物元結(jié)構(gòu)應(yīng)急響應(yīng)決策模型研究

董沛武, 劉世國, 楊 玫, 王軍梅

(北京理工大學管理與經(jīng)濟學院, 北京 100081)

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物元結(jié)構(gòu)應(yīng)急響應(yīng)決策模型研究

董沛武, 劉世國, 楊 玫, 王軍梅

(北京理工大學管理與經(jīng)濟學院, 北京 100081)

為了提高復雜環(huán)境下的應(yīng)急響應(yīng)能力,基于元決策提出分解-集成(disassemble-integration,DI)總體設(shè)計準則和物元分解的唯一性準則;討論了物元變換過程中存在的不足,建立了物元分析和解釋結(jié)構(gòu)模型(interpretive structural modeling,ISM)的映射關(guān)系。通過語義和“情境響應(yīng)”方法拓展了物元分析結(jié)構(gòu),并賦予其語義解釋及響應(yīng)的功能。針對決策人員不在現(xiàn)場的情況,構(gòu)建了物元結(jié)構(gòu)決策(matter-element structure for decision-making,MESDM)模型。最后,實證分析了MESDM及其有效性、及時性和可操作性,為進一步研究MESDM的人機智能決策奠定了基礎(chǔ)。

應(yīng)急決策; 元決策; 解釋結(jié)構(gòu)模型; 物元分析; 情境響應(yīng)

0 引 言

針對突發(fā)事件,以自然災害為例,盡管多種應(yīng)急響應(yīng)預案和機制已經(jīng)建立,但救援指揮部門通常難以準確地掌握災區(qū)情況和損毀信息,使得救援指令經(jīng)常脫離實際狀況需求[1-3]。因此,優(yōu)化復雜環(huán)境下決策方法和程序,提高突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)中的決策能力,意義十分重大。

目前,國內(nèi)外相關(guān)研究主要有:Jenkins L針對有毒物質(zhì)泄漏處置預案的制定問題,構(gòu)建了預案選擇的整數(shù)規(guī)劃模型[4]；楊文國等提出了應(yīng)急方案效度的概念,并針對信息缺失的應(yīng)急方案處置問題構(gòu)建了含有資源約束條件的應(yīng)急方案選擇模型[5]；陳興等從應(yīng)急系統(tǒng)的角度,考慮部門協(xié)同、動態(tài)決策等問題,構(gòu)建了多目標條件下多部門協(xié)同應(yīng)急的決策模型[6]；姜艷萍等將風險決策方法引入應(yīng)急方案選擇問題,通過評價方案的處置效果、轉(zhuǎn)換成本和應(yīng)對損失,得出最優(yōu)的調(diào)整方案[7]。

隨著機器學習和人工智能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用,結(jié)合計算機技術(shù)的應(yīng)急決策方法相繼提出。王石穎[8]應(yīng)用情景框架和依存樹理論,評價了突發(fā)事件的相似性。于婷[9]應(yīng)用向量空間模型(vector space model,VSM)算法和最長公共子序列(longest common subsequence,LCS)算法,通過相似度匹配找到案例庫中類似事件的處置方案。

上述文獻從方案篩選、救援協(xié)同、成本優(yōu)化等方面對應(yīng)急決策展開研究,兼顧突發(fā)事件定性定量指標,取得了顯著成效,但在應(yīng)急響應(yīng)的決策范式、決策步驟及響應(yīng)過程等方面研究較少,這使得應(yīng)急救援響應(yīng)活動存在一些不足,尤其在汶川和蘆山震災中表現(xiàn)的較為明顯。一是應(yīng)急響應(yīng)的方(預)案制定缺乏具有系統(tǒng)完整性和結(jié)構(gòu)合理性特征的理論框架支撐,二是應(yīng)急響應(yīng)過程難以做到合乎實際要求的邏輯論證,三是應(yīng)急響應(yīng)面臨著決策的精確性與救援工作緊迫性的時效滯后問題。因此,本文基于元決策(meta-decision-making,MDM)思想[10-12],結(jié)合物元分析(matter-element analysis,MEA)、解釋結(jié)構(gòu)模型(interpretive structural modeling,ISM)、突發(fā)事件隨機性、情境語義描述等[13-17],提出并構(gòu)建突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的物元結(jié)構(gòu)決策模型(matter-element structure for decision-making,MESDM),目的在于根據(jù)決策者、決策環(huán)境以及決策任務(wù)的特征特點對決策過程、決策方案進行邏輯分析和選擇,從而改進突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的決策機制和方法。

