本發(fā)明屬于智能交通系統(tǒng)及高速公路機(jī)電系統(tǒng)信息化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于層次分析法和老化指數(shù)模型修正的高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)評估方法。

背景技術(shù)：

目前高速公路機(jī)電系統(tǒng)已成為高速公路運(yùn)營管理的支撐系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)途徑，是高速公路正常運(yùn)營的基礎(chǔ)保障。高速公路機(jī)電設(shè)備良好的工作狀態(tài)對于發(fā)揮高速公路的安全、舒適、快捷等高品質(zhì)服務(wù)起著舉足輕重的作用。

但是，高速公路機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高、設(shè)備昂貴。一方面，隨著高速公路路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，各種機(jī)電設(shè)備不斷的增多和升級換代，目前高速公路機(jī)電系統(tǒng)種類繁多、數(shù)量巨大、涉及領(lǐng)域廣泛，給高速公路的機(jī)電系統(tǒng)日常管理工作帶來嚴(yán)重困難。另一方面，由于高速公路的不間斷運(yùn)營特點(diǎn)，人們對高速公路機(jī)電設(shè)備也提出了高質(zhì)量的要求(中國資產(chǎn)評估協(xié)會(huì),機(jī)電設(shè)備評估基礎(chǔ)(注冊資產(chǎn)評估師執(zhí)業(yè)指南),經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社.2011)。

隨著使用年限的增加，高速公路機(jī)電設(shè)備必然會(huì)存在使用性，經(jīng)濟(jì)性等下降的現(xiàn)象，并對系統(tǒng)運(yùn)營產(chǎn)生不可忽視的影響(北京市首都公路發(fā)展集團(tuán)有限公司和北京工業(yè)大學(xué)編.首發(fā)集團(tuán)高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備使用壽命及維護(hù)維修定額研究(壽命分冊),2007)(劉楊,劉暢.淺析高速公路機(jī)電系統(tǒng)部分收費(fèi)車道設(shè)施壽命.湖南交通科技,第38卷第2期,2012)。在高速公路機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)管理工作之中，對機(jī)電設(shè)備的維護(hù)占去了管理工作的絕大部分精力，而這正反映了高速公路機(jī)電系統(tǒng)信息化智能化發(fā)展的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首次提出高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)概念，宏觀反映高速公路機(jī)電設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行及固定資產(chǎn)總體保有情況(肖丹.電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)評估方法與應(yīng)用.昆明：昆明理工大學(xué),2013)，對機(jī)電系統(tǒng)諸多設(shè)備進(jìn)行有效管理并對設(shè)備運(yùn)維資金進(jìn)行有效分配具有重要意義(zhangzhi-yong,chucheng-zan,zhuli-wei,fangzheng-peng.amethodofhighwayelectromechanicalsystemfacilitiesmaintenancequalityassessmentbasedonahpandfuzzytheory.ictis2011)。本發(fā)明遵循全面性，可操作性及科學(xué)性等原則，綜合分析高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響因素及各影響因素之間相互作用，合理選擇設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)多種數(shù)據(jù)類型的信息，建立高速公路機(jī)電系統(tǒng)總體健康指數(shù)多層次綜合評估框架。首先，本發(fā)明提出高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)基本概念，同時(shí)基于結(jié)構(gòu)化分析方法劃分高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)。其次，本發(fā)明根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備現(xiàn)有信息收集情況以及收集成本問題，選用設(shè)備基礎(chǔ)信息(設(shè)計(jì)壽命、投運(yùn)日期及當(dāng)前使用年限)以及原始維修日志記錄，基于老化指數(shù)模型評估及修正單一設(shè)備健康指數(shù)。最后，本發(fā)明以設(shè)備層每種設(shè)備的健康指數(shù)評估為基本，基于層次分析法(analytichierarchyprocess,簡稱ahp)(許樹柏編著.實(shí)用決策方法--層次分析法原理.天津大學(xué)出版社.1988)(navneetbhushanandkanwalrai.strategicdecisionmaking-applyingtheanalytichierarchyprocess.springer.2003)進(jìn)一步“由底向上”生成高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)各層級總體健康指數(shù)定量評價(jià)分析結(jié)果。

