基于证据理论的地铁应急体系脆弱性评估研究*

李 磊， 倪鹏炯， 金段艳， 陈怡伶

(1.浙江师范大学 工学院,浙江 金华 321004;2.宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，浙江 宁波 315100)

基于证据理论的地铁应急体系脆弱性评估研究*

李 磊1， 倪鹏炯1， 金段艳1， 陈怡伶2

(1.浙江师范大学 工学院,浙江 金华 321004;2.宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，浙江 宁波 315100)

为完善地铁突发事件应急体系，提高地铁应对突发事件的能力，针对地铁突发事件应急体系脆弱性进行了研究，通过对地铁应急体系脆弱性因素的分析，从法律法规脆弱性、应急组织脆弱性、应急预防脆弱性、应急救援脆弱性、应急资源脆弱性和灾后处置脆弱性6个方面建立了地铁应急体系脆弱性评估指标体系.利用层次分析法确定了指标的权重，提出了基于D-S证据理论的地铁突发事件应急体系脆弱性评估方法.最后通过实例分析，验证了该方法在评价地铁突发事件应急体系脆弱性上的可行性和有效性.

地铁；应急体系；脆弱性；证据理论；评估

0 引 言

地铁突发事件应急体系涵盖组织体系、预案预警、应急处置、应急恢复及灾后总结等环节.完善的地铁应急体系是实现公众生命安全、系统设施安全、系统运转稳定及降低突发事件带来的损失的保障.根据联合国国际减灾战略(UNISDR)对风险的定义[1]“风险(risk)=危险性(hazard)乘脆弱性(vulnerability)除以抗灾能力(capacity)”,由此可见，风险很大程度上取决于源发事件与承灾主体的脆弱性之间的相互作用.脆弱性也是地铁轨道交通应急体系风险评估中的关键参数，评估脆弱性参数对应急管理体系功能的发挥和体系的完善起到很大的指导作用[2-5].

Sohn[6]用交通系统的绩效来评估脆弱特性,并且确定了网络的薄弱环节；Taylor[7]在此基础上考虑社会经济因素、出行者对行程时间的估计误差对脆弱性的影响，构建了一定的路径选择模型，计算了路网可达性指标，以此评估路网脆弱性.国内对于交通网络脆弱性评估的研究相对较少，特别是针对城市地铁系统.目前的研究大多围绕在抗灾性方面,提出了应急能力指标体系并建立评估模型，或者通过风险分析衡量交通系统的应急能力.张铭等[8]从系统工程理论的角度，建立了应急救援评价指标体系，采用模糊层次分析法对影响应急救援过程的多个功能要素作定性和定量分析并进行了综合评价；何珊珊等[9]利用粗糙集理论的相关知识，研究了地铁灾害应急能力的评价问题,从地铁灾害应急能力的特点出发，构建了准确、全面、有效的地铁灾害应急能力评价指标体系；卢文刚等[10]通过结合地铁突发公共事件应急管理的现实情况和应急管理相关理论，设计了科学系统和实操性强的城市地铁突发事件应急能力评价体系框架，提出了构建城市地铁突发事件应急能力评价的方法及步骤；阎善郁等[11]建立的地铁突发事件应急能力指标体系，基于可拓评价的物元模型进行了综合评价；尹俊淞[12]通过分析轨道交通应急能力的影响因素，建立了多层次的评价指标体系，引入灰色聚类分析对城市轨道交通应急能力进行了综合评价；文献[13]提出运用案例推理方法(CBR)，结合其中案例表示及检索对城市轨道交通突发事件进行风险分析.由风险定义可知，以上研究主要从城市轨道交通的应急能力方面作出分析或评价，缺乏对城市轨道交通应急体系本身抗干扰能力即对其脆弱性的评估.为此，本文研究了地铁应急体系脆弱性评估，构建了其应急体系脆性评估指标；另外，考虑到评估中的不确定性[14]，本文将基于证据理论对地铁突发事件应急体系脆弱性进行评估.