1 MEA和ISM

1.1 MEA

1983年,我國學者蔡文提出了MEA方法。該方法主要思想源于系統(tǒng)科學、思維科學以及拓展集理論,用于解決事物不相容問題,適用于多因子評價。MEA在可拓集的基礎(chǔ)上,將復雜問題抽象為具體模型,將事物、特征及其量值構(gòu)成“物元(matter-element,ME)”概念,作為描述事物的基本元,建立質(zhì)與量之間的關(guān)聯(lián)信息,從而研究事物關(guān)系的可拓性和規(guī)律。MEA的突出特點和優(yōu)點是通過ME和物元變換(ME transformation,MET)將不相容的定性問題轉(zhuǎn)變成相容的定量問題,實現(xiàn)對問題的求解,其典型案例參照曹沖稱象故事[18-19]。MEA可概括性地描述如下:

以有序三元組T=(M,C,X)作為描述事物的基本元(即“物元”),則M代表事物,C為事物M的特征,X是M對應(yīng)C的量值,即:T=(事物,特征,量值)。如果M包含n個特征,記作向量C=[c1,c2,…,cn]T,另有n維數(shù)值型向量X=[x1,x2,…,xn]T與C一一對應(yīng),則事物M的物元矩陣描述形如

(1)

式中,原問題M通過MET分解轉(zhuǎn)化為特征描述的新問題C,當且僅當MET滿足總分一致性要求時,原問題M將在屬性或特征C所描述的層次上得到求解[20-22]。

可拓物元評價模型近年發(fā)展較快,它可以有效地將定性、定量相結(jié)合,很好地解決多屬性復雜系統(tǒng)的決策問題,在地質(zhì)工程、環(huán)境保護、交通工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

1.2 ISM

ISM是1973年John N. Warfield研究一般系統(tǒng)理論時提出的,用于分析系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的方法[23]。ISM認為元素間有著易于判別的因果關(guān)系,也有著難以辨析的松散的耦合關(guān)系。從整體論的視角看,元素最大的耦合關(guān)系就是所有元素共同構(gòu)成的系統(tǒng),因此,復雜系統(tǒng)具有層級性和結(jié)構(gòu)性。ISM方法就是通過圖論的關(guān)聯(lián)矩陣方法標注出系統(tǒng)元素間易于識別的因果關(guān)系和不易于辨析的耦合關(guān)系,借助n階二元矩陣最多n次自乘布爾運算后結(jié)果趨于穩(wěn)定的特征,以數(shù)理邏輯推導的方法解構(gòu)復雜系統(tǒng)的層級結(jié)構(gòu)。ISM求解過程如下[24-26]:

首先,構(gòu)建可達矩陣。在系統(tǒng)元素ci之間進行一一比較。如果由ci能夠推導出cj,則記為ciRcj=1,并在相應(yīng)的鄰接矩陣A中記作aij=1,否則,記為“0”。鄰接矩陣A的推導式為

(2)

式中,i,j=1,2,…,n;且i≠j;R表示要素ci與cj之間存在的有向關(guān)系。進而,可達矩陣M為

M=(A+I)k=(A+I)k+m

且≠(A+I)k-1

(3)

式中,I為單位矩陣,k,m∈N+,M={mij}(i,j=1,2,…,n),可達矩陣表示從一個要素到另一個要素是否存在連通路徑。

其次,根據(jù)定義,通過可達矩陣求ISM模型的可達集、先行集、共同集、開始集和終集:

可達集(R):系統(tǒng)要素ci可直接或間接到達的元素集合;

先行集(H):系統(tǒng)中可直接或間接引致元素ci的集合;

