基于熵權(quán)五元聯(lián)系數(shù)在實(shí)驗(yàn)室安全管理評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

李 焓， 姚 佳

(成都理工大學(xué) 教務(wù)處，四川 成都610059)

0 引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)高等教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校實(shí)驗(yàn)室的種類和數(shù)量不斷增多，實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)、科研活動(dòng)日趨頻繁，實(shí)驗(yàn)室的人員集中度和流動(dòng)性也相應(yīng)增加，實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生［1］，因此，加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安管理，提高實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)管能力，是各高校全乃至整個(gè)社會(huì)值得深入研究和探討的重要研究課題［2］。實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理的一個(gè)重要內(nèi)容［3］。在對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全管理評(píng)價(jià)時(shí)，所涉及到的指標(biāo)項(xiàng)較多，并且其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)存在模糊性，不確定性，使得在數(shù)據(jù)處理時(shí)都存在一些不確定性問(wèn)題［4］。

集對(duì)分析是趙克勤于1989 年首次提出的，是一種研究不確定性的數(shù)學(xué)方法，在分析處理多目標(biāo)不確定性問(wèn)題時(shí)具有較強(qiáng)的適用性［5］?；陟貦?quán)的五元聯(lián)系數(shù)集對(duì)模型是在集對(duì)分析理論和熵權(quán)法的基礎(chǔ)上提出的一種綜合評(píng)價(jià)方法，它從多目標(biāo)之間的聯(lián)系度與轉(zhuǎn)化的同一度、差異度和對(duì)立度描述各個(gè)目標(biāo)之間的相關(guān)性，并通過(guò)信息熵確定指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)［6］。本文試圖將基于熵權(quán)的五元聯(lián)系數(shù)集對(duì)模型引入到實(shí)驗(yàn)室安全管理展開(kāi)綜合評(píng)價(jià)中，并通過(guò)運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該方法是一種有效的、可靠的評(píng)價(jià)方法。

1 五元聯(lián)系數(shù)評(píng)價(jià)模型

1.1 五元聯(lián)系數(shù)評(píng)價(jià)模型

在實(shí)驗(yàn)室安全管理評(píng)價(jià)時(shí)，把實(shí)際考評(píng)結(jié)果作為集合A，考評(píng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)看作集合B，通過(guò)比較A 集合和B 集合，找出它們同、異、反的聯(lián)系度，就可以對(duì)各實(shí)驗(yàn)室安生管理進(jìn)行比較分析，從而判斷所屬等級(jí)。

根據(jù)上面的思想，現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理五元聯(lián)系數(shù)集對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)建。

(1)構(gòu)建集對(duì)H(Al，Bk)。選擇具有代表的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值xl(l =1，2，…，m，m為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù))看成一個(gè)集合Al，將相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)為另一集合Bk(k =1，2，…，n;n 為評(píng)價(jià)等級(jí))，其集合Al，Bk構(gòu)成集對(duì)H(Al，Bk)。

(2)構(gòu)造五元聯(lián)系數(shù)。有五元聯(lián)系數(shù)μAl～Bk描述集對(duì)H(Al，Bk)的關(guān)系:

式中，al、bl，1、bl，2、bl，3、cl分別表示指標(biāo)xl與該指標(biāo)的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度。

(3)構(gòu)造聯(lián)系度表達(dá)式。在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中將其等級(jí)劃分為5 個(gè)等級(jí)時(shí)，將涉及到4 個(gè)等級(jí)邊界值，因?yàn)檫吔缰稻哂心：?，所以若單因子評(píng)價(jià)落入該級(jí)的范圍視為同一，落入相鄰的等級(jí)視為差異，落入相隔的等級(jí)范圍視為對(duì)立，即通過(guò)差異度分量解決等級(jí)邊界模糊性的問(wèn)題［7］。由于在實(shí)驗(yàn)室安全管理中所涉及的指標(biāo)都是效益性的指標(biāo)(即越大越好型指標(biāo))，所以本文采用效益型的聯(lián)系度表達(dá)式［8］:

式中，s1、s2、s3、s4為評(píng)價(jià)指標(biāo)的門(mén)限值。

1.2 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)法是一種在綜合考慮各因素所提供信息量的基礎(chǔ)上，計(jì)算一個(gè)綜合指標(biāo)的數(shù)學(xué)方法［9］，它主要是根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小來(lái)確定其權(quán)數(shù)。因此可以用信息熵評(píng)價(jià)所獲系統(tǒng)信息的有序度及效用，即由評(píng)價(jià)指標(biāo)值構(gòu)成的判斷矩陣來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，其具體計(jì)算步驟如下:

(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣計(jì)算第i 項(xiàng)指標(biāo)的熵值ei:

式中，zij(i=1，2，…，n;j =1，2，…，m)為第j 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的第j 個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象具體量值xij進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果，k 的取值為:k=，且有0 ＜ei＜1。

(2)計(jì)算第i 個(gè)指標(biāo)的差異性系數(shù)gi

(3)對(duì)差異性系數(shù)進(jìn)行歸一化處理

得到熵權(quán)權(quán)重向量ω=(ω1，ω2，…，ωn)。

1.3 綜合關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)等級(jí)

(1)通過(guò)聯(lián)系度表達(dá)式計(jì)算出各指標(biāo)的聯(lián)系度μAl～Bk，再結(jié)合各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算出綜合聯(lián)系度。

式中:ωl為第l 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

(2)等級(jí)判定。采用置信度準(zhǔn)則來(lái)確定其評(píng)價(jià)等級(jí)。

式中:f1，f2，…，fK，為聯(lián)系度分量，其參數(shù)的意義理解為f1為隸屬于1 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可能程度;f2為隸屬于2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可能程度;fK為隸屬于K 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可能程度［10］;λ 為置信度，范圍為［0.5，0.7］，對(duì)于給定的λ，當(dāng)hK＞λ 且hK－1≤λ 時(shí)，則評(píng)價(jià)結(jié)果屬于級(jí)。

2 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證該模型在實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)中的有效性，筆者在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室管理評(píng)價(jià)體系的研究基礎(chǔ)上［11-16］，依據(jù)科學(xué)性、針對(duì)性和可操作性的原則，設(shè)計(jì)出本次實(shí)驗(yàn)室安全管理的評(píng)價(jià)體系，該指標(biāo)體系包含21 個(gè)指標(biāo)項(xiàng)，各指標(biāo)具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 2013 學(xué)年某高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合指標(biāo)

利用該指標(biāo)體系，分別選取“物理實(shí)驗(yàn)室”、“電工實(shí)驗(yàn)室”、“化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”、“機(jī)械實(shí)驗(yàn)室”作為評(píng)價(jià)對(duì)象，且各指標(biāo)項(xiàng)的實(shí)測(cè)值詳見(jiàn)表1?，F(xiàn)利用所建模型進(jìn)行具體分析如下:

(1)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分。在評(píng)價(jià)之前，首先將實(shí)驗(yàn)室安全管理評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為Ⅰ～Ⅴ級(jí)五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，五個(gè)等級(jí)的單因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)臨界值s1，s2，s3，s4，構(gòu)成5個(gè)區(qū)間(∞，8］，(8，6］，(6，4］，(4，2］，(2，－∞)，每個(gè)區(qū)間分別對(duì)應(yīng)“高”(Ⅰ級(jí))、“較高”(Ⅱ級(jí))、“中等”(Ⅲ級(jí))、“較低”(Ⅳ級(jí))、“低”(Ⅴ級(jí))5 個(gè)等級(jí)。

(2)計(jì)算聯(lián)系度。依據(jù)聯(lián)系度表達(dá)式，根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)各等級(jí)的聯(lián)系度分量(詳細(xì)計(jì)算結(jié)果省略)。

(3)指標(biāo)權(quán)重確定。將表2 中各實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)指標(biāo)實(shí)測(cè)量值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，利用熵權(quán)法確定其指標(biāo)權(quán)重ω=(ω1，ω2，…，ω21)，得各指標(biāo)權(quán)重值，結(jié)果見(jiàn)表1 中的權(quán)重列。

