尹柯

（南京森林警察學(xué)院 江蘇南京 210023）

1 引言

隨著城市的發(fā)展，地面空間日漸緊缺，特別是大型城市，樓房密集，交通擁堵，居住環(huán)境越來越差等。各級政府已開始注意到這一影響城市發(fā)展的瓶頸問題，特別是就針對城市這種密集型場所如何做好安全防范工作設(shè)立了許多專題和專項。人們圍繞智慧城市這一主題，利用大數(shù)據(jù)概念，進行各種城市安全防范的研究[1]。近年來，有學(xué)者將研究的重點從地上轉(zhuǎn)向發(fā)展地下空間探索。但在充分開發(fā)和利用地鐵、地下道路、地下商業(yè)、地下交通樞紐等地下空間相關(guān)功能的同時，城市大型地下空間的安全防范的有效性已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的重大問題。為了有效降低城市大型地下空間的安全隱患，減少災(zāi)害造成的損失，城市地下公共空間通常配備安全監(jiān)管系統(tǒng)，這類安全系統(tǒng)具有風(fēng)險探測與安全保障功能，主要體現(xiàn)的是安全防范，統(tǒng)稱為安全防范系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以在災(zāi)害發(fā)生前起到預(yù)警作用，而且可以在災(zāi)害發(fā)生的過程中通過采集到的信息分析出災(zāi)害發(fā)生的趨勢和危害程度，最大程度地減少和降低災(zāi)害對地下公共空間內(nèi)人員與建筑造成的損害。因此，有必要針對現(xiàn)有的城市安全防范系統(tǒng)的有效性進行長效的監(jiān)督和評估，以便為安全監(jiān)控系統(tǒng)及時提供有價值的判斷和預(yù)警。

2 地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估的現(xiàn)狀

目前，對安全防范系統(tǒng)的監(jiān)控和評估多采用效能評估監(jiān)測方法。效能評估這個概念的提出最早是由美國海軍針對作戰(zhàn)系統(tǒng)提出的，即系統(tǒng)效能是指在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定任務(wù)的程度指標(biāo)，同時也是系統(tǒng)在規(guī)定條件下和在規(guī)定時間內(nèi)滿足作戰(zhàn)需求的概率。效能評估方法多應(yīng)用在軍事領(lǐng)域[2～3]以評估作戰(zhàn)指揮及武器系統(tǒng)的應(yīng)用效果。其最大特點就在于針對某一特殊人群或事件具有快速而準(zhǔn)確的時效性。

對于安全防范系統(tǒng)效能的評估，國內(nèi)很多學(xué)者也從不同的研究角度作了大量的研究，如潘科，王洪德[4]研究監(jiān)控地鐵事故的安全防范系統(tǒng)的效能評估問題，提出一種多級可拓的評價方法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進行評估；正如Fenne11y，Lawrence[5]指出的那樣：沒有任何一個防范系統(tǒng)是百分之百安全的，如果一個安防系統(tǒng)需要能夠抵御大多數(shù)的威脅與入侵，這個安防系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)，如周界防護子系統(tǒng)、報警子系統(tǒng)、人力防范以及其他子系統(tǒng)，就需要相互協(xié)同運作。為了評估該安全防范系統(tǒng)的效果，有必要建立一個針對安全防范系統(tǒng)有效性的效能評估過程。

地下空間是一個較為復(fù)雜的場所，由于地下空間在地理位置上具有封閉性和隱蔽性的特點，其安全事故不管從發(fā)生次數(shù)，還是從死亡人數(shù)及經(jīng)濟損失方面，都大大高于地面建筑和高層建筑。有人認為，地下空間與地面空間本質(zhì)上存在著諸多的相似性。其實，這些相似性只能針對各類實體（比如建筑物、設(shè)施、材料等）而言是存在的，更多的區(qū)別還是在環(huán)境和條件方面。比如，地下空間使得內(nèi)部的防火防災(zāi)變得復(fù)雜和困難，一旦發(fā)生災(zāi)害，地下空間里的疏散和救援變得既突出又復(fù)雜。因此，其對安全防范系統(tǒng)的要求就與地面的安全防范系統(tǒng)有所區(qū)別，其預(yù)警性能就需要更高。

隨著安全防范系統(tǒng)在地下空間中的應(yīng)用不斷增多，在地下空間安全中承擔(dān)的作用不斷提高。據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在地下空間安全防范系統(tǒng)中就有兩個方面的問題，需要特別的重視和有效的解決方案：①設(shè)計中的或現(xiàn)有的安全防范系統(tǒng)是否能夠達到安全設(shè)計時所要達到的效果和目標(biāo)；②現(xiàn)行的安全防范系統(tǒng)能否在需求和費用上找到一個平衡點，即不僅能夠較好地實現(xiàn)安全防范系統(tǒng)的功能和作用，又可以其實避免設(shè)備的重復(fù)使用。由于安全防范系統(tǒng)在地下空間安全管理中起著十分重要的作用，因此必須對地下空間安全防范系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和更新。但如果沒有合適的檢測手段，只是根據(jù)產(chǎn)品的性能，定期更換設(shè)備，某種程度上是可以提高監(jiān)控效果，但實際上也會存在風(fēng)險，比如設(shè)備沒有達到設(shè)計的性能，這樣就會提前失去檢測功能，而一些因保護等因素使設(shè)備的性能達到充分發(fā)揮的，即使到了規(guī)定期限也仍然具備檢測功能，這樣統(tǒng)一更換勢必也會造成不必要的浪費。因此，掌握設(shè)備的效能成為既節(jié)約成本又能夠提高監(jiān)控效率的有效路徑。效能評估方法就這樣應(yīng)運而生。在各種生產(chǎn)過程以及工業(yè)化工程中，效能評估法被廣泛用來檢測設(shè)備運行的質(zhì)量和效率，提高安全預(yù)警的有效性和穩(wěn)定性。