共同集(CM):可達集和先行集的交集;

開始集(B):系統(tǒng)中不受其他任何元素影響的元素的集合;

終集(E):系統(tǒng)中只接受其他元素影響的元素的集合。

最后,ISM模型的層次提取:

步驟 1 通常從終集開始,任選一元素,記為L1層,提取公式為

L={ck|R(ck)∩H(ck)=R(ck)}

(4)

式中，k=1,2,…,n。

步驟 2 在可達集中刪去隸屬于L1的屬性及相應(yīng)的行,以便獲得一個新的可達集,然后再次運用式(4),獲得L2。

步驟 3 重復步驟2,直到可達集為空時結(jié)束。

以上是ISM的求解方法,運用ISM的關(guān)鍵是選擇和創(chuàng)新模型的輸入元素。同時可發(fā)現(xiàn):ISM是一套較為完整的推理運算系統(tǒng),其鄰接矩陣的構(gòu)建過程,既是接收外部信息進行數(shù)學運算的過程,也是通過對外部要素信息兩兩比較進而實現(xiàn)要素間邏輯推理的過程。因此,ISM模型為以人機結(jié)合方式進行要素間邏輯關(guān)系推導提供了方法、手段和便利。

2 MESDM模型構(gòu)建

應(yīng)急管理中的決策活動通常受應(yīng)急響應(yīng)時間和事件發(fā)生的位置和環(huán)境制約,尤其是負責做決策的人通常不在事件發(fā)生的現(xiàn)場。因此，根據(jù)決策指令的發(fā)出是否在事件發(fā)生的現(xiàn)場,本文將應(yīng)急管理中的決策活動分為場外決策和場內(nèi)決策兩種形式,并重點對場外決策進行了研究和建模。

建模思路:應(yīng)急決策的決策者通常位于事件場外,因此場內(nèi)信息透明度提高與場外決策者的決策能力建設(shè),進而化解或轉(zhuǎn)移基于時空異位關(guān)系造成的場內(nèi)場外不兼容問題,構(gòu)成了應(yīng)急決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)有效決策和不斷發(fā)展的關(guān)鍵及核心問題。因此,本文以MDM、MEA和ISM為基礎(chǔ)建立了面向決策過程的縱向組合模型,即MESDM,主要適用基于空間位置關(guān)系的突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)問題和基于時間關(guān)系的研發(fā)規(guī)劃問題等。

2.1 建模準則和框架

準則 1 分解-集成(disassemble-integration, DI)準則

DI準則引申自MDM的分層決策思想,它是模型設(shè)計的基礎(chǔ)。MDM不同一般決策,它是一般決策之上的一類決策?！霸?meta)在中文語境中是源頭和開始的意思,在英文中則有“在…之上”(above)和“超出”(beyond)的意思,元決策包含了分析、組織、優(yōu)化、評估等更為廣泛的內(nèi)容。因此,根據(jù)MDM思想分析預案與事件之間的關(guān)系,判斷問題是否存在直接解決方法(即相容性分析)。對于不相容問題,基于DI準則,考察理想情況下預案與現(xiàn)實存在的偏差,構(gòu)成突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模型的頂層框架。

準則 2 總分一致性原則

在問題的不相容性已明確情況下,MEA是理清問題組成和實質(zhì)的方法,其總分一致性原則保證了問題轉(zhuǎn)移和分解中新問題與原問題的相關(guān)性和一致性;通過語義、MET、情境響應(yīng)和語義編碼/解碼等進行不相容問題轉(zhuǎn)換構(gòu)成了問題求解的基本方法。就模型的完整性而言,正是語義方法的運用,消除了個人能力差異問題,提升了模型的實用性。MET的總分一致性原則具有一維度約束特點,給出了可行的解空間,不足之處是無法保證解的優(yōu)化或唯一解。

