基于犹豫模糊方法的煤矿应急物资仓库选址评价

李红霞， 党清新

(西安科技大学管理学院， 西安 710699)

尽管近些年来清洁能源(如太阳能、风能、生物能、海洋能等)在工业生产方面发展迅速，但是长期以来煤炭在中国能源结构中居于主体地位，直接或者间接地影响着国家经济命脉。2020年受到新冠疫情的影响，中国的煤炭生产能力仍在增长，达到37.71×108t/a。但是随着煤炭产量不断增长，煤炭行业各种类型的事故也相应增多。

如何科学、合理、高效地对应急救援物资仓库选址进行评价，是有待解决的重要问题。当前可查阅的国内学者对应急物资仓库选址评价的研究资料并不丰富，大部分的学者更偏向于对普遍设施选址的评价[1]。肖润谋等[2]量化了影响救援的主要路况属性，建立了目标路况评价模型，基于模糊评价法研究各路况属性；孙滢悦等[3]从6个指标因素出发，建立应急避难所选址适宜区评价概念框架，开展基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS)方法的城市应急避难所选址适宜性评价研究；韩永飞[4]建立了应急物资储备库选址评价指标体系，采用加权灰熵对备选储备库选址的优劣进行评价。复杂性和不确定性是解决多属性决策问题的难点，使决策者在决策时不能定量地分析问题，同时决策时受到主观偏好的影响，更难对实际问题做出客观的评价。Torra[5]于2010年提出犹豫模糊集这一理论，该理论指出，犹豫模糊集中所包含的单一元素可以拥有多个不同的隶属度，从而可以对问题的不确定性进行更加翔实的描述。在遇到实际问题时，专家更偏向于用语言来表达，但专家在表达过程中也会存在犹豫的情况，针对这一问题，Rodriguez等[6]在2012年提出了犹豫模糊语言术语集的理论，该理论扩充了犹豫模糊集理论，允许专家在评价实际问题时使用多个连续的语言术语来表达，使表达更加自由化。目前，在风险评估、质量评估、绩效评估等问题的研究中已广泛应用了犹豫模糊集来进行评价[7]。现首次将犹豫模糊方法引入到煤矿应急救援资源仓库选址评估问题中，使评价更符合现实情况，评价结果更加真实有效。

1 影响应急救援物资仓库选址因素

应急救援物资仓库的选址与其他类型的选址问题不同，应急救援物资仓库的选址问题更加复杂。因此，构建了包括经济因素、交通因素、自然因素、覆盖范围、公共设施、应急物资储备6个部分的应急物资仓库选址评价指标体系[8]。

(1)经济因素。所有项目的建设都与经济因素密切相关，建立应急资源仓库要不仅要考虑到前期的仓库土地成本、建设成本以及建成后期仓库的运营成本。因此，在考虑应急救援物资的选址时应根据计划的资源库规模来分析规划所需要的土地面积，按照当地的经济情况计算所需要的土地成本，并结合资源库的建设数量需求计算所需的建设成本以及仓库日常的运营成本。

(2)交通因素。道路设施是一个很重要的影响因素，道路设施的良好状况有助于加速救援队伍到达事故现场；应急救援仓库的道路条数也影响着救援时效。因此，交通因素的显性指标有3个：道路设施、道路数目和道路等级。

(3)自然因素。在进行仓库选址时，自然条件也是一个很重要的因素。需要考虑的有以下几点：仓库的建设标准是否合格；仓库里存放的物资是否能够长期稳定存储，以保证救援物资的正常使用；仓库建设的位置是否足够安全，以保证不受到自然灾害的影响。因此，选址必须能够保证应急资源库的安全和长期稳定地运营。

(4)覆盖范围。应急资源库选址需要保证可以覆盖这一区域内所有的煤矿企业，并能够供给每一个煤矿企业应急救援。应急资源库覆盖的范围越大，库存的物资越多，能够给提供应急救援的煤矿数量越多，应急救援的规模就越大，但同时运营成本也会变大。因此，覆盖范围的两个主要影响因素是区域覆盖率和库存能力。

(5)公共设施。应急资源库的公共设施状况同样会影响应急仓库的运营，主要反映在应急仓库的通信状况是否良好以及水电的供应状况是否稳定。公共设施的良好状态能维持仓库日常的正常运营，并保证在有生产安全事故发生时能提供有力的支撑。因此，公共设施的影响因素主要是通电情况、通水情况和通信状况3个指标。