3 基于熵模型的地下空間安防系統(tǒng)效能評估

云理論是李德毅院士開創(chuàng)的理論，該理論把模糊性和隨機性完全集成到一起，構(gòu)成定性和定量相互間的映射。目前云模型被成功地用于人工智能、軍事系統(tǒng)的效能評估中。因此云模型可以有效的提高對安全管理系統(tǒng)效能評估的準(zhǔn)確性。云理論的優(yōu)勢在于可以將定性的描述轉(zhuǎn)換成定量的數(shù)據(jù)語言，這個特點正適用于安全管理系統(tǒng)節(jié)點效能評估的過程。云理論在效能評估與評價方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對熵值的計算模型的構(gòu)建上。

因此，本文借助熵值模型理論，嘗試構(gòu)建評估指標(biāo)體系，對地下空間安防系統(tǒng)的效能進行模擬評估：

3.1 構(gòu)建地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估的指標(biāo)體系

地下空間安全防范系統(tǒng)的效能指的是地下空間安全防范系統(tǒng)的功效和功能，即安全防范系統(tǒng)在地下空間安全管理系統(tǒng)中達到或?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)的程度。確定地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估指標(biāo)是一項十分復(fù)雜的探索性科研工作，目前相關(guān)研究還沒有明確的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估中任何一個評估因子之間都具有復(fù)雜的聯(lián)系，地下空間安全防范系統(tǒng)需要與警務(wù)管理系統(tǒng)、情報研判系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)等融合關(guān)聯(lián)。因此，地下空間安全防范系統(tǒng)的評估指標(biāo)體系的構(gòu)建不僅要以安全防范系統(tǒng)的基本評估模型為基礎(chǔ)，而且也要包含地下空間這類特定功能場所的特殊需求。

3.2 確定評語集

評語多數(shù)都是以一些沒有明確表示模棱兩可的語言來進行描述，地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估指標(biāo)多數(shù)為定性指標(biāo)，無法直接進行量化計算，需要將其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。因此要將評語用一維云模型來表示，這些就可以形成該指標(biāo)體系的評價標(biāo)準(zhǔn)云模型集。采用如下公式來進行求解云模型的數(shù)字特征：

（Cmin，Cmax）是評語的取值范圍。式中k為常數(shù)，表示評語本身的模糊程度，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確定，也可以由專家根據(jù)經(jīng)驗直接給出，但He的值不能取得過大，以免造成Ex誤差偏大，結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

評估指標(biāo)體系中明確了各指標(biāo)之間的隸屬關(guān)系，但同一層的指標(biāo)相對于上級指標(biāo)的重要程度仍需要運用科學(xué)方法加以確定。地下空間安全防范系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系的遞階結(jié)構(gòu)，適用層次分析的方法計算各指標(biāo)元素的權(quán)重值。本文運用層次分析法解決指標(biāo)權(quán)重分配問題，其主要思路是：利用Santy的1～9級標(biāo)度法，對同一層的指標(biāo)項目的重要程度進行兩兩對比和評分，根據(jù)所得分值構(gòu)造相應(yīng)的判斷矩陣。并對判斷矩陣進行一致性檢驗。不滿足一致性要求則需要進行重新構(gòu)造判斷矩陣，直到能夠滿足一致性要求。最后通過層次單排序和層次總排序，得到指標(biāo)權(quán)值。

3.4 指標(biāo)云模型的確定

根據(jù)專家組對每個指標(biāo)評判的風(fēng)險值，通過無須確定度的逆向云發(fā)生器公式計算每層指標(biāo)的云模型：

先得到該組數(shù)據(jù)樣本的均值：

一階樣本絕對中心距：

樣本方差：

期望值：

同時由樣本均值可得熵：

由樣本方差和超熵可得：

3.5 綜合云模型圖，確定評價結(jié)果

二級指標(biāo)云模型結(jié)合指標(biāo)權(quán)值算出一級指標(biāo)云模型，如公式（10）～（12），其中 Ex、En、He 為第 n-1 層指標(biāo)的評價云模型；Ex1，Ex2，…Exn分別為第n層各指標(biāo)評價云模型的期望值；Ex1，Ex2，…Exn為第n層各指標(biāo)評價云模型的熵；He1，He2，…Hen為第n層各指標(biāo)評價云模型的超熵；i為第n層指標(biāo)的個數(shù)；?1，?2，…?n為第n層各指標(biāo)的權(quán)重。以此類推，直至計算出目標(biāo)層的綜合評價云模型。

最終，總模型通過計算得到云圖驗證整個系統(tǒng)的評價等級。

4 結(jié)語

一般而言，傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)風(fēng)險評價方法只是對評價的技巧進行深入研究，很少考慮定性語言的自有屬性：即隨機性和模糊性。這會導(dǎo)致無論主觀多么努力分析，客觀上就會出現(xiàn)方法的弊端和缺陷，評價結(jié)果的可靠性和真實性始終受到質(zhì)疑。

本文嘗試從熵值與超熵的角度構(gòu)建評估模型，對地下空間的安防系統(tǒng)進行效能評估，解決了效能評估中所遇到的模糊性過高且評估結(jié)果不夠精確等問題，所夠建評估指標(biāo)體系具有一定的應(yīng)用意義和借鑒價值。由于篇幅所限，在模型的評價效度方面還需要做進一步的對比實證研究。