基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的政府總體應(yīng)急預(yù)案評估研究

任瑜杰，時訓(xùn)先，王文靖，田星強，陳 兵

(中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，工業(yè)安全研究所，北京 100012)

近年來，全球范圍內(nèi)包括自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件在內(nèi)的突發(fā)事件頻發(fā)，并且規(guī)模和影響正逐漸增強，給社會公眾的生命財產(chǎn)安全帶來巨大損失。政府應(yīng)對突發(fā)事件的能力也經(jīng)受著社會公眾的巨大考驗，尤其是2020年新型冠狀病毒疫情的全球爆發(fā)，突發(fā)事件應(yīng)急這一主題又重新回到大眾關(guān)注的視野當(dāng)中。

應(yīng)急預(yù)案是處置和應(yīng)對突發(fā)事件的工作安排，是突發(fā)事件應(yīng)急體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在有力、有序應(yīng)對突發(fā)事件中發(fā)揮著巨大作用。經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累，應(yīng)急預(yù)案經(jīng)歷了從無到有并向優(yōu)發(fā)展，政府應(yīng)對突發(fā)事件也從解決有無預(yù)案的問題向提升預(yù)案質(zhì)量水平和實效轉(zhuǎn)變。如何科學(xué)評估應(yīng)急預(yù)案的水平，衡量其是否科學(xué)可行，發(fā)現(xiàn)其中的不足和短板，對于提升政府突發(fā)事件應(yīng)急能力具有非常重要的意義?？傮w應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)急預(yù)案體系的總綱，具有政策性和指導(dǎo)性，同時兼具行政決策和法的屬性。通過對國內(nèi)外突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案評估現(xiàn)狀進(jìn)行分析，科學(xué)建立評估指標(biāo)體系，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行科學(xué)評估非常必要。

從國外來看，美國是突發(fā)事件應(yīng)急管理發(fā)展較早、水平較高的國家之一，很早就已經(jīng)開展應(yīng)急預(yù)案評估相關(guān)工作，配套的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系也較為成熟。1997年，美國聯(lián)邦應(yīng)急管理局(FMEA)和美國國家應(yīng)急管理協(xié)會(NEMA)共同提出了州政府與地方政府應(yīng)急準(zhǔn)備能力評估系統(tǒng)(CAR)[1]，建立了包含13項一級指標(biāo)(功能)、209項二級指標(biāo)(屬性)和1 014項三級指標(biāo)(特征)的指標(biāo)體系，采用打分法進(jìn)行評估，將評估結(jié)果分為需要改進(jìn)、符合標(biāo)準(zhǔn)、非常完善3個等級，分別用紅、綠、藍(lán)標(biāo)示，并從符合性、能力和效果3方面進(jìn)行評估[2]。隨后，美國還制定了諸如《危險品應(yīng)急預(yù)案評估標(biāo)準(zhǔn)》等一系列應(yīng)急預(yù)案的評估標(biāo)準(zhǔn)。同時，英國、日本等國家也開展了針對突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的范圍、要素、程序等多個方面的評估。

從國內(nèi)來看，法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)急預(yù)案評估有嚴(yán)格的要求。《突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案管理辦法》第二十四條規(guī)定“應(yīng)急預(yù)案編制單位應(yīng)當(dāng)建立定期評估制度，分析評價預(yù)案內(nèi)容的針對性、實用性和可操作性，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的動態(tài)優(yōu)化和科學(xué)規(guī)范管理”。在各類突發(fā)事件領(lǐng)域也有對應(yīng)急預(yù)案評估的相關(guān)規(guī)定，如《突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案暫行管理辦法》規(guī)定“要重點評估環(huán)境應(yīng)急預(yù)案的實用性、基本要素的完整性、內(nèi)容格式的規(guī)范性、應(yīng)急保障措施的可行性以及與其他相關(guān)預(yù)案的銜接性等內(nèi)容”；《生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案管理辦法》(應(yīng)急管理部2號令)第三十五條規(guī)定“應(yīng)急預(yù)案編制單位應(yīng)當(dāng)建立應(yīng)急預(yù)案定期評估制度，對預(yù)案內(nèi)容的針對性和實用性進(jìn)行分析，并對應(yīng)急預(yù)案是否需要修訂作出結(jié)論”；《生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案評審指南(試行)》(安監(jiān)總廳應(yīng)急〔2009〕73號)要求生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案應(yīng)從形式和要素兩方面，從合法性、完整性、針對性、實用性、科學(xué)性、操作性、銜接性七個要點進(jìn)行評審；《生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案評估指南》(AQ/T 9011-2019)針對生產(chǎn)經(jīng)營單位提出了生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案評估的基本要求、工作程序與評估內(nèi)容等相關(guān)要求。

