吳金洪, 符運(yùn)可, 權(quán)會(huì)芳, 代夏青, 張欣環(huán)

(浙江師范大學(xué) 工學(xué)院,浙江 金華 321004)

0 引 言

城市軌道交通作為一種運(yùn)載能力大、高效便捷、綠色環(huán)保的客運(yùn)交通系統(tǒng),在滿足居民交通出行需求、緩解城市交通擁堵問(wèn)題、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用.由于城市軌道交通的客流大及其運(yùn)行環(huán)境的特殊性等特點(diǎn),運(yùn)營(yíng)中一旦發(fā)生突發(fā)事件,很容易造成財(cái)產(chǎn)損失或人員傷亡等不良后果.而城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案作為應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)突發(fā)事件的救援方案,能夠?yàn)榫仍ぷ魈峁┚唧w的指導(dǎo).因此,為了能在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)以最短的時(shí)間組織各單位高效、有序地開展針對(duì)性的救援工作,必須保證應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)合理性,才能使事故得到妥善處置,降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.

不少學(xué)者針對(duì)應(yīng)急預(yù)案的質(zhì)量展開了研究.姜少涌等[1]運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算預(yù)案的最終得分和評(píng)級(jí)等級(jí);曹繼翔等[2]運(yùn)用屬性數(shù)學(xué)理論、模糊層次分析法、猶豫模糊集3種方法進(jìn)行計(jì)算并比較,所得結(jié)果接近;孫延浩等[3]通過(guò)證據(jù)推理合成專家的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),得到各預(yù)案評(píng)價(jià)等級(jí)并排序;張健[4]建立了模糊TOPSIS模型,并對(duì)電梯事故各應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行排序.這些評(píng)價(jià)方法都有一個(gè)共同的問(wèn)題,即所選擇的參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)不同,評(píng)價(jià)結(jié)果往往不同.相對(duì)于客觀世界,人類的感知容易受到模糊性和隨機(jī)性等不確定性的影響.然而,云模型[5]可以徹底整合這些不確定性,形成定性和定量的映射.云模型不通過(guò)顯式函數(shù)表達(dá)其定性概念,而是利用3個(gè)數(shù)字特征將模糊和隨機(jī)性定性概念結(jié)合起來(lái).應(yīng)用云模型可以提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性.通過(guò)避免定性變量向定量變量轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的過(guò)度負(fù)面影響,實(shí)現(xiàn)定性變量在域內(nèi)的靈活表達(dá),力求避免主觀誤差.云模型可以實(shí)現(xiàn)定性和定量指標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)化,從而解決評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的隨機(jī)問(wèn)題,否則會(huì)影響科學(xué)客觀的評(píng)價(jià).云模型不受模糊性和隨機(jī)性的干擾,可以有效地處理評(píng)價(jià)指標(biāo)的不確定性和模糊性[6-7].因此,在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)中,為避免應(yīng)急事件的模糊性和隨機(jī)性的影響,引入云模型,以此建立城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)模型,為軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)急預(yù)案質(zhì)量研究提供新思路.

1 基于CRITIC法的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

在應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)中,常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法有熵值法[1-2]、層次分析法[3]、灰色關(guān)聯(lián)法[4]等,這些方法的共同問(wèn)題是它們無(wú)法考慮指標(biāo)的內(nèi)部相關(guān)性和不一致性.CRITIC (criteria importance through intercriteria correlation)法是Diakoulaki等[8]提出的一種客觀加權(quán)方法,它考慮了指標(biāo)間數(shù)據(jù)的相關(guān)性,利用指標(biāo)的比較優(yōu)勢(shì)和沖突來(lái)確定指標(biāo)的權(quán)重,避免受到評(píng)價(jià)組織者確定的主觀因素的不當(dāng)影響,更符合應(yīng)急預(yù)案的動(dòng)態(tài)性和綜合性特點(diǎn).因此,將CRITIC法應(yīng)用于城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)過(guò)程中,對(duì)各指標(biāo)類別賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)重[9].

根據(jù)CRITIC法原理,確定指標(biāo)權(quán)重如下[10]：

1)建構(gòu)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣.根據(jù)城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià),可獲得p個(gè)評(píng)價(jià)者對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù),組成初始評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣R.

(1)

2)計(jì)算評(píng)價(jià)體系中第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差σj,即對(duì)比強(qiáng)度.

3)計(jì)算評(píng)價(jià)體系中第j項(xiàng)指標(biāo)與其他指標(biāo)間的沖突性yj.

(2)

式(2)中：Cov(j,l)為第j項(xiàng)指標(biāo)和第l項(xiàng)指標(biāo)之間的協(xié)方差;σl為第l項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差.

