基于猶豫模糊方法的煤礦應(yīng)急物資倉庫選址評價

李紅霞， 黨清新

(西安科技大學(xué)管理學(xué)院， 西安 710699)

盡管近些年來清潔能源(如太陽能、風(fēng)能、生物能、海洋能等)在工業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)展迅速，但是長期以來煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中居于主體地位，直接或者間接地影響著國家經(jīng)濟命脈。2020年受到新冠疫情的影響，中國的煤炭生產(chǎn)能力仍在增長，達到37.71×108t/a。但是隨著煤炭產(chǎn)量不斷增長，煤炭行業(yè)各種類型的事故也相應(yīng)增多。

如何科學(xué)、合理、高效地對應(yīng)急救援物資倉庫選址進行評價，是有待解決的重要問題。當(dāng)前可查閱的國內(nèi)學(xué)者對應(yīng)急物資倉庫選址評價的研究資料并不豐富，大部分的學(xué)者更偏向于對普遍設(shè)施選址的評價[1]。肖潤謀等[2]量化了影響救援的主要路況屬性，建立了目標路況評價模型，基于模糊評價法研究各路況屬性；孫瀅悅等[3]從6個指標因素出發(fā)，建立應(yīng)急避難所選址適宜區(qū)評價概念框架，開展基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS)方法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價研究；韓永飛[4]建立了應(yīng)急物資儲備庫選址評價指標體系，采用加權(quán)灰熵對備選儲備庫選址的優(yōu)劣進行評價。復(fù)雜性和不確定性是解決多屬性決策問題的難點，使決策者在決策時不能定量地分析問題，同時決策時受到主觀偏好的影響，更難對實際問題做出客觀的評價。Torra[5]于2010年提出猶豫模糊集這一理論，該理論指出，猶豫模糊集中所包含的單一元素可以擁有多個不同的隸屬度，從而可以對問題的不確定性進行更加翔實的描述。在遇到實際問題時，專家更偏向于用語言來表達，但專家在表達過程中也會存在猶豫的情況，針對這一問題，Rodriguez等[6]在2012年提出了猶豫模糊語言術(shù)語集的理論，該理論擴充了猶豫模糊集理論，允許專家在評價實際問題時使用多個連續(xù)的語言術(shù)語來表達，使表達更加自由化。目前，在風(fēng)險評估、質(zhì)量評估、績效評估等問題的研究中已廣泛應(yīng)用了猶豫模糊集來進行評價[7]。現(xiàn)首次將猶豫模糊方法引入到煤礦應(yīng)急救援資源倉庫選址評估問題中，使評價更符合現(xiàn)實情況，評價結(jié)果更加真實有效。

1 影響應(yīng)急救援物資倉庫選址因素

應(yīng)急救援物資倉庫的選址與其他類型的選址問題不同，應(yīng)急救援物資倉庫的選址問題更加復(fù)雜。因此，構(gòu)建了包括經(jīng)濟因素、交通因素、自然因素、覆蓋范圍、公共設(shè)施、應(yīng)急物資儲備6個部分的應(yīng)急物資倉庫選址評價指標體系[8]。

(1)經(jīng)濟因素。所有項目的建設(shè)都與經(jīng)濟因素密切相關(guān)，建立應(yīng)急資源倉庫要不僅要考慮到前期的倉庫土地成本、建設(shè)成本以及建成后期倉庫的運營成本。因此，在考慮應(yīng)急救援物資的選址時應(yīng)根據(jù)計劃的資源庫規(guī)模來分析規(guī)劃所需要的土地面積，按照當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟情況計算所需要的土地成本，并結(jié)合資源庫的建設(shè)數(shù)量需求計算所需的建設(shè)成本以及倉庫日常的運營成本。

(2)交通因素。道路設(shè)施是一個很重要的影響因素，道路設(shè)施的良好狀況有助于加速救援隊伍到達事故現(xiàn)場；應(yīng)急救援倉庫的道路條數(shù)也影響著救援時效。因此，交通因素的顯性指標有3個：道路設(shè)施、道路數(shù)目和道路等級。