(4)計(jì)算綜合聯(lián)系度。利用式(5)綜合聯(lián)系度計(jì)算公式μA～B，計(jì)算出各實(shí)驗(yàn)室的綜合關(guān)聯(lián)度量，結(jié)果見(jiàn)表2。

(5)結(jié)果分析。依據(jù)表2 中各實(shí)驗(yàn)室的綜合聯(lián)系度μA～B計(jì)算結(jié)果，根據(jù)置信度原則，取λ=0.5，則h1=f1=0.552;h2=f1=0.563，h3=f1+f2=0.516，h4=f1=0.686，得各實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)所屬等級(jí)分別為:Ⅰ(高)，Ⅰ(高)，Ⅱ(較高)，Ⅰ(高)。再根據(jù)同一等級(jí)的不同聯(lián)系度值的大小，進(jìn)一步對(duì)其4 個(gè)實(shí)驗(yàn)室的安全管理狀況進(jìn)行綜合排序，結(jié)果為:h4＞h2＞h1＞h3。

表2 綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果及所屬等級(jí)

將該評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表3)，兩種評(píng)價(jià)分析方法所得的結(jié)果相吻合。進(jìn)一步證明了該模型在實(shí)驗(yàn)室安全管理評(píng)價(jià)的可行性、可靠性。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于集對(duì)理論，建立起高校實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)的五元聯(lián)系數(shù)集對(duì)模型，從而為高校實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)找到一種定量分析的新方法。同時(shí)將信息論中的熵權(quán)理論運(yùn)用到指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，有效地減少評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀性，提高了實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)的客觀性。最后通過(guò)實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步證明了利用該模型在實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)的適用性和可行性，為實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合評(píng)價(jià)提供了新的參考方法。

表3 評(píng)價(jià)結(jié)果比較

［1］ 賈賢龍.高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)狀分析與對(duì)策［J］. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，30(12):193-195.

［2］ 朱娟蓉.強(qiáng)化高校實(shí)驗(yàn)室安全管理工作的對(duì)策［J］. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(6):430-433.

［3］ 武曉峰，聞星火.高校實(shí)驗(yàn)室安全工作的分析與思考［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，31(8):81-87.

［4］ 陸琳睿，吳伊萍，陳 祺.基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)模型及應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(2):214-218.

［5］ 趙克勤.集對(duì)分析及其初步應(yīng)用［M］.杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［6］ 李文賓，姚阿漫.基于熵權(quán)的五元聯(lián)系數(shù)在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2013，24(2):118-120.

［7］ 王文圣，金菊良，丁 晶，等.水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)新方法集對(duì)評(píng)價(jià)法［J］.中國(guó)科學(xué)(E 輯:技術(shù)科學(xué))，2009，39(9):1529-1534.

［8］ 馮莉莉，高軍省.基于六元聯(lián)系數(shù)的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2011，30(1):121-124.

［9］ 熊竣熙，薛 晉，趙冬梅. 基于模糊綜合評(píng)價(jià)的高鐵工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.工程管理學(xué)報(bào)，2012，26(2):42-45.

［10］ 李 焓.基于集對(duì)理論的高校實(shí)驗(yàn)室績(jī)效評(píng)價(jià)方法［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(12):219-221.

［11］ 魯亞敏，王秀君.地方高校實(shí)驗(yàn)室安全分級(jí)考核探析［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010(17):102-106.

［12］ 蔡仕衡，江 琦，胡 馳，等.高校實(shí)驗(yàn)室安全管理體系建設(shè)的探討［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29(11):203-210.

［13］ 蔡毅飛，薛 來(lái). 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境－安全模糊評(píng)價(jià)模型的研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29(7):199-204.

［14］ 劉春柱. 高校實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)狀與管理對(duì)策［J］. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2006，8(4):89-92.

［15］ 葉秉良，汪進(jìn)前，李五一，等.高校實(shí)驗(yàn)室安全管理體系構(gòu)建與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(8):419-421.

［16］ 潘 蕾.實(shí)驗(yàn)室安全管理體系的構(gòu)建與實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(12):188-190.