4)計(jì)算評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)的綜合信息量Cj.

Cj=σj·yj,j=1,2,…,m.

(3)

5)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重Wj.

(4)

2 基于云模型的應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)方法

2.1 云模型概念與數(shù)字特征

云模型理論是李德毅院士等[5]提出的一種基于實(shí)現(xiàn)自然語(yǔ)言定性定量不確定性轉(zhuǎn)換的模型.近年來(lái),云模型理論在軌道交通領(lǐng)域不斷地得到了應(yīng)用與拓展,包括客流預(yù)測(cè)和安全、可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等[11-14].

云模型理論以U作為一個(gè)可以用精確數(shù)值表示的定量論域,B是U上的一個(gè)定性概念,若定量值x∈U,且x是定性概念B的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn),x對(duì)B的隸屬度A(x)∈[0,1]是有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù),

A：U→[0,1], ?x∈U,x→A(x),

(5)

則x在該論域U上的分布稱為云,每一個(gè)x稱為一個(gè)云滴.

云的數(shù)字特征[5]包括期望Ex、熵En和超熵He,Ex是云滴在論域空間分布的期望,En是定性概念的不確定性度量,He是熵的不確定性度量.通過(guò)云的期望、熵和超熵可以產(chǎn)生云滴,云滴積累到一定程度變成云,實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)從定性到定量的映射與量化.2個(gè)云的接近程度通過(guò)相似度來(lái)反映,若2個(gè)狀態(tài)評(píng)價(jià)云越接近,則其狀態(tài)等級(jí)越接近.經(jīng)過(guò)計(jì)算確定實(shí)際狀態(tài)云(Ex,En,He)及t個(gè)等級(jí)基準(zhǔn)云(Exi,Eni,Hei)(i=1,2,…,t),根據(jù)正向云發(fā)生器求取定性概念到定量的映射,經(jīng)過(guò)比較確定實(shí)際狀態(tài)云與等級(jí)基準(zhǔn)云相接近的程度,從而獲得城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案的評(píng)價(jià)結(jié)果.

2.2 云模型的計(jì)算方法

定性概念與定量指標(biāo)之間可以通過(guò)云模型來(lái)相互轉(zhuǎn)換,對(duì)應(yīng)的云發(fā)生器法有正向和逆向2種方法[10].

2.2.1 正向法

單個(gè)云滴生成后進(jìn)行計(jì)算得到一個(gè)云滴的隸屬度,所有云滴隸屬度又構(gòu)成了一個(gè)隨機(jī)變量.

1)生成一個(gè)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)y,其期望值為熵En、標(biāo)準(zhǔn)差為超熵He.

2)生成一個(gè)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)x,其期望值為期望Ex、標(biāo)準(zhǔn)差為y.

3)計(jì)算隸屬度(高斯云).

A=e-(x-Ex)2/(2y2).

(6)

4)將x看成一個(gè)云滴,具有A的定性概念.

5)上述步驟重復(fù)K次,可以產(chǎn)生K個(gè)云滴,若要使Ex的誤差≤Δ(規(guī)定值),則生成的云滴數(shù)應(yīng)滿足K≥9S2/Δ2,其中S2為方差.

在城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)中,根據(jù)得到的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),通過(guò)其數(shù)字特征,采用云發(fā)生器正向法,可以生成評(píng)價(jià)結(jié)果云.

2.2.2 逆向法

1)計(jì)算云滴樣本的期望Ex和方差S2.

2)計(jì)算云滴樣本的熵En.

(7)

式(7)中：N為樣本數(shù)量;xi為第i個(gè)樣本值.

3)計(jì)算云滴樣本的超熵He.

(8)

4)云滴數(shù)字特征為(Ex,En,He).

在城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)中,根據(jù)專家的打分情況,運(yùn)用云發(fā)生器逆向法,考慮指標(biāo)權(quán)重,可以計(jì)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果云的數(shù)字特征.

2.3 應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)方法

根據(jù)云模型原理,將每位專家的評(píng)價(jià)看成一個(gè)云滴,應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系看成論域,所有專家對(duì)所有指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果形成一朵云,其特征反映了城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案的評(píng)價(jià)情況.因此,對(duì)應(yīng)急預(yù)案采用以下方法進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]：

1)確定因素集.根據(jù)建立的城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定因素集.

2)確定評(píng)價(jià)集和評(píng)價(jià)云.多個(gè)定性評(píng)語(yǔ)構(gòu)成一個(gè)集合為評(píng)價(jià)集,在實(shí)際工作中,如果有k個(gè)應(yīng)急預(yù)案定性評(píng)語(yǔ),則評(píng)價(jià)集V可表示為

V={V1,V2,…,Vk}.