一種高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)評估方法包括如下步驟：

步驟1：建立高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)基本概念

所述高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)表征高速公路機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況健康程度，其為一個(gè)位于0和10之間的單一數(shù)值；

步驟2：構(gòu)建高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)

將高速公路機(jī)電系統(tǒng)總共分為如下五層：第一層表示整個(gè)路網(wǎng)，第二層為路段層，第三層為機(jī)電系統(tǒng)層，第四層為機(jī)電子系統(tǒng)層，第五層為設(shè)備層；

步驟3：基于老化指數(shù)模型的單一設(shè)備健康指數(shù)評估及修正，

在高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備層，首先計(jì)算每個(gè)設(shè)備的單一健康指數(shù)，通過均值等統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)直觀反映每種設(shè)備的整體健康指數(shù)的評估狀態(tài)，具體包括以下步驟；

步驟3.1：高速公路機(jī)電設(shè)備預(yù)期壽命分析

根據(jù)高速公路機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)檔案信息，得到各設(shè)備的預(yù)期壽命；

步驟3.2：基于老化模型的單一設(shè)備基礎(chǔ)健康指數(shù)b計(jì)算；

t1為當(dāng)前年限，t0為機(jī)電設(shè)備投運(yùn)年限，hi0為全新機(jī)電設(shè)備的健康指數(shù)，其值為0.5，hi1為機(jī)電設(shè)備在理想情況下達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)的健康指數(shù)值，其值為5.5；

步驟3.3基于老化模型的機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)健康指數(shù)的修正

根據(jù)每一設(shè)備在原始維修日志中出現(xiàn)的次數(shù)以及每次故障的缺陷等級情況，求得故障歷史修正系數(shù)fh和缺陷修正系數(shù)fd，對單一設(shè)備基于老化模型的基礎(chǔ)健康指數(shù)進(jìn)行修正；

步驟4：基于層次分析法的高速公路組成結(jié)構(gòu)各層級健康指數(shù)定量評價(jià)

根據(jù)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu),并以設(shè)備層每種設(shè)備的健康指數(shù)評估為基礎(chǔ)，進(jìn)一步由底向上計(jì)算高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)各層級總體健康指數(shù)定量評價(jià)分析結(jié)果；首先分析高速公路路段層與系統(tǒng)層的兩兩比較判斷矩陣，并計(jì)算最終的加權(quán)列表，其它的相鄰層次兩兩比較判斷矩陣及最終加權(quán)的計(jì)算通過同樣的方法可以依次得到。

根據(jù)層次分析法理論，針對各相鄰層級，以上一層次的某元素(比如路段層中的京藏高速)作為準(zhǔn)則，分別通過以下所列的層次分析法標(biāo)準(zhǔn)步驟獲得下一層次各元素(比如機(jī)電系統(tǒng)層的辦公設(shè)施、防雷保護(hù)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、其他設(shè)施、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等7項(xiàng)元素)的權(quán)向量：1)構(gòu)造判斷矩陣并賦值；2)計(jì)算權(quán)向量并檢驗(yàn)；

依據(jù)層次分析法具體實(shí)施步驟，首先需要針對當(dāng)前層次各元素進(jìn)行兩兩比較，采用9級定性指標(biāo)進(jìn)行判斷矩陣的專家評定；比較第i個(gè)元素與第j個(gè)元素相對上一層某個(gè)因素的相對重要性時(shí)，使用數(shù)量化的相對權(quán)重aij來描述，其中i,j分別代表當(dāng)前層次的任一元素；設(shè)共有n個(gè)元素(比如機(jī)電系統(tǒng)層7項(xiàng)元素)參與比較，則a＝(aij)n×n稱為成對比較矩陣；按下述標(biāo)度進(jìn)行賦值(aij在1～9及其倒數(shù)中間取值)：

