基于偏最小二乘路徑模型對(duì)城市應(yīng)急能力的評(píng)估

孫彩云，孔凌冬，鐘路瑤，李雨帆，林 茹，袁敬敬

(華北科技學(xué)院 理學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

0 引言

隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快、城市規(guī)模的擴(kuò)張，城市居民得到了宜居的生活環(huán)境及更多的發(fā)展機(jī)遇，但同時(shí)也為城市本身帶來(lái)了各種隱患，如氣象災(zāi)害、火災(zāi)與爆炸災(zāi)害、工業(yè)與高新技術(shù)致災(zāi)、病毒傳染災(zāi)害等城市災(zāi)害。近年來(lái)，災(zāi)害學(xué)專(zhuān)家一致指出，一個(gè)國(guó)家或者城市要實(shí)現(xiàn)安全和可持續(xù)發(fā)展，首先就是要了解和掌握城市在災(zāi)害應(yīng)急能力方面的基本狀況和綜合水平，然后針對(duì)不同的問(wèn)題提出‘如何提高城市對(duì)突發(fā)災(zāi)害和公共事件的預(yù)防、抵御和處理的能力’的方案。對(duì)此開(kāi)展城市災(zāi)害應(yīng)急能力的評(píng)估研究是城市災(zāi)害應(yīng)急能力建設(shè)的基礎(chǔ)性工作，也是全面提高城市災(zāi)害應(yīng)急管理能力的基礎(chǔ)動(dòng)力。

1 城市應(yīng)急能力

1.1 城市應(yīng)急能力的概念

城市應(yīng)急能力的概念首次是由美國(guó)地方應(yīng)急管理分局在其編寫(xiě)的《地方減災(zāi)計(jì)劃手冊(cè)》中提出[1]，其綜合反映在該城市對(duì)突發(fā)災(zāi)害的認(rèn)知能力、儲(chǔ)備能力、協(xié)調(diào)能力、以及執(zhí)行能力上，代表了該城市對(duì)突發(fā)災(zāi)害管理水平的高低。對(duì)應(yīng)急預(yù)案的實(shí)施和實(shí)現(xiàn)、災(zāi)害事故的應(yīng)急，從監(jiān)測(cè)到處置的各個(gè)環(huán)節(jié)，都有關(guān)鍵技術(shù)和裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

1.2 國(guó)內(nèi)外應(yīng)急能力評(píng)價(jià)的進(jìn)展

目前，國(guó)外一些國(guó)家在應(yīng)急能力的管理和評(píng)價(jià)方面已經(jīng)有了較為成熟的研究，以美國(guó)和日本的應(yīng)急管理系統(tǒng)水平為最具代表性。美國(guó)于1997年就建立了一套針對(duì)州與地方政府的應(yīng)急管理準(zhǔn)備能力的評(píng)估系統(tǒng)，但該評(píng)估系統(tǒng)都是以評(píng)價(jià)表的形式進(jìn)行的[3-4]。日本消防廳、防災(zāi)與情報(bào)研究設(shè)定了地方公共團(tuán)體防災(zāi)能力的評(píng)價(jià)項(xiàng)目，討論日本防災(zāi)能力及危機(jī)管理應(yīng)急能力評(píng)估問(wèn)題[5]。

我國(guó)在應(yīng)急管理能力的評(píng)價(jià)和研究方面，多數(shù)以單項(xiàng)災(zāi)害管理評(píng)價(jià)為主，如周孝信等對(duì)城市供電應(yīng)急能力評(píng)價(jià)體系進(jìn)行的研究[6]；張風(fēng)華等對(duì)城市防震減災(zāi)能力的評(píng)估研究[7]；楊海東等基于突變理論對(duì)城市道路交通安全突發(fā)事件應(yīng)急能力的評(píng)價(jià)研究[8]。這就有了后來(lái)大批學(xué)者對(duì)城市應(yīng)急能力的綜合研究，比如在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究方面，鄧云峰等提出了城市應(yīng)急能力評(píng)估體系框架[9]；鐵永波等對(duì)城市災(zāi)害應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建構(gòu)也進(jìn)行了初步研究[10]；在評(píng)價(jià)模型方法方面，蔡林陽(yáng)等基于FAHP與云模型對(duì)城市防災(zāi)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)[11]。