(9)

式(9)中,Vj(j=1,2,…,k)為第j個(gè)應(yīng)急預(yù)案定性評(píng)語(yǔ).如果應(yīng)急預(yù)案定性評(píng)語(yǔ)的下限和上限分別為dmin和dmax,那么評(píng)價(jià)集中每個(gè)應(yīng)急預(yù)案評(píng)語(yǔ)的云數(shù)字特征的具體計(jì)算公式為[15]：

(10)

式(10)中,根據(jù)不同的模糊程度確定g的值,本文取0.5.

3)確定權(quán)重集.根據(jù)專家打分?jǐn)?shù)據(jù),利用CRITIC法計(jì)算因素集內(nèi)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,得到整個(gè)指標(biāo)體系權(quán)重集W.

4)計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果云.根據(jù)專家打分?jǐn)?shù)據(jù),利用逆向法計(jì)算每個(gè)指標(biāo)云實(shí)際的數(shù)字特征,形成指標(biāo)集的云特征矩陣Y,

(11)

則城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)的結(jié)果云為

C=W×Y.

(12)

5)確定評(píng)價(jià)結(jié)果.利用云發(fā)生器正向法,生成評(píng)價(jià)結(jié)果云,并將評(píng)價(jià)結(jié)果云與指標(biāo)云進(jìn)行比較,根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果云在指標(biāo)云中所處的范圍和形態(tài),最終得到評(píng)價(jià)結(jié)果.

3 實(shí)證分析

3.1 城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

編制城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案是為了及時(shí)、有序、高效、妥善地處置地鐵運(yùn)營(yíng)突發(fā)事件,規(guī)范預(yù)防、監(jiān)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急處置與救援搶險(xiǎn)、事后恢復(fù)與重建、信息報(bào)送與媒體應(yīng)對(duì)等工作,最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等不良后果,保障運(yùn)營(yíng)安全,維護(hù)正常社會(huì)秩序.本文以某地鐵公司應(yīng)急預(yù)案為例,從全面性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià),形成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,具體如圖1所示.

圖1 城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合實(shí)地調(diào)研分析,將城市軌道交通應(yīng)急預(yù)案分級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí),具體等級(jí)及分值如表1所示.

表1 評(píng)價(jià)等級(jí)及分值

3.2 云模型評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)20名城市軌道交通領(lǐng)域的專家,其中一部分來(lái)自城市軌道交通企業(yè),另一部分來(lái)自高等院?；蜓芯繖C(jī)構(gòu),對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分,得到初始評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣,并計(jì)算出每項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比強(qiáng)度,再根據(jù)式(2)～式(4)分別計(jì)算各指標(biāo)的沖突性、綜合信息量及權(quán)重,具體如表2所示.

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

Wj(j=1,2,3,4)為全面性維度二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重,Wj(j=5,6,7)為可操作性維度二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重,Wj(j=8,9)為經(jīng)濟(jì)性維度二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重.全面性二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重除以全面性維度的權(quán)重即為二級(jí)指標(biāo)在全面性維度內(nèi)的權(quán)重;同理可以得到相應(yīng)二級(jí)指標(biāo)在可操作性維度和經(jīng)濟(jì)性維度內(nèi)的權(quán)重,具體如表3所示.

表3 維度權(quán)重和二級(jí)指標(biāo)在維度內(nèi)的權(quán)重

根據(jù)初始評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣,運(yùn)用云發(fā)生器逆向法,生成指標(biāo)集的對(duì)應(yīng)云特征矩陣Y,結(jié)果如表4所示.

表4 二級(jí)指標(biāo)云參數(shù)

對(duì)全面性這一維度,其期望=94.100 0×0.175 0+86.150 0×0.301 3+86.650 0×0.258 1+88.900 0×0.265 6=88.400 7;熵=1.980 2×0.175 0+3.966 7×0.301 3+3.741 1×0.258 1+3.647 1×0.265 6=3.476 0;超熵=0.261 0×0.175 0+1.036 6×0.301 3+0.956 3×0.258 1+0.516 5×0.265 6=0.742 0.同理,可計(jì)算得出可操作性和經(jīng)濟(jì)性維度的評(píng)價(jià)結(jié)果云參數(shù),具體如表5所示.

