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基于熵权法的煤矿应急救援能力评价 杨力， 刘程程， 宋利， 盛武 安徽理工大学人文社会科学学院， 安徽淮南232001 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， 将改进的层次分析法、 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 中图分类号 F407. 1文献标识码 A 文章编号 1002 －9753 2013 11 －0185 －08 uation of Coal Mine Emergency Ｒescue Capability Based on Entropy Weight YANG Li， LIU Cheng- cheng， LI Song， SHEN Wu School of Humanities ＆ Social sciences， Anhui University of Science and Technology， Huainan Anhui 232001，China 收稿日期 2013 －03 －16修回日期 2013 －07 －23 基金项目 国家自然科学基金资助项目 71071003， 71371014 ; 教育部人文社会科学研究项目 09YJC630004 。 作者简介 杨力 1972 － ， 男， 安徽淮南人， 安徽理工大学人文社会软科学学院院长， 管理学博士， 教授， 教育部高等学校管理学科教学 指导委员会委员。 Abstract The uation indicator system for coal mine emergency rescue capability is constructed， and the uation model is established based on improved AHP， entropy and fuzzy comprehensive uation in order to study its capability. Not only does the model reflect and improve objectivity of uation results on the basis of subjective weighting， but also makes unclear boundary and difficult quantifiable factors quantitative so as to ensure accuracy of - uation result. Through empirical analysis， uation result of the model is close to current situation of coal mine emergen- cy rescue capability， which shows that the model is effective and feasible. Key wordsCoal mine emergency rescue capability， Assessment， Entropy weight ， Fuzzy comprehensive ua- tion 一、 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 581 软科学研究成果与动态基于熵权法的煤矿应急救援能力评价 科学依据， 使之 在 救 援 过 程 中 起 到 决 定 性 的 作用 ［ 1- 4］。 为了研究煤矿应急救援能力， 本文将改进的 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。 二、 文献回顾 国内学者对煤矿应急救援能力研究得较少。 2007 年， 岳宁芳在 煤矿重大事故应急能力评估研 究 文章中， 提出了由 7 个一级指标和 21 个二级 指标构成的评价指标体系， 并构建了基于检查表 法的煤矿重大事故应急能力评价的数学模型， 然 后将其应用到对某煤矿的实证研究 ［ 5］。2009 年， 姜伟， 周心权， 刘亚楠学者在矿井火灾应急救援 能力评价 文章中， 给出了矿井火灾应急救援能力 指标体系的评价检查表， 然后利用模糊综合评价 法对矿井火灾应急救援能力进行综合评价， 从而 确定矿井火灾应急救援能力， 了解应急救援中存 在的问题 ［ 6］。2010 年， 冯珍， 郝晶星在煤矿企业 应急救援能力评估 文章中， 从组织管理、 制度建 设、 保障系统、 人力资源 4 个方面建立了煤矿企业 应急救援能力的评估指标体系， 并用模糊决策参 数法确定指标属性值， 对煤矿企业应急救援能力 进行了评估 ［ 7］。 我国学者对煤矿应急救援研究的规模和深入 的程度都处于起步阶段， 没有形成系统的理论。 本文期望能够建立一套科学、 合理的煤矿应急救 援能力评价指标体系和评价模型， 以保证其评价 结果的准确和客观。 三、 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 ［ 8- 10］， 见表 1。 四、 构建煤矿应急救援能力评价模型 一 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 ［ 11］， 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。 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 ［ 12］ 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 ri ∑ 3 j 1 aij计算相对重要性 权值。 1 根据下式来建立判断矩阵 A a ijn n aij ri－ rj1，ri ≥r j aijri－ rj1 －1， r i ≤r { j 1 2 计算出权重 wi wi ∑ n i 1wi 2 用式 2 计算出近似权重， 其中， wi n ∏ n j 1a 槡 ij。 2. 熵权法 熵权法 ［ 13］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 681 中国软科学 2013 年第 11 期 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 A1 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 A2 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 应急救 援能力 A3 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 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 A4 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 一化处理， 得到标准矩阵 P p ijn n 3 其中， pij aij ∑ n i 1aij 。 