魏彩鳳 陳美寶,2 何 軍 胡 鵬 白經(jīng)博

(1. 重慶科技學(xué)院， 重慶 401331； 2. 重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院， 重慶 400042；3. 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所， 重慶 400021)

灰色聚類模型在應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)中的改進(jìn)及應(yīng)用

魏彩鳳1陳美寶1,2何 軍3胡 鵬3白經(jīng)博1

(1. 重慶科技學(xué)院， 重慶 401331； 2. 重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院， 重慶 400042；3. 重慶氣礦氣田開發(fā)工藝研究所， 重慶 400021)

在運(yùn)用灰色聚類模型評(píng)價(jià)應(yīng)急管理能力時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)確定某種形式的白化權(quán)函數(shù)后出現(xiàn)了權(quán)值全部相同的情況，針對(duì)這種情況提出了將灰色聚類模型與已確定的指標(biāo)權(quán)重相結(jié)合建立模型一、模型二，并在已有的應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)體系和已知其相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)灰色聚類模型進(jìn)行實(shí)例分析。結(jié)果表明，改進(jìn)的灰色聚類模型可以用來評(píng)價(jià)應(yīng)急管理能力，且2種模型所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果一致，但模型一比模型二對(duì)評(píng)價(jià)工作更有效。

灰色聚類模型； 白化權(quán)函數(shù)； 權(quán)值； 評(píng)價(jià)體系

1982年，中國學(xué)者鄧聚龍教授創(chuàng)立了灰色系統(tǒng)理論，這是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新理論[1-2]。該理論以“部分信息已知，部分信息未知”的“少數(shù)據(jù)”“貧信息”不確定系統(tǒng)為研究對(duì)象?，F(xiàn)實(shí)世界中普遍存在的“少數(shù)據(jù)”“貧信息”不確定系統(tǒng)，為灰色系統(tǒng)理論提供了豐富的研究資源和廣闊的發(fā)展空間[3]。

概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)理論和粗糙集理論是4種最常用的不確定性系統(tǒng)研究方法[3]。其共同點(diǎn)是研究對(duì)象都具有某種不確定性，區(qū)別在于各側(cè)重點(diǎn)不同。目前，灰色系統(tǒng)理論已經(jīng)運(yùn)用到各個(gè)方面，比如地應(yīng)力場(chǎng)分析、農(nóng)民用水、管道腐蝕剩余壽命預(yù)測(cè)及管道應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)等。同時(shí)，很多學(xué)者也對(duì)灰色聚類模型提出改進(jìn)措施，使其更好地用來解決實(shí)際問題。例如吳波等[4]人提出利用灰色關(guān)聯(lián)分析的思想對(duì)灰色聚類評(píng)估模型進(jìn)行改進(jìn)，用來評(píng)估設(shè)備的健康狀態(tài)；胡軍等[5]人針對(duì)指數(shù)型白化權(quán)函數(shù)建立了樣本與各等級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，避免了零權(quán)重問題，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)；徐冬梅等[6]人運(yùn)用聚類與排序并重的改進(jìn)灰色聚類決策方法，采用混合三角白化權(quán)函數(shù)的新思路，重新確定了決策標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于改進(jìn)灰色聚類的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)脆弱性分析模型。

由于影響應(yīng)急管理能力的因素涉及廣且較復(fù)雜，很難完全使其量化，而且在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)依據(jù)的評(píng)價(jià)體系中也只是列舉出影響應(yīng)急管理能力中具有代表性的指標(biāo)，其次借助專家評(píng)價(jià)時(shí)存在一定的主觀性，因此，應(yīng)急能力評(píng)價(jià)信息存在不全面與不準(zhǔn)確的特性[7]。于是便可采用灰色系統(tǒng)理論相關(guān)知識(shí)對(duì)應(yīng)急能力展開評(píng)價(jià)工作，同時(shí)可以進(jìn)一步改進(jìn)模型，使其能更好地用于評(píng)價(jià)。選取天然氣中心站為研究對(duì)象，同時(shí)以高峰場(chǎng)中心站為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

1 改進(jìn)灰色聚類模型

1.1灰色聚類模型

灰色系統(tǒng)理論研究和技術(shù)方法體系受到更多的關(guān)注并被運(yùn)用到各領(lǐng)域，許多學(xué)者投入大量精力來研究、發(fā)展灰色系統(tǒng)理論。

