基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

摘 要：在區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中引入灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算耦合集對分析的方法，基于風(fēng)險(xiǎn)層層傳遞的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算理念，構(gòu)建了基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，在充分考慮各評(píng)估因子之間相互不確定性的情況下，能夠提升評(píng)估結(jié)果的客觀性，使評(píng)估結(jié)果更符合評(píng)估對象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的實(shí)際情況。結(jié)果表明：基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的鏈?zhǔn)絺鬟f評(píng)估的結(jié)果更接近自然界的風(fēng)險(xiǎn)分布規(guī)律，更適用于處理雷電高發(fā)區(qū)域的各類礦區(qū)評(píng)估項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；灰色關(guān)聯(lián)度分析法；風(fēng)險(xiǎn)矩陣；鏈?zhǔn)絺鬟f

中圖分類號(hào)：P429 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-04

雷電是自然界中影響人類活動(dòng)的嚴(yán)重災(zāi)害之一。區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以識(shí)別區(qū)域內(nèi)可能存在的雷電風(fēng)險(xiǎn)，有效分析區(qū)域的雷擊風(fēng)險(xiǎn)來源和雷電防護(hù)薄弱環(huán)節(jié)，是安全生產(chǎn)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。為進(jìn)一步落實(shí)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》和《西藏自治區(qū)人民政府關(guān)于加快推進(jìn)氣象高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見》，《西藏自治區(qū)防雷減災(zāi)條例》明確了為減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失，應(yīng)依據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)有序開展雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。因此，研究區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以便更好地發(fā)揮區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在優(yōu)化營商環(huán)境的作用，為項(xiàng)目選址和布局、政府決策提供科學(xué)的雷電防護(hù)策略指導(dǎo)，為全區(qū)氣象高質(zhì)量發(fā)展保駕護(hù)航。

中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（QX/T 85—2018）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為建設(shè)工程項(xiàng)目選址和功能分區(qū)布局、防雷類別與防雷措施確定等提出了建設(shè)性意見?，F(xiàn)行區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作主要采用層次分析法，對雷電風(fēng)險(xiǎn)、地域風(fēng)險(xiǎn)、承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定性分析，是當(dāng)前較為成熟的區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法?；疑P(guān)聯(lián)度分析法、集對分析法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)的評(píng)估方法，在電力、水利和農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究、災(zāi)害評(píng)估中的應(yīng)用已經(jīng)較為

成熟。

基于區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)性，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法充分分析評(píng)估樣本與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)特征值之間的不確定性，綜合考慮區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境差異性、承災(zāi)體暴露性、風(fēng)險(xiǎn)管理能力和雷電防護(hù)能力5個(gè)子系統(tǒng)之間的作用關(guān)系，確定風(fēng)險(xiǎn)矩陣元素值，構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

1 基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.1 集對分析法

事物都具有確定性和不確定性，它們互相聯(lián)系、互相影響并互相制約。事物的不確定性是事物的一種能動(dòng)的本性，具有雙重特性，是客觀事物運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的本源。鑒于不確定性的雙重特性，以及不確定性引發(fā)的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)，集對分析法在處理不確定性問題方面具有獨(dú)特的顯著特點(diǎn)，使用集對分析理論對不確定性理論進(jìn)行處理，是一種較為科學(xué)合理的方法[1]。

集對分析法在處理不確定性問題時(shí)使用聯(lián)系度μ=a+bi+cj來描述有關(guān)確定性和不確定性的狀況和程度，即將兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的集合A和集合B構(gòu)成集對H系統(tǒng)，對集對H進(jìn)行同一性、對立性、差異性分析，將事物的確定性和不確定性作為一個(gè)系統(tǒng)加以處理。其中，a和c分別代表對事物同一和對立的兩種狀態(tài)的定量刻畫，即a表示同一性，c表示對立性，b表示介于同一和對立之間的差異性，i為差異度符號(hào)，i∈[-1，1]。當(dāng)差異度中的特性越接近所屬評(píng)價(jià)的等級(jí)時(shí)，i越接近1；當(dāng)差異度中的特性越偏離所屬評(píng)價(jià)的等級(jí)時(shí)，i越接近-1。j為對立度標(biāo)記符號(hào)，j=-1，a+b+c=1。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

灰色關(guān)聯(lián)度分析法（Grey Relation Analysis，GRA），

是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法。在一個(gè)灰色系統(tǒng)中，假設(shè)已知某個(gè)指標(biāo)可能與其他幾個(gè)因素“相關(guān)”，為研究該指標(biāo)與哪個(gè)因素相對關(guān)系更強(qiáng)，與哪個(gè)因素相對關(guān)系更弱，以此類推，將這些因素進(jìn)行排序，得到一個(gè)分析結(jié)果，就可以知道該指標(biāo)與哪個(gè)因素更相關(guān)。