●aij＝1，元素i與元素j對上一層次因素的重要性相同；

●aij＝3，元素i比元素j略重要；

●aij＝5，元素i比元素j重要；

●aij＝7，元素i比元素j重要得多；

●aij＝9，元素i比元素j的極其重要；

●aij＝2n，n＝1,2,3,4，元素i與j的重要性介于aij＝2n-1與aij＝2n+1之間；

●aij＝1/n，n＝1,2,...,9，當(dāng)且僅當(dāng)aji＝n；備注：當(dāng)i＝j(luò)時(shí)候，aij＝1；

其次，計(jì)算層次總排序，即進(jìn)行各元素權(quán)重的求解；基于該權(quán)向量就可以逐級得到總體健康指標(biāo)評估；最終實(shí)現(xiàn)由每種設(shè)備各自健康指數(shù)的分析推廣到更高層次的各系統(tǒng)總體健康指數(shù)的評估。

作為優(yōu)選，步驟2中各層的結(jié)構(gòu)具體為：

第一層表示整個(gè)路網(wǎng)，包括了該地區(qū)內(nèi)所有的高速公路；

第二層為路段層，分別對應(yīng)各種具體的聯(lián)絡(luò)高速公路通道；

第三層為機(jī)電系統(tǒng)層，表示共同組成各種實(shí)際機(jī)電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，包括了監(jiān)控系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)，辦公設(shè)施，防雷保護(hù)系統(tǒng)；

第四層為機(jī)電子系統(tǒng)層，表示各種機(jī)電子系統(tǒng)具體組成，；

第五層為設(shè)備層，由組成特定子系統(tǒng)的各類設(shè)備所構(gòu)成，當(dāng)然各類設(shè)備由同一種類的多個(gè)單一設(shè)備組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明首次提出高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)概念，綜合宏觀反映高速公路機(jī)電設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行及固定資產(chǎn)總體保有情況,對機(jī)電系統(tǒng)諸多設(shè)備進(jìn)行有效管理并對設(shè)備運(yùn)維資金進(jìn)行有效分配具有重要意義。

(2)本發(fā)明遵循全面性，可操作性及科學(xué)性等原則，綜合分析高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響因素及各影響因素之間相互作用，合理選擇設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)多種數(shù)據(jù)類型的信息，建立高速公路機(jī)電系統(tǒng)總體健康指數(shù)的合理及可行的多層次綜合評估框架。

(3)本發(fā)明提出一種基于層次分析法與老化指數(shù)模型修正的高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)評估方法。由高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)基本概念及層級組成結(jié)構(gòu)出發(fā)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)的計(jì)算具體包括兩部分內(nèi)容：1)每種設(shè)備的健康指數(shù)評估——基于老化指數(shù)模型的單一設(shè)備健康指數(shù)評估及修正；2)各層次總體健康指數(shù)評估——基于層次分析法的各層次總體健康指數(shù)定量評價(jià)分析。

附圖說明

圖1本發(fā)明所涉及方法的總體框圖；

圖2高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)；

圖3高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)計(jì)算框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于層次分析法和老化指數(shù)模型修正的高速公路機(jī)電系統(tǒng)健康指數(shù)評估方法，包括如下步驟：

步驟1：高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)基本概念

高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)是在對高速公路機(jī)電設(shè)備各類信息數(shù)字轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況，計(jì)算出的一個(gè)位于0和10之間的單一數(shù)值。釆用健康指數(shù)表征高速公路機(jī)電設(shè)備的健康程度，不同的數(shù)值代表設(shè)備不同的狀態(tài)。0代表機(jī)電設(shè)備處于最好的狀態(tài)，10代表機(jī)電設(shè)備處于最差的狀態(tài)。健康指數(shù)綜合反映系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況。

步驟2：高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)目前高速公路建設(shè)、管理及運(yùn)維的現(xiàn)有模式，針對某地區(qū)(一般為省市級行政區(qū))的高速公路路網(wǎng)組成，基于結(jié)構(gòu)化分析方法，可將高速公路機(jī)電系統(tǒng)總共分為五層，如圖2所示：

