本發(fā)明涉及施工安全控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)體系的發(fā)展，我國的建筑業(yè)同時也得到了飛速的發(fā)展。從《建筑業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中可以看出，建筑業(yè)解決了大量的農(nóng)村富余勞動力，截至2010年，全國已有7萬多家建筑企業(yè)，員工超4000萬，總產(chǎn)值達(dá)到9.5萬億元，年均增長率為20％，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的6.6％，超過“十一五”規(guī)劃的發(fā)展目標(biāo)。

然而我國建筑業(yè)存在著比較明顯的缺點(diǎn)：建筑產(chǎn)品單一，人員波動機(jī)制大，全天候的露天施工，施工現(xiàn)場立體交叉起重裝備設(shè)施普遍，建筑場地施工現(xiàn)場的突發(fā)事件復(fù)雜多變。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致施工過程中諸多安全隱患，工作環(huán)境差、不安全因素復(fù)雜、預(yù)防難度大，加上大部分施工人員未接受正規(guī)的專業(yè)技能培訓(xùn)和考核、安全和自我保護(hù)意識不足，導(dǎo)致施工現(xiàn)場頻繁發(fā)生事故，從而嚴(yán)重威脅施工人員的生命和財產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，在2003-2012年期間，在施工過程中，因事故而死亡的人數(shù)多達(dá)上萬人，平均每天約3人死于施工安全事故，如圖1所示，因此，施工現(xiàn)場成了嚴(yán)重高危行業(yè)的典型代表。雖然我國在這方面采取了一系列有效措施，但事故發(fā)生的頻繁度依舊偏高。

事實(shí)上，除了極少數(shù)天災(zāi)等不可抗力因素外，絕大多數(shù)事故均是可以預(yù)測并阻止其發(fā)生的。因此，非常有必要綜合研究在施工現(xiàn)場的各種因素以及管理與人員方面，以達(dá)到對安全的評估。安全評估即是通過對施工過程中以往發(fā)生的所有狀況和事故類型進(jìn)行總結(jié)分析，然后判斷現(xiàn)在或?qū)硎鹿拾l(fā)生的可能性大小，以確保后續(xù)工作能在安全的條件下進(jìn)行，因此，安全評估對事故的預(yù)判和預(yù)防具有重大指導(dǎo)意義。目前國外針對安全評估的研究比國內(nèi)早，且取得了較多的成就，但大數(shù)基于微觀層次，體現(xiàn)在宏觀上的研究較少。我國雖然近期取得了一定的發(fā)展，依然無法滿足我國建筑業(yè)的需求。傳統(tǒng)的主成分分析法得出的結(jié)果只是從原數(shù)據(jù)指標(biāo)的相互關(guān)系與變異程度出發(fā)，不能體現(xiàn)各個指標(biāo)在重要程度上的關(guān)系，而且實(shí)際工程中，往往存在著不同的物理量，對這樣的變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和求相關(guān)矩陣較為困難。

這就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，包括如下步驟：

S1，獲取施工現(xiàn)場物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)，采用模糊理論中的優(yōu)隸屬度對具有該物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，使所有的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為0～1之間的值；

S2，將處理后的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)利用層次分析法建立層次結(jié)構(gòu)，計算建立層次結(jié)構(gòu)的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)權(quán)系數(shù)；

S3，使用物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)權(quán)系數(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)矩陣，對該目標(biāo)矩陣進(jìn)行改進(jìn)主成分分析并建立綜合評價函數(shù)進(jìn)行評估施工現(xiàn)場物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)對施工安全的影響，從而采取安全防護(hù)措施。

所述的基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，優(yōu)選的，所述S1無量綱化處理包括：

對物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣為X＝(x_ij)_n×P進(jìn)行無量綱化處理，其中，(x_ij)為數(shù)據(jù)矩陣X的元素，即n個待評估的樣本中P個變量或指標(biāo)的數(shù)值，

變量越大越優(yōu)的公式：

變量越小越優(yōu)的公式：

其中，和分別表示第j個變量或指標(biāo)在n個待評估樣本中的最優(yōu)值與最差值。

所述的基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，優(yōu)選的，所述S2計算建立層次結(jié)構(gòu)的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)權(quán)系數(shù)包括：

S2-1，建立層次結(jié)構(gòu)的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)模型，根據(jù)影響施工安全事故發(fā)生的主要安全因素建立分級結(jié)構(gòu)模型；

S2-2，建立層次結(jié)構(gòu)的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)模型后，依據(jù)上下層的從屬關(guān)系構(gòu)造對應(yīng)的判斷矩陣，然后做一致性檢驗(yàn)；

