基于二元語義的突發水污染事件應急協同決策研究

吳鳳平,朱曉娜,程鐵軍

(河海大學商學院,江蘇 南京 211100)

突發水污染是由于自然災害、機械故障、人為因素引發固定或移動污染源偏離正常運行狀況突然地排放污染物, 經過各種途徑進入水體, 從而造成水環境污染的事故。隨著現代工業生產領域和規模的日益擴大, 各種化學品和危險品的生產、貯存、運輸、使用將會大量增加, 事故潛在危險源也隨之增加, 對水環境的威脅將越發顯著[1]。突發水污染事故不同于一般的社會公共事件, 因其具有一系列獨特的屬性, 如不確定性、突發性、擴散性、危險性、應急性、綜合性、復雜性等,其威脅水源地安全,破壞水域生態環境,影響社會穩定,如果處理不及時或處理不當會造成嚴重的環境污染甚至災害,直接關系到人民生命安全,關系到國家財產損失。

近年來, 國內外突發性水污染事故頻發已對社會經濟造成極大危害。1986年瑞士道士農藥廠危險品倉庫失火爆炸, 造成有害化學品污染整條萊茵河, 使數百萬魚死亡, 造成德國、荷蘭飲水困難[2]。2007年5、6月間江蘇太湖爆發嚴重藍藻污染,造成無錫全城自來水污染。2010年7月,吉林省永吉縣境內發生特大洪水,永吉縣經濟開發區新亞強化工廠一批裝有三甲氯硅烷的原料桶被沖入松花江中造成江水污染事件[1]。2012年12月31日,位于山西長治的潞安天脊煤化工廠發生苯胺泄漏入河事件,造成漳河上游山西境內發生突發大面積停水[3]。因此，基于突發性水污染事件的應急處理已成為各領域學者關注的重點。

在國外對于突發水污染應急管理研究方面,國際上已經形成了一套較為完善的突發性重大污染事件應急決策系統,該系統包括決策制定流程、重要的決策支持技術等。Dobbins[4]開發了內河航運事故性污染風險管理的決策支持系統,對密西西比河下游某河斷進行了案例模擬技術,對管理區域實行數據庫管理,事發后通過互聯網通知各應急單位,實施快速應急。Bertsch 等[5]針對核突發事件下不同的決策主體具有不同的知識背景、觀點、反映和偏好的特點,提出對多準則決策方案進行敏感性分析,達到促進突發事件解決的目的。 國內學者對于突發性水污染應急處理從不同角度出發,研究了多種應急支持系統和決策方法。馮文釗等[6]系統分析了突發性環境污染事故的預警、應急監測和處理工作,提出了一種突發性環境污染事故預警、應急監測和處理方面軟件開發的新方法。楊明祥等[7]針對當前水污染研究多局限于模型開發,可視化工作較為薄弱的問題,提出了一種基于3S 集成的突發水污染模擬方案,并對松花江某取水口上游突發石油污染事件進行了動態模擬。饒清華等[8]對閩江流域突發水污染事件預警應急系統的基本構架進行初步探討，運用計算機技術、環境科學和系統科學等理論,研究了閩江污染分布時空模擬系統的構建。

在突發水污染事件應急管理與決策中,決策主體不僅要從海量數據中提取出高質量的信息,同時要對分布在不同地域、不同領域的相關部門進行密切配合,當突發水污染事件跨越了多個管理權限時,各部門協同決策就顯得尤為重要。如何能夠有效地協同各決策主體,避免信息缺失,最大限度地減少突發事件所造成的損失是突發水污染事件應急決策的關鍵。文獻[4]考慮了多人多準則決策問題,但沒有考慮決策者的協同合作決策;文獻[5]考慮了決策主體不同的知識背景、觀點等特點,體現了突發水污染事件協同決策的思想;文獻[7]和[8]都是利用計算機系統基于模擬系統的開發,沒有考慮決策信息的模糊性和不確定性。由于突發水污染事件的復雜性及不確定性,涉及的多個決策主體很難給出確定的評價信息,而常以模糊信息來表達,所以為避免信息缺失,本文引入二元語義表達各協同決策主體的判斷信息,建立了基于二元語義的突發水污染事件應急協同決策模型。

1 模型構建

1.1 問題描述

P={Pi|i=1,2,…,m;m≥2}:突發水污染事件應急處理所涉及的主體組合而成的集合,其中Pi為第i個成員。

R=[rij]m×m:突發水污染事件時,應急處理團隊內各主體之間的協作關系可以通過協同關系矩陣R來表示,其中,rij表示成員Pi和Pj之間的協作關系。rij=1表示成員Pi和Pj之間存在協作關系;rij=0表示成員Pi和Pj之間不存在協作關系。特別地,rii=0表示Pi自身的協作關系不被考慮。

