模糊层次分析法的缺点（基于层次分析模糊集方法的）

模糊层次分析法的缺点（基于层次分析模糊集方法的）2 电力综合网管预警系统多层次模糊算法模型如下：设U={U1 U2 U3 … Um} V={V1 V2 V3 … Vj}，U为指标集，V为评价集。设R为由m个指标构成的总评价矩阵，R=(rij)mn，即：电力通信网具有多技术、多层次的复杂网络结构，任何—个设备的故障，都会影响到通信系统的服务质量，甚至还会对电网的安全稳定运行构成严重威胁。虽然近年来系统内外对电力通信网可靠性/风险分析方法的研究层出不穷，但并没有找到全面系统及简单易行同时兼顾的、能付诸实际使用的评价方法及风险预警系统，用来指导电力通信网日常运行管理工作的开展。研究一套全面的风险评估预警系统是保障电力通信安全运行的有效方法，目前国内外风险评估预警的方法很多，主要有基于概率论的方法、基于可靠性理论的方法、基于模糊理论的方法和基于人工智能的方法等。近年来，基于层次分析模糊集方法为风险评估提供了新的思路，通过改进风险预警管理措施，有

孙 涛，任 启，袁 硕

（国网张家口供电公司，河北 张家口075000）

摘 要： 目前电网安全运行对通信网的依赖性不断增强、对通信网安全可靠性要求不断提高，但通信网的安全风险随着网络规模、网络结构、业务增长的不断变化也与日俱增，安全生产工作面临前所未有的压力和挑战，开展通信网风险防范、做好预判预控工作势在必行。通过建立电力通信设备运行风险综合评估模型，搭建预警系统架构，分析综合指标体系，利用多层次模糊算法制定风险评估规则，得到较客观的预警信号指示，并给出合理的解决措施方案。结果表明该方法的有效性和可行性，对电力综合设备风险管理有一定的指导意义。

0 引言

电力通信网具有多技术、多层次的复杂网络结构，任何—个设备的故障，都会影响到通信系统的服务质量，甚至还会对电网的安全稳定运行构成严重威胁。虽然近年来系统内外对电力通信网可靠性/风险分析方法的研究层出不穷，但并没有找到全面系统及简单易行同时兼顾的、能付诸实际使用的评价方法及风险预警系统，用来指导电力通信网日常运行管理工作的开展。研究一套全面的风险评估预警系统是保障电力通信安全运行的有效方法，目前国内外风险评估预警的方法很多，主要有基于概率论的方法、基于可靠性理论的方法、基于模糊理论的方法和基于人工智能的方法等。近年来，基于层次分析模糊集方法为风险评估提供了新的思路，通过改进风险预警管理措施，有效地降低风险或避免风险，提高电力通信系统的安全性。

层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是数学家Thomas L Saaty首先提出的 ，该评价方法是一种多指标综合评价方法，采取定性、定量相结合的方式，保证了模型的系统性和合理性。但对于电力通信系统指标评价体系来说，存在巡检人员的主观评价，引入三角模糊算法来判断主观信息，在一定程度上降低了主观因素对评估带来的影响，提高了的准确程度。层次分析模糊化处理方法综合二者的优势，提高了评估结果的可信度，加强了预警系统的有效性和可行性。

1 多层次模糊算法介绍

多层次模糊算法模型如下：设U={U1 U2 U3 … Um} V={V1 V2 V3 … Vj}，U为指标集，V为评价集。设R为由m个指标构成的总评价矩阵，R=(rij)mn，即：

2 电力综合网管预警系统

2.1 风险评估

由于电力通信网分层、分级的管理特点，电力通信网的网管系统建设长期缺乏统一的规划和指导，国网公司已建网管系统在建设水平、开发模式、实施方式、体系架构、系统功能、管理范围、管理能力等方面都存在较大差异，形成了众多“信息孤岛”，难以实现信息资源共享。公司电网跨区联网格局的逐渐形成，使得 各级网络间的联系日益紧密，为消除各层级网管系统“孤岛”，规范各单位通信管理系统的建设与应用，建设具备实时监视、资源管理、运行管理、专业管理四大业务应用，覆盖各级电力通信骨干网和终端通信接入网，形成具有集约化、标准化、智能化特征的国家电网公司企业级通信管理平台，为提升通信网络运行维护能力和管理水平提供技术支撑。在电力通信设备综合网管平台建立的基础上，通过采集的告警信息分析告警原因，提取有用的评价指标，制定分层评价体系，根据模糊FAHP算法制定指标权重，获取风险系数，以风险系数为门限，制定预警管理平台。

