魏彩鳳 陳美寶,2 何 軍 胡 鵬 白經(jīng)博

(1. 重慶科技學院， 重慶 401331； 2. 重慶市安全生產科學研究院， 重慶 400042；3. 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所， 重慶 400021)

灰色聚類模型在應急管理能力評價中的改進及應用

魏彩鳳1陳美寶1,2何 軍3胡 鵬3白經(jīng)博1

(1. 重慶科技學院， 重慶 401331； 2. 重慶市安全生產科學研究院， 重慶 400042；3. 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所， 重慶 400021)

在運用灰色聚類模型評價應急管理能力時，發(fā)現(xiàn)當確定某種形式的白化權函數(shù)后出現(xiàn)了權值全部相同的情況，針對這種情況提出了將灰色聚類模型與已確定的指標權重相結合建立模型一、模型二，并在已有的應急管理能力評價體系和已知其相應指標權重的基礎上，運用改進灰色聚類模型進行實例分析。結果表明，改進的灰色聚類模型可以用來評價應急管理能力，且2種模型所得到的評價結果一致，但模型一比模型二對評價工作更有效。

灰色聚類模型； 白化權函數(shù)； 權值； 評價體系

1982年，中國學者鄧聚龍教授創(chuàng)立了灰色系統(tǒng)理論，這是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新理論[1-2]。該理論以“部分信息已知，部分信息未知”的“少數(shù)據(jù)”“貧信息”不確定系統(tǒng)為研究對象?，F(xiàn)實世界中普遍存在的“少數(shù)據(jù)”“貧信息”不確定系統(tǒng)，為灰色系統(tǒng)理論提供了豐富的研究資源和廣闊的發(fā)展空間[3]。

概率統(tǒng)計、模糊數(shù)學、灰色系統(tǒng)理論和粗糙集理論是4種最常用的不確定性系統(tǒng)研究方法[3]。其共同點是研究對象都具有某種不確定性，區(qū)別在于各側重點不同。目前，灰色系統(tǒng)理論已經(jīng)運用到各個方面，比如地應力場分析、農民用水、管道腐蝕剩余壽命預測及管道應急管理能力評價等。同時，很多學者也對灰色聚類模型提出改進措施，使其更好地用來解決實際問題。例如吳波等[4]人提出利用灰色關聯(lián)分析的思想對灰色聚類評估模型進行改進，用來評估設備的健康狀態(tài)；胡軍等[5]人針對指數(shù)型白化權函數(shù)建立了樣本與各等級之間的對應關系，避免了零權重問題，對環(huán)境空氣質量進行評價；徐冬梅等[6]人運用聚類與排序并重的改進灰色聚類決策方法，采用混合三角白化權函數(shù)的新思路，重新確定了決策標準，提出了基于改進灰色聚類的農業(yè)旱災脆弱性分析模型。

由于影響應急管理能力的因素涉及廣且較復雜，很難完全使其量化，而且在進行評價時依據(jù)的評價體系中也只是列舉出影響應急管理能力中具有代表性的指標，其次借助專家評價時存在一定的主觀性，因此，應急能力評價信息存在不全面與不準確的特性[7]。于是便可采用灰色系統(tǒng)理論相關知識對應急能力展開評價工作，同時可以進一步改進模型，使其能更好地用于評價。選取天然氣中心站為研究對象，同時以高峰場中心站為實例進行驗證。