(3)自然因素。在進行倉庫選址時，自然條件也是一個很重要的因素。需要考慮的有以下幾點：倉庫的建設(shè)標準是否合格；倉庫里存放的物資是否能夠長期穩(wěn)定存儲，以保證救援物資的正常使用；倉庫建設(shè)的位置是否足夠安全，以保證不受到自然災(zāi)害的影響。因此，選址必須能夠保證應(yīng)急資源庫的安全和長期穩(wěn)定地運營。

(4)覆蓋范圍。應(yīng)急資源庫選址需要保證可以覆蓋這一區(qū)域內(nèi)所有的煤礦企業(yè)，并能夠供給每一個煤礦企業(yè)應(yīng)急救援。應(yīng)急資源庫覆蓋的范圍越大，庫存的物資越多，能夠給提供應(yīng)急救援的煤礦數(shù)量越多，應(yīng)急救援的規(guī)模就越大，但同時運營成本也會變大。因此，覆蓋范圍的兩個主要影響因素是區(qū)域覆蓋率和庫存能力。

(5)公共設(shè)施。應(yīng)急資源庫的公共設(shè)施狀況同樣會影響應(yīng)急倉庫的運營，主要反映在應(yīng)急倉庫的通信狀況是否良好以及水電的供應(yīng)狀況是否穩(wěn)定。公共設(shè)施的良好狀態(tài)能維持倉庫日常的正常運營，并保證在有生產(chǎn)安全事故發(fā)生時能提供有力的支撐。因此，公共設(shè)施的影響因素主要是通電情況、通水情況和通信狀況3個指標。

(6)應(yīng)急物資儲備。應(yīng)急物資的儲備狀況能夠很好地反映倉庫的物資儲備能力。物資質(zhì)量應(yīng)該嚴格按照國家制定的應(yīng)急救援物資標準來選擇，在物資數(shù)量不足、物資類別較少時應(yīng)盡快地補充物資，以免在發(fā)生生產(chǎn)安全事故時，由于物資儲備量低、物資種類較少而影響救援的效果。因此，應(yīng)急物資儲備的指標為應(yīng)急物資類別、應(yīng)急物資數(shù)量以及應(yīng)急物資質(zhì)量。

根據(jù)上述的內(nèi)容，構(gòu)建了應(yīng)急救援物資倉庫的選址評價體系，具體指標如圖1所示。

2 基于模糊猶豫方法的煤礦應(yīng)急救援物資選址評價模型構(gòu)建

2.1 基于OWA算子的評價指標權(quán)重確定

有序加權(quán)平均(ordered weighted averaging operator，OWA)算子賦權(quán)法與其他方法相比具有一個重要特性：權(quán)重的確定只與數(shù)值信息所處的位置有關(guān)，降低了主觀偏好對權(quán)重的影響[9]。計算步驟如下。

步驟1集結(jié)決策數(shù)據(jù)。

對指標Ci給出評價數(shù)據(jù)(g1，g2，…，gn)，給這些評價數(shù)據(jù)按照從大到小的順序再次排序，開始編號為0，h0≥h1≥…≥hk…≥hn-1，重新排序的評價數(shù)據(jù)集合為(h0，h1，…，hn-1)[10]。

步驟2確定賦權(quán)向量。

(1)

則權(quán)重

(2)

根據(jù)二項式定理有

(3)

(4)

步驟3計算絕對權(quán)重。

將步驟2中所得到的權(quán)重kj+1與其所對應(yīng)的決策數(shù)據(jù)hj相結(jié)合，進一步計算出指標Ci的絕對權(quán)重值。

(5)

式(5)中：m為指標因素的數(shù)量。

步驟4確定相對權(quán)重。

(6)