风险评估以风险值为指标，综合考虑设备状态评价结果、设备故障损失程度两方面的因素，按以下公式计算获得：

风险值（R） = 故障损失程度（C）×故障发生可能性（P）

式中：R为设备风险值，C为故障可能导致的损失程度，P为故障发生可能性（来自于状态评价结果）。故障发生的可能性=故障发生风险分值/风险总分值（100）×自然灾害系数×社会因素系数。用下标n表示风险事件未发生，用下标d表示风险事件发生，所以风险值：

R=1-PnCn=1-(1-Pd)(1-Cd)=Pd Cd-PdCd

本文用多层次模糊算法方法对电力通信设备网进行风险评估。层次模型的构造基于分解的思想，进行对象的系统分解，它的基本层次有三类：目标层、准则层、指标层。目的是基于系统基本特征建立系统的评估体系。其中目标层是最终的判定目标；准则层是判定依据的标准与规范，往往是多个准则的集合，准则层可以有多层；指标层则是在目标层和准则层约束下的各项具体指标。经过系统分解，得到如图1所示的电力通信综合网管设备指标体系模型。

2.2 风险预警评判等级设置及对策

图1为25个电力通信设备状态典型指标，为了进一步得到风险系数，需要构造判断矩阵，利用上文描述的FAHP算法构造判断矩阵。判断矩阵的作用是在上一层某一元素的约束条件下，对同一层次的判断矩阵采用标准的1-9阶标度的评价尺度进行专家评价，得到比较值rij 由于专家对给出的比较值rij信任程度不同，可以在比较值上加入各自的置信度。置信度可以分为5个等级，为“完全有把握、很有把握、较有把握、把握一般、没有把握”，分别用数值“0，0.5，1，1.5，0”描述，同时又分为对比较值rij的置信度上限（f）和下限（k），可以构成三角模糊数(lij=rij-fij uij=rij kij)，同时，第k个专家可以构造判断矩阵Rk(aij)aij=(lij mij uij) aji=(1/uij 1/mij 1/lij)(k=1，2，…，m)，其次对第k个专家构造的判断矩阵进行归一化处理，方法如前面公式所示：

由此可以构造出归一化判断矩阵Rk(vij)。计算出综合判断矩阵R(rij)由于专家组中的专家的知识结构和对电力通信设备的认识程度不同，每个专家给出的判断矩阵的信任度也不相同。通过三角模糊算法可以较客观的对风险值进行排序。

在MATLAB7.0环境下进行计算，其中在FAHP算法中，评判矩阵由专家得到，并得到25个二级指标的模糊权重。再根据三角模糊数算法计算得到较客观的风险值，并进行排序。根据风险值划分预警信号和确定警限信号，电力通信设备预警可分为5个预警区，即：低风险区、中等风险区、较高风险区、高风险区，评判等级一般采用5分制，评判得分为5、4、3、2、1。于是得到评判向量：C=[5 4 3 2 1]T。当风险值t在[0 2]时，C=1；当t在[3 4]时，C=2；当t在[5 6]时，C=3；当t在[7 8]时，C=4；当t在[9 10]时，C=5。仿真结果如表1所示。