(6)应急物资储备。应急物资的储备状况能够很好地反映仓库的物资储备能力。物资质量应该严格按照国家制定的应急救援物资标准来选择，在物资数量不足、物资类别较少时应尽快地补充物资，以免在发生生产安全事故时，由于物资储备量低、物资种类较少而影响救援的效果。因此，应急物资储备的指标为应急物资类别、应急物资数量以及应急物资质量。

根据上述的内容，构建了应急救援物资仓库的选址评价体系，具体指标如图1所示。

2 基于模糊犹豫方法的煤矿应急救援物资选址评价模型构建

2.1 基于OWA算子的评价指标权重确定

有序加权平均(ordered weighted averaging operator，OWA)算子赋权法与其他方法相比具有一个重要特性：权重的确定只与数值信息所处的位置有关，降低了主观偏好对权重的影响[9]。计算步骤如下。

步骤1集结决策数据。

对指标Ci给出评价数据(g1，g2，…，gn)，给这些评价数据按照从大到小的顺序再次排序，开始编号为0，h0≥h1≥…≥hk…≥hn-1，重新排序的评价数据集合为(h0，h1，…，hn-1)[10]。

步骤2确定赋权向量。

(1)

则权重

(2)

根据二项式定理有

(3)

(4)

步骤3计算绝对权重。

将步骤2中所得到的权重kj+1与其所对应的决策数据hj相结合，进一步计算出指标Ci的绝对权重值。

(5)

式(5)中：m为指标因素的数量。

步骤4确定相对权重。

(6)

2.2 基于犹豫模糊方法的煤矿事故应急物资仓库选址评价模型

2.2.1 犹豫模糊方法的基本概念

设S={sα|α=-t，…，-1，0，1，…，t}是一个含有奇数个语言变量、小标以0为对称中心的语言术语集，s-t和st为语言变量的下界和上界，t为正整数[11]。语言术语集的粒度通常为7或者9，当语言术语集的粒度为7时，S={s-3，s-2，s-1，s0，s1，s2，s3}={糟糕，差，略差，中等，略好，好，完美}；当语言术语集的粒度为9时，S={s-4，s-3，s-2，s-1，s0，s1，s2，s3，s4}={特别差，很差，差，稍差，一般，好，很好，特别好}[12]。S应满足的特征如下。

(1)有序性：si>sj，即i>j。

(2)存在可逆运算: neg(si)=s-i，同时neg(s0)=s0。

(3)存在最小值：当si≤sj，则min(si，sj)=si。

(4)存在最大值：当si≤sj，则max(si，sj)=sj。

2.2.2 基于犹豫模糊方法的煤矿应急救援物资仓库选址的评价模型

在了解犹豫模糊语言集的运算规则[13]以后，应用其对煤矿应急救援仓库选址进行评价，具体步骤如下。

步骤2得到一级指标的评价结果。将第i个一级指标已得到的二级指标权重与专家评价语言集进行集结，这个步骤中使用的是犹豫模糊语言加权算术平均(hesitant fuzzy linguistic weighted averaging，HFLWA)算子[11]，最终得到第i个一级指标的犹豫模糊语言评价结果DBi。

步骤3根据式(7)、式(8)归拢第i个一级指标的评价结果。

(7)

由于g=4，所以

(8)

式中：*DBi为在某一归拢区间内的DBi评价元素的个数。

步骤4将一级指标权重W与一级指标层的综合评价结果*DBi运用HFLWA算子集结，最终得出目标层的评价集合Dk。

(9)

式(9)中：*Dk为Dk中元素的个数；Dr为Dk中放入的元素。

3 实例计算

根据所构建的煤矿应急救援物资仓库选址指标体系和评价模型，能够对仓库选址做出科学客观的评价。以山东省煤田地质局某应急救援中心基地为例，进行实例分析，最终得到评价结果。

3.1 确定评价指标权重

邀请了5位专家对山东省煤田地质局某应急救援中心基地的经济因素、自然因素、交通因素、覆盖范围、公共设施及应急物资储备6个一级指标进行打分，打分结果如表1所示。将5位专家对B1的决策数据按照从大到小的顺序重排，即(8，6，5，5，5)。根据式(1)～式(4)得到赋权向量kj+1=(0.062 5，0.25，0.375，0.25，0.062 5)，那么B1的绝对权重为

