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摘 要 由于计算机的发展以及一些相关领域的不断深入研究，综合评价方法得到了不断的发展和改进。而指标权重系数的确定方法作为综合评价中的重中之重，近几年来也取得了一些新的进展，并应用于各个行业。文章就石油作业安全系统中的多指标评价方法和权重系数的选择进行概括介绍。
关键词 石油作业安全系统；多指标综合评价；权重系数
中图分类号：X937 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0098-02
1 概况
影响石油作业安全的因素很多，如何确定不同因素影响的程度和权重是石油安全评价中的关键。如何对非定量事物进行定量分析，确定我国石油作业安全评价指标权重也是当务之急。文章通过对层次分析法、乘积标度法、因素分析法和BP神经网络等几种常见方法的阐述，为定量确定影响我国石油作业安全系统的因素的权重系数提出了多种可能，具有长远意义。
2 评价方法
2.1 层次分析法（三层体系层次结构）
层次分析（AHP）法是由美国学者T.L.Satty首创的一种对非定量事件做定量分析的有效方法，它是把需要研究的相对复杂的问题分解为不同的构成要素，同时，按照其层次关系，将总目标划分为有序的关系图，通过两两比较来确定某一层中的因素相对于其上层因素的相对重要性，最后，构造出判断矩阵，并结合专家意见，来决定每个因素的相对重要性的排序。
首先，我们可以综合影响石油作业安全各方面的因素，将石油作业安全体系分为三个层次，分别为目标层、制约层和指标层。其中，目标层为石油作业安全，即我们所要达到的目标，用X表示；制约层，由影响整体石油作业安全体系的所有因素组成，在这里由人为因素、设备因素、环境因素和管理因素四个方面组成，分别用Y1、Y2、Y3、Y4表示；最低层的指标层由影响制约层因素的指标因素构成：其中人为因素包括业务素质、安全意识、思想素质和身体素质4项指标，分别用Z1、Z2、Z3、Z4表示；环境因素包括温度、湿度和是否有灾害天气3项指标，分别用Z5、Z6、Z7表示；设备因素包括设备年限、保养频率和操作效率3项指标，分别用Z8、Z9、Z10表示；管理因素包括安全教育（培训）、安全组织、规章制度和预案演练4项指标，分别用Z11、Z12、Z13、Z14表示。综上所述，我们可以建立起来一套石油作业安全体系的层次构造图，如图1所示。
图1 石油作业安全体系的层次结构图
在建立完成完整的石油作业安全体系构造图后，我们需要根据建立的层次结构关系所确定的相邻两层因素之间的隶属关系来构造判断矩阵，即运用专家评价法则，将下层因素对上层因素两两比较，结合T.L.Satty的1～9标度，判断相对重要性，构造出所需的判断矩阵。
图2 1～9标度的含义
最后，建立在基于所建立的影响石油作业安全因素的层次关系下的相对权重（即权向量）。到目前为止，针对于权重向量的计算方法，实际应用较多的有最小二乘法、特征根法与三角元素法。在不考虑精度的前提下，为了达到方便、简洁的目的，具体的工程中更倾向于应用特征根法，故特征根法具有较为重大的意义。所求得的矩阵特征向量即为各元素的相对权重。
2.2 乘积标度法
该方法是建立在层次分析法的基础之上的一种赋权方法，它的主要思路是：将定量与定性相结合，分层赋权，它改善了标度过大的缺点，从而使权重分布更为合理且具更具有灵活性。
如图3所示的层次分析法中几种常见的标度法，其中，由T.L.Saaty所提出来的1～9标度法虽然使用起来简便快捷，但有时由它计算所得出的权重值并不是真实可靠的，常常与估计偏离较大。正因为这个原因，许多国内外的专家、学者不断的探索研究，致力于寻找一种合理的标度方法，其中较为成功和常用的标度方法列于图2中，以供比较和选用。
图3 层次分析法中的几种常见标度法
在认识到了普通层次分析法的缺点之后，一些专家又提出了一种较为灵活的赋权方法——乘积标度法。该方法的具体思路是：只设置两个比较等级，两个指标X和Y的重要性关系只有“相同”或“稍微大”，然后在此基础上再进行同层指标的两两比较，最后进行不同层的递进乘积分析。
确定简单的指标权重的乘积标度法分为如下4个步骤。
1）根据石油施工作业的经验和现场的实际情况，对所有的指标的重要性进行定性排序。
2）对各指标进行两两比较，确定指标X与Y之间的相对重要性，并判定两者之间的关系是属于“相同”还是“稍微大”。
