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        氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用*

        2011-07-09 08:13:04王忠宇李林波
        關(guān)鍵詞:公路評(píng)價(jià)能力

        吳 兵 王忠宇 李林波

        (同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804)

        氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要分層次、分步驟展開.對(duì)于公路網(wǎng)評(píng)價(jià),大多本著指標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)相一致的原則,從種類繁多的評(píng)價(jià)指標(biāo)中選取部分指標(biāo),主要用來對(duì)公路網(wǎng)常態(tài)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-2].各種氣象災(zāi)害對(duì)公路網(wǎng)造成的損失、危險(xiǎn)性尚缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,而針對(duì)單條公路的分析評(píng)價(jià)又往往欠缺整體可操作性[3-4].目前路網(wǎng)可靠度的研究主要針對(duì)地震災(zāi)害[5],但大量事實(shí)表明惡劣的天氣也嚴(yán)重影響公路網(wǎng)的可靠度.本文在已有研究的基礎(chǔ)上,提出氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)方法.

        1 基礎(chǔ)資料收集和調(diào)研

        基礎(chǔ)資料的來源主要是各級(jí)公路管理部門以及氣象、水文、國(guó)土、規(guī)劃等相關(guān)部門,內(nèi)容包含但不限于以下項(xiàng)目:(1)公路網(wǎng)及所在區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(公路網(wǎng)里程、等級(jí)、布局等,所在區(qū)域行政區(qū)劃、面積、人口、經(jīng)濟(jì)情況等);(2)公路網(wǎng)的設(shè)施情況(橋梁、隧道、涵洞及其他設(shè)施的數(shù)量、分布、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)等);(3)公路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃情況;(4)區(qū)域及公路網(wǎng)沿線的氣象、水文、地質(zhì)條件及主要?dú)庀鬄?zāi)害類型;(5)公路網(wǎng)歷史氣象災(zāi)害發(fā)生及造成損失情況;(6)公路網(wǎng)通行情況及氣象災(zāi)害條件下通行情況;(7)公路網(wǎng)運(yùn)行管理情況(管理體制、機(jī)制,公路管養(yǎng)現(xiàn)狀等);(8)公路網(wǎng)抗災(zāi)管理情況(組織體系和機(jī)構(gòu)、工作流程、預(yù)警及預(yù)案情況、應(yīng)急響應(yīng)情況、保障情況、各方協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)情況等);(9)公路網(wǎng)抗災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和目前存在的主要問題.

        2 公路網(wǎng)抗災(zāi)能力分析評(píng)價(jià)

        2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

        為描述各指標(biāo)內(nèi)在聯(lián)系和相互關(guān)系采用層次分析法建立兩級(jí)指標(biāo)層的評(píng)價(jià)體系樹狀關(guān)系結(jié)構(gòu),見圖1.

        2.2 評(píng)價(jià)方法和步驟

        公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)過程實(shí)際上就是評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的應(yīng)用過程.本文運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論[6]對(duì)公路網(wǎng)抗災(zāi)能力進(jìn)行評(píng)價(jià).

        步驟1確定評(píng)判對(duì)象 一般為區(qū)域整體公路網(wǎng)或區(qū)域包含的分區(qū)整體公路網(wǎng).

        圖1 氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系示意圖

        步驟1建立評(píng)判因素集 根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定如下評(píng)判因素集:一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U={U1,U2,U3};二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U1={U11,U12,U13,U14,U15},U2={U21,U22},U3={U31,U32,U33,U34,U35}.

        步驟3建立備擇集(模糊評(píng)判集) 根據(jù)公路網(wǎng)抗災(zāi)能力的強(qiáng)弱,應(yīng)用三角模糊數(shù)原理并結(jié)合相關(guān)評(píng)價(jià)方法確定公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)門檻值,見表1.

        表1 公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)門檻值

        評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)門檻值確定后,再根據(jù)三角模糊數(shù)得出隸屬度為1的判斷分值,用以定義5個(gè)級(jí)別的評(píng)價(jià)集V,其值分別為:V={v1,v2,v3,v4,v5}={100,90,80,70,50}={抗災(zāi)能力強(qiáng),抗災(zāi)能力較強(qiáng),抗災(zāi)能力一般,抗災(zāi)能力較弱,抗災(zāi)能力弱}.