2.2 基于猶豫模糊方法的煤礦事故應(yīng)急物資倉庫選址評價模型

2.2.1 猶豫模糊方法的基本概念

設(shè)S={sα|α=-t，…，-1，0，1，…，t}是一個含有奇數(shù)個語言變量、小標以0為對稱中心的語言術(shù)語集，s-t和st為語言變量的下界和上界，t為正整數(shù)[11]。語言術(shù)語集的粒度通常為7或者9，當(dāng)語言術(shù)語集的粒度為7時，S={s-3，s-2，s-1，s0，s1，s2，s3}={糟糕，差，略差，中等，略好，好，完美}；當(dāng)語言術(shù)語集的粒度為9時，S={s-4，s-3，s-2，s-1，s0，s1，s2，s3，s4}={特別差，很差，差，稍差，一般，好，很好，特別好}[12]。S應(yīng)滿足的特征如下。

(1)有序性：si>sj，即i>j。

(2)存在可逆運算: neg(si)=s-i，同時neg(s0)=s0。

(3)存在最小值：當(dāng)si≤sj，則min(si，sj)=si。

(4)存在最大值：當(dāng)si≤sj，則max(si，sj)=sj。

2.2.2 基于猶豫模糊方法的煤礦應(yīng)急救援物資倉庫選址的評價模型

在了解猶豫模糊語言集的運算規(guī)則[13]以后，應(yīng)用其對煤礦應(yīng)急救援倉庫選址進行評價，具體步驟如下。

步驟2得到一級指標的評價結(jié)果。將第i個一級指標已得到的二級指標權(quán)重與專家評價語言集進行集結(jié)，這個步驟中使用的是猶豫模糊語言加權(quán)算術(shù)平均(hesitant fuzzy linguistic weighted averaging，HFLWA)算子[11]，最終得到第i個一級指標的猶豫模糊語言評價結(jié)果DBi。

步驟3根據(jù)式(7)、式(8)歸攏第i個一級指標的評價結(jié)果。

(7)

由于g=4，所以

(8)

式中：*DBi為在某一歸攏區(qū)間內(nèi)的DBi評價元素的個數(shù)。

步驟4將一級指標權(quán)重W與一級指標層的綜合評價結(jié)果*DBi運用HFLWA算子集結(jié)，最終得出目標層的評價集合Dk。

(9)

式(9)中：*Dk為Dk中元素的個數(shù)；Dr為Dk中放入的元素。

3 實例計算

根據(jù)所構(gòu)建的煤礦應(yīng)急救援物資倉庫選址指標體系和評價模型，能夠?qū)}庫選址做出科學(xué)客觀的評價。以山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地為例，進行實例分析，最終得到評價結(jié)果。

3.1 確定評價指標權(quán)重

邀請了5位專家對山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地的經(jīng)濟因素、自然因素、交通因素、覆蓋范圍、公共設(shè)施及應(yīng)急物資儲備6個一級指標進行打分，打分結(jié)果如表1所示。將5位專家對B1的決策數(shù)據(jù)按照從大到小的順序重排，即(8，6，5，5，5)。根據(jù)式(1)～式(4)得到賦權(quán)向量kj+1=(0.062 5，0.25，0.375，0.25，0.062 5)，那么B1的絕對權(quán)重為

=5.437 5。

計算一級指標的相對權(quán)重為w=(0.125 7， 0.186 4， 0.140 2， 0.170 5，0.185 0， 0.192 2)。

同理可以計算得到二級指標的權(quán)值，如表2所示。

3.2 基于模糊語言方法的煤礦應(yīng)急倉庫選址評價

步驟1集結(jié)山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地選址指標體系二級指標的決策評語集合，得到評價語言集，見表3。

步驟2應(yīng)用HFLWA算子，將表3中得到的二級指標權(quán)重與評價語言集進行集結(jié)。在這一步驟中，實際上是對評價語言集的腳標進行運算。通過MATLAB軟件對評價語言集的腳標進行計算。