2 计算信息熵 ej － 1 lnn∑ n i 1pijlnpij i， j 1， 2， ，n 4 其中， ej 0≤ej≤1 为第 j 项指标的熵值;1 lnn为 信息熵系数。 3 计算指标的信熵权重 uj 1 － ej n － ∑ n j 1ej 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 λj ujwj ∑ n j 1ujwj 6 二 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 ［ 14- 18］是以模糊数学为基础， 781 软科学研究成果与动态基于熵权法的煤矿应急救援能力评价 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 U u1， u2， ， u{} n 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 V v1， v2， ， v{} m 8 3 确定各因素的权重 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 A a1， a2， ， a n 9 其中， ai表示第 i 个因素的权重， 且满足∑ n i 1ai 1。 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 Ｒiri1， ri2， ， r im 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 Ｒ r11r12r1m r21r22r2m  rn1rn2r               nm 11 其中， rij表示第 i 个因素 ui在第 j 个评语 vi上 的频率分布， 且满足∑ m j 1rij 1。 5 综合评判 利用 Ｒ 就可以得到一个模糊变换 TＲF U→F V 12 根据此变换就可以得到模糊综合评判结果 B A* Ｒ。综合后的评价结果可看作 V 上的模型向 量 B b1， b2， ， b m 。 五、 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。 一 评价指标体系权重的确定 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ri 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。 881 中国软科学 2013 年第 11 期 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wi 危险监测能力1. 00000. 25000. 16670. 20000. 0587 应急准备能力4. 00001. 00000. 33330. 50000. 1754 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 wi二级指标权重 wi 煤 矿 应 急 救 援 能 力 A 危险监测能力 A1 0. 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 A2 0. 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 A3 0. 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 A4 0. 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. 2195 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 法确定的评价指标权重， 见表 5。 二 基于模糊综合评判法的煤矿应急救援能 力评价 1 评价集的确定 981 软科学研究成果与动态基于熵权法的煤矿应急救援能力评价 评价集是对各层次评价指标的一种语言描 述。本模型的评语共分五个等级。为 V ν1 ， ν 2 ， ν 3 ， ν 4 { 优， 良， 中， 较差， 差} 2 权重的确定 用熵权法修正过的煤矿应急救援能力评价指 标权重作为本模型的权重， 即 A 0. 0361， 0. 1978， 0. 4062， 0. 3598 ; A1 0. 1769， 0. 3790， 0. 0651， 0. 3790 ; A2 0. 0042，0. 0109，0. 0780，0. 0109， 0. 1525， 0. 1525， 0. 0780， 0. 1525， 0. 1300， 0. 0780， 0. 1525 ; A3 0. 0286，0. 1273，0. 0286，0. 2302， 0. 2290， 0. 2290， 0. 1273 ; 表 5修正后的煤矿应急救援能力评价指标权重 目标层一级指标熵权 ei修正后的权重 λi二级指标熵权 ei修正后的权重 λi 煤 矿 应 急 救 援 能 力 A 危险监测能力 A1 0. 16050. 0361 监测设备0. 31430. 1769 安全检查0. 24840. 3790 危险源辨识0. 18890. 0651 危险控制0. 24840. 3790 应急准备能力 A2 0. 29380. 1978 人员培训0. 04370. 0042 宣传教育0. 07090. 0109 应急演练与总结0. 11170. 0780 相关规章制度0. 07090. 0109 应急机构0. 08970. 1525 应急预案0. 08970. 1525 个人防护装备0. 11170. 0780 应急场所及设施0. 08970. 1525 应急装备及物资0. 12060. 1300 报警系统0. 11170. 0780 救援队伍0. 08970. 1525 应急救援能力 A3 0. 22260. 4062 应急预案的启动0. 09420. 0286 救援人员的响应0. 17050. 1273 通讯传递0. 09420. 0286 应急决策指挥0. 11200. 2302 社会救援0. 17940. 2290 沟通协调0. 17940. 2290 技术支持0. 17050. 1273 事后恢复能力 A4 0. 32300. 3598 分析与总结0. 20480. 