一种地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法

1.本发明涉及救援人员状态监测及效能评估领域，具体而言，涉及一种用于地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法。


背景技术：

2.灾害救援现场往往地形地势复杂，特别是地下隧道、矿洞等地下空间，该救援现场往往呈现出“盲、狭、乱、危”等特点，在救援人员进入其中搜救过程中，往往会出现“茫不识路”“累不自知”的情况，救援人员状态的实时监测非常有必要。随着国内地下及遮蔽空间规模不断增加、环境日益复杂，救援人员状态监测需求和难度也相应增加，监测系统的应用效能也相应的需要提高。如何对状态监测分析系统的应用效能进行有效评价成为救援人员状态监测领域的重点问题。
3.现有技术中提供了一种基于加权离差平方和最大的装备作战效能动态评估方法、设备和存储介质。该方法基于作战效能差异评估值和作战效能变化评估值计算综合评估值，根据综合评估值评估装备作战效能。但是，该评估方法不适用于地下及遮蔽空间环境下救援人员状态监测系统效能评估。
4.现有技术中还提供了一种基于效用函数法的抗震救灾装备效能评估方法，该方法通过构建抗震救灾装备效能评估指标体系、归一化效能评估指标、层次分析法确定指标权重、建立抗震救灾装备效能评估模型，对抗震救灾装备效能进行评估。但该方法评估结果精度不高。
5.现有技术中还提供了一种基于复杂网络的突发事件应急救援系统效能评估方法。该方法通过000a-multi-layer分析方法对应急救援系统分析，利用复杂网络构建由信息层、指挥控制层和任务层组成的动态可变的应急救援系统效能评估模型，构建和形成了应急救援系统整体效能指标。但是，该方法不适用于救援人员状态监测系统效能评估。
6.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明实施例提供了地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法，以至少解决地下及遮蔽空间环境下救援人员状态监测系统效能评估方法缺乏的问题。
8.为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法，所述方法包括：首先基于地下及遮蔽空间救援人员状态监测需求和标准、规范、论文等文献资料确定救援人员状态监测系统效能的主要影响因素，包括：生命体征监测能力、运动状态监测能力、周围环境监测能力和设备状态监测能力四类主要因素，并以此四类主要因素为基础进一步细分为21个二级影响因素；然后构建监测系统效能评估指标因素集，并采用层次分析方法确定各评估指标因素的权重；最后，构建效能评估结果集，确定各指标因素的隶属度，建立模糊综合评价矩阵，对救援人员状态监测
系统效能进行评价。
9.救援人员状态监测系统的生命体征监测能力、运动状态监测能力、环境监测能力、设备状态监测能力越强，对救援人员状态的监测效能越高，救援效率和人员安全就能得到更好的保障。
10.s102：构建救援人员状态监测系统效能评估因素集及层次结构模型
11.因素集是以影响评价对象的各种因素为元素所组成的一个集合。地下及遮蔽空间灾害现场环境复杂，人员状态受多种因素影响，基于地下及遮蔽空间救援人员状态监测需求和标准等文件，从生命体征监测能力、运动状态监测能力、周围环境监测能力和设备状态监测能力四个方面整理和汇集相关的因素，采用专家打分法从整理的因素中筛选关键因素构建救援人员状态监测系统效能评估因素集，并将筛选的因素按照四大类进行分层分级梳理，构建层次结构模型。
12.s104：建立监测系统效能评估结果集
13.结果集是评价者对评价对象可能做出的各种结果所组成的集合，根据实际情况的需要，用不同的等级、评语或数字来表示。对救援人员状态监测系统效能评估可能存在的结果进行分析，构建描述系统效能程度的评价等级。
14.s106：采用层次分析法确定各因素的综合权重
15.采用层次分析法有关因素之间的关系分类而形成一个多层次的结构模型。通过构建层次结构模型，使复杂多样的关键因素系统化、结构化和数据化，将所构建的层次结构模型作为输入，进行相对权重计算和有效性检验，并基于检验结果进行层级数据调整直至满足有效性检验；然后，进行各底层因素的综合权重计算和有效性检验，基于检验结果进行模型调整直至满足有效性检验，从而获得更为精确的因素综合权重，进而可以量化分析比较。
16.s108：确定隶属度，构建模糊综合评价矩阵
17.隶属度用来表示评价对象对评语集的归属程度。隶属度的值通常介于0和1之间，其中0表示不匹配或完全不相似，1表示完全匹配或完全相似。若评价因素集u中第i个元素对评价结果集v中第1个元素的隶属度为r
i1
，则第i个单因素隶属于n个评价结果集元素的结果用模糊集合表示为：ri＝(r
i1
，r
i2
，
…
，r
in
)，以m个单因素评价集r1，r2，
…
，rm为行组成模糊综合评价矩阵r
m*n