1 地铁应急体系脆弱性评估指标

地铁突发事件应急体系的作用是正确、及时处理地铁突发事故，尽可能减少人员伤亡、财产损失.其建设指导思想是：以人为本、预防为先、防御为主、处置迅速，最大程度地保障公众生命安全、系统设施安全、系统运转稳定.其应急体系脆弱性内涵为系统处于存在风险或子系统受到攻击和影响的状态下，应急系统缺乏自我调整和适应的能力而导致系统故障甚至瘫痪的性质.研究地铁应急体系脆弱性，降低系统暴露性和敏感性以提高系统适应性[15].

根据城市轨道交通系统特点、危害因素及突发事件的特征，以及应急体系自身功能要求，本文在指标选择上遵循科学性、系统性、层次性、可操作性及可量化性相结合的原则，结合《地铁运营安全评价标准》并参照文献[16-18]制定评价指标.指标筛选是通过计算每个指标的集中度和离散度得到的，指标集中度和离散度如下：

指标集中度Ei定义为：

(1)

式(1)中：s为评估指标个数；t为咨询专家个数;aj为第j位专家对某个指标的评分值.

指标离散度σi可用标准差计算，即

(2)

式(2)中,aj为第j位专家对某个指标的评分值.

根据地铁突发事件应急体系的特点，以Ei≤3，σi≤0.62为条件[19]，筛选出满足条件的指标.

最终从法律法规脆弱性、应急组织脆弱性、突发事件预防脆弱性、应急救援脆弱性、应急资源脆弱性、灾后处置脆弱性6个方面对地铁突发事件应急体系脆弱性进行有效衡量，构建地铁应急体系脆弱性评估指标.

2 基于证据理论的地铁应急体系脆弱性评估

2.1 证据理论基础知识[20-21]

1)识别框架

证据理论中，把一个互不相容事件(或命题)的完备样本集合Θ称为识别框架，可表示为

2)基本信任分配函数

设Θ为识别框架，Ø为空集，若集函数m:2Θ→[0,1](2Θ为Ø的幂集)满足

(3)

则称m为框架Θ上的基本信任分配函数(mass函数)；∀A⊂Θ，m(A)为A的基本信任分配值，其中，称使得m(A)>0的A为焦元.

3)证据理论合成规则

①2个证据的合成

(4)

②多个证据的合成

(5)

2.2 脆弱性评估算法流程

步骤1：确定评价对象集及脆弱性评价指标C

评价对象集P={地铁突发事件应急体系脆弱性}，评价指标有一级指Ci(i=1,2,…,n)和二级指标cij(i=1,2,…,n,cij为第i个一级指标下的第j个二级指标).

步骤2：确定脆弱性评语等级

评语等级集合V={V1,V2,…,Vl}，评语集所对应的值集p(V)={p(V1),p(V2),…,p(Vl)},l为评语等级个数.

步骤3：确定指标权重w

利用层次分析法，结合专家打分法对指标赋予权重[22]，计算各要素的相对重要性,利用方根法确定各级评价指标的权重.

步骤4：确定评价指标的基本信任度

由专家给出各底层因素关于评价集的基本信任度.

(6)

步骤7：计算目标层C、评语等级为Vk(k=1,2,…,l)的mass函数m(CVk)

根据一级指标Ci的权重数值，并规范化信任分配函数得m′(CVki)，即

(7)

式(7)中：wi为一级指标权重；wq为一级指标权重中的最大值.运用证据理论的合成规则计算目标层C的mass函数m(CVk).

步骤8：计算评估对象，得其综合评估值E，即

(8)

3 实例分析

本文以Y市地铁突发事件应急体系脆弱性作为评价对象，建立评价指标，如图1所示.

图1 地铁突发事件应急体系脆弱性评估指标

邀请10位专家对该地铁应急体系脆弱性指标进行评估，专家依据经验给出二级指标在各评价等级上的信任度，如表1所示.其中,评语等级V分5个级别：{很低(V1)，较低(V2)，一般(V3)，较高(V4)，很高(V5)}，评语等级所对应的评语值集合p(V)={p(V1)，p(V2)，p(V3)，p(V4)，p(V5)}={9，7，5，3，1}.