=5.437 5。

计算一级指标的相对权重为w=(0.125 7， 0.186 4， 0.140 2， 0.170 5，0.185 0， 0.192 2)。

同理可以计算得到二级指标的权值，如表2所示。

3.2 基于模糊语言方法的煤矿应急仓库选址评价

步骤1集结山东省煤田地质局某应急救援中心基地选址指标体系二级指标的决策评语集合，得到评价语言集，见表3。

步骤2应用HFLWA算子，将表3中得到的二级指标权重与评价语言集进行集结。在这一步骤中，实际上是对评价语言集的脚标进行运算。通过MATLAB软件对评价语言集的脚标进行计算。

表1 一级指标专家打分结果Table 1 Scoring results of first level index experts

表2 权重计算结果Table 2 Weight calculation results

表3 各二级指标评价语言集Table 3 Evaluation language set of secondary indicators

经过计算，得到指标B1中所包含的24个评价的脚标值，DB1={d-0.670 5，d-0.352 1，d-0.337，d0.284 7，…，d1.311 0}。同理，可以得到其他5个一级指标的评价脚标值，即一级指标B2中所包含的18个评价脚标值DB2={d0.651 2，d0.991 3，d0.985 5，d1.325 6，…，d2.311 1}，一级指标B3中所包含的48个评价脚标DB3={d1.266 1，d1.489 2，d1.513 4，d1.518 8，…，d2.965 0}， 一级指标B4中所包含的6个评价脚标值DB4={d1.479 2，d1.958 4，d2.000 0，d2.479 2，d2.520 8，d3.000 0}，一级指标B5中所包含的36个评价脚标值DB5={d1.452 9，d1.820 4，d1.435 8，d1.803 3，…，d3.367 5}，一级指标B6中所包含的24个评价脚标值DB6={d1.997 2，d2.337 2，d2.677 2，d2.328 6，…，d4.000 0}。

同理，其余5个指标的结果见表4。

步骤5根据式(9)求得最终结果，其中*Dk为486。

表4 各一级指标归拢结果Table 4 Results of the first level indicators

3.3 结果分析

通过对山东省煤田地质局某应急救援中心基地评价结果可知，这一选址并不是最佳选址地点，经济因素影响总体评价结果最大，交通因素也是影响选址总体评价的原因之一，再次选址时应该多关注经济因素和交通因素，以提升选址的总体评价，达到最佳选址。

4 结 论

对于煤矿应急救援物资仓库选址评价问题，首先构建了应急救援物资仓库选址评价指标体系，并使用OWA算子计算各层指标的权重以保证权重值的可靠性；然后，基于犹豫模糊方法构建了煤矿应急救援物资仓库选址评价模型；最终以山东省煤田地质局某应急救援中心基地选址为例，使用MATLAB软件进行仿真得到评价得分值，同时对评价结果进行分析解读。结论如下。

(1)评价指标权重使用OWA算子进行计算，不仅兼顾了决策者的主观意愿，同时还保证了结果不会受决策者的主观偏好带来的影响，从而提高保证了指标权重值的可靠性。

(2)基于犹豫模糊方法进行煤矿应急物资仓库选址评价研究，能够完全涵盖所有的评价信息，解决了决策者不能量化决策信息的不确定问题，以得到更符合决策者评价信息的评价结果，给煤矿应急物资仓库选址评价提供了新的理论参考。

(3)经过实例计算，对山东省煤田地质局某应急救援中心基地选址进行评价，邀请5位专家对仓库选址的六大类指标进行打分，并结合已构建的煤矿应急救援物资仓库选址评价模型对结果进行分析，得到山东省煤田地质局某应急救援中心基地选址在经济因素及交通因素方面存在问题，需要进行针对性的改进。

尽管提出的应急救援物资仓库选址评价指标体系及选址评价模型可以比较客观地评价应急物资仓库选址的优劣，但仍存在不够精细的问题，还可以进行深入研究：①仓库选址评价指标体系还可以进行细化，建立更加全面详细的评价指标体系；②指标权重的赋权方法还可以进行组合研究，能够更精确的计算评价指标体系的权重；③基于模糊犹豫方法还可以探讨区间犹豫模糊评价、直觉模糊评价等在煤矿应急物资仓库的选址问题上的应用。