。
18.s110：确定模糊综合评价结果，进行效能评估
19.确定模糊综合评价矩阵r
m*n
和层次分析法获得的因素权向量a之后，通过模糊变化将评估因素集u上的模糊向量a变为评估结果集v上的模糊向量b，即其中称为综合评价合成算子。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1是根据本发明实施例的一种用于地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法的总体流程示意图；
22.图2是本发明的步骤s102中构建的评价指标层次结构模型图；
23.图3是本发明中步骤s106中计算各底层因素综合权重的流程图；
24.图4是本发明实施例输出的各因素综合权重饼状图；
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
28.根据本发明实施例，提供的一种地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法，如图1所示，包括如下步骤：
29.步骤s102.构建救援人员状态监测系统效能评估因素集及层次结构模型
30.在一个示例性实施例中，基于标准、规范和相关论文等文献资料收集整理救援现场人员及装备监测相关的指标因素，形成初步的效能评估指标因素库，然后组织行业内专家从现有的评价指标库筛选和专家凭借行业经验补充的方式确定地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估关键指标因素，指标重点围绕生命体征监测能力、运动状态监测能力、周围环境监测能力和设备状态监测能力四个方面筛选，基于关键指标因素构建效能评估因素集。
31.在一个示例性实施例中，选取21项指标因素构建地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估因素集，并对这21项因素进行分层分级梳理，效能评估因素集用u表示，u＝(u1，u2，..，u
21
)，其中，ui表示影响评价对象的第i个因素。这些因素，通常都具有不同程度的模糊性。本实施例中，救援人员状态监测系统效能评估因素集中，u1表示心率监测、u2表示血压监测、u3表示血氧饱和度监测、u4表示体温监测、u5表示耗氧量监测、u6表示疲劳监测、u7表示呼吸频率监测、u8表示运动姿势监测、u9表示定位定向监测、u
10
表示步态特征监测、u
11
表示有毒有害气体监测、u
12
表示空间地图构建能力、u
13
表示空间参数测量能力、u
14
表示视觉信息感知、u
15
环境氧气浓度监测、u
16
表示监测系统重量、u
17
表示监测系统工作时长、u
18
表示通讯功能、u
19
表示系统防护等级、u
20
表示监测系统准确性、u
21
表示监测系统稳定性。
32.构建层次结构模型，所述层次结构模型包含了对地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能有影响的重要因素、以及层次结构模型不同层级中各因素之间的从属关系；在本实施例中，建立的地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能指标因素层次结构模型如图2所示。所示的层次结构模型为三层结构，第一层为评价目标层，即地下及遮蔽空间救援
人员状态监测系统效能；第二层为准则层，即生命体征监测能力、运动状态监测能力、周身环境监测能力和监测系统状态四大类监测能力；第三层为底层指标层，即筛选获得的综合效能评估所需的21个具体指标因素。
33.步骤s104.建立监测系统效能评估结果集
34.救援人员状态监测系统效能评估结果集是监测系统效能评估结果等级的集合，本实施例中用v表示评价结果集，v＝(v1，v2，
…
，vn)，其中元素vj代表第j种评价结果，可以根据实际情况的需要，用不同的等级、评语或数字来表示；本实施例中，将评价结果划分为五个等级，评价集为：v＝(v1，v2，v3，v4，v5)，其中，v1，v2，v3，v4，v5分别表示：非常好、很好、较好、一般、不好。
35.步骤s106.采用层次分析法确定各因素的综合权重
36.构建判断矩阵，根据本实现方式，针对层次结构模型中各层级各类因素构建两两重要性判断矩阵，首先需要为每类因素集合中的各个关键因素构建相应的判断矩阵。
37.在判断矩阵的构造过程中，通过各因素之间相互两两比较，可使用标度为1、0、-1的两两判断矩阵进行构建，如公式(1)所示：
[0038][0039]
式中，c
ij
为某因素集合中第i个评价因素ui和第j评价因素uj对监测系统效能影响的重要性的对比结果，i和j分别为评价因素ui和评价因素uj的下标序号，是小于n的数字，此处的n表示该因素集合的总个数，比如该因素集合包括图2中第二层的4个因素，则n＝4。
[0040]
需要注意的是，对于判断矩阵中的每个重要性判断结果，可以通过专家决策和工人判断获得，判断结果按照式(1)进行数值化。另外，重要性对比结果也可以根据预设的判断规则自动进行判断，并根据判断结果构建判断矩阵。