從某種意義上理解，政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案是一項決策或者規(guī)定，參考行政決策[3]和立法[4]的評估要求，實施前要對實施后可能對社會造成的影響進(jìn)行風(fēng)險評估，實施后對實施效果、存在問題進(jìn)行分析評估。蘇州市等地也已制定了相關(guān)規(guī)定，要求立法前對立法的必要性、可行性、緊迫性、經(jīng)濟(jì)性(成本效益)進(jìn)行評估，同時注重評估的科學(xué)性、系統(tǒng)性、前瞻性、創(chuàng)新性[5]。這些都對政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估具有一定的借鑒意義。

同時，國內(nèi)學(xué)者對突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案評估已經(jīng)展開了深入研究。覃燕紅[6]以分析突發(fā)事件本身為基礎(chǔ)，提出完整性、可操作性、處置的快速性等指標(biāo)，對預(yù)案包含的要素進(jìn)行有效性評估；熊升華等[7]借助多類信息表征，提出有效性、完備性、責(zé)任明確性等指標(biāo)，對民航應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評估；安景文等[8]利用猶豫模糊集的方法，提出預(yù)案編制的合理性、內(nèi)容的全面性、應(yīng)用的科學(xué)性等指標(biāo)，對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評估；張麗等[9]結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價法，建立協(xié)調(diào)性、高效性等指標(biāo)，對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評估；薛元杰等[10]從完整性、可接受性、符合性等方面對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評估；張勇等[11]利用模糊綜合評價方法，從完整性、可操作性、有效性、處置快速性、費用合理性和靈活性等方面對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評估；劉吉夫等[12-14]分別采用故障樹分析法、責(zé)任矩陣法、復(fù)雜性評價法等方法，對自然災(zāi)害類應(yīng)急預(yù)案的完備性、可操作性和可行性進(jìn)行評估。宋英華等[15]從應(yīng)急主體、主題、任務(wù)和資源四層模型視角，綜合三角模糊層次分析法和灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行考慮完整性和可操作性的應(yīng)急預(yù)案有效性評估。

通過文獻(xiàn)研究和政府部門的實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前針對政府應(yīng)急預(yù)案評估主要存在以下幾方面問題：①評估指標(biāo)體系復(fù)雜，側(cè)重不同，不同類別的應(yīng)急預(yù)案在不同階段的評估指標(biāo)也不盡相同；②評估指標(biāo)多為模糊的、定性的，無法直觀、準(zhǔn)確判斷評估結(jié)果；③應(yīng)急預(yù)案的評估多注重對預(yù)案內(nèi)容的評估，對預(yù)案的利益相關(guān)方、過程程序、社會背景、輿論影響等關(guān)注較少。

針對以上問題，以政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案為例，對應(yīng)急預(yù)案評估研究從以下幾方面入手：首先，以厘清總體應(yīng)急預(yù)案評估要點為基礎(chǔ)，建立評估指標(biāo)體系；其次，將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法運用到應(yīng)急預(yù)案評估中，利用其計算速度快、精準(zhǔn)度高、人為干擾小等優(yōu)點，提出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的政府總體應(yīng)急預(yù)案評估方法，設(shè)計并建立評估模型；最后，通過實例應(yīng)用，驗證評估方法和模型的準(zhǔn)確性與可靠性。

1 評估指標(biāo)體系

在文獻(xiàn)研究和應(yīng)急預(yù)案評估要點分析的基礎(chǔ)上，針對政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估，建立評估指標(biāo)體系，包含全面性、針對性、可操作性、有效性、銜接性、持續(xù)性、合法性、風(fēng)險性8個指標(biāo)和32項屬性，詳細(xì)評估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估指標(biāo)體系

2 評估方法

筆者對將傳統(tǒng)意義上的定性評估進(jìn)行優(yōu)化，在專家科學(xué)評判的基礎(chǔ)上，將定性評判轉(zhuǎn)化為定量判斷，對應(yīng)急預(yù)案評估指標(biāo)體系中的32項指標(biāo)屬性逐一分析并評判打分，運用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評估模型得出評估結(jié)果，實現(xiàn)政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)評估，具體步驟如圖1所示。

圖1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估流程

3 評估模型構(gòu)建

3.1 訓(xùn)練樣本獲取

考慮到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性，需要獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)對其進(jìn)行訓(xùn)練，故分別從不同地區(qū)、不同層級、不同年代等方面綜合考慮，選取突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案樣本12份，保證樣本的相對獨立和覆蓋廣泛。邀請來自應(yīng)急管理政府部門、應(yīng)急管理專業(yè)院?；驊?yīng)急管理科研機構(gòu)等單位經(jīng)驗豐富的專家5名，采用專家評分法，對12份預(yù)案樣本進(jìn)行評估打分，取5名專家打分的平均分作為該預(yù)案樣本的最終得分。

打分采取10分制，除風(fēng)險性指標(biāo)C8按照風(fēng)險性由高到低0～10范圍內(nèi)取值外，其他指標(biāo)均按照由劣到優(yōu)在0～10范圍內(nèi)取值。同時對預(yù)案整體進(jìn)行綜合打分，打分標(biāo)準(zhǔn)為：(0,5)為不合格，[5,8)為合格，[8,10]為優(yōu)秀，得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估模型訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)

