基于熵权法的煤矿应急救援能力评价

-1-基于熵权法的煤矿应急救援能力评价摘要：为了研究煤矿应急救援能力，构建了煤矿应急救援能力评价指标体系，并用改进的层次分析法、熵权法和模糊综合评判法相集成，建立了煤矿应急救援能力评价模型。该模型不仅在主观赋权的基础上反映并提高了评价结果的客观性，而且将一些边界不清、不易定量的因素定量化，保证了评价结果的准确性。通过实证分析，该模型的评价结果与煤矿应急救援能力现状较为接近，表明该模型有效可行。关键词：煤矿应急救援能力；评价；熵权法；模糊综合评判法EvaluationofCoalMineEmergencyRescueCapabilityBasedonEntropyWeightMethod(SchoolofEconomics&Management,AnhuiUniversityofScienceandTechnology，HuainanAnhui232001)Abstract:Inordertostudyitscapability,evaluationindexsystemofcoalmineemergencyrescuecapabilityisconstructed,andevaluationmodelisestablishedbasedonimprovedAHP,entropymethodandfuzzycomprehensiveevaluationmethod.Notonlydoesthemodelreflectobjectivityofevaluationresultsonthebasisofsubjectiveweighting,butalsomakesnotclearboundaryandnoteasilyquantifiablefactorsquantitativesoastoensureaccuracyofevaluationresult.Throughempiricalanalysis,evaluationresultofthemodelisclosetocurrentsituationofcoalmineemergencyrescuecapability,whichshowsthatthemodeliseffectiveandfeasible.Keywords:Coalmineemergencyrescuecapability,Assessment,Analytichierarchyprocess(AHP),Entropyweightmethod,Fuzzycomprehensiveevaluationmethod-2-1引言在今后相当长的一段时间内，煤炭行业仍是我国的能源主体产业。然而，煤矿是我国工业生产中伤亡事故最严重的行业，并且突发事故往往造成群死群伤和巨大损失，后果特别严重，社会影响十分恶劣。作为事故灾难的预防主体和第一响应者，煤矿应急管理水平和应急响应能力直接决定着应急救援的效率和抢险救灾的效能。当煤矿突发事故不可避免的发生时，提前制定有效的煤矿应急救援预案，并组织及时的应急救援，是抵御事故风险，控制事故蔓延，降低事故后果的唯一途径。因此，要做到减少事故损失首先必须建立有效的煤矿应急救援能力评价指标体系，加强煤矿应急救援能力的评价研究，把煤矿自身的应急救援能力量化，使其充分了解自身的应急救援能力，为事故的预防和应急救援能力进一步的提高提供科学依据，使之在救援过程中起到决定性的作用[1-3]。为了研究煤矿应急救援能力，本文用改进的层次分析、熵权法和模糊综合评判法相集成，构建了煤矿应急救援能力评价模型。首先，用改进的层次分析法确定评价指标权重；其次，为了在主观赋权的基础上反映评价结果的客观性，用熵权法修正层次分析法得出的指标权重；然后，用模糊综合评判法对煤矿进行综合评价。-3-2影响煤矿应急救援能力的因素要全面地、客观地、合理地对煤矿应急救援能力进行评价，就必须有一系列的指标来反映其内部结构，所以指标的选取要充分反映煤矿应急救援能力现状。因此，本文提出煤矿应急救援能力评价指标体系应包括危险监测能力、应急准备能力、应急救援能力和事后恢复能力这几方面的内容[4-7]，见表1。表1煤矿应急救援能力评价指标体系目标层一级指标二级指标指标解释煤矿应急救援能力A危险监测能力1A监测设备监测设备是否配备到位，对监测设备是否定期检查安全检查定期检查事故隐患以及防治措施危险源辨识是否能及时判识各种意外情况，并对可能的次生灾害进行准确地预测危险控制是否有控制计划，日常监督是否到位应急准备能力2A人员培训定期对人员进行专业培训宣传教育是否对应急准备与响应方面的知识普及宣传应急演练与总结是否定期进行应急演练，并对结果进行总结，向上反馈相关规章制度应急规章制度是否完善应急机构应急机构的设置是否符合实际需求应急预案应急预案是否完善个人防护装备定额配备自救器、呼吸器、急救设施等，并定期进行检查应急场所及设施矿井是否配备专业的应急场所，应急场所是否有充足的应急物资和设施应急装备及物资应急装备（医疗救护等）是否配备齐全，应急物资储备是否充足报警系统报警系统、应急联动系统的设计与建设是否符合要求救援队伍救援队伍的响应速度及救援能力应急应急预案的启动是否有效地启动了应急预案救援人员的响应救援人员的到场速度、行动能力是否及时有效-4-救援能力3A通讯传递通讯设备是否满足要求应急决策指挥救援现场的决策能力社会救援与外来救援力量的协调组织能力是否及时有效沟通协调煤矿外部救援组织支持情况技术支持专家和信息系统支持事后恢复能力4A分析与总结能否客观地分析事故，采取针对性的措施，更好的做到防患于未然善后处理能否按照有关规定妥善做好善后工作恢复生产事后恢复生产的效果应急预案的修订进一步完善应急救援预案3构建煤矿应急救援能力评价模型3.1基于层次分析法和熵权法的评价指标权重的获取由于层次分析法的主观成分较大[8]，那么如何利用有限的信息，获得更加客观的评价指标权重，需要对原有方法进行改进或引入一种更好的方法。