準則 3 唯一性準則

突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的有效決策在于能否成功化解系統(tǒng)要素的不相容性。根據(jù)DI準則,問題的分解和轉(zhuǎn)移階段,即MEA過程仍存在不確定性問題。MEA中的物元概念和總分一致性原則僅指出了問題的量化方向,未能消除物元分解過程中存在的“一對多”映射關(guān)系。以式(1)為例,問題已經(jīng)由事件M轉(zhuǎn)化為由向量C表征的一類問題,但在MET過程中物元分解及其結(jié)果卻不是唯一的,M既可以變換成C1,也可以變換成C2。因此,在做決策時,MET的變換準則需在總分一致性準則基礎(chǔ)上增補唯一性準則,用以確定問題解可行且唯一,從而保障應(yīng)急響應(yīng)決策方案的最優(yōu)。

在此基礎(chǔ)上,MESDM的理論框架如圖1所示。DI是對MDM思想的延伸,它確立了MESDM模型的頂層架構(gòu);在明確了原事物的不相容性后,準則2和準則3是通過該事物的特征或?qū)傩詫υ搯栴}進行轉(zhuǎn)移或置換的原則和依據(jù),并依據(jù)情境響應(yīng)和語義編碼/解碼方法在語義信息和情境信息之間構(gòu)建一個新的會話系統(tǒng),進而建立基于DI準則的決策系統(tǒng)。當事件發(fā)生時,系統(tǒng)通過采集第一手二元數(shù)據(jù),經(jīng)過人工識別和語義轉(zhuǎn)換后,輸入ISM模型。ISM通過構(gòu)建鄰接矩陣的方式對物元分析中各要素進行記錄和兩兩比較,初步建立各要素間的邏輯關(guān)系,再通過求可達矩陣的方式對各要素進行進一步的邏輯關(guān)系比較和處理,最終輸出內(nèi)含了MEA各要素邏輯關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)圖供應(yīng)急決策分析使用。從而將具有定性特征的原問題,通過MEA拓展的方式,在定量層面上以對MEA各要素進行邏輯關(guān)系比較和推理的方式獲得了解決。就應(yīng)急決策過程而言,解決了應(yīng)急過程中事件突發(fā)所帶來的時間緊迫性和決策者不在事發(fā)現(xiàn)場而引致的信息模糊、不透明問題。

圖1 MESDM的構(gòu)成和準則Fig.1 Components and principles of MESDM

綜上,MDM、MEA和ISM 3種基礎(chǔ)理論協(xié)同構(gòu)造成決策組合模型。MDM的分層決策思想為應(yīng)急決策響應(yīng)過程設(shè)計提供了DI的總體思想和設(shè)計原則,MEA起到了對問題進行解構(gòu)和分析的作用,而ISM則以人機結(jié)合的方式實現(xiàn)了對物元分析各要素信息進行邏輯推理和輸出的功能,從而通過人機結(jié)合的方式實現(xiàn)了復雜環(huán)境下快速、及時和有效決策。

2.2 建模流程

MESDM流程(見圖2)主要由4個部分構(gòu)成:第1部分以MDM為基礎(chǔ),提出DI總體設(shè)計思想,用于建立應(yīng)急決策預案與突發(fā)事件之間的關(guān)聯(lián);第2部分是擴展的物元模型,根據(jù)突發(fā)事件的影響要素推導構(gòu)建MESDM;第3部分是通過語義和情境響應(yīng)獲得事件的特征值和元素量值;最后,在物元數(shù)據(jù)和ISM特征值之間建立映射關(guān)系,獲得決策結(jié)論。

圖2 MESDM流程圖Fig.2 Flow diagram of MESDM

2.3 MESDM構(gòu)建

模型構(gòu)建步驟如下:

步驟 1 依據(jù)DI準則描述問題

DI是解決問題的指導思想,強調(diào)了協(xié)同和全局意識,反映了事件的系統(tǒng)性和整體性特征,突出了應(yīng)急預案和事件之間的相關(guān)性,注重應(yīng)急預案與事件之間分與合的轉(zhuǎn)換和協(xié)同,從問題的構(gòu)思和設(shè)計角度增強了模型的精確性、適用性和可操作性。