1 改進灰色聚類模型

1.1灰色聚類模型

灰色系統(tǒng)理論研究和技術方法體系受到更多的關注并被運用到各領域，許多學者投入大量精力來研究、發(fā)展灰色系統(tǒng)理論。

灰色聚類是根據(jù)灰色關聯(lián)矩陣或灰類的白化權函數(shù)將所考慮的觀測值或觀測對象劃分成若干個可定義類別的方法[8]。一個灰類就是指屬于同一類的觀測指標或觀測對象的集合?；诎谆瘷嗪瘮?shù)的灰色聚類主要用于考慮觀測對象是否屬于事先設定的不同類別，以便區(qū)別對待[3]。基于白化權函數(shù)的灰色聚類又可以分為灰色變權聚類和灰色定權聚類[9]?；疑儥嗑垲愡m用于評價對象指標的意義、量綱皆相同的情況，當其指標的意義、量綱不同并且不同指標的樣本值在數(shù)量上差異懸殊時，應采用灰色定權聚類。

運用灰色聚類模型來進行評價，其步驟分為分析灰色聚類，構建白化權函數(shù)，確定子類臨界值、子類的權、變權聚類系數(shù)、聚類系數(shù)向量及矩陣，通過得到的矩陣來分析評價的結果。

設有n個聚類對象，m個聚類指標，s個不同灰度，根據(jù)對象關于指標的觀測值，將對象歸入灰類k(k{1,2，…，s})，稱為灰色聚類。其相關公式為[3]：

經(jīng)典白化權函數(shù)中k子類臨界值：

(1)

j指標k子類的權值：

(2)

灰色變權聚類系數(shù)值：

(3)

聚類系數(shù)向量：

(4)

聚類系數(shù)矩陣：

(5)

1.2問題分析

在實際應用過程中發(fā)現(xiàn)，當構建某種形式的經(jīng)典白化權函數(shù)時，其各子類的臨界值均相同，從而使得權都相同，這樣就失去了確定權的意義，體現(xiàn)不出不同指標所占權的不同對評價結果的影響。

1.3改進灰色聚類模型

模型一：權η賦值為評價體系中采用某種方法所確定的各對象i相應的指標j的權重，即假設有二級評價體系，則權η賦值為各二級指標權重，則灰色變權聚類系數(shù)變?yōu)椋?/p>

(6)

模型二：權η賦值為評價體系中采用某種方法所確定的各對象i的權重，則權η賦值為各指標所從屬的一級指標權重，則灰色變權聚類系數(shù)變?yōu)椋?/p>

(7)

模型一的思想是單獨考慮各指標的權重，而模型二的思想則是從整體角度出發(fā)，考慮指標所從屬的上級指標的權重。運用上述2種思想可以將灰色聚類模型與某種方法已確定權重相結合，避免了灰色聚類模型中存在的不足，同時可以更有效地對所要評價的對象進行評價。

2 改進灰色聚類模型的應用

2.1模型分析

將在已有的高峰場中心站應急管理能力評價體系(二級指標體系，其中一級指標5個，二級指標19個)和已知各指標權重的基礎上，運用改進灰色聚類模型對高峰場中心站應急管理能力進行評價?；翌惙譃椤皟?yōu)”“良”“中”“差”，分數(shù)依次為7、5、3、1，介于兩者之間依次為6、4、2，同時組織專家組對評價體系中各指標進行打分，其分值將作為構建白化權函數(shù)的依據(jù)。由于灰色聚類最大的特點是不僅對樣本數(shù)量沒有要求，而且也不要求樣本服從任何分布，因此，不需要對數(shù)據(jù)進行校驗，可以直接進行評價[10]。專家組的人數(shù)可自行規(guī)定，所打的分值可以直接應用。

2.2模型建立

灰數(shù)及白化權函數(shù)的確定如表1所示。

通過白化權函數(shù)可以分別計算出臨界值和權值，此時就會發(fā)現(xiàn)計算所得到的權值都相同。因此，將不再采用此計算權值的方法繼續(xù)計算灰色變權聚類系數(shù)、向量等。

運用模型一的思想，將權賦值為各二級指標的權重，運用模型二的思想，將權賦值為各二級指標所從屬的一級指標的權重，通過運用1.1中的公式分別計算出灰色變權聚類系數(shù)、聚類系數(shù)向量，從而得到聚類系數(shù)矩陣，矩陣中最大值見表2。