表5 維度評(píng)價(jià)結(jié)果云參數(shù)

根據(jù)維度評(píng)價(jià)結(jié)果云參數(shù),再結(jié)合維度權(quán)重,計(jì)算方法與維度評(píng)價(jià)結(jié)果云參數(shù)的計(jì)算方法相同,可得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果云參數(shù)為(81.191 1,3.933 8,1.290 7).根據(jù)表1和式(10),可得出各等級(jí)評(píng)價(jià)云參數(shù)(Ex,En,He)為：優(yōu)秀(95,1.666 7,0.5),良好(85,1.666 7,0.5),一般(70,3.333 3,0.5),及格(45,5.000 0,0.5),不及格(15,5.000 0,0.5).

采用云發(fā)生器正向法,生成評(píng)價(jià)結(jié)果云,并放置于指標(biāo)云中,可以更直觀地觀察評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣程度.根據(jù)云模型理論,為了確保其誤差≤0.01,取3 000個(gè)云滴來(lái)生成指標(biāo)云、各維度評(píng)價(jià)云和綜合評(píng)價(jià)云,結(jié)果如圖2～圖5所示.

天藍(lán)色為全面性評(píng)價(jià)云,其他從左到右分別為差、較差、一般、良好、優(yōu)秀指標(biāo)云

天藍(lán)色為可操作性評(píng)價(jià)云,其他從左到右分別為差、較差、一般、良好、優(yōu)秀指標(biāo)云

天藍(lán)色為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)云,其他從左到右分別為差、較差、一般、良好、優(yōu)秀指標(biāo)云

天藍(lán)色為綜合評(píng)價(jià)云,其他從左到右分別為差、較差、一般、良好、優(yōu)秀指標(biāo)云

3.3 最終評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從圖2和圖3可以看出,全面性、可操作性維度評(píng)價(jià)處于“良好”與“優(yōu)秀”之間,說(shuō)明在這2個(gè)維度上評(píng)價(jià)處于良好狀態(tài).從圖4可以看出,經(jīng)濟(jì)性維度評(píng)價(jià)處于“較差”與“一般”之間,說(shuō)明在這個(gè)維度上評(píng)價(jià)處于較差狀態(tài),主要由于針對(duì)該部分沒(méi)有具體的打分標(biāo)準(zhǔn),也缺少資料,有很大的不確定性.從圖5可以看出,某地鐵公司應(yīng)急預(yù)案的綜合評(píng)價(jià)云處于“一般”與“良好”之間,說(shuō)明對(duì)該應(yīng)急預(yù)案來(lái)說(shuō),總體上有所欠缺,還有較大提升空間.從總體看,該項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案的評(píng)價(jià)結(jié)果雖然為一般,但還是能夠作為處置突發(fā)事件的準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)高效、及時(shí)、有序地處置突發(fā)事件.

3.4 建議措施

1)經(jīng)濟(jì)性方面.盡快制定針對(duì)應(yīng)急預(yù)案的打分標(biāo)準(zhǔn),完善應(yīng)急預(yù)案的評(píng)估方法和程序.明確突發(fā)事件所需要的應(yīng)急物資種類,備品備件采購(gòu)要合理,建議考慮同類別中相對(duì)經(jīng)濟(jì)的應(yīng)急物資類型,并且合理配置各區(qū)域應(yīng)急響應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)急物資數(shù)量,以減少應(yīng)急費(fèi)用的支出.

2)全面性方面.可從完整性和可行性角度出發(fā),進(jìn)一步優(yōu)化突發(fā)事件應(yīng)急管理全過(guò)程,以及應(yīng)急預(yù)案的響應(yīng)級(jí)別判斷、現(xiàn)場(chǎng)指揮設(shè)置、搶修隊(duì)伍設(shè)置等具備可行性.

3)可操作性方面.進(jìn)一步明確各部門在突發(fā)事件處置過(guò)程中的職責(zé),建議成立各應(yīng)急處置功能組,明確各功能組的成員組成及職責(zé)所在;同時(shí)建議考慮應(yīng)急預(yù)案中明確建立區(qū)域應(yīng)急響應(yīng)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)救援人員20 min內(nèi)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)的響應(yīng)要求.

4 結(jié) 語(yǔ)

相對(duì)于層次分析法及熵權(quán)法等,CRITIC法是一種同時(shí)兼顧指標(biāo)的對(duì)比強(qiáng)度和沖突性對(duì)指標(biāo)進(jìn)行客觀綜合衡量的一種賦權(quán)方法,避免了評(píng)價(jià)者的主觀因素影響,應(yīng)用CRITIC法對(duì)應(yīng)急預(yù)案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)更加合理.通過(guò)建立的云模型對(duì)實(shí)例進(jìn)行分析,得到評(píng)價(jià)結(jié)果,驗(yàn)證了評(píng)價(jià)方法的可行性以及具有一定的推廣價(jià)值,為應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù).