[发明专利]基于FDA和可拓理论的渗流安全综合评价方法

权利要求书

1.一种基于FDA和可拓理论的渗流安全综合评价方法，其特征是，步骤如下：

(1)建立渗流安全综合评价指标体系；

(2)指标数据获得及其归一化；

(3)指标数据函数化；

(4)衍生指标数据获得及其归一化

(5)建立渗流安全综合评价方法FEE物元模型，FDA based Extension Evaluation简称FEE；

(6)计算FEE单指标关联函数；

(7)确定各指标权重；

(8)计算单指标得分；

(9)建立渗流安全综合评价指标。

2.如权利要求1所述的基于FDA和可拓理论的渗流安全综合评价方法，其特征是，

步骤(1)建立渗流安全综合评价指标体系具体包含两部分：基础指标和衍生指标，基础指标采用大坝渗流安全监测的常规指标，具体为温度、上游水位和下游水位、渗压和渗流量；衍生指标为FEE评价模型的独有指标，具体为上游水位与渗流量相关关系、渗压变化率和渗流量变化率；

步骤(2)基础指标数据获得及其归一化具体为：根据步骤(1)确定的基础指标，由工程现场安全监测系统直接获得指标的时间序列数据，具体采用线性无量纲法对各指标量纲进行归一化处理；

步骤(3)指标数据函数化具体为：函数型数据分析方法处理的是函数型数据，所以首先要将散点数据拟合成光滑的函数，采用的平滑方法包括基函数法或插值法，当观测值准确的时候常用插值法，如果观测值有误差使用基函数平滑的方法来拟合函数；

步骤(4)衍生指标数据获得及其归一化具体为：对步骤(3)中确定的基础指标的函数表达式进行求导即可得到渗压变化率和渗流量变化率等衍生指标的函数表达式，然后再按照步骤(2)中的归一化方法进行归一化处理，上游水位与渗流量相关关系这一指标则是按照步骤(3)中所述，拟合出上游水位与渗流量相关关系的光滑函数。

步骤(5)建立FEE物元模型具体为：确定物元、确定经典域、确定节域以及确定待评物元四个步骤：

(a)确定物元

物元中的事物以有序的三元组R＝[N,c,v(t)]来表达，其中N表示事物，c表示事物特征的名称，v(t)表示N关于c所取的量值，N、c、v(t)这三者称为物元的三要素，具体物元模型表示为

式中，c_n为评估指标，即温度、上游水位和下游水位、渗压、渗流量、上游水位与渗流量相关关系、渗压变化率和渗流量变化率等指标，v_n(t)为各指标数据函数化后的特征值；

(b)确定经典域

根据大坝渗流安全评估等级标准，将大坝渗流安全水平分为m个等级，得到物元系统中研究对象的经典物元R_0j＝[N_0j,c,v_0j(t)]：

式中，N_0j为大坝渗流安全控制水平的第j个评价等级，j＝1,2,...,m；c_n为评价指标体系中第n个指标；v_0jn(t)为第n个指标在第j个评价等级下指标值的取值范围，即经典域；a_0jn、b_0jn分别为值域的上、下限；

(c)确定节域

各指标对应的所有取值范围，从最低值到最高值，即大坝渗流安全水平的节域物元R_P＝[N_P,c,v_P(t)]

式中，N_P为大坝渗流安全评价等级的全体；v_Pn(t)为P等级下c_n所对应的量值域，即为P的节域；a_Pn、b_Pn分别为节域的上、下限；

(d)确定待评物元

对于待评价大坝渗流安全状况，其中第m级待评大坝渗流安全状况所收集的评价信息用物元表示，即为待评物元R_m＝[N_m,c,v_m(t)]

式中：N_m为第m级待评大坝渗流安全状况；c_n为评价指标体系中第n个指标；v_mn(t)为第m级待评大坝渗流安全状况对应于其第n个影响指标的量值；

步骤(6)计算FEE单指标关联函数具体为：在可拓理论中引入可拓距和位值的概念，描述点与区间、区间与区间之间的位值关系，通过构造关联函数，确定待评对象的单指标关联度，即待评对象的第i个指标特征关于分类等级j的关联程度，i＝1,2,,n；j＝1,2,,m，为了反映这种性质，建立了实轴上的关联函数，实轴上点v_i(t)与区间V_ij＝<a_ij,b_ij>的距定义为

同理，则点v_i(t)与区间V_Pj＝<a_Pj,b_Pj>的距为

点v_i(t)与区间<a_ij,b_ij>和<a_Pj,b_Pj>组成的区间套的位值为

如果研究的是在某一时刻的大坝渗流安全状况，那么v_i(t)为一定值，即对应时刻评价指标的归一化值，则该时刻的FEE单指标关联函数K_j(v_i(t))表示为

如果研究的是某一段时间内的大坝渗流安全状况，则v_i(t)为经过函数化处理的指标函数，采用下式计算该时段内的FEE单指标关联函数K_j(v_i(t))

式中，T₁和T₂分别为该时段的开始时刻和结束时刻。

步骤(7)确定各指标权重具体为：依据熵的大小来度量n个评价指标的信息效用值，从而确定各指标的熵权，首先将单指标关联度K_j(v_i(t))归一化为k_ij，则有第i个指标特征的熵值e_i为：

其中

式中,η为常数,p_ij为系统处于m种不同评价等级中k_ij所占的比重,当p_ij＝0时,则lnp_ij无意义，故对p_ij进行如下修正：

则有第i个指标特征的熵权α_i为：

且满足

步骤(8)计算单指标得分具体为：将式(12)计算得到的单指标关联函数矩阵K_j(v_i(t))进行归一化处理，得到标准化矩阵k_ij，则第i个指标的得分S_i为

(9)建立渗流安全综合评价指标具体为：根据下式计算评价对象的综合得分Q

由综合得分可以判断出评价对象所属等级。