2.3 综合网管预警管理系统设计

根据电力通信设备状态网管预警管理系统的需求提出总体设计原则，并对系统结构、框架进行了综合设计，对预警管理系统的架构进行了详细介绍。

电力通信设备状态预警系统的网络构架采用一个开放性、可扩展的方案，系统由预警采集平台、预警集中平台、预警处理平台及服务器等组成。系统网络架构如图2所示。

系统采用TCP/IP体系结构、C/S B/S模式，系统基于J2EE，采用全分布式的模块化体系结构，使之具有灵活性及扩展性，新预警的引入和删除不影响现有功能模块，系统的容量可随着硬件的扩容和软件的升级达到更高的要求，以适应不同规模监控网络系统和不同数量监控对象的需要，从而满足于电网的快速发展。系统主要分为预警采集层、预警处理层、预警管理层和应用层4层结构。预警采集层主要负责从不同通信系统采集预警信息，并且将预警格式归一，预警处理层主要完成预警的过滤规则和预警类型、级别重定义后，通过上层数据库接口模块将预警信息存入数据库中的临时表中。预警处理层还为预警平台提供了维护接口，当预警平台需要人工维护时，平台直接连接预警采集平台，通过TCP方式交互维护命令和维护结果。此外，处理层还有一块系统状态监控模块，负责定期向系统状态监控平台定期发送自身运行状态的UDP包，系统状态监控平台根据UDP包判断采集平台的运行状态。预警管理层主要负责预警任务的增加、删除、查询及修改的功能，决定门限值的设定及相关操作。其中通过修改模块，可以对指标的门限值进行修改，门限值设置的合理性直接影响到预警系统功能的及时性，巡检人员在设置门限值时需要根据历史数据库中的数据以及各种实际情况进行合理分析。应用层主要负责呈现经过处理的预警、预警通知、预警查询与统计、电子工单管理等功能。预警信息可以通过显示器显示或通过设计显示灯，根据风险等级，分为五个预警区间，设置5个不同颜色的显示系统。即“绿灯”、“蓝灯”、“黄灯”、“橙等”、“红灯”5种表示进行单项预警。针对不同的预警区间，灯号显示所表现得警情也会有所不同。表2所显示的是警情情况。

预警查询和统计模块可以对任意时间段内预警频次进行统计，并根据不同预警网元、预警级别等字段的任意组合进行预警频次的统计。应用层还有告警处理方式，根据指示灯显示，能够对应解决措施，并显示不同网元设备的预警消除方案集。人工维护模块负责将预警平台下发的维护命令传送给网管系统，并将系统返回结果上传给接口，然后通过系统自动分析后显示结果。

为了提高开发效率，整个系统采用J2EE Struts构架，系统主要分为WEB模块、业务模块和控制模块三大部分：WEB模块主要实现呈现给客户的功能部分；业务模块主要实现数据分析及操作的各项具体功能；控制模块主要由StrutS的ActionServlet或其子类与Action类组成，实现各个显示页面的逻辑关系，同时调用业务模块的接口，实现系统中的各项功能。

其整体框架如图3所示。

JSP页面主要用于实现检修人员在主机上访问用户界面，使用HTML、JSP标准标记和Struts定义标记。Struts控制器用于建立和管理通客户端浏览器的会话，同时也用于初始化信息。Action类处理用户的提交信息，把结果反馈给控制器。业务模块接口定义了所有的实现功能所需要的逻辑接口，WEB模块用这些接口实现所有功能。

3 总结

根据电力通信设备状态风险评估的需求，本文提出了基于FAHP及三角模糊函数的电力通信网风险评估方法，充分应用了FAHP计算过程清晰明确、明白易懂的特点，得出主观评价。利用三角模糊函数排序，一定程度上降低了主观因素对排序结果的影响，提高了评估结果的准确度。利用风险评估结果制订预警等级及处理对策，最后设计了综合网管预警管理系统架构。本系统的设计可以应用于电力通信巡检系统，减少故障发生率，提高巡检效率。

参考文献

[1]胡伟文，王胜兵．模糊层次分析法及在军校学员综合素质评估中的应用[J]．数学的实践与认识，2003，10：27-32

[2]胡寿松，何亚群．粗糙决策理论与应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．

[3]陈志杰，王永杰，鲜明．一种基于粗糙集的网络安全评估模型[J]．计算机科学，2007，34(8)：98-100．

[4]Cao Jian，Ye Feng．A new method for VE partner selection and evaluation based on AHP and fuzzy theory[C]. The 8th International Conference on Computer Cooperative Work in Design Proceedings．

[5]Sarkar M，Yegnanarayana B．Rough-fuzzy membership funcfions[C]. Proceedings of IEEE International Conference on Fuzzy Systems，Anchorage，USA，1998：796-801．