第一層表示整個(gè)路網(wǎng)，包括了該地區(qū)內(nèi)所有的高速公路；

第二層為路段層，分別對應(yīng)各種具體的聯(lián)絡(luò)高速公路通道，比如京藏、通燕及京津二通道等；

第三層為機(jī)電系統(tǒng)層，表示共同組成各種實(shí)際機(jī)電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，包括了監(jiān)控系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)，辦公設(shè)施，防雷保護(hù)系統(tǒng)等各種類別的機(jī)電系統(tǒng)；

第四層為機(jī)電子系統(tǒng)層，表示各種機(jī)電子系統(tǒng)具體組成，比如收費(fèi)系統(tǒng)就包括報(bào)警子系統(tǒng)，收費(fèi)車道子系統(tǒng)，收費(fèi)傳輸子系統(tǒng)，收費(fèi)輔助設(shè)備，收費(fèi)計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)及收費(fèi)音頻、視頻子系統(tǒng)等。其它機(jī)電系統(tǒng)的子系統(tǒng)也有類似的劃分；

第五層為設(shè)備層，由組成特定子系統(tǒng)的各類設(shè)備所構(gòu)成，當(dāng)然各類設(shè)備由同一種類的多個(gè)單一設(shè)備組成；

步驟3：基于老化指數(shù)模型的單一設(shè)備健康指數(shù)評估及修正；

根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備現(xiàn)有的信息收集情況以及收集成本問題，本發(fā)明選用設(shè)備基礎(chǔ)信息(設(shè)計(jì)壽命、投運(yùn)日期及當(dāng)前使用年限)以及原始維修日志記錄作為單一設(shè)備健康指數(shù)評估及修正的基礎(chǔ)。在高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備層，首先計(jì)算每個(gè)設(shè)備的單一健康指數(shù)(見圖3)。通過均值等統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)直觀反映每種設(shè)備的整體健康指數(shù)的評估狀態(tài)；

步驟3.1：高速公路機(jī)電設(shè)備預(yù)期壽命分析；

針對京藏高速公路機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)檔案信息，整理各設(shè)備的預(yù)期壽命，以方便應(yīng)用基于老化模型計(jì)算基礎(chǔ)健康指數(shù)。

步驟3.2：基于老化模型的單一設(shè)備基礎(chǔ)健康指標(biāo)計(jì)算；

有效計(jì)算高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)的所需數(shù)據(jù)可分為兩類，第一類是直接反映機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，如機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行年限等，這類數(shù)據(jù)直觀的反映了理想狀態(tài)下的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，因此將其用于高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)的計(jì)算中。

老化健康指數(shù)是直接和設(shè)備老化進(jìn)程相關(guān)的健康指數(shù)分量，主要考慮設(shè)備運(yùn)行年限和平均使用壽命，可得計(jì)算公式如下：

b為基于老化模型的單一設(shè)備基礎(chǔ)健康指數(shù)，t1為當(dāng)前年限，t0為機(jī)電設(shè)備投運(yùn)年限，hi0為全新機(jī)電設(shè)備的健康指數(shù)，其值為0.5，即當(dāng)t1-t0＝0時(shí)的健康指數(shù)為0.5。因此，只要上式中的參數(shù)都確定就可以計(jì)算出當(dāng)前年份機(jī)電設(shè)備的健康指數(shù)。此外，定義hi1為該機(jī)電設(shè)備在理想情況下達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)的健康指數(shù)，其值為5.5。故而，老化健康指數(shù)還應(yīng)局限在一定的范圍內(nèi)，即當(dāng)計(jì)算結(jié)果超出區(qū)間上(下)限時(shí)，健康指數(shù)為區(qū)間上(下)限值。

0.5＜hi1＜5.5

步驟3.3基于老化模型的機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)健康指數(shù)的修正；

第二類有效計(jì)算高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)的所需數(shù)據(jù)是間接反映高速公路機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，如設(shè)備外觀情況、故障及缺陷記錄等，這類數(shù)據(jù)間接表征了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)之間的差異，因此將其用于高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)的修正。這些數(shù)據(jù)主要從原始維修記錄日志中獲取，其無疑有效地間接表征了機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的信息。對高速公路機(jī)電設(shè)備而言，主要有以下兩種修正系數(shù)：

