基于粗糙集和层次分析法的应急物资重要度评价

○谢 逸 谢蕊婷

（湖北大学外国语学院 湖北 武汉 430062）

基于粗糙集和层次分析法的应急物资重要度评价

○谢 逸 谢蕊婷

（湖北大学外国语学院 湖北 武汉 430062）

中国是自然灾害频发的国家，灾后救援工作显得十分重要，而其中一个重要的方面是应急物资的及时供应。本文从紧迫度、重要度和特殊度三个维度，提出了基于粗糙集和层次分析法的应急物资重要度评价方法；运用这一方法，可以使得在资源有限、时间紧迫的情况下，按照轻重缓急募集和配送应急物资，以最大限度地提高救援效果。论文还基于雅安地震场景，通过专家评估进行了试算。

应急物资灾后救援粗糙集层次分析法

一、引言

中国是世界上遭受自然灾害最严重的国家之一。一些重大灾害一旦发生，会造成大量的人员伤亡和财产损失。因此，灾害发生时，需要在第一时间迅速开展人员救助、卫生防疫、灾后重建等工作。这些工作都要依赖大量的应急物资，从而产生巨大的应急物资需求。近些年，我国在救灾中的应急物资管理、供应、调配方面有了长足进步，但是，在近些年的几起重大灾难事件救灾工作中也暴露出不少应急物资供应方面的问题。其中包括应急物资需求不明确、重要物资供应不及时或供应过剩等问题。因此，运用科学的方法评价灾后应急物资供应的重要度，进行需求排序，将有利于按照优先顺序及时供应救灾物资。目前国内外在应急物资领域都有一定的研究，如：J Sheu提出了灾害发生后基于快速响应的以及物流配置方法；M Chang，Y Tseng，J Chen提出了不确定性下洪水灾害发生镇南关应急物流准备的情景规划方法。霍达，吴耀华，Liu Hong开展了基于地区特征的应急物资供应管理研究。本文主要针对应急物资的特性进行了三维度的分类，通过粗糙集和层次分析法对应急物资的重要性进行分级，以为灾害应急物流决策提供依据，有利于提高对自然灾害的救助效果。

应急物资的重要性分类

二、应急物资的分类与特性的相关性评估

通过对应急物资的特点进行分析，我们从三个维度对应急物资的重要性进行分类：紧迫度、重要度和特殊度；这三个维度又可细分为以下的12项具体的特性：

(1)不确定性：指由于信息不充分、不准确而导致对灾害中某种物资需求不能准确估计或预测的程度。

(2)不可替代性：指某种应急物资的用途具有特殊性，或是在特定环境下启用的特殊物资；且其不能被其他物资所替代。例如，床单可以部分代替衣物的保暖功能，但救护用的血液则不能用其他物资代替。

(3)时效性：至应急物资要发挥其本身的使用价值需在一定的时间内及时送达需求者手中。

(4)滞后性：是指有些物资需在特定情形发生后才能启用；例如，地震发生时，灭火器材只有在有火情的情况下才能启用。

(5)必要性：应急物资对当地灾区的的必需程度。

(6)季节性：如冬天需要临时取暖设备、棉袄等。

表1 9种常见的应急物资

表2 应急物资的重要性评价结果

(7)呼救频率：应急事件发生以后，受灾民众对应急物资需求的发出需求信息的频率。

(8)稀缺性：应急物资募集困难或数量不足。

(9)救援人员感知：参与救援的人员自身对应急物资需求程度的主管判断。

(10)生命必要性：应急物资对灾民的健康和生命的重要性。

(11)救援必要性：应急物资对救援对救援工作的重要性。

(12)便用性：应急物资在受灾环境下使用的便利程度。

三、层次分析法与粗糙集理论组合评估应急物资的重要度

应急物资重要性的评估是一个多层次体系；由于突发性灾害受到多种因素影响，因而许多指标无法进行精确度量，评估指标一般难以获得精确和确定的数据。同时，细分后的应急物资特性在未得到严格的检验情况下，可能会存在指标之间的重叠性问题。为此，本文运用层次分析法与粗糙集理论的结合思路，对指标进行分析处理。