[0041]
例如，对图2中“地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能”下属评价指标“生命体征监测能力、运动状态监测能力、周身环境监测能力、监测设备状态”因素构造判断矩阵，如下表格1所示，以得出生命体征监测能力对效能评估的影响程度优于运动状态监测能力，所以，在第一行第二列填1，反之在第二行第一列填-1，由于生命体征监测能力与生命体征监测能力自身优劣相同，所以在第一行第一列填0。通过类似的两两比较，可以构建出由1、0、-1组成的判断矩阵。
[0042]
表1地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能下级指标两两判断矩阵
[0043]
[0044][0045]
针对所述的层次结构模型，通过逐层数据处理，可以得到当前层级中各个关键因素在该层级中的相对权重，并对这些相对权重的有效性进行检验。如果检验结果不通过，就需要对当前层级的处理数据进行调整，直到所有层级中的相对权重均通过检验为止。
[0046]
根据所述的层次结构模型中层级关键因素的相对权重，计算底层各关键因素在层次结构模型中的综合权重。然后对这些综合权重的有效性进行检验。如果检验结果不通过，需要对层次结构模型进行调整，并重新执行逐层数据处理的步骤，直到底层的综合权重通过检验为止。
[0047]
在本实现方式中，为了使相对权重的计算结果具有有效性，应使所构建的判断矩阵的合理性和不一致程度在容许范围内，因此，需要对层次结构模型中各层级各类因素都进行一致性检验。根据图2所示的层次结构模型，第二层的四大类因素构成一个因素集合，第三层的因素构成四个因素集合。由于一个因素集合对应一个判断矩阵，每个判断矩阵可以对应计算一个一致性指标，各因素集合可按照下面公式(2)计算其一致性指标：
[0048][0049]
式中，n为判断矩阵的阶数，λ
max
为判断矩阵的最大特征值；ci＝0时具有完全一致性；ci越大，不一致性越严重。
[0050]
然后，按照下面公式(3)计算一致性比率：
[0051][0052]
其中，ri为随机性指标，是通过satty模拟1000次得到的随机一致性指标，随机性指标取值表如表2所示。
[0053]
表2 ri随机性指标取值表
[0054]
矩阵阶数ri矩阵阶数ri1071.322081.4130.5891.4540.90101.4951.12111.5161.24121.54
[0055]
ri根据判断矩阵的阶数取值，通过公式(2)、(3)计算出cr。当cr＜0.1时，则通过一致性检验，反之则不通过，不通过则需要对判断矩阵进行比较和调整，直到一致性检验通过为止。
[0056]
在本技术实施例的一种实现方式中，s106中的“根据效能评估层次结构模型各层级关键因素的相对权重，生成层次结构模型中底层各因素在层次结构模型中的综合权重”，
可以包括：对于层级结构模型底层的每一关键因素，将该因素的相对权重与该因素的每一上级因素的相对权重进行相乘，并将乘积作为该因素的综合权重。
[0057]
在本实施例中，通过层次分析算法输出综合权重结果如图4所示，输出结果为每个因素对于地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估的综合权重，基于获得的各因素综合权重构建综合权重集，用a表示：a＝(a1，a2，
…
，an)
[0058]
步骤s108.确定隶属度，构建模糊综合评价矩阵
[0059]
隶属度可以通过专家评审打分获得，通过对评估因素集中各元素隶属于评估结果集中每个元素的程度进行打分，组织k位专家对21个因素集元素隶属进行打分，获得k个专家评分表，第k位专家的打分表如表3所示。
[0060]
表3专家打分表(隶属度)
[0061][0062]
k位专家对于评估因素集的第i个元素的隶属度进行打分获得的评分矩阵a
l
如公式(4)所示。其中，表示第k位专家对于评估因素集第i个元素隶属于评估结果集第n个元素的隶属度评分，共形成21个因素隶属评分矩阵。
[0063][0064]
为了评估结果更合理，求取各专家的评分均值作为隶属度值，则评估因素集中第i个元素对结果集中第j个元素的隶属度为计算公式如下：
[0065][0066]
由此可获得最终模糊综合评价矩阵r：
[0067]
[0068]
步骤s110.确定模糊综合评价结果，进行效能评估
[0069]
确定各因素的隶属度矩阵r和综合权重向量a后，通过模糊变化将评估因素集u上的模糊向量a变为评估结果集v上的模糊向量b，模糊变换采用如下公式。
[0070][0071]
其中称为综合评价合成算子。本实施例中，合成算子采用矩阵乘法。由此可获得模糊向量b，根据模糊向量b即可获得评估结果的等级。
[0072]
通过设置等级分数矩阵，可以实现评价结果的量化，确定系统得分
[0073][0074]