灰色聚類是根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)矩陣或灰類的白化權(quán)函數(shù)將所考慮的觀測(cè)值或觀測(cè)對(duì)象劃分成若干個(gè)可定義類別的方法[8]。一個(gè)灰類就是指屬于同一類的觀測(cè)指標(biāo)或觀測(cè)對(duì)象的集合?；诎谆瘷?quán)函數(shù)的灰色聚類主要用于考慮觀測(cè)對(duì)象是否屬于事先設(shè)定的不同類別，以便區(qū)別對(duì)待[3]?；诎谆瘷?quán)函數(shù)的灰色聚類又可以分為灰色變權(quán)聚類和灰色定權(quán)聚類[9]?；疑儥?quán)聚類適用于評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)的意義、量綱皆相同的情況，當(dāng)其指標(biāo)的意義、量綱不同并且不同指標(biāo)的樣本值在數(shù)量上差異懸殊時(shí)，應(yīng)采用灰色定權(quán)聚類。

運(yùn)用灰色聚類模型來進(jìn)行評(píng)價(jià)，其步驟分為分析灰色聚類，構(gòu)建白化權(quán)函數(shù)，確定子類臨界值、子類的權(quán)、變權(quán)聚類系數(shù)、聚類系數(shù)向量及矩陣，通過得到的矩陣來分析評(píng)價(jià)的結(jié)果。

設(shè)有n個(gè)聚類對(duì)象，m個(gè)聚類指標(biāo)，s個(gè)不同灰度，根據(jù)對(duì)象關(guān)于指標(biāo)的觀測(cè)值，將對(duì)象歸入灰類k(k{1,2，…，s})，稱為灰色聚類。其相關(guān)公式為[3]：

經(jīng)典白化權(quán)函數(shù)中k子類臨界值：

(1)

j指標(biāo)k子類的權(quán)值：

(2)

灰色變權(quán)聚類系數(shù)值：

(3)

聚類系數(shù)向量：

(4)

聚類系數(shù)矩陣：

(5)

1.2問題分析

在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)建某種形式的經(jīng)典白化權(quán)函數(shù)時(shí)，其各子類的臨界值均相同，從而使得權(quán)都相同，這樣就失去了確定權(quán)的意義，體現(xiàn)不出不同指標(biāo)所占權(quán)的不同對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

1.3改進(jìn)灰色聚類模型

模型一：權(quán)η賦值為評(píng)價(jià)體系中采用某種方法所確定的各對(duì)象i相應(yīng)的指標(biāo)j的權(quán)重，即假設(shè)有二級(jí)評(píng)價(jià)體系，則權(quán)η賦值為各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，則灰色變權(quán)聚類系數(shù)變?yōu)椋?/p>

(6)

模型二：權(quán)η賦值為評(píng)價(jià)體系中采用某種方法所確定的各對(duì)象i的權(quán)重，則權(quán)η賦值為各指標(biāo)所從屬的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重，則灰色變權(quán)聚類系數(shù)變?yōu)椋?/p>

(7)

模型一的思想是單獨(dú)考慮各指標(biāo)的權(quán)重，而模型二的思想則是從整體角度出發(fā)，考慮指標(biāo)所從屬的上級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。運(yùn)用上述2種思想可以將灰色聚類模型與某種方法已確定權(quán)重相結(jié)合，避免了灰色聚類模型中存在的不足，同時(shí)可以更有效地對(duì)所要評(píng)價(jià)的對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 改進(jìn)灰色聚類模型的應(yīng)用

2.1模型分析

將在已有的高峰場(chǎng)中心站應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)體系(二級(jí)指標(biāo)體系，其中一級(jí)指標(biāo)5個(gè)，二級(jí)指標(biāo)19個(gè))和已知各指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)灰色聚類模型對(duì)高峰場(chǎng)中心站應(yīng)急管理能力進(jìn)行評(píng)價(jià)?；翌惙譃椤皟?yōu)”“良”“中”“差”，分?jǐn)?shù)依次為7、5、3、1，介于兩者之間依次為6、4、2，同時(shí)組織專家組對(duì)評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)進(jìn)行打分，其分值將作為構(gòu)建白化權(quán)函數(shù)的依據(jù)。由于灰色聚類最大的特點(diǎn)是不僅對(duì)樣本數(shù)量沒有要求，而且也不要求樣本服從任何分布，因此，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，可以直接進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]。專家組的人數(shù)可自行規(guī)定，所打的分值可以直接應(yīng)用。