C={Ck|k=1,2,…,n;n≥2}:突發水污染事件應急決策中考察各協作部門之間協調程度的指標集,其中Ck表示第k個指標。

W=(w1,w2,…,wn)T:考察各協作部門之間協調程度的各指標權向量,其中wk表示管理者從語言短語集S中選出的一個語言短語來表示指標Ck的重要程度。

1.2 基本預設

二元語義模糊表示模型是建立在符號轉換的概念基礎之上的。一個語言信息可以被表示為一個二元組(si,α),其中,si和α的含義描述如下:

a.si表示為預先定義好的語言評價集S中的第i個元素。例如S={s0=DL(很低),s1=VL(較低),s2=L(低),s3=M(一般),s4=H(高),s5=VH(較高),s6=DH(很高)}。

b.α稱為符號轉移值,滿足α∈[-0.5,0.5),表示評價結果與si的偏差。

定義1若si∈S是一個語言短語,那么si可以通過下面轉換函數θ轉化為二元語義形式[9-10]:

θ:S→S×[-0.5,0.5)

θ(si)=(si,0),si∈S

(1)

定義2設實數β∈[0,t]表示語言短語集結運算的結果,則稱(si,α)為與β對應的二元語義形式,它可由如下函數Δ得到。

Δ:[0,T]→S×[0.5,0.5)

其中,“round”表示“四舍五入”取整運算。

定義3若(si,α)是一個二元語義,其中si為S中第i個元素,α∈[-0.5,0.5),則存在一個逆函數Δ-1,可以將二元語義(si,α)轉化為相應的數值β∈[0,T],即

Δ-1:S×[0.5,0.5)→[0,T]

Δ-1(si,α)=i+α=β

(3)

定義4假設{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一組二元語義信息,則二元語義算數加權平均算子定義為[11-12]

(4)

定義5如果W=((w1,α1),(w2,α2),…,(wn,αn))T為對應的二元語義權向量,其中wi∈S;αi∈[0.5,0.5),則二元語義加權平均算子定義為

(5)

1.3 根據協同關系,構建互評矩陣

協同網絡信息是關于協同網絡主體與個體表現和主體之間協同表現的信息,即個體信息和協同信息。這種信息可以是過去行為產生的信息,也可以是對未來行為所給出的預期判斷信息[13]。

P1…Pm

k=1,2,…,n

1.4 轉化二元語義形式

xij∈S;αij∈[0.5,0.5);i,j∈G1

(6)

1.5 基于二元語義算子,計算總體協作程度

(7)

(8)

綜上所述,下面給出基于二元語義的突發水污染事件應急協同決策研究的具體計算步驟:

①成員Pi和Pj之間的協作關系,構建各成員之間的協同關系矩陣;

②確定指標權重,構建關于指標C的互評矩陣;

2 實證分析

2.1 問題描述

沿海開發涉及社會、經濟、環境、基礎建設等各個方面。隨著經濟活動的開展,沿海地區也是安全生產、征地拆遷、交通事故、自然災害等突發事件較為頻繁發生的區域,海岸帶安全問題值得關注。本文以沿海開發中可能爆發的突發水污染事件為例,進行模擬分析。在對突發水污染事件應急管理中,需要來自消防、公安、醫療、氣象、通訊和交通等部門的管理人員構成應急管理主體,借助良好的合作關系和信息網絡,應急管理主體可以實現信息協同、資源協同和過程協同。

對于突發水污染事件應急處理團隊的協調程度,可以從以下4個指標進行評價。

a.應急反應能力:各部門對于處理突發事件應具有的第一時間快速反應能力。

b.協調聯動能力:各部門內部和部門之間應具有的協調聯動能力。

c.資源調度能力:各部門在突發事件發生下快速調動部門所具有的資源如人力資源、物資等。

d.信息共享與交流能力:在突發事件下各部門能及時進行信息的溝通和共享能力。

應急管理主體的主要職責及相互協作關系見表1和圖1。

表1 應急管理主體的主要職責

圖1 應急管理主體的協作關系

2.2 協同決策模型的應用

步驟1各應急管理各部門之間的協作關系可描述為以下的協同關系矩陣:

步驟2對于突發水污染事件應急處理團隊之間的協作程度評價,對確定的各指標進行評價,并給出指標權重W=(VH,DH,DH,VH)T。通過調查問卷的形式獲得對應急處理團隊各部門之間的協作程度進行評價,得到如下關于4個指標的互評矩陣:

步驟3根據公式(1),將上面的互評矩陣以及指標向量轉化為二元語義形式,具體如下:

以上得出的各部門協調互評程度如圖2所示。

圖2 突發水污染事件應急處理團隊相互協作程度

Δ(4.89)=(VH,-0.11)

2.3 結果分析

由最終結果可以看出:

a.應急處理團隊相互協作程度達到(VH,-0.11),對應的語言短語接近“VH”即較高。這說明應急處理團隊所涉及的各主體部門之間需要較高的協作程度。

b.由圖2可以看出，公安部門與其他部門的協作程度最高,達到(VH,0.36),比總體協作程度都高,這說明公安部門在應急協同體系中占據最重要地位,需要與其他所有部門保持很高的協作程度,及時與其他部門保持最密切的溝通合作。

c.醫療部門與其他部門的協作程度達到(VH,0.01),僅次于公安部門,這說明在突發事件發生的情況下,醫療部門要第一時間及時與其他部門高度配合,救治傷員,最大限度降低損失;消防和通訊部門的協作程度基本持平,略低于醫療部門;而通訊部門和氣象部門相對其他各部門來說,協調程度相對較低,這說明通訊和氣象部門在突發水污染事件下要積極協助配合其他各部門做好協調保衛工作,做好協助工作。

基于以上分析,對于沿海開發中可能爆發的突發水污染事件應急處理團隊涉及的各主體要注意保持他們之間的協作和溝通,在處理突發水污染事件下協作程度要達到最高程度,進而及時有效地解決突發問題。

3 結 語

筆者針對突發水污染事件應急管理與決策中的多主體協同決策問題進行了研究。通過建立協同關系矩陣及協同互評矩陣,集結了各主體的協同信息,同時將二元語義引入協同決策,解決了決策者在面臨突發水污染事件時的不確定性和模糊性問題,構建了基于二元語義的突發水污染事件應急協同決策模型。最后，通過對沿海開發中突發水污染事件的協同決策進行實證分析,驗證了模型的有效性與實用性。

[1]李文君,黃強,楊明祥.松花江突發水污染可視化模擬系統研究與實現[J].計算機工程與應用,2012,48(9):211-215.

[2]李林子,錢瑜,張玉超.基于EFTC和WASP模型的突發水污染事故影響的預測預警[J].長江流域資源與環境,2011,20(8):1010-1019.

[3]東方衛視.山西長治發生苯胺泄漏河水污染事故[EB/OL].[2012-12-31]http://news.cntv.cn/special/shuiwuran/index.shtml.

[4]劉冬華,劉茂.突發水污染事故風險分析與應急管理研究進展[J].中國公共安全：學術版,2009,14(3):167-170.

[5]BERTSCH V,GELDERMANN J, RENTZ O.Preference Sensitivity Analyses for Multi-Attribute Decision Support[J].International Journal of Energy Sector Management, 2007, 1(4):342-365.

[6]馮文釗,張宏,彭立芹.突發性環境污染事故應急預警網絡系統的設計與開發[J].城市環境與城市生態,2004,17(1):9-11.

[7]楊明祥,解建倉,李建勛,等.基于3S 集成的突發水污染模擬研究[J].中國水利,2011(11):12-17.

[8]饒清華,許麗忠,張江山.閩江流域突發性水污染事件預警應急系統構架初探[J].環境科學導刊,2009,28(3):69-72.

[9]張震,郭崇惠.一種基于二元語義信息處理的多屬性群決策方法[J].控制與決策,2011, 26(12):1882-1884.

[10]鞏在武,劉思峰.不同偏好形式判斷矩陣的二元語義群決策方法[J].系統工程學報,2007, 22(2):185-189.

[11]姜艷萍,樊治平.基于二元語義符號運算的群決策方法[J].系統工程與電子技術,2003, 25(11):1373-1376.

[12]王欣榮,樊治平.基于二元語義信息處理的一種語言群決策方法[J].管理科學學報, 2003, 6(5):1-5.

[13]樊治平,馮博.基于協同網絡信息的多指標決策方法[M].北京:科學出版社,2009.

[14]樊治平,劉洋,沈榮鑒.基于前景理論的突發事件應急相應的風險決策方法[J].系統工程理論與實踐,2012, 32(5):977-983.