1)故障歷史修正系數(shù)fh：

故障歷史修正系數(shù)fh根據(jù)統(tǒng)計(jì)的高速公路機(jī)電設(shè)備故障次數(shù)對基礎(chǔ)健康水平指數(shù)進(jìn)行修正，見表1高速公路機(jī)電設(shè)備故障歷史修正系數(shù)。

表1高速公路機(jī)電設(shè)備故障歷史修正系數(shù)fh

2)缺陷修正系數(shù)fd：

缺陷修正系數(shù)fd是根據(jù)缺陷記錄表中的分級進(jìn)行判定的。根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備故障缺陷劃分標(biāo)準(zhǔn)，將缺陷等級分為三個(gè)等級：1為一般缺陷；2為重大缺陷；3為緊急缺陷。按照表2得到缺陷等級對應(yīng)分?jǐn)?shù)，缺陷等級為1對應(yīng)的缺陷分?jǐn)?shù)為1，缺陷等級為2對應(yīng)缺陷分?jǐn)?shù)為1.45，等級3對應(yīng)的分?jǐn)?shù)為1.85。

表2高速公路機(jī)電設(shè)備缺陷等級對應(yīng)分?jǐn)?shù)

高速公路機(jī)電設(shè)備投入運(yùn)行開始所有缺陷分?jǐn)?shù)相加得到該臺(tái)設(shè)備的缺陷總分。機(jī)電設(shè)備缺陷總分值對應(yīng)的缺陷修正系數(shù)fd如表3所示。缺陷總分?jǐn)?shù)等于0時(shí)對應(yīng)的缺陷修正系數(shù)為0.95；缺陷總分?jǐn)?shù)大于0且小于2時(shí)對應(yīng)修正系數(shù)為1；缺陷總分?jǐn)?shù)大于2且小于5時(shí)對應(yīng)修正系數(shù)為1.05；缺陷總分?jǐn)?shù)大于5且小于8時(shí)對應(yīng)修正系數(shù)為1.15；缺陷總分?jǐn)?shù)大于8且小于20時(shí)對應(yīng)的缺陷修正系數(shù)為1.4。

表3高速公路機(jī)電設(shè)備缺陷總分對應(yīng)的修正系數(shù)fd

步驟4：基于層次分析法的高速公路組成結(jié)構(gòu)各層級健康指數(shù)定量評價(jià)

健康指數(shù)不僅能夠反映單一設(shè)備(及同類設(shè)備)的運(yùn)行狀態(tài)，還可以針對高速公路組成結(jié)構(gòu)各層級的機(jī)電系統(tǒng)，分析機(jī)電設(shè)備整體的健康指數(shù)，直觀反映高速公路系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的整體狀態(tài)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)充分反映了低一級系統(tǒng)與其隸屬系統(tǒng)之間的關(guān)系，而層次分析法可以很好地解決由低一級系統(tǒng)合成高一級系統(tǒng)綜合評價(jià)的權(quán)向量計(jì)算問題。層次分析法不僅適用于存在不確定性和主觀信息的情況，還允許以合乎邏輯的方式運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)、洞察力和直覺。它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。

所需要做的工作就是根據(jù)此高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)，以設(shè)備層每種設(shè)備的健康指數(shù)評估為基本，進(jìn)一步“由底向上”生成高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)各層級總體健康指數(shù)定量評價(jià)分析結(jié)果。根據(jù)層析分析法理論，該部分的核心內(nèi)容是針對各路段機(jī)電設(shè)備的組成層級結(jié)構(gòu)，計(jì)算各相鄰兩層次之間對于系統(tǒng)整體健康指數(shù)定性評估的權(quán)重系統(tǒng)。

本發(fā)明根據(jù)層次分析法理論，針對各相鄰層級，以上一層次的某元素(比如路段層中的京藏高速)作為準(zhǔn)則，分別通過以下所列的層次分析法標(biāo)準(zhǔn)步驟獲得下一層次各元素(比如機(jī)電系統(tǒng)層的辦公設(shè)施、防雷保護(hù)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、其他設(shè)施、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等7項(xiàng)元素)的權(quán)向量：1)構(gòu)造判斷矩陣并賦值；2)計(jì)算權(quán)向量并檢驗(yàn)；

依據(jù)層次分析法具體實(shí)施步驟，首先需要針對當(dāng)前層次各元素進(jìn)行兩兩比較，采用9級定性指標(biāo)進(jìn)行判斷矩陣的專家評定；比較第i個(gè)元素與第j個(gè)元素相對上一層某個(gè)因素的相對重要性時(shí)，使用數(shù)量化的相對權(quán)重aij來描述，其中i,j分別代表當(dāng)前層次的任一元素；設(shè)共有n個(gè)元素(比如機(jī)電系統(tǒng)層7項(xiàng)元素)參與比較，則a＝(aij)n×n稱為成對比較矩陣；按下述標(biāo)度進(jìn)行賦值(aij在1～9及其倒數(shù)中間取值)：

●aij＝1，元素i與元素j對上一層次因素的重要性相同；

●aij＝3，元素i比元素j略重要；

●aij＝5，元素i比元素j重要；

●aij＝7，元素i比元素j重要得多；

●aij＝9，元素i比元素j的極其重要；

●aij＝2n，n＝1,2,3,4，元素i與j的重要性介于aij＝2n-1與aij＝2n+1之間；

●aij＝1/n，n＝1,2,...,9，當(dāng)且僅當(dāng)aji＝n。備注：當(dāng)i＝j(luò)時(shí)候，aij＝1。

其次，計(jì)算層次總排序，即進(jìn)行各元素權(quán)重的求解?；谠摍?quán)向量就可以逐級得到總體健康指標(biāo)評估。最終實(shí)現(xiàn)由每種設(shè)備各自健康指數(shù)的分析推廣到更高層次的各系統(tǒng)總體健康指數(shù)的評估。

本發(fā)明實(shí)施例在安裝win7和excel2007的pc機(jī)上實(shí)現(xiàn)。主要采用京藏高速公路(北京段)的具體數(shù)據(jù)，包括該高速公路路段機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)檔案信息及近四年的機(jī)電系統(tǒng)維修日志清單數(shù)據(jù)兩部分。其中，第一部分?jǐn)?shù)據(jù)主要記錄了京藏高速公路各設(shè)備的名稱，所屬系統(tǒng)，所屬子系統(tǒng)，所在地，投入運(yùn)營時(shí)間，設(shè)備年限等重要信息，而第二部分?jǐn)?shù)據(jù)則記錄了各次維修的相關(guān)信息，包括故障設(shè)備名稱，所屬系統(tǒng)(子系統(tǒng))，所在地，安裝位置，報(bào)修、開始及結(jié)束時(shí)間，故障描述，維修過程等重要信息。

本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1：高速公路機(jī)電設(shè)備健康指數(shù)基本概念

表4健康指數(shù)與機(jī)電設(shè)備狀態(tài)大致對應(yīng)關(guān)系

表4表示了健康指數(shù)與機(jī)電設(shè)備狀態(tài)大致對應(yīng)關(guān)系。健康指數(shù)處于0～4之間表明盡管已經(jīng)使用了一段時(shí)間，機(jī)電設(shè)備的性能依舊是優(yōu)良的。在這種情況下，機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障的概率仍處于比較低的水平，機(jī)電設(shè)備的健康指數(shù)和故障發(fā)生概率在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有太大的變化。

健康指數(shù)處于4～5.5之間表明機(jī)電設(shè)備已存在明顯的老化，但仍處于機(jī)電設(shè)備正常老化的范圍，此時(shí)機(jī)電設(shè)備處于良好的狀態(tài)。在這種情況下，機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障的概率雖然比較低，但已經(jīng)幵始逐漸上升，老化率也逐漸增大。