2.3結果分析

通過對模型的分析及建立，最終總結出的結果見表2。在模型一、二中均有如下結果：i=5時屬于灰類1，即一級指標中第五個評價對象評價結果屬于“優(yōu)”；i=1,2,4時屬于灰類2，一級指標中第一、二、四個評價對象評價結果屬于“良”；i=3時屬于灰類3，即一級指標中第三個評價對象評價結果屬于“中”。通過對高峰場中心站數(shù)據(jù)的進一步分析、核實，確認此評價結果符合實際情況。

表1 灰數(shù)及白化權函數(shù)表

表2 2種模型中的確定

3 結 語

(1) 通過構建白化權函數(shù)來運用灰色聚類模型評價應急管理能力時發(fā)現(xiàn)，當構建某種形式的白化權函數(shù)時會出現(xiàn)權值都相同的情況。在此情況下，失去了確定權的含義，體現(xiàn)不出不同指標所占權值的不同對評價結果的影響。

(2) 提出將灰色聚類模型與已確定的指標權重相結合的思想，對灰色聚類模型進行改進，使其更好地用來評價應急管理能力。同時，通過實例分析，所提出的2種模型均可以有效地開展評價工作，但模型一比模型二的評價效果更好。

[1] 劉思峰.灰色系統(tǒng)理論的產生、發(fā)展及前沿動態(tài)[J].中國管理科學，2003，16(增刊1)：14-17.

[2] 王印博，魏祥，李紅昌，等.層次灰色理論在老舊電梯綜合評價中的應用[J].裝備制造技術，2014(4)：125-126.

[3] 劉思峰，楊英杰，吳利豐，等.灰色系統(tǒng)理論及其應用[M].北京：科學出版社，2014:123-147.

[4] 吳波，夏良華，鄭百源，等.設備健康狀態(tài)灰色聚類評估的一種改進方法[J].計算機測量與控制，2013，21(10)：2756-2758.

[5] 胡軍，許麗忠，張江山.基于改進灰色聚類法的大氣環(huán)境質量綜合評價[J].福建師范大學學報(自然科學版)，2012，28(1)：49-54.

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[10] 譚露.基于灰色聚類的鉆井作業(yè)安全評價方法的研究與實現(xiàn)[D].成都：西南石油大學，2014:17-18.

Abstract:When using grey clustering model to evaluate the emergency management ability, it is found that the weights are all the same when a certain kind of whitening weight function is determined. In view of this situation, this paper puts forward the idea of improving grey clustering model. By combining the grey clustering model with the weight of the index that has been determined, the model 1 and model 2 are established. At the same time, on the basis of the existing emergency management capability evaluation system and the corresponding index weight, the improved grey clustering model is used to validate the model. The results show that the improved grey clustering model can be used to evaluate the emergency management ability, and the evaluation results of the two models are consistent, but the model 1 is more effective than the model 2.

Keywords:grey clustering model; whitening weight function; weight; evaluation system

ImprovementandApplicationofGreyClusteringModelinEmergencyManagementCapabilityEvaluation

WEI Caifeng1CHEN Meibao1,2HE Jun3HU Peng3BAI Jingbo1

(1.Chongqing University of Science & Technology, Chongqing 401331, China;2.Safety Production Science Research Institute of Chongqing, Chongqing 400042, China; 3.Gas Field Development Technology Research Institute of Chongqing, Chongqing 400021, China)

TP393

A

1673-1980(2017)05-0115-04

2017-04-20

重慶市安全科研項目“高峰場中心站HAZOP分析”(XNSOZJS2015-0012)；重慶科技學院研究生科技創(chuàng)新計劃項目“高峰場中心站應急管理綜合能力評價體系研究”(YKJCX1620719)

魏彩鳳(1991 — )，女，重慶科技學院在讀碩士研究生，研究方向為安全技術及工程。