“灰色系統(tǒng)”概念是相對于白色系統(tǒng)和黑色系統(tǒng)而言的。顏色代表系統(tǒng)已知信息的多寡，白色系統(tǒng)代表信息量充足，黑色系統(tǒng)代表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不清楚，而灰色系統(tǒng)介于兩者之間，表示對該系統(tǒng)有部分了解。為了研究“灰色系統(tǒng)”中擬研究指標(biāo)與其他指標(biāo)的相關(guān)性，需要使用集對分析法，通過建立集對、設(shè)定參考序列和比較序列、歸一化處理后，計(jì)算比較序列（其他指標(biāo)）與參考序列（研究指標(biāo)）的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，從而得到一個(gè)排序，說明其他指標(biāo)與擬研究指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性程度[2]。參考序列為x0（k），比較序列為xi（k）的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式如下：

（1）

式（1）中，ρ為分辨系數(shù)，ρ越小，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)間的差異越大，區(qū)分能力越強(qiáng)，一般ρ=0.5。

1.3 雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)是以承災(zāi)體為主體，以孕災(zāi)環(huán)境中承災(zāi)體價(jià)值性損失與致災(zāi)因子破壞之間復(fù)雜的作用和響應(yīng)關(guān)系為作用機(jī)制，具有鏈?zhǔn)絺鬟f關(guān)系的復(fù)雜系統(tǒng)[3]。雷電災(zāi)害損失（災(zāi)情）則為該作用機(jī)制下的演化結(jié)果，其鏈?zhǔn)絺鬟f如下：雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由致災(zāi)因子危險(xiǎn)性A、孕災(zāi)環(huán)境差異性B、經(jīng)承災(zāi)體暴露性C、雷電防護(hù)能力D及風(fēng)險(xiǎn)管理能力E（B、C、D、E組成脆弱性）傳遞作用后，產(chǎn)生承災(zāi)體損失風(fēng)險(xiǎn)F。防護(hù)裝置及其風(fēng)險(xiǎn)管理能力在系統(tǒng)中發(fā)揮著調(diào)控的作用，主要修正承災(zāi)體暴露性風(fēng)險(xiǎn)、災(zāi)害敏感性等級(jí)，從而降低或規(guī)避雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，這種調(diào)控過程是鏈?zhǔn)絺鬟f的重要環(huán)節(jié)。

通過建立基于區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)物理成因的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，采用由灰色關(guān)聯(lián)度分析法改進(jìn)的集對分析方法評(píng)估區(qū)域雷電災(zāi)害子系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，再根據(jù)建立的風(fēng)險(xiǎn)矩陣依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f的路徑，層層合成，完成雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性“輸入”、經(jīng)脆弱性“轉(zhuǎn)換”而得到損失風(fēng)險(xiǎn)“輸出”，最終得到區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而建立了基于風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f機(jī)理和雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)物理成因、由危險(xiǎn)性經(jīng)脆弱性向損失風(fēng)險(xiǎn)傳遞的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f評(píng)估方法。

2 基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的構(gòu)建

2.1 統(tǒng)計(jì)特性系數(shù)

分析集對中多種特性的同一性a、差異性b和對應(yīng)性c。

2.2 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

將求得的同一組a、b、c分為b、a和b、c兩組，計(jì)算差異性b與同一性a、差異性b與對立性c之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ζba、ζbc。

2.3 計(jì)算聯(lián)系數(shù)并確定對比序列等級(jí)

將上述計(jì)算的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ζba、ζbc進(jìn)行歸一化處理，得到ζba、ζbc。將聯(lián)系數(shù)的差異度項(xiàng)bI按照比例分為ζ′ba×b、ζ′bc×b兩個(gè)部分，以此計(jì)算評(píng)價(jià)對象的聯(lián)系數(shù)的確定值：

μ=a+ζ′ba×b-ζ′bc×b-c（2）

將聯(lián)系數(shù)μ值轉(zhuǎn)成相對隸屬度0.5+0.5×μ并進(jìn)行歸一化處理，再用屬性識(shí)別法判別等級(jí)，置信參數(shù)取0.6。

2.4 構(gòu)造雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)矩陣

第一步，合成承災(zāi)體暴露性與雷電防護(hù)能力等級(jí)，得到承災(zāi)體敏感性風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣（表1）。

第二步，合成孕災(zāi)環(huán)境與風(fēng)險(xiǎn)管理能力等級(jí)，得到承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)承受能力等級(jí)矩陣（表2）。