本文采用偏最小二乘(Partial Least Square簡(jiǎn)記為PLS)路徑模型方法，借助SPSS、SmartPLS等統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)重點(diǎn)城市應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害的應(yīng)急能力給出一個(gè)綜合評(píng)估的方法，擬通過(guò)模型評(píng)價(jià)方法對(duì)各城市應(yīng)急能力進(jìn)行一個(gè)客觀(guān)科學(xué)的評(píng)估，得出各城市綜合應(yīng)急能力的排名，為不同城市應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害的應(yīng)急能力水平橫向比較提供基礎(chǔ)，更利于各城市及時(shí)了解自身情況并對(duì)不足之處及時(shí)做出調(diào)整。

2 建立城市應(yīng)急能力評(píng)估的PLS路徑模型

2.1 PLS路徑模型介紹

偏最小二乘路徑模型的工作目標(biāo)與結(jié)構(gòu)方程模型基本是一致的，但與結(jié)構(gòu)方程模型中基于樣本協(xié)方差矩陣進(jìn)行求解的思路不同，PLS路徑模型采用的是一系列一元或多元的線(xiàn)性迭代求解法[12]。在對(duì)經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)、行為科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行研究時(shí)，會(huì)涉及到很多不能直接準(zhǔn)確測(cè)量的變量，但這些變量可以通過(guò)一些其它的可觀(guān)測(cè)到的變量間接反映出來(lái)，稱(chēng)這些不可觀(guān)測(cè)的變量為‘隱變量’，而反映隱變量的可觀(guān)測(cè)的變量稱(chēng)為顯變量指標(biāo)。PLS路徑模型正是用來(lái)處理隱變量和對(duì)應(yīng)的顯變量指標(biāo)組以及隱變量和隱變量之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法。利用該方法研究具體問(wèn)題時(shí)，往往是首先結(jié)合分析問(wèn)題的環(huán)境并利用已經(jīng)掌握的先驗(yàn)信息，畫(huà)出路徑方程的結(jié)構(gòu)圖，然后根據(jù)該圖進(jìn)行下一步的具體分析與計(jì)算。

2.2 城市應(yīng)急能力的評(píng)估指標(biāo)

本文采用PLS路徑模型對(duì)城市應(yīng)急能力進(jìn)行評(píng)估與分析。首先選取影響評(píng)估城市應(yīng)急能力的指標(biāo)體系：在參考了王紹玉教授提出的城市災(zāi)害應(yīng)急能力評(píng)價(jià)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上[13]，考慮到選取的指標(biāo)不僅要從整體的角度對(duì)事件的全流程進(jìn)行掌控，既能高效的體現(xiàn)評(píng)價(jià)工作的質(zhì)量，又能直接反應(yīng)城市對(duì)災(zāi)害的應(yīng)急管理工作；另外還要從建立數(shù)學(xué)模型的科學(xué)性、綜合性、可操作性及典型性的原則出發(fā)，來(lái)確定評(píng)價(jià)城市應(yīng)急能力的指標(biāo)體系的原則出發(fā)，本文選取的評(píng)估城市應(yīng)急能力的指標(biāo)如下：把應(yīng)急財(cái)政能力、交通運(yùn)輸能力、醫(yī)療保障能力、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警、災(zāi)害損失應(yīng)對(duì)情況、應(yīng)急管理支出、災(zāi)害救援情況、醫(yī)療保險(xiǎn)情況做為8個(gè)一級(jí)指標(biāo)，做為模型中的隱變量組，分別用Y1到Y(jié)8表示；選取在崗職工平均工資、地區(qū)生產(chǎn)總值、地方一般公共預(yù)算支出、第三產(chǎn)業(yè)增加值、公路占比等33個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為對(duì)應(yīng)的顯變量指標(biāo)組，為方便處理，將上述選取的顯變量評(píng)價(jià)指標(biāo)用符號(hào)表示，見(jiàn)表1。

表1 顯變量指標(biāo)組表

其中8個(gè)一級(jí)隱變量指標(biāo)組是通過(guò)對(duì)應(yīng)的二級(jí)顯變量指標(biāo)組綜合體現(xiàn)出來(lái)的，其對(duì)應(yīng)關(guān)系及表示符號(hào)見(jiàn)表2。

表2 隱變量與顯變量組對(duì)應(yīng)關(guān)系表

這些構(gòu)成了本文采用對(duì)城市應(yīng)急能力評(píng)估的PLS路徑模型的基本指標(biāo)框架體系，并且選取2018年包括北京、上海、廣州等31個(gè)城市的相關(guān)顯變量指標(biāo)數(shù)據(jù)作為樣本，為保證數(shù)據(jù)的權(quán)威性、準(zhǔn)確性和可得性，所有數(shù)據(jù)均來(lái)源于2018年度中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒和各城市統(tǒng)計(jì)局中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，限于篇幅的原因，原始數(shù)據(jù)從略。由于PLS 路徑模型要求在進(jìn)行建模時(shí)，需對(duì)原始數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化處理，避免由于量綱的不同而引起的最終結(jié)果的誤差，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確。采用的標(biāo)準(zhǔn)化處理的計(jì)算公式如下：

(1)

2.3 城市應(yīng)急能力的評(píng)估指標(biāo)

首先利用SPSS軟件對(duì)原始變量間做相關(guān)性檢驗(yàn)，得到各個(gè)指標(biāo)變量(見(jiàn)表3)。

表3 KMO和巴特利特檢驗(yàn)結(jié)果表

由表3可知變量間相關(guān)性較強(qiáng)，兩個(gè)指標(biāo)變量之間的系數(shù)大多大于0.7，且根據(jù)KMO和Barttlet 球形檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)表中結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)KMO值為0.763，說(shuō)明各個(gè)解釋變量相關(guān)性較強(qiáng)，而在 Barttlet 球形檢驗(yàn)中，P=0<0.05，也說(shuō)明了各解釋變量的相關(guān)性較高，且變量之間不獨(dú)立。綜上，對(duì)這些數(shù)據(jù)建立PLS路徑模型分析是比較合適的。

2.4 建立PLS路徑評(píng)估模型

借助SPSS軟件標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入到 SmartPLS軟件，對(duì)預(yù)先建立好的應(yīng)急儲(chǔ)備能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系畫(huà)出 PLS 路徑圖，如圖1所示。

圖1 城市應(yīng)急能力PLS評(píng)估模型路徑圖

路徑圖的中心即是所有變量信息所反映的綜合指標(biāo)——應(yīng)急儲(chǔ)備能力，左邊兩列分別表示選取的八個(gè)一級(jí)隱變量以及各個(gè)隱變量下對(duì)應(yīng)的二級(jí)顯變量指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，代表城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力綜合水平的不同方面，該圖的右邊一列是城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力所有相關(guān)影響因素的變量。根據(jù)系數(shù)值得到最終評(píng)估城市應(yīng)急能力的PLS路徑模型為:

(2)

由路徑系數(shù)圖和公式(2)可以看出，醫(yī)療保障能力Y3系數(shù)為0.238，是所有隱變量中系數(shù)最大的，災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警Y4系數(shù)為0.226，僅次于醫(yī)療保障能力，這兩個(gè)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他系數(shù)，說(shuō)明醫(yī)療保障能力與災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警在城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力顯得中尤為重要；應(yīng)急管理支出Y6相較其他隱變量而言作用并非很顯著。因此，我們?cè)谔岣叱鞘械膽?yīng)急儲(chǔ)備能力時(shí)應(yīng)該高度重視城市的醫(yī)療建設(shè)和災(zāi)害預(yù)警與檢測(cè)方面的建設(shè)。