續(xù)表2

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層。一個三層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠滿足研究中模型建立和數(shù)據(jù)運算的需要，故確定使用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型含有1個輸入層、1個隱含層和1個輸出層。

選取評估指標(biāo)體系中32個指標(biāo)屬性作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點，故輸入層節(jié)點數(shù)為32；選取綜合評估得分作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層節(jié)點，故輸出層節(jié)點數(shù)為1。根據(jù)經(jīng)驗，隱含層神經(jīng)元個數(shù)一般選取10～15范圍內(nèi)的整數(shù)，經(jīng)過反復(fù)驗證，設(shè)計隱含層神經(jīng)元個數(shù)為15。即采用結(jié)構(gòu)為“32-15-1”的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為研究評估模型，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立與訓(xùn)練

借助功能強大的Matlab平臺進(jìn)行模型的建立與訓(xùn)練。通過編寫B(tài)P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序代碼，運用newff函數(shù)，設(shè)置訓(xùn)練次數(shù)為1 000，期望誤差為0.000 001，學(xué)習(xí)速率為0.01，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到訓(xùn)練次數(shù)或滿足設(shè)置期望誤差精度時訓(xùn)練結(jié)束。因訓(xùn)練樣本初始數(shù)據(jù)為專家打分，均采用10分制，為了符合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)要求，還需運用mapminmax函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。運行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序，訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)經(jīng)過多次迭代后，達(dá)到設(shè)置誤差精度，訓(xùn)練停止。

為對比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果和預(yù)期輸出結(jié)果，運用sim函數(shù)調(diào)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并經(jīng)mapminmax(reverse)函數(shù)反歸一化處理得到訓(xùn)練結(jié)果，與期望輸出結(jié)果對比如圖3所示，回歸線性圖如圖4所示。綜合圖3和圖4可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果基本符合期望輸出結(jié)果，誤差較小，說明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練結(jié)果較為精確，具有較高的預(yù)測精度，用作政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案評估模型較為科學(xué)合理。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果對比

圖4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸線性圖

4 實例應(yīng)用

某省突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案編制完畢，并按規(guī)定完成了征求意見、專家評審等程序，準(zhǔn)備印發(fā)實施。在正式發(fā)布前，采用所提出的應(yīng)急預(yù)案評估方法和模型，對該預(yù)案進(jìn)行評估。

邀請來自應(yīng)急管理政府部門、應(yīng)急管理專業(yè)院校或應(yīng)急管理科研機構(gòu)等單位的具有豐富經(jīng)驗的專家10名，采用專家評分法進(jìn)行打分，并取10名專家打分的平均分作為該預(yù)案各項指標(biāo)的最終得分，獲得輸入數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 應(yīng)用實例輸入數(shù)據(jù)

同樣，在調(diào)用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，運行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并對輸出結(jié)果進(jìn)行反歸一化處理，得到評估得分為9.3分。根據(jù)評分規(guī)則，該預(yù)案評估結(jié)果為優(yōu)秀，與專家及相關(guān)人員對該預(yù)案的總體判斷和認(rèn)可度一致，建議根據(jù)專家提出的具體細(xì)節(jié)意見建議完善后發(fā)布實施。

5 結(jié)論

突發(fā)事件影響到人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，建立健全科學(xué)的突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案體系是行之有效的重要方法，而作為應(yīng)急預(yù)案體系的總綱，總體應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)有效是重中之重。因此，對政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評估具有重要的意義?？傮w應(yīng)急預(yù)案涉及面廣、要素眾多、評估難度較大，且大多為定性衡量。筆者基于對相關(guān)文獻(xiàn)資料的分析，制定豐富、科學(xué)的評價指標(biāo)體系，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，借助Matlab平臺，構(gòu)建、訓(xùn)練、應(yīng)用評估模型，將定性評估轉(zhuǎn)化為更加直觀的定量評估。

通過研究發(fā)現(xiàn)：①基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的政府總體應(yīng)急預(yù)案評估指標(biāo)體系科學(xué)豐富，基本涵蓋了應(yīng)急預(yù)案的眾多要素及其表現(xiàn)；②運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在充分借助專家專業(yè)性的基礎(chǔ)上，最大限度降低了人為主觀性，具有較高的延續(xù)性；③實例應(yīng)用表明評估效果較為理想，達(dá)到了科學(xué)評估政府突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案的目的；④訓(xùn)練樣本選取是建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，訓(xùn)練樣本數(shù)量等相關(guān)要求還沒有系統(tǒng)化的理論指導(dǎo)，實踐經(jīng)驗來看，數(shù)量較多、泛化、獨立的訓(xùn)練樣本能夠使訓(xùn)練結(jié)果更加科學(xué)[16]，由于研究能夠選取的突發(fā)事件樣本較少，進(jìn)一步豐富BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本數(shù)量能夠提升模型評估結(jié)果的可靠度；⑤評估模型是建立在專家專業(yè)打分的基礎(chǔ)上的，進(jìn)一步提升專家打分專業(yè)性、權(quán)威性和客觀性，能夠有效提升模型的可信度和科學(xué)性。