求取平均的受干扰程度来得到指标不确定度。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，所述输入匹配度计算是通过监测数据的剩余匹配度来反应指标受环境干扰程度的大小，再基于BRB构建大型工业系统结构安全性评估模型，对大型工业系统结构监测指标进行融合，得到大型工业系统结构的安全性状态。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，所述基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度的具体步骤包括：设已知的第i个监测指标数据为xi(t),t＝1,2,...,T，T为所获取的指标监测数据的个数；第t个监测值与其它值之间的平均距离可以表示为：其中，表示第i个指标监测值xi(t)和xi(t'),t'＝1,2,...,T之间的平均距离；|xi(t)-xi(t')|表示t时刻和t'时刻之间指标监测数据之间的距离；然后，在大型工业系统安全性评估过程中，环境噪声对于第i个指标监测数据的影响度可以通过下式进行计算：其中，γi(t)是在t时刻指标监测数据所受到的环境噪声的干扰程度，反映出其不确定性程度的大小；基于以上对于单个指标监测数据受干扰程度γi(t),t＝1,2,...,T的计算，监测指标不确定度可以通过下式求得：其中，ui表示指标的不确定度。指标不确定度表示大型工业系统工作过程中监测数据受环境干扰的程度，其数值大小表示监测数据中不确定性程度，是监测数据的客观方面，不受专家经验等主观知识的影响。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，所述输入匹配度计算的具体步骤包括：将监测数据输入到BRB模型中后，首先通过如下的公式将其转化在统一的度量框架下：其中，为第i个指标监测数据在第k条规则中参考等级上的匹配度；Aik和Ai(k+1)为第j个指标在第k条和第k+1条规则中的参考等级，为第i个指标的监测数据；Xi为BRB中含有第i个指标的规则个数；当监测数据存在不确定性时，获得的匹配度中存在部分不确定信息；因此，在考虑指标可靠度后，监测数据的匹配度通过下式进行计算：其中，表示第i个指标监测数据在第k条规则中参考等级上考虑监测数据不确定性后的输入匹配度；在考虑指标不确定度后，监测数据剩余匹配度计算公式如下：其中，为第i个指标考虑监测数据不确定性后剩余匹配度，表示监测数据中包含不确定性信息的程度。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，所述基于BRB构建大型工业系统结构安全性评估模型的具体步骤包括：通过下式对BRB模型输入相对于规则的输入匹配度进行计算：其中，为指标输入相对于第k条规则输入匹配度，Tk为第k条规则中包含的指标个数；为第i个指标的相对权重，表示该指标在Tk个指标中相对重要程度；在监测数据输入到BRB模型中后，BRB中的部分规则会被相应的激活，并且每条规则的激活权重有所不同；规则的计算权重可以通过下式求得：其中，wk为第k条规则的激活权重；激活权重应该满足两个约束条件，即0≤wk≤1和当wk＝0时，表示该条规则未被激活；当BRB模型中的规则被激活后，每条规则会产生相应的输出；对于每条激活的规则，可以通过证据推理(Evidentialreasoning,ER)算法进行融合，其解析形式可以表示为：其中，βn为融合输入指标监测数据后得到的第n个输出结果等级Dn的置信度，0≤βn≤1且在融合L条规则后，BRB模型最终的输出结果可以表示为：其中，为第i个指标的监测数据；S表示基于BRB构建的非线性模型；对于第n个结果等级Dn的评估效用可以表示为，最终输出的期望效用可以通过下式计算：其中，u(S(x*))为基于BRB构建的大型工业系统安全性评估模型的最终输出结果。本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，基于监测数据平均距离计算指标不确定度、建立基于置信规则库(BRB)的大型工业系统结构安全状态评估方法，具有以下优点：(1)实现了环境干扰情况下大型工业系统结构的安全性评估；(2)提高了模型的精度；(3)提高了系统实际工作过程中其安全性监控的精度，保证了国之利器工作的安全性。附图说明图1为本专利技术所述安全性评估指标体系示意图；图2为本专利技术所述结构安全性评估模型工作流程示意图；图3为本专利技术实施例二所述大型工业系统结构安全性评估结果；图4为本专利技术实施例二所述安全性评估对比试验研究结果。具体实施方式下面通过附图及实施例对本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法进行详细说明。实施例一本专利技术所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法是基于监测数据平均距离计算指标不确定度、建立基于置信规则库(BRB)的大型工业系统结构安全状态评估方法，在本实施例中所选用的大型工业系统为石油储罐，具体包括以下步骤：步骤1:指标不确定度的求取；在监测的过程中，当石油储罐的工作状态保持不变时，指标的监测数据应该保持在一个稳定的状态。当监测数据采集的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度，通过指标不确定度反应监测数据中含有不确定信息的程度；再根据数据不确定性的输入匹配度计算将不确定信息分配给监测数据剩余匹配度；最后构建大型工业系统结构安全性评估模型，将输入指标信息进行融合，得到大型工业系统结构安全性评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度，通过指标不确定度反应监测数据中含有不确定信息的程度；再根据数据不确定性的输入匹配度计算将不确定信息分配给监测数据剩余匹配度；最后构建大型工业系统结构安全性评估模型，将输入指标信息进行融合，得到大型工业系统结构安全性评估结果。2.根据权利要求1所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：所述基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度的步骤为：利用指标每个监测数据之间的平均距离大小来反映指标受环境干扰的程度，通过求取平均的受干扰程度来得到指标不确定度。3.根据权利要求2所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：所述输入匹配度计算是通过监测数据的剩余匹配度来反应指标受环境干扰程度的大小，再基于BRB构建大型工业系统结构安全性评估模型，对大型工业系统结构监测指标进行融合，得到大型工业系统结构的安全性状态。4.根据权利要求3所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：所述基于监测数据平均距离的方法计算得到指标不确定度的具体步骤包括：设已知的第i个监测指标数据为xi(t),t＝1,2,...,T，T为所获取的指标监测数据的个数；第t个监测值与其它值之间的平均距离可以表示为：其中，表示第i个指标监测值xi(t)和xi(t'),t'＝1,2,...,T之间的平均距离；|xi(t)-xi(t')|表示t时刻和t'时刻之间指标监测数据之间的距离；然后，在大型工业系统安全性评估过程中，环境噪声对于第i个指标监测数据的影响度可以通过下式进行计算：其中，γi(t)是在t时刻指标监测数据所受到的环境噪声的干扰程度，反映出其不确定性程度的大小；基于以上对于单个指标监测数据受干扰程度γi(t),t＝1,2,...,T的计算，监测指标不确定度可以通过下式求得：其中，ui表示指标的不确定度。5.根据权利要求4所述考虑环境干扰的大型工业系统结构安全性评估方法，其特征在于：所述输入匹配度计算的具体步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志杰，冯志超，胡昌华，胡冠宇，贺维，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61