2.2模型建立

灰數(shù)及白化權(quán)函數(shù)的確定如表1所示。

通過白化權(quán)函數(shù)可以分別計(jì)算出臨界值和權(quán)值，此時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算所得到的權(quán)值都相同。因此，將不再采用此計(jì)算權(quán)值的方法繼續(xù)計(jì)算灰色變權(quán)聚類系數(shù)、向量等。

運(yùn)用模型一的思想，將權(quán)賦值為各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，運(yùn)用模型二的思想，將權(quán)賦值為各二級(jí)指標(biāo)所從屬的一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，通過運(yùn)用1.1中的公式分別計(jì)算出灰色變權(quán)聚類系數(shù)、聚類系數(shù)向量，從而得到聚類系數(shù)矩陣，矩陣中最大值見表2。

2.3結(jié)果分析

通過對(duì)模型的分析及建立，最終總結(jié)出的結(jié)果見表2。在模型一、二中均有如下結(jié)果：i=5時(shí)屬于灰類1，即一級(jí)指標(biāo)中第五個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)價(jià)結(jié)果屬于“優(yōu)”；i=1,2,4時(shí)屬于灰類2，一級(jí)指標(biāo)中第一、二、四個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)價(jià)結(jié)果屬于“良”；i=3時(shí)屬于灰類3，即一級(jí)指標(biāo)中第三個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)價(jià)結(jié)果屬于“中”。通過對(duì)高峰場(chǎng)中心站數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析、核實(shí)，確認(rèn)此評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況。

表1 灰數(shù)及白化權(quán)函數(shù)表

表2 2種模型中的確定

3 結(jié) 語

(1) 通過構(gòu)建白化權(quán)函數(shù)來運(yùn)用灰色聚類模型評(píng)價(jià)應(yīng)急管理能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)建某種形式的白化權(quán)函數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)權(quán)值都相同的情況。在此情況下，失去了確定權(quán)的含義，體現(xiàn)不出不同指標(biāo)所占權(quán)值的不同對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

(2) 提出將灰色聚類模型與已確定的指標(biāo)權(quán)重相結(jié)合的思想，對(duì)灰色聚類模型進(jìn)行改進(jìn)，使其更好地用來評(píng)價(jià)應(yīng)急管理能力。同時(shí)，通過實(shí)例分析，所提出的2種模型均可以有效地開展評(píng)價(jià)工作，但模型一比模型二的評(píng)價(jià)效果更好。

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Abstract:When using grey clustering model to evaluate the emergency management ability, it is found that the weights are all the same when a certain kind of whitening weight function is determined. In view of this situation, this paper puts forward the idea of improving grey clustering model. By combining the grey clustering model with the weight of the index that has been determined, the model 1 and model 2 are established. At the same time, on the basis of the existing emergency management capability evaluation system and the corresponding index weight, the improved grey clustering model is used to validate the model. The results show that the improved grey clustering model can be used to evaluate the emergency management ability, and the evaluation results of the two models are consistent, but the model 1 is more effective than the model 2.

Keywords:grey clustering model; whitening weight function; weight; evaluation system

ImprovementandApplicationofGreyClusteringModelinEmergencyManagementCapabilityEvaluation

WEI Caifeng1CHEN Meibao1,2HE Jun3HU Peng3BAI Jingbo1

(1.Chongqing University of Science & Technology, Chongqing 401331, China;2.Safety Production Science Research Institute of Chongqing, Chongqing 400042, China; 3.Gas Field Development Technology Research Institute of Chongqing, Chongqing 400021, China)

TP393

A

1673-1980(2017)05-0115-04

2017-04-20

重慶市安全科研項(xiàng)目“高峰場(chǎng)中心站HAZOP分析”(XNSOZJS2015-0012)；重慶科技學(xué)院研究生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“高峰場(chǎng)中心站應(yīng)急管理綜合能力評(píng)價(jià)體系研究”(YKJCX1620719)

魏彩鳳(1991 — )，女，重慶科技學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榘踩夹g(shù)及工程。