S2-3，計算每個層中各個因素的權(quán)系數(shù)，依據(jù)判斷矩陣的數(shù)據(jù)，求出最大特征值和對應(yīng)的特征向量，所得的特征向量即為該層次上，各因素對其所在從屬結(jié)構(gòu)中上層影響的權(quán)值大?。?/p>

S2-4，計算組合權(quán)向量并作組合一致性檢驗(yàn)，并跳至S2-5，若不滿足一致性，重新調(diào)整一致性比例高的判斷矩陣元素值并返回至S2-3；

S2-5，更新標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣。

所述的基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，優(yōu)選的，所述S3包括：

S3-1，對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)主成分分析，確定物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)主成分矩陣；

S3-2，對物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)主成分矩陣的權(quán)重進(jìn)行確定；

S3-3，對非負(fù)矩陣中各指標(biāo)求熵值；

S3-4，建立綜合評價函數(shù)，并根據(jù)所得出的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行施工現(xiàn)場安全評估。

所述的基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，優(yōu)選的，所述S3-3求熵值包括：

需要對主成分矩陣進(jìn)行非負(fù)處理，即為主成分矩陣中所有的元素加上一個剛好能使任意元素均非負(fù)的最小正整數(shù)，得到非負(fù)矩陣后，對非負(fù)矩陣中各指標(biāo)求熵值

利用d_j＝1-e_j(j＝1,2,...,q)表示第j項主成分分散程度，d_t越大，該項主成分的數(shù)值越離散，說明該指標(biāo)的重要程度越高，d_t越小，該項主成分的數(shù)值越集中，說明該指標(biāo)的重要程度越低；

那么，各個指標(biāo)的權(quán)重分配向量ω為ω＝(ω₁,ω₂,...,ω_q)^T，

所述的基于改進(jìn)主成分分析的施工現(xiàn)場安全評估方法，優(yōu)選的，所述S3-4建立綜合評價函數(shù)包括：

選取參考序列與比較序列間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為對象，該關(guān)聯(lián)系數(shù)為于是得到評價函數(shù)通過對O_i的各元素進(jìn)行比較，即得出各個指標(biāo)對安全造成的影響；設(shè)O_i的元素中，最大值與最小值的比為安全因素值，若設(shè)定一個安全因素閾值，當(dāng)某項指標(biāo)對施工現(xiàn)場的安全造成較嚴(yán)重的影響時，其實(shí)際安全因素值會超過給定閾值，此時則警示并告知管理人員該指標(biāo)存在危險，需要采取相應(yīng)的解決措施或預(yù)防措施。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

該方法結(jié)合主成分分析法與層次分析法，對造成施工現(xiàn)場發(fā)生事故的多項因素進(jìn)行綜合分析，并最終做出更加準(zhǔn)確的安全評估。

本發(fā)明基于改進(jìn)的主成分分析法，對施工現(xiàn)場中可能會造成事故的因素進(jìn)行了分析，首先通過結(jié)合層次分析法決策出所有因素對事故產(chǎn)生的影響程度，即本發(fā)明中的權(quán)系數(shù)，然后選取熵值信息和灰關(guān)聯(lián)評價函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評估出所有因素對事故安全的潛在幾率，讓管理人員及時發(fā)現(xiàn)危險隱患，從而盡量避免事故的發(fā)生。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為2003年至2012年我國建筑業(yè)施工現(xiàn)場中主要的事故指標(biāo)；

圖2為本發(fā)明中影響施工現(xiàn)場安全的主要因素的層次結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明中基于改進(jìn)主成分分析的安全評估流程。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

如圖1為2003年至2012年我國建筑業(yè)施工現(xiàn)場中主要的事故指標(biāo)；

如圖2所示，進(jìn)行安全評估的施工現(xiàn)場物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)包括：人為因素指標(biāo)數(shù)據(jù)、設(shè)備因素指標(biāo)數(shù)據(jù)、管理因素指標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境因素指標(biāo)數(shù)據(jù)等；

在人為因素指標(biāo)數(shù)據(jù)中包括：安全技術(shù)能力指標(biāo)數(shù)據(jù)、體力精力和情緒狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)、安全專職人員比例指標(biāo)數(shù)據(jù)等；

在設(shè)備因素指標(biāo)數(shù)據(jù)中包括：設(shè)備維護(hù)周期指標(biāo)數(shù)據(jù)、設(shè)備安全性能檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)、設(shè)備消防系統(tǒng)有效性指標(biāo)數(shù)據(jù)等；

