基于二元语义的突发水污染事件应急协同决策研究

吴凤平,朱晓娜,程铁军

(河海大学商学院,江苏 南京 211100)

突发水污染是由于自然灾害、机械故障、人为因素引发固定或移动污染源偏离正常运行状况突然地排放污染物, 经过各种途径进入水体, 从而造成水环境污染的事故。随着现代工业生产领域和规模的日益扩大, 各种化学品和危险品的生产、贮存、运输、使用将会大量增加, 事故潜在危险源也随之增加, 对水环境的威胁将越发显著[1]。突发水污染事故不同于一般的社会公共事件, 因其具有一系列独特的属性, 如不确定性、突发性、扩散性、危险性、应急性、综合性、复杂性等,其威胁水源地安全,破坏水域生态环境,影响社会稳定,如果处理不及时或处理不当会造成严重的环境污染甚至灾害,直接关系到人民生命安全,关系到国家财产损失。

近年来, 国内外突发性水污染事故频发已对社会经济造成极大危害。1986年瑞士道士农药厂危险品仓库失火爆炸, 造成有害化学品污染整条莱茵河, 使数百万鱼死亡, 造成德国、荷兰饮水困难[2]。2007年5、6月间江苏太湖爆发严重蓝藻污染,造成无锡全城自来水污染。2010年7月,吉林省永吉县境内发生特大洪水,永吉县经济开发区新亚强化工厂一批装有三甲氯硅烷的原料桶被冲入松花江中造成江水污染事件[1]。2012年12月31日,位于山西长治的潞安天脊煤化工厂发生苯胺泄漏入河事件,造成漳河上游山西境内发生突发大面积停水[3]。因此，基于突发性水污染事件的应急处理已成为各领域学者关注的重点。

在国外对于突发水污染应急管理研究方面,国际上已经形成了一套较为完善的突发性重大污染事件应急决策系统,该系统包括决策制定流程、重要的决策支持技术等。Dobbins[4]开发了内河航运事故性污染风险管理的决策支持系统,对密西西比河下游某河断进行了案例模拟技术,对管理区域实行数据库管理,事发后通过互联网通知各应急单位,实施快速应急。Bertsch 等[5]针对核突发事件下不同的决策主体具有不同的知识背景、观点、反映和偏好的特点,提出对多准则决策方案进行敏感性分析,达到促进突发事件解决的目的。 国内学者对于突发性水污染应急处理从不同角度出发,研究了多种应急支持系统和决策方法。冯文钊等[6]系统分析了突发性环境污染事故的预警、应急监测和处理工作,提出了一种突发性环境污染事故预警、应急监测和处理方面软件开发的新方法。杨明祥等[7]针对当前水污染研究多局限于模型开发,可视化工作较为薄弱的问题,提出了一种基于3S 集成的突发水污染模拟方案,并对松花江某取水口上游突发石油污染事件进行了动态模拟。饶清华等[8]对闽江流域突发水污染事件预警应急系统的基本构架进行初步探讨，运用计算机技术、环境科学和系统科学等理论,研究了闽江污染分布时空模拟系统的构建。

在突发水污染事件应急管理与决策中,决策主体不仅要从海量数据中提取出高质量的信息,同时要对分布在不同地域、不同领域的相关部门进行密切配合,当突发水污染事件跨越了多个管理权限时,各部门协同决策就显得尤为重要。如何能够有效地协同各决策主体,避免信息缺失,最大限度地减少突发事件所造成的损失是突发水污染事件应急决策的关键。文献[4]考虑了多人多准则决策问题,但没有考虑决策者的协同合作决策;文献[5]考虑了决策主体不同的知识背景、观点等特点,体现了突发水污染事件协同决策的思想;文献[7]和[8]都是利用计算机系统基于模拟系统的开发,没有考虑决策信息的模糊性和不确定性。由于突发水污染事件的复杂性及不确定性,涉及的多个决策主体很难给出确定的评价信息,而常以模糊信息来表达,所以为避免信息缺失,本文引入二元语义表达各协同决策主体的判断信息,建立了基于二元语义的突发水污染事件应急协同决策模型。

1 模型构建

1.1 问题描述

P={Pi|i=1,2,…,m;m≥2}:突发水污染事件应急处理所涉及的主体组合而成的集合,其中Pi为第i个成员。

R=[rij]m×m:突发水污染事件时,应急处理团队内各主体之间的协作关系可以通过协同关系矩阵R来表示,其中,rij表示成员Pi和Pj之间的协作关系。rij=1表示成员Pi和Pj之间存在协作关系;rij=0表示成员Pi和Pj之间不存在协作关系。特别地,rii=0表示Pi自身的协作关系不被考虑。

C={Ck|k=1,2,…,n;n≥2}:突发水污染事件应急决策中考察各协作部门之间协调程度的指标集,其中Ck表示第k个指标。

W=(w1,w2,…,wn)T:考察各协作部门之间协调程度的各指标权向量,其中wk表示管理者从语言短语集S中选出的一个语言短语来表示指标Ck的重要程度。

1.2 基本预设

二元语义模糊表示模型是建立在符号转换的概念基础之上的。一个语言信息可以被表示为一个二元组(si,α),其中,si和α的含义描述如下:

a.si表示为预先定义好的语言评价集S中的第i个元素。例如S={s0=DL(很低),s1=VL(较低),s2=L(低),s3=M(一般),s4=H(高),s5=VH(较高),s6=DH(很高)}。

b.α称为符号转移值,满足α∈[-0.5,0.5),表示评价结果与si的偏差。

定义1若si∈S是一个语言短语,那么si可以通过下面转换函数θ转化为二元语义形式[9-10]:

θ:S→S×[-0.5,0.5)

θ(si)=(si,0),si∈S

(1)

定义2设实数β∈[0,t]表示语言短语集结运算的结果,则称(si,α)为与β对应的二元语义形式,它可由如下函数Δ得到。

Δ:[0,T]→S×[0.5,0.5)

其中,“round”表示“四舍五入”取整运算。

定义3若(si,α)是一个二元语义,其中si为S中第i个元素,α∈[-0.5,0.5),则存在一个逆函数Δ-1,可以将二元语义(si,α)转化为相应的数值β∈[0,T],即

Δ-1:S×[0.5,0.5)→[0,T]

Δ-1(si,α)=i+α=β

(3)

定义4假设{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一组二元语义信息,则二元语义算数加权平均算子定义为[11-12]

(4)

定义5如果W=((w1,α1),(w2,α2),…,(wn,αn))T为对应的二元语义权向量,其中wi∈S;αi∈[0.5,0.5),则二元语义加权平均算子定义为

(5)

1.3 根据协同关系,构建互评矩阵

协同网络信息是关于协同网络主体与个体表现和主体之间协同表现的信息,即个体信息和协同信息。这种信息可以是过去行为产生的信息,也可以是对未来行为所给出的预期判断信息[13]。

P1…Pm

k=1,2,…,n

1.4 转化二元语义形式

xij∈S;αij∈[0.5,0.5);i,j∈G1

(6)

1.5 基于二元语义算子,计算总体协作程度

(7)

(8)

综上所述,下面给出基于二元语义的突发水污染事件应急协同决策研究的具体计算步骤:

①成员Pi和Pj之间的协作关系,构建各成员之间的协同关系矩阵;

②确定指标权重,构建关于指标C的互评矩阵;

2 实证分析

2.1 问题描述

沿海开发涉及社会、经济、环境、基础建设等各个方面。随着经济活动的开展,沿海地区也是安全生产、征地拆迁、交通事故、自然灾害等突发事件较为频繁发生的区域,海岸带安全问题值得关注。本文以沿海开发中可能爆发的突发水污染事件为例,进行模拟分析。在对突发水污染事件应急管理中,需要来自消防、公安、医疗、气象、通讯和交通等部门的管理人员构成应急管理主体,借助良好的合作关系和信息网络,应急管理主体可以实现信息协同、资源协同和过程协同。

对于突发水污染事件应急处理团队的协调程度,可以从以下4个指标进行评价。

a.应急反应能力:各部门对于处理突发事件应具有的第一时间快速反应能力。

b.协调联动能力:各部门内部和部门之间应具有的协调联动能力。

c.资源调度能力:各部门在突发事件发生下快速调动部门所具有的资源如人力资源、物资等。

d.信息共享与交流能力:在突发事件下各部门能及时进行信息的沟通和共享能力。

应急管理主体的主要职责及相互协作关系见表1和图1。

表1 应急管理主体的主要职责

图1 应急管理主体的协作关系

2.2 协同决策模型的应用

步骤1各应急管理各部门之间的协作关系可描述为以下的协同关系矩阵:

步骤2对于突发水污染事件应急处理团队之间的协作程度评价,对确定的各指标进行评价,并给出指标权重W=(VH,DH,DH,VH)T。通过调查问卷的形式获得对应急处理团队各部门之间的协作程度进行评价,得到如下关于4个指标的互评矩阵:

步骤3根据公式(1),将上面的互评矩阵以及指标向量转化为二元语义形式,具体如下:

以上得出的各部门协调互评程度如图2所示。

图2 突发水污染事件应急处理团队相互协作程度

Δ(4.89)=(VH,-0.11)

2.3 结果分析

由最终结果可以看出:

a.应急处理团队相互协作程度达到(VH,-0.11),对应的语言短语接近“VH”即较高。这说明应急处理团队所涉及的各主体部门之间需要较高的协作程度。

b.由图2可以看出，公安部门与其他部门的协作程度最高,达到(VH,0.36),比总体协作程度都高,这说明公安部门在应急协同体系中占据最重要地位,需要与其他所有部门保持很高的协作程度,及时与其他部门保持最密切的沟通合作。

c.医疗部门与其他部门的协作程度达到(VH,0.01),仅次于公安部门,这说明在突发事件发生的情况下,医疗部门要第一时间及时与其他部门高度配合,救治伤员,最大限度降低损失;消防和通讯部门的协作程度基本持平,略低于医疗部门;而通讯部门和气象部门相对其他各部门来说,协调程度相对较低,这说明通讯和气象部门在突发水污染事件下要积极协助配合其他各部门做好协调保卫工作,做好协助工作。

基于以上分析,对于沿海开发中可能爆发的突发水污染事件应急处理团队涉及的各主体要注意保持他们之间的协作和沟通,在处理突发水污染事件下协作程度要达到最高程度,进而及时有效地解决突发问题。

3 结 语

笔者针对突发水污染事件应急管理与决策中的多主体协同决策问题进行了研究。通过建立协同关系矩阵及协同互评矩阵,集结了各主体的协同信息,同时将二元语义引入协同决策,解决了决策者在面临突发水污染事件时的不确定性和模糊性问题,构建了基于二元语义的突发水污染事件应急协同决策模型。最后，通过对沿海开发中突发水污染事件的协同决策进行实证分析,验证了模型的有效性与实用性。

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