步驟 2 MEA模型的擴展

為了使最終擴展形式滿足本文提出的唯一性原則,物元分解要實現(xiàn)兩個目標:一是要將情境要素引入突發(fā)事件M的分析中,保證它們形式不變;二是要避免信息收集時的錯誤,這對于精確決策十分重要。擴展的方法是在式(1)的屬性層C和數(shù)值層X之間插入一個功能解釋層D,這樣C層的功能用于保持固定的形式,從X到D的響應(yīng)構(gòu)成具體形勢的解釋。這樣,向量C的元素通過物元方法分解成它的語義結(jié)構(gòu),標記為D={[di,ji]}(i=1,2,…,n;ji=1,2,…,ki),及ki∈N+;xi,ji是di,ji的數(shù)值。最終,事件M的物元擴展關(guān)系R可表示為

(5)

在事件M中,元素ci是第一次物元分析的結(jié)果,它的另一個功能是作為ISM模型的主要輸入元素。類似地,[di,ji]是ci的MEA結(jié)果,它是后面討論ci之間相互關(guān)系的依據(jù)。同時,比較式(1)和式(5),容易發(fā)現(xiàn)如果X是一些從現(xiàn)實中采集的信息,那么由于插入向量D,則向量C將變得更加抽象。因而,需要協(xié)調(diào)物元結(jié)構(gòu)與ISM之間的關(guān)系,這也是MESDM模型要解決的關(guān)鍵問題之一。

步驟 3 構(gòu)建ISM和物元結(jié)構(gòu)之間的映射(記作T)

(1)di,ji是二元數(shù)值;

(2) 每個[di,ji]構(gòu)成一個獨立的樣本空間,所有的[di,ji]構(gòu)成一個決策的語義組;因而,[di,ji]應(yīng)該涵蓋事件不同屬性的所有可能情況;

(3)ci的涵義來自于[di,ji],且只能由[di,ji]來確定。

步驟 4 可達計算與決策分析

基于情境響應(yīng),[xi,ji]的功能是采集信息并將之傳遞給[di,ji],這將使得[di,ji]獲得概念層次的語義;在[di,ji]確定了初級信息之后,它被傳遞給ci,ci承擔了描述事件特征或?qū)傩缘娜蝿?wù);最后,信息將被傳給ISM模型,由ISM對事件進行邏輯推理,輸出決策結(jié)果。

3 MESDM示例分析

幾十年來,國內(nèi)外核電站選址主要分為沿海和內(nèi)陸兩類,歐美發(fā)達國家由于核電發(fā)展早,基本呈沿海、內(nèi)陸并行發(fā)展態(tài)勢;我國基于核泄露危害和技術(shù)原因,采取了審慎原則,優(yōu)先重點發(fā)展了沿海核電項目。隨著清潔能源需求日益迫切,“十三五”期間,我國內(nèi)陸核電項目提上議事日程,如規(guī)劃籌備中的湖南益陽桃花江核電站,陜西安康、漢中、延安、商洛等核電項目。但核事故的人為因素和自然災害誘因依然存在,如何有效啟動核事故后緊急預案成了核電站建設(shè)之前優(yōu)先考慮和研究的問題。因此,針對自然災害誘因,本文基于MESDM模型對核事故中場外應(yīng)急響應(yīng)決策問題做初步研究。

3.1 基于MESDM的核事故場外應(yīng)急響應(yīng)模型

通常根據(jù)國際原子能機構(gòu)的國際核事件分級表,將核事件按大小分0～7共8個等級,其中0～2級(無安全顧慮、異常、注意)屬于一般事故;3～4級(嚴重、場外無顯著風險)屬于場內(nèi)事故;5～6級(具有場外風險、重大)屬于重大事故;7級如切爾諾貝利和福島核電事故,屬于特大級事故。當核事故發(fā)生時,國家要根據(jù)核事故情況啟動緊急預案,如疏散群眾、控制核污染源、限定核污染區(qū)擴散等。

一般有兩類因素影響核泄露緊急預案的應(yīng)急響應(yīng)。一是一般因素,如:事件發(fā)生的位置、事故原因和類別、當?shù)丨h(huán)境等;二是特殊因素,如地形地貌對核泄露突發(fā)事件響應(yīng)能力的影響、行政區(qū)劃、自然特征、線性或十字交叉路等。

此外,調(diào)查研究和文獻也構(gòu)成了應(yīng)急管理和響應(yīng)研究的信息來源,如:中國交通部的《公路突發(fā)事件應(yīng)急計劃》(2009)等。

本文在上述分析及式(5)基礎(chǔ)上展開分析,關(guān)于核泄露突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的物元擴展分析如表1所示。

表1中上面部分建立了物元擴展分析框架,下面部分列舉了核泄露突發(fā)事件場外應(yīng)急響應(yīng)的4個級別,屬性條目c1～c8和響應(yīng)級別條目c9～c12共同構(gòu)成ISM模型的輸入,這樣關(guān)于核泄露突發(fā)事件響應(yīng)的MESDM模型基本建立。

表1 核泄露突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的物元擴展分析

此外,表1中的省略號表明本文所構(gòu)建的指標體系具有開放特征,可隨著實踐經(jīng)驗的積累不斷加以修訂和完善。

3.2 應(yīng)用舉例

3.2.1 核事故的場外情況分析和數(shù)據(jù)采集

由于以地震為主的自然及次生災害對沿海和內(nèi)陸核電站安全構(gòu)成了主要威脅,因此不失一般性,假設(shè)某核電站由于地震引發(fā)了核泄露,經(jīng)過衛(wèi)星遙感偵測和場區(qū)人員提供的信息匯總,核泄露污染區(qū)主要分布在場區(qū)內(nèi)部,屬于場內(nèi)事故。因此,國家組織的救援工作主要針對地震災害對場區(qū)外的損毀情況進行救援。結(jié)合衛(wèi)星偵測情況及受災現(xiàn)場人員信息反饋,可確定表1中各屬性向量對應(yīng)的決策數(shù)據(jù),如表2所示。

表2 突發(fā)事件數(shù)據(jù)表

表2中其他屬性向量組含義與“公路類別”含義基本類似,故不再細述。不失一般性,表2中二進制數(shù)據(jù)(x1,1～x8,3)是根據(jù)設(shè)定的災區(qū)情況給出的,(x9～x12)暫時為空,其數(shù)值將通過(x1,1～x8,3)的推理得到,省略號意味著模型仍可以根據(jù)現(xiàn)實情況加以完善。3.2.2 構(gòu)建可達矩陣

基于表1和表2,每個向量[di,ji]都與一個元素ci相對應(yīng),并實現(xiàn)將不同現(xiàn)實意義傳遞給后者,因而完成情境響應(yīng)和語義解釋的功能。應(yīng)用ISM方法對這些要素的相互關(guān)系進行分析,如:表2中“公路類別”的含義是國道、省道均已損壞,災區(qū)與外界的聯(lián)系中斷,“地理位置”的含義是事件發(fā)生在縣界,二者構(gòu)成的直接鄰接關(guān)系表示的含義是縣界處的國道、省道均發(fā)生了損毀,因此鄰接矩陣中a1,2=1,表示二者存在鄰接關(guān)系,其他ai,j的數(shù)值確定與此類似。最終構(gòu)成鄰接矩陣A如表3所示。

表3 屬性間相互關(guān)系表

進而利用式(3)對鄰接矩陣A進行運算,獲得可達矩陣M。

(6)

3.2.3 層級量化關(guān)系及決策分析

ISM模型進行邏輯推導要借助可達矩陣衍生的幾種集合,分別是:可達集R、先行集H、共同集CM、開始集B和終集E[24，26]。根據(jù)第1.2節(jié)的定義,可達集的計算方法是:可達矩陣中要素ci對應(yīng)的行中包含“1”的矩陣元素所對應(yīng)的列的要素的集合,如本例中,可達矩陣M的第1行對應(yīng)的列的要素有第1,2,4,6,7,8,9,10,11,12列,因此,第1行對應(yīng)的可達集為{1,2,4,6,7,8,9,10,11,12};先行集的計算方法是:可達矩陣中要素ci對應(yīng)的列中,包含有“1”的矩陣元素所對應(yīng)的行要素的集合,如第1列中只有第1,第5行為“1”,所以它所對應(yīng)的先行集為{1,5};共同集為ci的可達集與先行集的交集,如表4所示,ci的可達集與先行集的交集為{1};開始集為系統(tǒng)中不受其他任何元素影響的元素的集合,在本例M中只有c5符合這一標準,因此,開始集為{5};終集為系統(tǒng)中只接受其他元素影響的元素的集合,這里只有c12符合這一要求,因此,終集為{12}。其他的ci各類集合的求解方法類似,這些集合的最終求得結(jié)果如表4所示。