0974 善后处理0. 23910. 5033 恢复生产0. 20480. 0974 应急预案的修订0. 35140. 3020 091 中国软科学 2013 年第 11 期 A4 0. 0974， 0. 5033， 0. 0974， 0. 3020 。 3 确定模糊判断矩阵 根据专家打分构造模糊评判矩阵分别为 Ｒ1 0. 30. 40. 20. 10 0. 40. 30. 10. 20 0. 20. 30. 30. 10. 1 0. 30. 30. 20. 10. 1 Ｒ2 0. 30. 40. 10. 20 0. 30. 30. 20. 20 0. 40. 20. 20. 10. 1 0. 30. 30. 20. 10. 1 0. 40. 40. 200 0. 40. 30. 20. 10 0. 30. 50. 10. 10 0. 40. 30. 20. 10 0. 30. 40. 200. 1 0. 20. 40. 30. 10 0. 40. 30. 10. 20 Ｒ3 0. 50. 30. 200 0. 30. 40. 20. 10 0. 40. 40. 10. 10 0. 30. 40. 10. 20 0. 60. 4000 0. 50. 30. 10. 10 0. 30. 40. 200. 1 Ｒ4 0. 40. 50. 100 0. 60. 30. 100 0. 30. 40. 200. 1 0. 50. 20. 10. 10. 1 4 综合评价 由 A1可以得到“煤矿危险监测能力” 的评价 向量 B1 A1 Ｒ 1 0. 3314， 03177， 0. 1686， 0. 1379， 0. 0444 由 A2可以得到“煤矿应急准备能力” 的评价 向量 B2 A2  Ｒ 2 0. 3610，0. 3439，0. 1843， 0. 0885， 0. 0219 由 A3可以得到“煤矿应急救援能力” 的评价 向量 B3 A3  Ｒ 3 0. 4231，0. 3742，0. 1054， 0. 0845， 0. 0127 由 A4可以得到“煤矿事后恢复能力” 的评价 向量 B4 A4  Ｒ 4 0. 5212，0. 2991，0. 1098， 0. 0302， 0. 0399 再由 A 得到 “煤矿应急救援能力” 的综合评价 向量 B A Ｒ A B1 B2 B3 B               4 0. 4428， 0. 3391， 0. 1249， 0. 0677， 0. 0254 从评价结果可以看出， 该煤矿比较重视其自 身的应急救援能力建设， 其应急救援能力处于优 的水平。根据四个一级指标的评价结果可以看 出， 煤矿的应急救援能力都属于优， 说明其应急救 援能力水平好， 可以满足日常工作中的应急需求。 总之， 各煤矿应统筹规划， 加强应急管理， 更好地 建设应急救援体系， 不断提高其自身应急救援 能力。 六、 结论 本文构建了煤矿应急救援能力评价指标体 系， 并建立了基于改进的层次分析法、 熵权法和模 糊综合评判法的煤矿应急救援能力评价模型， 然 后对安徽省淮南矿业集团某煤矿进了实证分析。 论文遵循系统性、 客观性、 可行性、 实用性等 原则， 结合专家意见构建了一套完整的煤矿应急 救援能力评价指标体系。改进的层次分析法有效 地解决了传统层次分析法会出现不一致性的情 况。由于传统的层次分析法不一致较严重时， 需 要重新建立判断矩阵。因此， 针对这种情况， 对层 次分析法进行了改进， 不需要进行一致性检验。 论文着重引入熵权法理论对评价指标进行客观赋 权。熵权法是一种客观赋权方法， 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。因此， 首先用改 进的层次分析求出各评价指标的权重， 然后用熵 191 软科学研究成果与动态基于熵权法的煤矿应急救援能力评价 权法对各指标权重进行修正， 避免了评价结果的 主观性。论文构建了基于模糊综合评判法的煤矿 应急救援能力评价模型。模糊综合评判法能够将 一些边界不清、 不易定量的因素定量化， 然后对被 评价对象进行综合性评价。因此， 用模糊综合评 判法结合求得的各指标权重对煤矿应急救援能力 进行评价。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相符， 表明该模型有效 可行。 参考文献 ［ 1］ 中国煤矿安全生产网 http / /www. mkaq. org/html/ 2012/03/05/120261. shtml ［ 2］盛武， 高明中， 杨 力， 等 . 煤矿紧急避险体系构建 与应急救援模型研究［J］. 中国安全科学学报， 2011， 21 4 171- 175. ［ 3］李万庆， 陈慕杰， 孟文清. 基于改进隶属度转换算法的 绿色施工模糊综合评价［ J］ . 科学决策， 2011. 1 70- 75. ［ 4］袁智， 郭德勇， 姜光杰. 煤矿应急救援矩阵式组织结 构研究［ J］ . 矿业安全与环保， 2006， 33 3 8- 11. ［ 5］岳宁芳 . 煤矿重大事故应急能力评价研究［D］ . 西 安 西安科技大学， 2007. ［ 6］姜伟， 周心权， 刘亚楠. 矿井火灾应急救援能力评价 ［ J］ . 矿业安全与环保， 2009， 36 5 25- 27. ［ 7］冯珍， 郝晶星 . 煤矿企业应急救援能力评估［ J］ . 电 子科技大学学报 社科版 ， 2010， 12 3 53- 56. ［ 8］史波. 煤矿企业应急管理系统构建与应急能力评价 研究［ D］ . 哈尔滨 哈尔滨工程大学， 2008. ［ 9］韩晋平， 毕永华， 侯金玲， 等 . 基于灰色- 模糊综合法的 煤矿应急救援能力评价研究［J］. 西安科技大学学报， 2011， 31 2 146- 152. ［ 10］周心权， 朱红青. 从救灾决策两难性探讨矿井应急救 援决策过程［ J］ . 煤炭科学技术， 2005， 33 1 1- 3. ［ 11］郭立夫， 李北伟 . 决策理论与方法［ M］ . 第 1 版， 高 等教育出版社， 2006. ［ 12］王娟， 陈政敏 . 改进的 AHP- 多层次模糊综合评判 法在研究生从众心理影响中的应用［ J］ . 重庆文理学院学 报 自然科学版 ， 2011， 30 1 9- 12. ［ 13］王清源， 旭海. 熵权法在重大危险源应急救援评估 中的应用 . 南京工业大学学报 自然科学版 ， 2011， 33 3 87- 92. ［ 14］杜栋 . 现代综合评价方法与案例精选 第 2 版 ［ M］ . 北京 清华大学出版社， 2008. ［ 15］马茂冬， 韩尧， 张倩 . 基于模糊层次分析法的应急能 力评估方法探讨［ J］ . 中国安全生产科学技术， 2009， 5 2 98- 102. ［ 16］A. 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