运用层次分析法与粗糙集理论相结合的评估方法对应急物资重要性进行评估主要有三个步骤：

指标约简和筛选。以维度层为基本单位，运用粗糙集理论的指标筛选方法，对每个维度的指标进行必要的筛选和约简。

维度层应急物资特点评价。运用粗糙集评价方法对每个维度约简后的指标进行权重计算，并计算出每个维度的得分。

目标层重要性评价。运用层次分析法的思想，计算三个维度的权重，并对应急物资整体重要性进行评价。

通过对应急物资的特点，以及通过对雅安地震的应急物资需求分析，得出9种常见的应急物资，具体如表1所示。

表3 区分矩阵表S1

表4 区分矩阵表S2

表5 区分矩阵表S3

表6 筛选后应急物资的特点指标体系

应急物资的评价采用五级打分制，对（低相关性，较低相关性，一般相关性，较高相关性，高相关性）分别赋值（1，2，3，4，5）。为了保证评价的科学性和可靠性，采用交锋式会议法，让灾害应急研究部门的7为专家，根据雅安地震的场景和应急物资需求情况，为这9类常用的应急物资在灾害中的不同特点的相关性进行打分，综合得到如表2所示的应急物资的重要性评价结果。

根据粗糙集理论和应急物资需求特性的指标体系，令：

U={N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7，N8，N9}

S1={S11，S12，S13，S14}

S1={S21，S22，S23，S24}

S1={S31，S32，S33，S34}

1、指标约简和筛选

根据粗糙集理论，运用基于区分矩阵的指标筛选模型，依照以下三个步骤进行指标筛选。

步骤一：计算区分矩阵，通过核指标的定义找出核指标Si0（i=1，2，3），然后将核指标Si0赋予简约和筛选后的指标体系 RED（Si），即RED（Si）=Si0。

步骤二：将区分矩阵中含有的和指标的组合项去掉，并将剩余的指标组成新的指标集 Sij（i=1，2，3，j=1，2…n）。

步骤三：检查区分矩阵Sij是否为空，不为空则转向步骤一和步骤二，为空则结束，RED（ci）即为最终筛约的指标体系结果。

依照以上步骤首先计算区分矩阵如表3、4、5所示。

基于分区矩阵计算RED（Si0），得到筛选约简后的指标体系：

RED（S2）={S22，S24}

RED（S2）={S22，S22}

RED（S2）={S22，S24}

由此可以得到筛选后的精炼指标体系如表6所示。

2、维度层相关性评价

应急物资的特点评价首先需运用粗糙集理论中基于信息量和属性重要度的权重模型，然后计算各维度中每项约简后指标的权重。

根据粗糙集理论对于信息量的定义，假设信息系统S=（U，A，V，F），且P⊆A，U/IND（P）={x_1，x_2…x_n}，则P的信息量为：

表7 应急物资的特点相关性评价指标权重值表

表8 应急物资的特点相关性维度层得分表

表9 应急物资的重要性评价结果

根据粗糙及理论中的指标重要性定义，指标Ci的重要性为：

sigc-{ci}（ci）=I（C）-I（C-{ci}） （2）

其中ci∈C。

由此可得权重的计算公式为：

根据公式（1）、（2）、（3）计算筛选后的各项指标权重如表7所示。

根据应急物资的特点相关性评价指标权重值表可以计算9种应急物资的特点相关性的维度层指标得分如表8所示。

3、层次分析法计算应急物资的重要度

目标层应急物资的特点相关性计算采用层次分析法，由专家组分别对三个维度层的指标进行两两重要性比较打分，然后通过层次分析法算法来计算每个专家的权重赋值结果，最后对专家的权重赋值结果进行平均得到s1，s2，s3的权重分别为0.482，0.410，0.108。由此计算9种应急物资的重要性评价结果如表9所示。

如表9所示，这9项应急物资里面重要度最高的是工程器材设备和临时住宿，包括饮用水（含饮用水设备）、食品（含临时炊事设备）、帐篷、活动板房等。事实上，雅安地震发生后，帐篷的供应成为问题，出现帐篷供应不及时、配送不合理等问题；同时，灾区突发降雨更加剧了对帐篷的供需缺口。在食物和水的供应上也有问题，主要是抗震救灾车辆堵在去灾区的路上，排起了长龙；由于救援物资无法送达，甚至有村民在道路两边挂起了写着“缺水缺食品”的牌子。如果能首先估计到应急物资的需求，进行重要性分析，按照轻重缓急来募集、运输和配送应急物资，则可大大缓解缺水、缺食品、缺帐篷的状况。

四、结语

本文把粗糙集方法地引入了应急物资的综合评价，并与层次分析法相结合，建立了基于粗糙集和层次分析法的综合评价方法模型，可对应急物资的特性进行筛选和精简。通过建立粗糙集的权重确定模型来计算应急物资的特性的相关性的权重，并通过指标体系模型对应急物资的重要性进行评价，有助于更加科学合理地进行未来的自然灾害救助工作。

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