在管理因素指標(biāo)數(shù)據(jù)中包括：安全制度完善性指標(biāo)數(shù)據(jù)、安全操作規(guī)范執(zhí)行指標(biāo)數(shù)據(jù)、安全監(jiān)察執(zhí)行指標(biāo)數(shù)據(jù)等；

在環(huán)境因素指標(biāo)數(shù)據(jù)中包括：施工現(xiàn)場布置指標(biāo)數(shù)據(jù)、施工現(xiàn)場照明和溫度指標(biāo)數(shù)據(jù)、施工現(xiàn)場噪聲和震動指標(biāo)數(shù)據(jù)等。

其中上述安全評估的物理量指標(biāo)數(shù)據(jù)從相應(yīng)的因素中提取出來，從而通過本申請方法進(jìn)行綜合安全評估，從而降低施工事故率。

下面結(jié)合附圖3對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

步驟100，開始；

步驟110，建立數(shù)據(jù)矩陣X＝(x_ij)_n×P；

步驟120，對數(shù)據(jù)矩陣X進(jìn)行無量綱化，得到無量綱化數(shù)據(jù)矩陣μ＝(μ_ij)_n×P，對μ進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣Z＝(z_ij)_n×P，其中μ_ij為x_ij歸一化后的數(shù)據(jù)，和分別表示第j個指標(biāo)的均值與方差，且

步驟130，由于各個因素對造成事故的影響程度不同，根據(jù)圖2建立分級結(jié)構(gòu)模型；

步驟140，根據(jù)該模型逐層構(gòu)造判斷矩陣，對各個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若通過，則進(jìn)入下一步，否則重新調(diào)整一致性比例高的判斷矩陣元素直至通過一致性檢驗(yàn)；

步驟150，計算層次總排序，即各個層次對于目標(biāo)層相對重要性的權(quán)值，求出該模型的組合權(quán)向量w＝{w_j|(j＝1,2,...,P)}；

步驟160，做一致性檢驗(yàn)，若通過一致性檢驗(yàn)，進(jìn)入步驟170，否則，重新調(diào)整一致性比例高的判斷矩陣元素值直至通過一致性檢驗(yàn)，跳轉(zhuǎn)步驟140；

步驟170，更新標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣，即第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化向量由μ_j更新為μ'_j，且μ'_j＝w_jμ_j，μ_j＝(μ_ij)_n×1(i＝1,2,...,n)，繼續(xù)對μ'_j標(biāo)準(zhǔn)化得到新的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣Z'＝(z'_ij)_n×P并替換原來的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣，即Z＝Z'；否則，重新調(diào)整一致性比例高的判斷矩陣元素值直至通過一致性檢驗(yàn)，之后更新標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣；

步驟180，更新后的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣Z的相關(guān)系數(shù)矩陣R＝(r_ij)_P×P為

R中的元素r_ij表明了Z_i與Z_j的相關(guān)程度，求解R的特征值，設(shè)共有q個大于0的特征值λ₁≥λ₂≥…≥λ_q≥0，則q個主成分矩陣寫成

F＝(f_ij)_n×q＝ZA，

其中，A為規(guī)范正交特征向量，A＝(a_ij)_P×q，f_ij(i＝1,2,...,nj＝1,2,...,q)為主成分矩陣中的第i行第j列的元素；

對主成分矩陣進(jìn)行正則化處理得到F'＝F+g，g為能使主成分矩陣F中所有元素為正的最小正整數(shù)；

步驟190，此時非負(fù)矩陣F'＝(f'_ij)_n×q，對非負(fù)矩陣中各指標(biāo)求熵值

其中，f'_ij為非負(fù)矩陣F'的元素，y_ij表示f'_ij在其所在行中的比值；

則主成分分散程度d_j＝1-e_j(j＝1,2,...,q)。

步驟200，對d_t歸一化后可以得到各個指標(biāo)的權(quán)重分配向量ω

步驟210，得到權(quán)重分配向量ω后則建立綜合評價函數(shù)，灰關(guān)聯(lián)系數(shù)為

從而得出參考序列與比較序列的關(guān)聯(lián)度為

步驟220，結(jié)束。

通過對O_i的各元素進(jìn)行比較，即可得出各個指標(biāo)對安全造成的影響。設(shè)O_i中的元素中，最大值與最小值的比為安全因素值，若設(shè)定一個安全因素閾值，當(dāng)某項指標(biāo)對施工現(xiàn)場的安全造成較嚴(yán)重的影響時，其實(shí)際安全因素值會超過給定閾值，此時則警示并告知管理人員該指標(biāo)存在危險，需要采取相應(yīng)的解決措施或預(yù)防措施。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。