健康指數(shù)處于5.5～7之間表明機(jī)電設(shè)備存在嚴(yán)重的老化，老化程度已經(jīng)超出了正常的老化范圍，機(jī)電設(shè)備處于差的運(yùn)行狀態(tài)，故障發(fā)生概率明顯增加。這種情況下，需要進(jìn)一步分析導(dǎo)致此類設(shè)備狀態(tài)的真實(shí)原因，進(jìn)而采取相應(yīng)措施，有效地改善設(shè)備的狀況,使其發(fā)揮最大的作用。

健康指數(shù)處于7～10之間表明機(jī)電設(shè)備處于極差的運(yùn)行狀態(tài)，需要考慮對其進(jìn)行更換。在這種情況下，機(jī)電設(shè)備的故障概率很高。

步驟2：高速公路機(jī)電系統(tǒng)的層級組成結(jié)構(gòu)；

針對京藏高速公路所有設(shè)備的原始年限清單數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，依次根據(jù)所屬系統(tǒng)，所屬子系統(tǒng)，設(shè)備名稱等核心屬性進(jìn)行逐級細(xì)分,可將高速公路機(jī)電系統(tǒng)總共分為五層(見圖2)：京藏高速主要由如下7大系統(tǒng)組成(并附所包括的設(shè)備的總數(shù))：1)辦公設(shè)施(375)；2)防雷保護(hù)系統(tǒng)(183)；3)供配電系統(tǒng)(227)；4)監(jiān)控系統(tǒng)1320；5)其他設(shè)施(24)；6)收費(fèi)系統(tǒng)(5342)；7)通信系統(tǒng)(437)。各系統(tǒng)又進(jìn)一步可細(xì)分為子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)包含多種設(shè)備。以收費(fèi)系統(tǒng)舉例可見表5。

表5京藏高速公路收費(fèi)系統(tǒng)組成層次結(jié)構(gòu)

步驟3：基于老化模型的單一設(shè)備健康指數(shù)評估及修正(見圖3)

步驟3.1：高速公路機(jī)電設(shè)備預(yù)期壽命分析。

在京藏路段的資產(chǎn)檔案設(shè)備清單中，很多設(shè)備的預(yù)期壽命很難由參考資料直接獲得。而且，還有一些設(shè)備，比如etc欄桿機(jī)及手動(dòng)欄桿機(jī)等，給定的平均預(yù)期壽命單位為次數(shù)，不能簡單換算為時(shí)間單位(萬小時(shí)或年)方便健康指數(shù)的計(jì)算，需要通過相關(guān)信息輔助換算(車流量信息等)。

本發(fā)明通過下面一系列處理補(bǔ)齊了所有有效設(shè)備的預(yù)期壽命清單：1)同類型設(shè)備對比；2)利用經(jīng)濟(jì)壽命替代，比如最少平均費(fèi)用法(根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備維護(hù)維修定額中的基價(jià)以及每年維護(hù)費(fèi)進(jìn)行計(jì)算)，有效解決預(yù)期壽命單位為次數(shù)的這些設(shè)備的預(yù)期壽命；3)考慮未能獲取預(yù)期壽命這些設(shè)備的所占的比重，以及在層次分析法逐級加權(quán)綜合分析中的權(quán)重，不能進(jìn)行同類型設(shè)備對比，但數(shù)量太少，對最終的指標(biāo)沒有太多影響的設(shè)備(在層次分析法逐級加權(quán)綜合分析中的權(quán)重也太小)直接刪除不予考慮。最終，京藏高速公路機(jī)電系統(tǒng)預(yù)期壽命整理如表6所示。最終完成所有能夠找到預(yù)期壽命數(shù)值(并能夠換算成以時(shí)間為單位)的設(shè)備的基于老化模型的基礎(chǔ)健康水平指數(shù)。

表6高速公路收費(fèi)系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備預(yù)期壽命

步驟3.2：基于老化模型的單一設(shè)備基礎(chǔ)健康指標(biāo)計(jì)算；

理想情況下運(yùn)行到平均使用壽命的機(jī)電設(shè)備的健康指數(shù)為5.5，通常情況下某種機(jī)電設(shè)備的平均使用壽命為30年，取t1-t0＝＝30，代入式(1)得：