在本实施例中，设等级分数矩阵为s＝(100，80，60，40，20)，则可获得系统效能评估的综合得分。

技术特征：
1.一种地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法，其特征在于，包括：构建救援人员状态监测系统效能评估因素集及层次结构模型，确定效能评估的关键因素及不同层级中各关键因素之间的从属关系；建立包含所有评估结果评价术语的评估结果集；采用层次分析法计算监测系统效能评估因素的综合权重；确定各评估因素的隶属度，构建模糊综合评价矩阵，采用模糊综合评价法进行效能评价。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用层次分析法计算监测系统效能评估因素的综合权重，包括：对所述层次结构模型各层级数据进行处理，获得当前层级中各评估因素在当前层级中的相对权重，并对相对权重的有效性进行检验；若检验不通过，则对当前层级的处理数据进行调整，直至各层级相对权重均通过检验为止；根据所述各层级评估因素的相对权重，生成所述层次结构模型中底层各评估因素的综合权重，并对综合权重的有效性进行检验，若检验不通过，则对所述层次结构模型进行调整，直至底层综合权重通过检验为止。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得当前层级中各评估因素在当前层级中的相对权重，包括：确定当前层级中的各个因素集合，所述因素集合包括当前层级中隶属于同一上级因素的各评估因素；对于每一因素集合，确定该因素集合中各评估因素在该因素集合中的相对权重。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定该因素集合中各评估因素在该因素集合中的相对权重，包括：为该因素集合中的各评估因素构建判断矩阵，所述判断矩阵反映了该因素集合中每两个评估因素对效能评估的影响对比结果；根据该因素集合对应的判断矩阵，确定该因素集合中各评估因素在该因素集合中的相对权重。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据该因素集合对应的判断矩阵，确定该因素集合中各评估因素在该因素集合中的相对权重，包括：对于该因素集合对应的判断矩阵，计算该判断矩阵的最大特征值对应的特征向量，并对该特征向量进行归一化处理，得到该因素集合中各评估因素在该因素集合中的相对权重。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对相对权重的有效性进行检验，包括：对于当前层级中的每一因素集合，根据该因素集合对应的判断矩阵的阶数和最大特征值，对该因素集合的各个关键评估因素的相对权重的有效性进行检验。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述各层级评估因素的相对权重，生成所述层次结构模型中底层各评估因素在所述层次结构模型中的综合权重，包括：对于所述层级结构模型底层的每一评估因素，将该评估因素的相对权重与该评估因素的每一上级因素的相对权重进行相乘，并将乘积作为该评估因素的综合权重。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对综合权重的有效性进行检验，包括：
根据所述层次结构模型中每一层级的相对权重检验指标，对所述层次结构模型中底层各关键评估因素的综合权重的有效性进行检验。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定各评估因素的隶属度，构建模糊综合评价矩阵，采用模糊综合评价法进行效能评价，包括：组织专家对评估因素集中各元素隶属于评估结果集中每个元素的程度进行打分，各专家评分均值作为隶属度值，基于隶属度值构建模糊综合评价矩阵；通过模糊变化获得评估结果等级，基于等级分数矩阵将评估结果量化，对监测系统综合效能进行量化评估。

技术总结
本发明公开了一种地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统效能评估方法。其中，该方法包括：采用层次分析法和模糊综合评价法结合进行救援人员状态监测系统效能评估，以生命体征监测能力、运动状态监测能力、周身环境监测能力、监测设备状态作为四大影响因素，建立包含效能评估指标的因素集，建立包含评估结果的结果集；然后基于层次分析法确定各因素的权重；基于模糊综合评价法进行单因素模糊评价，确定隶属度，获得评价矩阵；基于权重和评价矩阵对监测系统效能进行评估。本发明能够应用于实际地下及遮蔽空间救援人员状态监测系统应用效能评价，解决了地下及遮蔽空间救援人员状态监测装备效能评估方法缺乏的技术问题。装备效能评估方法缺乏的技术问题。装备效能评估方法缺乏的技术问题。


技术研发人员：胡燕祝 田天齐 庄育锋 王松
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/12