表1 专家给出的二级指标在各评价等级上的信任度分配

根据专家打分，运用层次分析法，求得各级指标权重如下：

结合以上数据，以准则层指标“应急救援脆弱性”信任度计算为例，利用式(6)，求“应急救援脆弱性”二级指标的mass函数值,计算结果如表2所示.

表2 应急救援脆弱性二级指标信任度分配

运用证据理论合成规则，计算出“应急救援脆弱性”指标的信任度.同理，可计算出法律法规脆弱性、应急组织脆弱性、应急预防脆弱性、应急资源脆弱性和灾后处置脆弱性的信任度值，结果见表3.

表3 地铁应急体系一级指标信任度分配

根据步骤7计算目标层的总信任度分配，结果为m(CVk)=(0.085,0.657,0.061,0.004,0.000).

由计算结果可知，地铁应急体系脆弱性属于很低(V1)的信任度m(CV1)=0.085，较低(V2)的信任度m(CV2)=0.657，一般(V3)的信任度m(CV3)=0.061，较高(V4)的信任度m(CV4)=0.004，很高(V5)的信任度m(CV5)=0.000.

由步骤8，根据式(8)得到该地铁应急体系脆弱性的总体评估值为

该系统的脆弱性处于较低和一般之间，总体趋于较低.从证据合成的过程来看，应急体系脆弱性的薄弱环节为法律法规和应急资源2个方面.在未来的地铁应急体系脆弱性管理工作中，应加强对法律法规、应急资源2方面的建设和完善.应从以下两方面展开:

1)围绕《国家处置城市地铁事故灾难应急预案》，明确制定法律法规的责任主体，修订完善各项规章制度，完善地铁应急法律法规体系；

2)在应急资源上，应统筹考虑各项风险因素，科学规划、优化应急救援网点和物资布局，提升应急救援能力.

4 结 语

本文以地铁突发事件应急体系脆弱性为研究对象，通过对地铁应急管理体系进行调查，综合考虑影响地铁系统安全的各类因素，建立了较为全面的地铁突发事件应急体系脆弱性评价指标.通过实例的应用分析表明，D-S证据理论方法应用于地铁突发事件应急体系脆弱性评估是有效的、实用的，评价结果可为地铁运营相关部门发现应急体系中的薄弱环节提供理论依据，对提高地铁突发事件的应急能力具有应用价值.

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(责任编辑 陶立方)

Research on vulnerability assessment of subway emergency system based on the evidence theory

LI Lei1, NI Pengjiong1, JIN Duanyan1, CHEN Yiling2

(1.CollegeofEngineering,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China; 2.OperationBranchCompanyofNingboMetroCompanyLtd,Ningbo315100,China)

To enhance the metro traffic security and improve the ability of the metro coping with emergencies, it was conducted a research in view of the subway emergency system vulnerability by analyzing the factors of vulnerability of subway emergency system, the vulnerability assessment index system of the metro emergency system was established from six aspects including laws, regulations vulnerability, emergency organization vulnerability, emergencies prevention vulnerability, emergency rescue vulnerability, emergency resource vulnerability and the vulnerability of disposal of the disaster. The index weight was determined by the analytic hierarchy process (AHP), and evaluation method of the metro emergency system vulnerability based on the D-S evidence theory was proposed. The feasibility and effectiveness of assessment method was also validated through example.

subway; emergency system; vulnerability; evidence theory; assessment

10.16218/j.issn.1001-5051.2017.03.015

�2016-09-22；

2017-01-13

浙江省公益性技术应用研究计划项目(2015C33015)；浙江省教育厅科研项目(Y201432259)

李 磊(1980-)，男，河南鹤壁人，讲师，博士.研究方向：轨道交通安全及控制.>

U231

A

1001-5051(2017)03-0336-07