熵权法是一种客观赋权方法。为了在主观赋权的基础上反映并提高评价结果的客观性，本文用熵权法修正了改进的层次分析法得出的指标权重。3.1.1改进的层次分析法由于传统的层次分析法会出现的不一致性的情况，虽然有一致性判断方法，但不一致较严重时，需要重新建立判断矩阵，比较繁琐。因此，对层次分析法进行了改进，不需要进行一致性检验。改进的层次分析法[9]：若A与B同样重要用1表示，若A比B重要用2表示，若A没有B重要用0表示。用这种方法建立准则层对目标层的初始判断矩阵，然后，用31iijjra计算相对重要性权值。(1)根据下式来建立判断矩阵ijnnAa-5-11,1,ijijijijijijarrrrarrrr(1)(2)计算出权重1iinii(2)用式(2)计算出近似权重，其中，1nniijjwa。3.1.2熵权法熵权法[10]是一种客观赋权方法，它是信息论中用于度量信息量的，即一个系统越是有序，信息熵就越低；反之，信息熵就越高。因此，信息熵也可以说是系统无序程度的一个度量。在评价过程中，所获信息的大小是评价精度和可靠性的决定因素之一，如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用也越大，权重也越高。用熵权法确定的指标权重步骤如下：(1)对层次分析法建立的判断矩阵A进行归一化处理，得到标准矩阵ijnnPp(3)其中，1ijijnijiapa。(2)计算信息熵11lnlnnjijijieppn,1,2,,ijn(4)其中，je(01je)为第j项指标的熵值；1lnn为信息熵系数。-6-(3)计算指标的信熵权重11jjnjjeune(5)(4)用熵权修正层次分析法得出的指标权重，常用乘数合成归一法，即1jjjnjjjuwuw(6)3.2基于模糊综合评判法的煤矿应救援能力评价模型模糊综合评判法[11-14]是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属等级状况做出综合决策的方法。其基本原理是：首先，确定被评判对象的指标集和评价集；然后，分别确定各个指标的权重及其隶属度向量，以此获得模糊评判矩阵；最后，把指标权向量与其模糊评判矩阵进行模糊运算和归一化，由此得到模糊综合评价结果。其具体步骤如下：(1)确定因素集评价指标体系就是因素集，记为：12,,,nUuuu(7)(2)确定评语集由于每个指标的评价值不同，由此会形成不同的等级。每一因素所处的状态的不同决断构成的集合被称为评语集，记为：12,,,mVvvv(8)(3)确定各因素的权重-7-由于各指标在综合评价中所占的比重不同，而综合评价结果很大程度上依赖于此，故需要确定各指标之间的权重，它是U上的一个模糊向量，记为：12,,,nAaaa(9)其中，ia表示第i个因素的权重，且满足11niia。(4)确定模糊综合判断矩阵第i个指标对各个评语的隶属度是V上的单因素评判集，记为：12,,,iiiimRrrr(10)那么，各指标从U到V的模糊综合判断矩阵就可以表示为：111212122212mmnnnmrrrrrrRrrr(11)其中，ijr表示第i个因素iu在第j个评语iv上的频率分布，且满足11mijjr。(5)综合评判利用R就可以得到一个模糊变换：:RTFUFV(12)根据此变换就可以得到模糊综合评判结果BAR。综合后的评价结果可看作V上的模型向量12,,,mBbbb。-8-4实证分析以安徽省淮南矿业集团某煤矿为例，运用已构建的评价指标体系和评价模型，并结合专家组的建议对该煤矿应急救援能力进行评价。4.1评价指标体系权重的确定4.1.1用改进的层次分析法确定评价指标体系权重采用改进后的层次分析法进行求解，得出各层次矩阵和其对应的特征向量，确定每一个评价指标在评价指标体系中的权重。下面以一级指标的权重计算为例，说明改进的层次分析法的使用。根据专家打分后确定煤矿应急救援能力一级指标的初始判断矩阵，见表2。表2一级指标对于目标层的初始判断矩阵A危险监测能力应急准备能力应急救援能力事后恢复能力ir危险监测能力10001应急准备能力21014应急救援能力22116事后恢复能力21115然后，根据上述初始判断矩阵应用改进后的层次分析法求解方法建立判断矩阵，并进行权重计算，见表3。表3一级指标对于目标层的判断矩阵及权重A危险监测能力应急准备能力应急救援能力事后恢复能力iw危险监测能力1.00000.25000.16670.20000.0587应急准备能力4.00001.00000.33330.50000.1754-9-应急救援能力6.00003.00001.00002.00000.4756事后恢复能力5.00002.00000.50001.00000.2903按照上述相同的方法求得评价指标的所有指标权重，见表4。表4煤矿应急救援能力评价指标权重目标层一级指标权重iw二级指标权重iw煤矿应急救援能力A危险监测能力1A0.0587监测设备0.1422安全检查0.3854危险源辨识0.0871危险控制0.3854应急准备能力2A0.1754人员培训0.0094宣传教育0.0149应急演练与总结0.0673相关规章制度0.0149应急机构0.1638应急预案0.1638个人防护装备0.0673应急场所及设施0.1638应急装备及物资0.1038报警系统0.0673救援队伍0.1638应急救援能力3A0.4756应急预案的启动0.0453救援人员的响应0.1113通讯传递0.0453应急决策指挥0.3064社会救援0.1902沟通协调0.1902技术支持0.1113事后恢复能力4A0.2903分析与总结0.1214善后处理0.5376恢复生产0.1214应急预案的修订0.21954.1.2用熵权法修正评价指标权重根据熵权求解步骤，修正用改进的层次分析法确定的评价