3）当所判断的两个指标之间的重要性差异与已有的经验相比相差比较大，则考虑其他的赋值方法，在这里，我们考虑采用多个“稍微大”来反映所比较的两者之间的相对关系，其中相对重要的指标权重就要在“稍微大”的基础上进行反复累积相乘。例如，当我们认为X与Y之间的重要性比“稍微大”还要“稍微大”一些的时候，这时候我们可取其相对权重为1.354乘以1.354，即1.833。
4）最后将所有的结果进行综合分析，经过归一化，确定各个指标的权重值。对于多层指标体系结构，我们可以采用相同的方法来确定各层以及整体结构体系的权重。
2.3 因素分析法
因素分析法（指数分析），它是在总指标体系中，利用指数分析各因素影响程度的一种应用于统计分析的方法，其中包括差额分析法、连环替代法、指标分解法、定基替代法。在现代数学中，因素分析法是一种重要且应用广泛的方法。它能够用较少的几个因素变量表示出事物的本质特征，经过对比分析，我们就可以得到事物的内部以及外部联系。因其可以大大的简化复杂的研究问题，故到目前为止，此方法广泛的用于销售、交易中，但其在石油作业安全评估方面应用较少。我们可以通过应用其分析现象总变动中各个因素影响程度，来判断影响石油作业安全各因素的影响权重，也是可以达到的。 2.4 BP神经网络法
神经网络方法是目前应用最广且已有较大成功的一种成熟赋权方法，但现阶段还主要应用于土木工程结构中。神经网络算法主要包括：感知器神经网络、BP神经网络、径向基函数神经网络、自组织神经网络、Elman神经网络等几种学习算法。在其众多的算法中，BP神经网络（Back Propagation）算法是目前应用最多、且效果最好的一种，其网络结构如图4所示，一般的BP的神经网络的层次结构都至少为三层，即由输入层（X）、隐含层（中间层）和输出层（Y）构成。其网络记忆训练是依靠层与层之间结点的连接权重值来实现的，先应用多组训练数据来对其进行训练，然后在已经训练好的网络中，输入数据，根据先前的记忆训练，得出较为准确的输出数据。已有的理论数据已经证明：一个最为简单的三层BP网络，就可以精确地表达任意一个连续函数。BP神经网络的核心思想就是使其误差函数尽可能的最小化。我们有时采用添加惯性冲量、批处理学习样本和跳跃学习等方法来加快收敛速度。正是由于其反馈算法能够较准确的确定各影响因素的权重，我们也可以将其运用于石油作业安全影响因素的权重确定中。
根据石油作业施工现场所提供的资料数据，运用BP神经网络进行权重的赋值训练，最终将整个运算系统应用于实际石油作业安全的预测上。
图4 神经网络模型
3 结束语
目前为止，用于分析影响因素的方法基本为上述几种方法，我们可以根据其原理，同时进行一定的改进，将其应用于石油作业安全系统中。在实际工程中，很大一部分也是着眼于单因素对石油作业安全的影响，对交互作用的研究较少。但由于在实际工程中，多种影响因素共同导致事故的发生，故研究多种因素对石油作业安全的交互影响有至关重要的意义。在已有的理论基础上，创建一套系统的石油作业安全评价方法，并着重于对多种影响因素交互作用的研究。应用多层次模糊数学理论，先将集合进行分层，并结合BP神经网络法，来定量地描述单因素及多因素对石油作业安全的影响。
参考文献
[1]张磊.中国石油安全分析与对策研究[D].天津大学，2007.
[2]兰继斌，徐扬，霍良安，刘佳忠.模糊层次分析法权重研究[J].系统工程理论与实践，2006（2）.
[3]朱杨兵.中国能源安全问题的层次分析[J].前沿，2006（10）：235-238.
[4]罗鑫.公路隧道健康状态诊断方法及系统的研究[D].同济大学，2007.
[5]高辉，李慧民.工程质量风险的模糊层次分析[J].西北建筑工程学院学报，2002，19（1）.
[6]李晓龙，付强，武振业.工程合同模糊综合评判[J].西南交通大学学报，2002，37（4）.
[7]VCarr，J.H.M.Tah.AFuzzyApproachtoConstructionProectRiskAssessmentandAnalysis：ConstructionProiectRiskManagementSystem[J].AdvancesinEngineering Software，2001，32：845-857.
[8]焦李成著.神经网络系统理论[M].西安：西安电子科技大学出版社，1990：26-36.
[9]聂锐，张炎治.21世纪中国能源发展战略选择[J].资源经济，2006（5）：7-10.