5.5＝0.5e^b×30

可計(jì)算得到：

步驟3.3：基于老化模型的機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)健康指數(shù)的修正；

通過查找京藏高速機(jī)電設(shè)備近幾年(自2011年起到2014年上半年)的原始維修日志，仔細(xì)分析京藏高速公路機(jī)電系統(tǒng)資產(chǎn)檔案中所有現(xiàn)有設(shè)備的故障歷史信息及缺陷信息，即每一設(shè)備在原始維修日志中出現(xiàn)的次數(shù)以及每次故障的評價(jià)等級(缺陷等級)情況，求得故障歷史修正系數(shù)fh和缺陷修正系數(shù)fd，對單一設(shè)備基于老化模型的基礎(chǔ)健康指數(shù)進(jìn)行修正?？傮w的趨勢保證運(yùn)行良好設(shè)備的健康指數(shù)低值微調(diào)，而運(yùn)行狀態(tài)不良設(shè)備的健康指數(shù)能夠需要適度地向高值調(diào)整。這樣保證即使同一類設(shè)備，各具體設(shè)備的健康指數(shù)也不會(huì)相同，反映了各自的運(yùn)行狀態(tài)。

步驟4：基于層次分析法的高速公路組成結(jié)構(gòu)各層級健康指數(shù)定量評價(jià)

針對京藏路段機(jī)電設(shè)備的層級組成結(jié)構(gòu)，計(jì)算各設(shè)備對于系統(tǒng)整體健康指數(shù)定性評估的權(quán)重關(guān)系。本發(fā)明主要采用多位專家打分并求平均的方法得到綜合判斷矩陣。每位專家根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備的理解進(jìn)行兩兩比較的重要性的判斷。必須保證基本的共識(shí)，比如收費(fèi)系統(tǒng)在系統(tǒng)一級肯定最重要，而收費(fèi)車道子系統(tǒng)則在收費(fèi)系統(tǒng)各子系統(tǒng)中最重要。按照層次分析法的思路，在層次結(jié)構(gòu)中依次分析下一層次元素與上一層次元素的權(quán)重關(guān)系，即各層次判斷矩陣，并得到最終的排序列表。具體步驟如下所示：1)首先分析高速公路路段層與系統(tǒng)層的兩兩比較判斷矩陣，并計(jì)算最終的加權(quán)列表。其它的相鄰層次兩兩比較判斷矩陣及最終加權(quán)的計(jì)算通過同樣的方法可以依次得到。2)針對京藏路段機(jī)電設(shè)備的層級組成結(jié)構(gòu)，計(jì)算各設(shè)備對于系統(tǒng)整體健康指數(shù)定性評估的權(quán)重關(guān)系。

表7表示了基于層次分析法的層級健康指數(shù)權(quán)重計(jì)算結(jié)果。為了節(jié)省空間的考慮，這兒只列出了針對特定高速公路路段(比如京藏高速)，各種機(jī)電系統(tǒng)兩兩比較相對于該路段的重要性比較以及最終計(jì)算得到的各機(jī)電系統(tǒng)綜合權(quán)重向量計(jì)算結(jié)果。

表7基于層次分析法的層級權(quán)重計(jì)算

通過以上步驟的處理，基于層次分析法的權(quán)值計(jì)算結(jié)果，通過各單一設(shè)備健康指數(shù)的計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行加權(quán)和的處理過程，可以得到高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)各層級的健康指數(shù)評價(jià)結(jié)果。針對現(xiàn)有設(shè)備記錄清單數(shù)據(jù)，可以得到，京藏高速公路機(jī)電系統(tǒng)的整體健康指數(shù)為8.198232148，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5.5，而且逼近10。因此，京藏高速公路機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)處于故障多發(fā)階段，需要盡快進(jìn)行整體的修繕，保證現(xiàn)有機(jī)電系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

最后應(yīng)說明的是：以上示例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的示例對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。