對(duì)以上模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 模型檢驗(yàn)結(jié)果表

平均抽取變異量又稱(chēng)AVE值，AVE值大于0.5則說(shuō)明潛在項(xiàng)可以較好地解釋觀(guān)測(cè)項(xiàng)。由模型檢驗(yàn)表4可以看出，8個(gè)隱變量的 AVE 值全部都大于0.6，這就說(shuō)明本文選取的觀(guān)測(cè)指標(biāo)變量對(duì)潛在隱變量的解釋力非常好；此外，八個(gè)隱變量的組合信度、Rho_A 值、克朗巴赫系數(shù)的值大多在 0.7 以上，說(shuō)明該P(yáng)LS路徑模型的可靠性較高；路徑模型的 R2值以及調(diào)整后的R2值均為 1；綜合以上情況可以說(shuō)明選取的各個(gè)觀(guān)測(cè)指標(biāo)以及八個(gè)隱變量對(duì)城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力的解釋程度非常好，即該模型的擬合效果非常好。

繼續(xù)觀(guān)察模型路徑系數(shù)的檢驗(yàn)表，見(jiàn)表5。

表5 路徑系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

發(fā)現(xiàn)，八個(gè)隱變量的P值均小于0.05，八個(gè)隱變量的路徑系數(shù)都通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。這表明本文建立的PLS路徑模型是十分有效且可靠的。

2.5 模型評(píng)估結(jié)果

結(jié)合路徑系數(shù)計(jì)算各觀(guān)測(cè)指標(biāo)顯變量和隱變量的權(quán)重值，可以計(jì)算得到八個(gè)隱變量和城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力綜合得分值。先分別計(jì)算出所選取的全國(guó)31個(gè)省市在應(yīng)急財(cái)政能力，交通運(yùn)輸水平，醫(yī)療保障能力，災(zāi)害預(yù)警與檢測(cè)，災(zāi)害損失應(yīng)對(duì)情況，應(yīng)急管理支出，災(zāi)害救援情況，醫(yī)療保險(xiǎn)情況八個(gè)指標(biāo)的得分，再根據(jù)各省市綜合實(shí)力得分進(jìn)行排名，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各省市應(yīng)急儲(chǔ)備能力綜合得分排名

由分析結(jié)果對(duì)各個(gè)省市進(jìn)行Q型聚類(lèi)分析，得到的樹(shù)狀圖如圖2所示。

圖2 等級(jí)分類(lèi)樹(shù)狀圖

由分類(lèi)結(jié)果圖2所示，將31個(gè)省市聚成四類(lèi)，分別代表著應(yīng)急儲(chǔ)備能力優(yōu)秀、較強(qiáng)、較弱、弱四個(gè)等級(jí)的地區(qū)，分類(lèi)結(jié)果如下：

第一類(lèi)為：北京、上海；

第二類(lèi)為：山東、四川、廣東、海南、湖南、福建、浙江、江蘇、山西、重慶、安徽、陜西、天津、廣西、河北、貴州、遼寧、江西、甘肅

第三類(lèi)為：湖北、寧夏、內(nèi)蒙古、云南、海南、吉林、新疆、黑龍江；

第四類(lèi)為：青海、西藏。

2.6 模型評(píng)估結(jié)果

從聚類(lèi)結(jié)果結(jié)合得分表可以看出：北京和上海穩(wěn)居第一類(lèi)，應(yīng)急儲(chǔ)備能力方面表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)秀，北京是首都——政治文化中心，上海地理位置優(yōu)越，是經(jīng)濟(jì)中心，兩個(gè)城市各方面都名列前茅，沒(méi)有什么明顯的短板，應(yīng)急儲(chǔ)備能力也遠(yuǎn)超其他省市，穩(wěn)居前列。