作者简介
王和龙（1965-）男，汉族，河北黄骅人，机械工程师，石油大学（华东）石油工程专业毕业，大学学历，中共党员，中国石油集团HSE体系审核员，主要负责质量安全环保以及QHSE体系管理工作。
关键词 石油作业安全系统；多指标综合评价；权重系数
中图分类号：X937 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0098-02
1 概况
影响石油作业安全的因素很多，如何确定不同因素影响的程度和权重是石油安全评价中的关键。如何对非定量事物进行定量分析，确定我国石油作业安全评价指标权重也是当务之急。文章通过对层次分析法、乘积标度法、因素分析法和BP神经网络等几种常见方法的阐述，为定量确定影响我国石油作业安全系统的因素的权重系数提出了多种可能，具有长远意义。
2 评价方法
2.1 层次分析法（三层体系层次结构）
层次分析（AHP）法是由美国学者T.L.Satty首创的一种对非定量事件做定量分析的有效方法，它是把需要研究的相对复杂的问题分解为不同的构成要素，同时，按照其层次关系，将总目标划分为有序的关系图，通过两两比较来确定某一层中的因素相对于其上层因素的相对重要性，最后，构造出判断矩阵，并结合专家意见，来决定每个因素的相对重要性的排序。
首先，我们可以综合影响石油作业安全各方面的因素，将石油作业安全体系分为三个层次，分别为目标层、制约层和指标层。其中，目标层为石油作业安全，即我们所要达到的目标，用X表示；制约层，由影响整体石油作业安全体系的所有因素组成，在这里由人为因素、设备因素、环境因素和管理因素四个方面组成，分别用Y1、Y2、Y3、Y4表示；最低层的指标层由影响制约层因素的指标因素构成：其中人为因素包括业务素质、安全意识、思想素质和身体素质4项指标，分别用Z1、Z2、Z3、Z4表示；环境因素包括温度、湿度和是否有灾害天气3项指标，分别用Z5、Z6、Z7表示；设备因素包括设备年限、保养频率和操作效率3项指标，分别用Z8、Z9、Z10表示；管理因素包括安全教育（培训）、安全组织、规章制度和预案演练4项指标，分别用Z11、Z12、Z13、Z14表示。综上所述，我们可以建立起来一套石油作业安全体系的层次构造图，如图1所示。
图1 石油作业安全体系的层次结构图
在建立完成完整的石油作业安全体系构造图后，我们需要根据建立的层次结构关系所确定的相邻两层因素之间的隶属关系来构造判断矩阵，即运用专家评价法则，将下层因素对上层因素两两比较，结合T.L.Satty的1～9标度，判断相对重要性，构造出所需的判断矩阵。
图2 1～9标度的含义
最后，建立在基于所建立的影响石油作业安全因素的层次关系下的相对权重（即权向量）。到目前为止，针对于权重向量的计算方法，实际应用较多的有最小二乘法、特征根法与三角元素法。在不考虑精度的前提下，为了达到方便、简洁的目的，具体的工程中更倾向于应用特征根法，故特征根法具有较为重大的意义。所求得的矩阵特征向量即为各元素的相对权重。
2.2 乘积标度法
该方法是建立在层次分析法的基础之上的一种赋权方法，它的主要思路是：将定量与定性相结合，分层赋权，它改善了标度过大的缺点，从而使权重分布更为合理且具更具有灵活性。
如图3所示的层次分析法中几种常见的标度法，其中，由T.L.Saaty所提出来的1～9标度法虽然使用起来简便快捷，但有时由它计算所得出的权重值并不是真实可靠的，常常与估计偏离较大。正因为这个原因，许多国内外的专家、学者不断的探索研究，致力于寻找一种合理的标度方法，其中较为成功和常用的标度方法列于图2中，以供比较和选用。
图3 层次分析法中的几种常见标度法
在认识到了普通层次分析法的缺点之后，一些专家又提出了一种较为灵活的赋权方法——乘积标度法。该方法的具体思路是：只设置两个比较等级，两个指标X和Y的重要性关系只有“相同”或“稍微大”，然后在此基础上再进行同层指标的两两比较，最后进行不同层的递进乘积分析。
确定简单的指标权重的乘积标度法分为如下4个步骤。
1）根据石油施工作业的经验和现场的实际情况，对所有的指标的重要性进行定性排序。
2）对各指标进行两两比较，确定指标X与Y之间的相对重要性，并判定两者之间的关系是属于“相同”还是“稍微大”。