表1 一級指標專家打分結(jié)果Table 1 Scoring results of first level index experts

表2 權(quán)重計算結(jié)果Table 2 Weight calculation results

表3 各二級指標評價語言集Table 3 Evaluation language set of secondary indicators

經(jīng)過計算，得到指標B1中所包含的24個評價的腳標值，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個一級指標的評價腳標值，即一級指標B2中所包含的18個評價腳標值DB2={d0.651 2，d0.991 3，d0.985 5，d1.325 6，…，d2.311 1}，一級指標B3中所包含的48個評價腳標DB3={d1.266 1，d1.489 2，d1.513 4，d1.518 8，…，d2.965 0}， 一級指標B4中所包含的6個評價腳標值DB4={d1.479 2，d1.958 4，d2.000 0，d2.479 2，d2.520 8，d3.000 0}，一級指標B5中所包含的36個評價腳標值DB5={d1.452 9，d1.820 4，d1.435 8，d1.803 3，…，d3.367 5}，一級指標B6中所包含的24個評價腳標值DB6={d1.997 2，d2.337 2，d2.677 2，d2.328 6，…，d4.000 0}。

同理，其余5個指標的結(jié)果見表4。

步驟5根據(jù)式(9)求得最終結(jié)果，其中*Dk為486。

表4 各一級指標歸攏結(jié)果Table 4 Results of the first level indicators

3.3 結(jié)果分析

通過對山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地評價結(jié)果可知，這一選址并不是最佳選址地點，經(jīng)濟因素影響總體評價結(jié)果最大，交通因素也是影響選址總體評價的原因之一，再次選址時應(yīng)該多關(guān)注經(jīng)濟因素和交通因素，以提升選址的總體評價，達到最佳選址。

4 結(jié) 論

對于煤礦應(yīng)急救援物資倉庫選址評價問題，首先構(gòu)建了應(yīng)急救援物資倉庫選址評價指標體系，并使用OWA算子計算各層指標的權(quán)重以保證權(quán)重值的可靠性；然后，基于猶豫模糊方法構(gòu)建了煤礦應(yīng)急救援物資倉庫選址評價模型；最終以山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地選址為例，使用MATLAB軟件進行仿真得到評價得分值，同時對評價結(jié)果進行分析解讀。結(jié)論如下。

(1)評價指標權(quán)重使用OWA算子進行計算，不僅兼顧了決策者的主觀意愿，同時還保證了結(jié)果不會受決策者的主觀偏好帶來的影響，從而提高保證了指標權(quán)重值的可靠性。

(2)基于猶豫模糊方法進行煤礦應(yīng)急物資倉庫選址評價研究，能夠完全涵蓋所有的評價信息，解決了決策者不能量化決策信息的不確定問題，以得到更符合決策者評價信息的評價結(jié)果，給煤礦應(yīng)急物資倉庫選址評價提供了新的理論參考。

(3)經(jīng)過實例計算，對山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地選址進行評價，邀請5位專家對倉庫選址的六大類指標進行打分，并結(jié)合已構(gòu)建的煤礦應(yīng)急救援物資倉庫選址評價模型對結(jié)果進行分析，得到山東省煤田地質(zhì)局某應(yīng)急救援中心基地選址在經(jīng)濟因素及交通因素方面存在問題，需要進行針對性的改進。

盡管提出的應(yīng)急救援物資倉庫選址評價指標體系及選址評價模型可以比較客觀地評價應(yīng)急物資倉庫選址的優(yōu)劣，但仍存在不夠精細的問題，還可以進行深入研究：①倉庫選址評價指標體系還可以進行細化，建立更加全面詳細的評價指標體系；②指標權(quán)重的賦權(quán)方法還可以進行組合研究，能夠更精確的計算評價指標體系的權(quán)重；③基于模糊猶豫方法還可以探討區(qū)間猶豫模糊評價、直覺模糊評價等在煤礦應(yīng)急物資倉庫的選址問題上的應(yīng)用。