山東、四川、廣東、河南、湖南、福建、浙江、江蘇、山西、重慶、安徽、陜西、天津、廣西、河北、貴州、遼寧、江西、甘肅這19個(gè)省市為第二類(lèi)，這些城市占比大，應(yīng)急儲(chǔ)備能力也較強(qiáng)，僅次于第一類(lèi)的兩個(gè)城市，這些省市各方面也表現(xiàn)良好，但仍存在一些不足需要改進(jìn)或加強(qiáng)。

湖北、寧夏、內(nèi)蒙古、云南、海南、吉林、新疆、黑龍江8個(gè)省市位于第三類(lèi)，這些城市應(yīng)急儲(chǔ)備能力較弱，總在一些方面有缺陷、表現(xiàn)不太好，這些省市大多屬于西北，西南和東北地區(qū)，跟地域因素也有關(guān)，應(yīng)急能力發(fā)展較為落后，需要及時(shí)找到不足之處并加以調(diào)整。

處于第四類(lèi)的有青海和西藏，這兩個(gè)省在應(yīng)急儲(chǔ)備方面發(fā)展較差，很多方面都較落后，處于較低的水平，這兩個(gè)省屬于西部地區(qū)，地域因素影響較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較落后，難以形成自己的優(yōu)勢(shì)，如果不能及時(shí)對(duì)癥下藥，制定合理的發(fā)展戰(zhàn)略，很有可能與其他省市差距越來(lái)越大。

得分表6中除了得到了綜合得分，還得到了包括八個(gè)應(yīng)急方面的得分，能很方便地分析出各省市在應(yīng)急處置能力的不足之處，例如西藏進(jìn)步空間最大。從八個(gè)指標(biāo)得分可以看出是因?yàn)槲鞑卦跒?zāi)害預(yù)警與檢測(cè)方面得分差強(qiáng)人意，醫(yī)療保障能力與應(yīng)急財(cái)政能力兩方面表現(xiàn)進(jìn)步空間也較大。因此，西藏需要在這三方面進(jìn)行加強(qiáng)，以提高應(yīng)急儲(chǔ)備能力，以便于在突發(fā)事件來(lái)臨時(shí)將損失降到最低。對(duì)其他省市的分析也同理可得。只有認(rèn)識(shí)到應(yīng)急儲(chǔ)備能力的現(xiàn)狀，不斷充實(shí)和改進(jìn)，才能在災(zāi)害來(lái)臨前做好充分的準(zhǔn)備、來(lái)臨時(shí)有條不紊地積極應(yīng)對(duì)，才能真正做到有備無(wú)患。

3 結(jié)論

(1) 合理科學(xué)的評(píng)價(jià)一所城市綜合的應(yīng)急能力，要考察與評(píng)比各方面的屬性及指標(biāo)。本文通過(guò)研究建立城市應(yīng)急能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從中選取了具有較高信度和效度的指標(biāo)，建立了PLS路徑模型對(duì)城市的應(yīng)急能力進(jìn)行了評(píng)估，解決了對(duì)結(jié)果多樣性和主觀(guān)性難以評(píng)判的問(wèn)題。

(2) 由于PLS路徑模型既對(duì)樣本點(diǎn)沒(méi)有特殊要求，還能處理指標(biāo)多、樣本點(diǎn)少的建模問(wèn)題，能夠?qū)ξ覈?guó)各個(gè)不同城市的應(yīng)急能力從總體上給出一個(gè)科學(xué)打分及評(píng)估結(jié)果，其打分和分類(lèi)的結(jié)果具有一定的可參考性。

(3) PLS路徑模型對(duì)城市應(yīng)急能力的科學(xué)評(píng)估可以對(duì)城市災(zāi)害應(yīng)急管理能力進(jìn)行一個(gè)有效的監(jiān)督和推動(dòng)，為提高城市災(zāi)害應(yīng)急能力提供了參考，從而推動(dòng)城市的應(yīng)急管理工作步入規(guī)范化和科學(xué)化的軌道，保證城市的可持續(xù)發(fā)展。