3）当所判断的两个指标之间的重要性差异与已有的经验相比相差比较大，则考虑其他的赋值方法，在这里，我们考虑采用多个“稍微大”来反映所比较的两者之间的相对关系，其中相对重要的指标权重就要在“稍微大”的基础上进行反复累积相乘。例如，当我们认为X与Y之间的重要性比“稍微大”还要“稍微大”一些的时候，这时候我们可取其相对权重为1.354乘以1.354，即1.833。
4）最后将所有的结果进行综合分析，经过归一化，确定各个指标的权重值。对于多层指标体系结构，我们可以采用相同的方法来确定各层以及整体结构体系的权重。
2.3 因素分析法
因素分析法（指数分析），它是在总指标体系中，利用指数分析各因素影响程度的一种应用于统计分析的方法，其中包括差额分析法、连环替代法、指标分解法、定基替代法。在现代数学中，因素分析法是一种重要且应用广泛的方法。它能够用较少的几个因素变量表示出事物的本质特征，经过对比分析，我们就可以得到事物的内部以及外部联系。因其可以大大的简化复杂的研究问题，故到目前为止，此方法广泛的用于销售、交易中，但其在石油作业安全评估方面应用较少。我们可以通过应用其分析现象总变动中各个因素影响程度，来判断影响石油作业安全各因素的影响权重，也是可以达到的。 2.4 BP神经网络法
神经网络方法是目前应用最广且已有较大成功的一种成熟赋权方法，但现阶段还主要应用于土木工程结构中。神经网络算法主要包括：感知器神经网络、BP神经网络、径向基函数神经网络、自组织神经网络、Elman神经网络等几种学习算法。在其众多的算法中，BP神经网络（Back Propagation）算法是目前应用最多、且效果最好的一种，其网络结构如图4所示，一般的BP的神经网络的层次结构都至少为三层，即由输入层（X）、隐含层（中间层）和输出层（Y）构成。其网络记忆训练是依靠层与层之间结点的连接权重值来实现的，先应用多组训练数据来对其进行训练，然后在已经训练好的网络中，输入数据，根据先前的记忆训练，得出较为准确的输出数据。已有的理论数据已经证明：一个最为简单的三层BP网络，就可以精确地表达任意一个连续函数。BP神经网络的核心思想就是使其误差函数尽可能的最小化。我们有时采用添加惯性冲量、批处理学习样本和跳跃学习等方法来加快收敛速度。正是由于其反馈算法能够较准确的确定各影响因素的权重，我们也可以将其运用于石油作业安全影响因素的权重确定中。
根据石油作业施工现场所提供的资料数据，运用BP神经网络进行权重的赋值训练，最终将整个运算系统应用于实际石油作业安全的预测上。
图4 神经网络模型
3 结束语
目前为止，用于分析影响因素的方法基本为上述几种方法，我们可以根据其原理，同时进行一定的改进，将其应用于石油作业安全系统中。在实际工程中，很大一部分也是着眼于单因素对石油作业安全的影响，对交互作用的研究较少。但由于在实际工程中，多种影响因素共同导致事故的发生，故研究多种因素对石油作业安全的交互影响有至关重要的意义。在已有的理论基础上，创建一套系统的石油作业安全评价方法，并着重于对多种影响因素交互作用的研究。应用多层次模糊数学理论，先将集合进行分层，并结合BP神经网络法，来定量地描述单因素及多因素对石油作业安全的影响。
参考文献
[1]张磊.中国石油安全分析与对策研究[D].天津大学，2007.
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[4]罗鑫.公路隧道健康状态诊断方法及系统的研究[D].同济大学，2007.
[5]高辉，李慧民.工程质量风险的模糊层次分析[J].西北建筑工程学院学报，2002，19（1）.
[6]李晓龙，付强，武振业.工程合同模糊综合评判[J].西南交通大学学报，2002，37（4）.
[7]VCarr，J.H.M.Tah.AFuzzyApproachtoConstructionProectRiskAssessmentandAnalysis：ConstructionProiectRiskManagementSystem[J].AdvancesinEngineering Software，2001，32：845-857.
[8]焦李成著.神经网络系统理论[M].西安：西安电子科技大学出版社，1990：26-36.
[9]聂锐，张炎治.21世纪中国能源发展战略选择[J].资源经济，2006（5）：7-10.
作者简介
王和龙（1965-）男，汉族，河北黄骅人，机械工程师，石油大学（华东）石油工程专业毕业，大学学历，中共党员，中国石油集团HSE体系审核员，主要负责质量安全环保以及QHSE体系管理工作。