基于粗糙集和層次分析法的應急物資重要度評價

○謝 逸 謝蕊婷

（湖北大學外國語學院 湖北 武漢 430062）

基于粗糙集和層次分析法的應急物資重要度評價

○謝 逸 謝蕊婷

（湖北大學外國語學院 湖北 武漢 430062）

中國是自然災害頻發(fā)的國家，災后救援工作顯得十分重要，而其中一個重要的方面是應急物資的及時供應。本文從緊迫度、重要度和特殊度三個維度，提出了基于粗糙集和層次分析法的應急物資重要度評價方法；運用這一方法，可以使得在資源有限、時間緊迫的情況下，按照輕重緩急募集和配送應急物資，以最大限度地提高救援效果。論文還基于雅安地震場景，通過專家評估進行了試算。

應急物資災后救援粗糙集層次分析法

一、引言

中國是世界上遭受自然災害最嚴重的國家之一。一些重大災害一旦發(fā)生，會造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，災害發(fā)生時，需要在第一時間迅速開展人員救助、衛(wèi)生防疫、災后重建等工作。這些工作都要依賴大量的應急物資，從而產(chǎn)生巨大的應急物資需求。近些年，我國在救災中的應急物資管理、供應、調(diào)配方面有了長足進步，但是，在近些年的幾起重大災難事件救災工作中也暴露出不少應急物資供應方面的問題。其中包括應急物資需求不明確、重要物資供應不及時或供應過剩等問題。因此，運用科學的方法評價災后應急物資供應的重要度，進行需求排序，將有利于按照優(yōu)先順序及時供應救災物資。目前國內(nèi)外在應急物資領(lǐng)域都有一定的研究，如：J Sheu提出了災害發(fā)生后基于快速響應的以及物流配置方法；M Chang，Y Tseng，J Chen提出了不確定性下洪水災害發(fā)生鎮(zhèn)南關(guān)應急物流準備的情景規(guī)劃方法。霍達，吳耀華，Liu Hong開展了基于地區(qū)特征的應急物資供應管理研究。本文主要針對應急物資的特性進行了三維度的分類，通過粗糙集和層次分析法對應急物資的重要性進行分級，以為災害應急物流決策提供依據(jù)，有利于提高對自然災害的救助效果。

應急物資的重要性分類

二、應急物資的分類與特性的相關(guān)性評估

通過對應急物資的特點進行分析，我們從三個維度對應急物資的重要性進行分類：緊迫度、重要度和特殊度；這三個維度又可細分為以下的12項具體的特性：

(1)不確定性：指由于信息不充分、不準確而導致對災害中某種物資需求不能準確估計或預測的程度。

(2)不可替代性：指某種應急物資的用途具有特殊性，或是在特定環(huán)境下啟用的特殊物資；且其不能被其他物資所替代。例如，床單可以部分代替衣物的保暖功能，但救護用的血液則不能用其他物資代替。

(3)時效性：至應急物資要發(fā)揮其本身的使用價值需在一定的時間內(nèi)及時送達需求者手中。

(4)滯后性：是指有些物資需在特定情形發(fā)生后才能啟用；例如，地震發(fā)生時，滅火器材只有在有火情的情況下才能啟用。

(5)必要性：應急物資對當?shù)貫膮^(qū)的的必需程度。

(6)季節(jié)性：如冬天需要臨時取暖設(shè)備、棉襖等。

表1 9種常見的應急物資

表2 應急物資的重要性評價結(jié)果

(7)呼救頻率：應急事件發(fā)生以后，受災民眾對應急物資需求的發(fā)出需求信息的頻率。

(8)稀缺性：應急物資募集困難或數(shù)量不足。

(9)救援人員感知：參與救援的人員自身對應急物資需求程度的主管判斷。

(10)生命必要性：應急物資對災民的健康和生命的重要性。

(11)救援必要性：應急物資對救援對救援工作的重要性。

(12)便用性：應急物資在受災環(huán)境下使用的便利程度。

三、層次分析法與粗糙集理論組合評估應急物資的重要度

應急物資重要性的評估是一個多層次體系；由于突發(fā)性災害受到多種因素影響，因而許多指標無法進行精確度量，評估指標一般難以獲得精確和確定的數(shù)據(jù)。同時，細分后的應急物資特性在未得到嚴格的檢驗情況下，可能會存在指標之間的重疊性問題。為此，本文運用層次分析法與粗糙集理論的結(jié)合思路，對指標進行分析處理。