第三步，合成承災(zāi)體敏感性風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣與承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)承受能力等級(jí)矩陣，得到脆弱性風(fēng)險(xiǎn)矩陣（表3）。

第四步，合成致災(zāi)因子危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)與脆弱性風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣，得到區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣（表4）。

3 案例分析

3.1 區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

評(píng)估指標(biāo)體系的建立是區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，評(píng)估指標(biāo)體系的科學(xué)性和合理性，直接決定了評(píng)估結(jié)果的可信度和適用性。為科學(xué)合理地反映區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)真實(shí)特征，給礦區(qū)選址和功能布局提供更有針對性的決策性建議，根據(jù)已有研究經(jīng)驗(yàn)，在選取指標(biāo)時(shí)，遵循資料選取的系統(tǒng)性、代表性、可獲得性等原則，從5個(gè)要素中選擇特征指標(biāo)，建立區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。

3.2 基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

采用相同的方法可以計(jì)算得出各行業(yè)功能區(qū)域的孕災(zāi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、承災(zāi)體暴露性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)管理指標(biāo)的等級(jí)，從各子區(qū)域孕災(zāi)環(huán)境與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度（表5），各子區(qū)域承災(zāi)體暴露性與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度（表6），各子區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)管理指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度（表7）通過鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)得到承災(zāi)體暴露性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與防護(hù)裝置的合成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表8），孕災(zāi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)管理能力指標(biāo)合成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表9），進(jìn)一步計(jì)算得到承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)承受能力與承災(zāi)體敏感性的合成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表10），最終得到由脆弱性與致災(zāi)因子危險(xiǎn)性合成的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表11）和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖（圖12）。

3.3 傳統(tǒng)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型評(píng)估結(jié)果

采用傳統(tǒng)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，各因子權(quán)重分別采用專家評(píng)分法，最終得到各行業(yè)功能分布的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表12）。

4 結(jié)果與分析

從基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的鏈?zhǔn)絺鬟f區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的評(píng)估結(jié)果可以看出，該礦區(qū)8個(gè)子區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)等級(jí)，從高到低依次為I（極高風(fēng)險(xiǎn)）、Ⅱ（高風(fēng)險(xiǎn)）、Ⅲ（中風(fēng)險(xiǎn)）、Ⅳ（低風(fēng)險(xiǎn)），其中，極高風(fēng)險(xiǎn)占比1/8，高風(fēng)險(xiǎn)占比1/4，中風(fēng)險(xiǎn)占比1/2、低風(fēng)險(xiǎn)占比1/8，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布比較符合正態(tài)分布形式。

為了對比分析基于灰色關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法與傳統(tǒng)評(píng)估模型的異同點(diǎn)，揭示風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的適用性偏向和優(yōu)缺點(diǎn)，將風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的評(píng)估結(jié)果分別與采用專家評(píng)分法等傳統(tǒng)評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對比分析。使用專家評(píng)分法的評(píng)估結(jié)果顯示：該礦區(qū)8個(gè)子區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)等級(jí)，各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)占比均相同。

通過分析兩種方法的評(píng)估結(jié)果可以看出，相較于專家評(píng)分法的傳統(tǒng)評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果，基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的鏈?zhǔn)絺鬟f評(píng)估方法的評(píng)估結(jié)果更接近自然界的風(fēng)險(xiǎn)分布規(guī)律。

5 結(jié)論

由于區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一個(gè)涉及多要素的動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，引入灰色關(guān)聯(lián)的概念，充分考慮各評(píng)估因子之間的相互不確定性，能夠提升評(píng)估結(jié)果的客觀性，使評(píng)估結(jié)果更符合評(píng)估對象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的實(shí)際情況，提高風(fēng)險(xiǎn)防范的適用性與合理性，為相關(guān)業(yè)務(wù)人員補(bǔ)充了不同形式的、科學(xué)的評(píng)估方法和手段。

基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的鏈?zhǔn)絺鬟f區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法采用灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算耦合集對分析的方法，同時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)鏈?zhǔn)絺鬟f的原理引入?yún)^(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立了風(fēng)險(xiǎn)層層傳遞的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算理念和模型。相較于專家評(píng)分法的傳統(tǒng)評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果，基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的鏈?zhǔn)絺鬟f評(píng)估的結(jié)果更接近自然界的風(fēng)險(xiǎn)分布規(guī)律。

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收稿日期：2024-09-19

作者簡介：朱薇薇（1981—），女，重慶人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槔纂姺烙皻庀蠓罏?zāi)減災(zāi)。