表4 ISM中各集合的解

在數(shù)據(jù)采集并整理完后,利用表4中的數(shù)據(jù),基于式(4)及層級提煉步驟,進行層次結(jié)構(gòu)提煉,本例最終的結(jié)果是:L1={c12},L2={c11},L3={c2,c8,c10},L4={c7,c9},L5={c6},L6={c4},L7={c1,c3},L8={c5}。

最后,根據(jù)上述結(jié)果繪制核泄露突發(fā)事件場外應(yīng)急響應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖3 核泄露突發(fā)事件場外應(yīng)急響應(yīng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Emergency response structure diagram of nuclear emission

3.2.4 決策結(jié)果解析

通過表2物元分析各要素所描述的事物特征和屬性與圖3中所描繪的各要素層次結(jié)構(gòu)圖所體現(xiàn)的邏輯關(guān)系進行決策判斷。圖3中核泄露事件是由自然災害-地震(c5)引起的,對應(yīng)的是ISM模型中的開始集;該受災區(qū)域的地形地貌以山地和河湖溝渠(c3)為主,地況較為復雜,主要道路包括國道和省道(c1),多數(shù)在地震中損毀(c4),且損毀較為嚴重,預估地震災害達到了極重大事故等級(c6),因此從預測的情況看,應(yīng)啟動國家級響應(yīng)(c9)。但從現(xiàn)場回饋信息看,救援通道一般(c7),作業(yè)場地較好(c8),道路損毀包括了縣界地段和縣內(nèi)公路(c2),如果由(c7)和(c8)推斷應(yīng)該啟動縣級響應(yīng),但由(c2)“地理位置”包含縣與縣之間的交界,顯然需要上級單位協(xié)調(diào),所以應(yīng)啟動地市級響應(yīng)(c11)。同時,由于(c7、c8),救援通道和作業(yè)場地限制,二者都排除了國家級響應(yīng)和省級響應(yīng)(c10),避免了救援能力浪費情況。

綜合以上分析,可以判斷出本例中地震導致的核泄露突發(fā)事件場外應(yīng)急響應(yīng)應(yīng)啟動地市級救援預案。再進一步,將此響應(yīng)決策結(jié)果與表2中所描述的核事故場外區(qū)域情況作比較,可以判斷,以人機結(jié)合方式進行的邏輯分析和推理結(jié)果符合實際,并滿足救援響應(yīng)要求,顯示了MESDM模型具有優(yōu)化推理過程,提高決策效率,增強分析和決策的科學性及合理性能力。

3.3 MESDM的應(yīng)用意義和價值

決策通常需要兼顧事物的共性與特性,以決策的整體效能為標準。核泄露突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模型的整體效能主要體現(xiàn)在決策的有效性、及時性和易操作性等方面。

(1) 有效性

決策有效性的基本評價準則是決策能否用最小的成本獲得最優(yōu)的績效。在核泄露突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)中,參照事件強度因素,如公路的通行能力和作業(yè)空間等,MESDM排除了國家級和省級響應(yīng),因而降低了援救努力的冗余。同時,就決策根據(jù)而言,MESDM采用的初始數(shù)據(jù)是二元數(shù)值,克服了自然語言固有的模糊性,降低了數(shù)據(jù)采集過程中人員的素質(zhì)要求,加之情境描述、語義解釋、ISM推理和DI設(shè)計原則等也為大規(guī)模人機協(xié)作的群決策創(chuàng)造了條件。