運用層次分析法與粗糙集理論相結(jié)合的評估方法對應急物資重要性進行評估主要有三個步驟：

指標約簡和篩選。以維度層為基本單位，運用粗糙集理論的指標篩選方法，對每個維度的指標進行必要的篩選和約簡。

維度層應急物資特點評價。運用粗糙集評價方法對每個維度約簡后的指標進行權(quán)重計算，并計算出每個維度的得分。

目標層重要性評價。運用層次分析法的思想，計算三個維度的權(quán)重，并對應急物資整體重要性進行評價。

通過對應急物資的特點，以及通過對雅安地震的應急物資需求分析，得出9種常見的應急物資，具體如表1所示。

表3 區(qū)分矩陣表S1

表4 區(qū)分矩陣表S2

表5 區(qū)分矩陣表S3

表6 篩選后應急物資的特點指標體系

應急物資的評價采用五級打分制，對（低相關(guān)性，較低相關(guān)性，一般相關(guān)性，較高相關(guān)性，高相關(guān)性）分別賦值（1，2，3，4，5）。為了保證評價的科學性和可靠性，采用交鋒式會議法，讓災害應急研究部門的7為專家，根據(jù)雅安地震的場景和應急物資需求情況，為這9類常用的應急物資在災害中的不同特點的相關(guān)性進行打分，綜合得到如表2所示的應急物資的重要性評價結(jié)果。

根據(jù)粗糙集理論和應急物資需求特性的指標體系，令：

U={N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7，N8，N9}

S1={S11，S12，S13，S14}

S1={S21，S22，S23，S24}

S1={S31，S32，S33，S34}

1、指標約簡和篩選

根據(jù)粗糙集理論，運用基于區(qū)分矩陣的指標篩選模型，依照以下三個步驟進行指標篩選。

步驟一：計算區(qū)分矩陣，通過核指標的定義找出核指標Si0（i=1，2，3），然后將核指標Si0賦予簡約和篩選后的指標體系 RED（Si），即RED（Si）=Si0。

步驟二：將區(qū)分矩陣中含有的和指標的組合項去掉，并將剩余的指標組成新的指標集 Sij（i=1，2，3，j=1，2…n）。

步驟三：檢查區(qū)分矩陣Sij是否為空，不為空則轉(zhuǎn)向步驟一和步驟二，為空則結(jié)束，RED（ci）即為最終篩約的指標體系結(jié)果。

依照以上步驟首先計算區(qū)分矩陣如表3、4、5所示。

基于分區(qū)矩陣計算RED（Si0），得到篩選約簡后的指標體系：

RED（S2）={S22，S24}

RED（S2）={S22，S22}

RED（S2）={S22，S24}

由此可以得到篩選后的精煉指標體系如表6所示。

2、維度層相關(guān)性評價

應急物資的特點評價首先需運用粗糙集理論中基于信息量和屬性重要度的權(quán)重模型，然后計算各維度中每項約簡后指標的權(quán)重。

根據(jù)粗糙集理論對于信息量的定義，假設(shè)信息系統(tǒng)S=（U，A，V，F(xiàn)），且P?A，U/IND（P）={x_1，x_2…x_n}，則P的信息量為：

表7 應急物資的特點相關(guān)性評價指標權(quán)重值表

表8 應急物資的特點相關(guān)性維度層得分表

表9 應急物資的重要性評價結(jié)果

根據(jù)粗糙及理論中的指標重要性定義，指標Ci的重要性為：

sigc-{ci}（ci）=I（C）-I（C-{ci}） （2）

其中ci∈C。

由此可得權(quán)重的計算公式為：

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）計算篩選后的各項指標權(quán)重如表7所示。

根據(jù)應急物資的特點相關(guān)性評價指標權(quán)重值表可以計算9種應急物資的特點相關(guān)性的維度層指標得分如表8所示。

3、層次分析法計算應急物資的重要度

目標層應急物資的特點相關(guān)性計算采用層次分析法，由專家組分別對三個維度層的指標進行兩兩重要性比較打分，然后通過層次分析法算法來計算每個專家的權(quán)重賦值結(jié)果，最后對專家的權(quán)重賦值結(jié)果進行平均得到s1，s2，s3的權(quán)重分別為0.482，0.410，0.108。由此計算9種應急物資的重要性評價結(jié)果如表9所示。

如表9所示，這9項應急物資里面重要度最高的是工程器材設(shè)備和臨時住宿，包括飲用水（含飲用水設(shè)備）、食品（含臨時炊事設(shè)備）、帳篷、活動板房等。事實上，雅安地震發(fā)生后，帳篷的供應成為問題，出現(xiàn)帳篷供應不及時、配送不合理等問題；同時，災區(qū)突發(fā)降雨更加劇了對帳篷的供需缺口。在食物和水的供應上也有問題，主要是抗震救災車輛堵在去災區(qū)的路上，排起了長龍；由于救援物資無法送達，甚至有村民在道路兩邊掛起了寫著“缺水缺食品”的牌子。如果能首先估計到應急物資的需求，進行重要性分析，按照輕重緩急來募集、運輸和配送應急物資，則可大大緩解缺水、缺食品、缺帳篷的狀況。

四、結(jié)語

本文把粗糙集方法地引入了應急物資的綜合評價，并與層次分析法相結(jié)合，建立了基于粗糙集和層次分析法的綜合評價方法模型，可對應急物資的特性進行篩選和精簡。通過建立粗糙集的權(quán)重確定模型來計算應急物資的特性的相關(guān)性的權(quán)重，并通過指標體系模型對應急物資的重要性進行評價，有助于更加科學合理地進行未來的自然災害救助工作。

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