(2) 及時性

核泄露突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模型對預案設(shè)計和決策采取分解-集成的總體設(shè)計原則?！胺纸狻奔蟹治隽饲捌诘膽?yīng)急預案,暫不考慮突發(fā)事件的影響要素,使得預案可以臻至盡善盡美;“集成”用以使應(yīng)急預案和突發(fā)事件的現(xiàn)實情況相結(jié)合,為人機結(jié)合及場外決策創(chuàng)造了條件;同時,采用智能程序的決策過程,在大型事件決策中還能起到縮短決策時間的作用。

(3) 易操作性

評價決策的可操作性通常需要對決策過程和結(jié)果進行檢驗。突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模型滿足了系統(tǒng)分析、人機結(jié)合和場外決策的要求,并且它們在直觀和抽象性上具有優(yōu)勢,這些都體現(xiàn)在物元分析和ISM推理過程之中。此外,元決策也強化了決策過程的層次性,反映了決策中不同階段對于一般和特殊問題的精煉及整合的不同要求。因此,模型具有二階段優(yōu)化特點和優(yōu)點。最后,語義的應(yīng)用也簡化了決策過程,加強了MESDM模型的易用性。

4 結(jié) 論

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,突發(fā)事件對人類生活的危害日益突顯,本研究十分必要且迫切。本文貢獻主要體現(xiàn)在4個方面:①提出了分解-集成應(yīng)急響應(yīng)總體設(shè)計原則,指導具有場外決策特點的應(yīng)急預案制定;②建立了物元分析和ISM之間的逆向性映射關(guān)系,它為場外決策提供了一對相互關(guān)聯(lián)的方法和工具,也構(gòu)成了關(guān)聯(lián)預案和突發(fā)事件之間的一個新的理論框架;③分析了物元分解和變換中的結(jié)構(gòu)關(guān)系,提出了唯一性準則;④通過整合元決策、語義、情境響應(yīng)、MEA和ISM等提出并構(gòu)建了MESDM模型。

論文通過實證研究探討了核事故突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)中存在的影響要素,分析了MESDM的及時性、有效性和可操作性。唯一性準則的約束條件及MESDM功能分層尚需進一步探索完善。未來可以期待的研究趨勢是MESDM模型演進為人機智能決策的一個有機組成部分。

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Matter-element structure modeling for emergency response decision-making

DONG Pei-wu, LIU Shi-guo, YANG Mei, WANG Jun-mei

(SchoolofManagementandEconomics,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)

To improve the ability of emergency response in complex environment, based on meta-decision-making, the total design principle of disassemble-integration(DI) and the uniqueness principle of matter-element decomposition are proposed. The shortcomings of matter-element transformation are discussed, and the map between the matter-element analysis and interpretive structural modeling (ISM) is also built. Furthermore, the matter-element analysis structure is extended by the semantic and scenario-response, and the function of response and semantic explanation is endowed. In the presence of the decision maker is not in the scene, a model of matter-element structure for decision-making (MESDM) is proposed and constructed. Finally, The verification experimental results indicate the function of MESDM with regard to the timeliness, effectiveness and operability, which also provides theoretical support for the study of MESDM’s human-machine intelligence.

emergency decision; meta-decision-making; interpretive structural modeling (ISM); matter-element analysis; scenario-response

2016-03-04;

2016-09-23;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期:2016-11-14。

河南省交通廳項目(2012P27)資助課題

N 945.12

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2016.12.18

董沛武(1963-),男,教授,博士后,主要研究方向為決策理論與方法、復雜系統(tǒng)建模和管理系統(tǒng)工程、融資與風險管理。

E-mail: Dongpeiwu@bit.edu.cn

劉世國(1979-),男,博士研究生,主要研究方向為決策理論與方法、供應(yīng)鏈金融、融資與風險管理。

E-mail: liusgx@126.com

楊 玫(1988-),女,博士研究生,主要研究方向為決策理論與方法、互聯(lián)網(wǎng)金融。

E-mail: yangmei20062008@126.com

王軍梅(1980-),女,博士.主要研究方向為決策理論與方法、突發(fā)事件應(yīng)急救援。

E-mail: 48825573@qq.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20161114.0910.002.html