        步驟4確定權(quán)重集 權(quán)重的確定,可采用頭腦風(fēng)暴法、Delphi法等,應(yīng)按照不同區(qū)域特點(diǎn)結(jié)合對(duì)本領(lǐng)域相關(guān)專家、基層公路管理部門工作人員的走訪調(diào)查結(jié)果及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果來確定.權(quán)重集包括二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集:A1=(a11,a12,a13,a14,a15);A2=(a21,a22);A3=(a31,a32,a33,a34,a35)和一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集:A=(a1,a2,a3).

        步驟5二級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判

        1)單因素模糊評(píng)判 建立一個(gè)從U到F(V)的模糊映射,:U→F(V)

        式中:rij為ui屬于vj的隸屬度(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n).

        由(ui)可以得到單因素評(píng)判集Ri=(γi1,γi2,…,γin),以單因素評(píng)判集為行組成矩陣稱為單因素評(píng)判矩陣,該矩陣為模糊矩陣:

        在各子因素對(duì)評(píng)判元素的隸屬度計(jì)算上,按照不同程度抗災(zāi)能力的概率采用定量或定性與定量相結(jié)合的方法獲得.進(jìn)行二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算時(shí),應(yīng)按照表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)門檻值,將定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)統(tǒng)一起來.評(píng)價(jià)時(shí)參考已有研究成果,保持公路評(píng)價(jià)一般思路、方法的連貫性;同時(shí)密切聯(lián)系區(qū)域?qū)嶋H,按照公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)的要求,對(duì)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、方法做補(bǔ)充、調(diào)整,注重實(shí)用性和創(chuàng)新性.通過計(jì)算整理,得到單因素評(píng)判矩陣R1,R2,R3.

        2)模糊綜合評(píng)判 在單因素評(píng)判矩陣和權(quán)重確定后,模糊綜合評(píng)判可表示為

        B為模糊綜合評(píng)判集;bj(j=1,2,…,n)為模糊綜合評(píng)判指標(biāo),其含義是綜合考慮所有因素的影響時(shí),評(píng)判對(duì)象對(duì)備擇集中第j個(gè)元素的隸屬度.通過計(jì)算得到B1,B2,B3.

        步驟6一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判 得到二級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判結(jié)果后,將網(wǎng)絡(luò)常態(tài)特征、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、養(yǎng)護(hù)管理情況作為單一因素,其各自二級(jí)指標(biāo)評(píng)判結(jié)果視為單因素評(píng)判集,組成一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判的單因素評(píng)判矩陣:R=[B1,B2,B3]T.

        由單因素評(píng)判矩陣和權(quán)重得到一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判為B=AR.根據(jù)前面的評(píng)判集V,以隸屬度bj為權(quán)數(shù),對(duì)評(píng)判對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)分.

        3 案例研究

        本文以杭州市國(guó)省干線公路網(wǎng)為例,對(duì)氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)方法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的研究.杭州市國(guó)省干線公路網(wǎng)見圖2.

        根據(jù)評(píng)價(jià)方法,對(duì)杭州市國(guó)省干線公路網(wǎng)抗災(zāi)能力進(jìn)行了評(píng)價(jià).其中權(quán)重集的確定采用Delphi法,得到二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集:A1=(a11,a12,a13,a14,a15)= (0.3,0.2,0.2,0.2,0.1);A2=(a21,a22)=(0.6,0.4);A3=(a31,a32,a33,a34,a35)=(0.2,0.3,0.2,0.1,0.2).一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集:A=(a1,a2,a3)=(0.4,0.3,0.3).

        對(duì)于二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià),根據(jù)區(qū)別對(duì)待、因地制宜的原則,密切結(jié)合杭州實(shí)際,參考了杭州市交通局、公路管理局的相關(guān)研究報(bào)告[7-12],制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2.

        圖2 杭州市國(guó)省干線公路網(wǎng)絡(luò)示意圖

        表2 杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

        二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)束后再結(jié)合權(quán)重集和模糊數(shù)學(xué)理論,對(duì)杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),然后結(jié)合一級(jí)指標(biāo)權(quán)重集和模糊數(shù)學(xué)理論,得到杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)綜合評(píng)分為84分,抗災(zāi)能力屬于“一般”等級(jí),接近“較強(qiáng)”等級(jí),從隸屬度來看對(duì)于“一般”等級(jí)的隸屬度為0.6,對(duì)于“較強(qiáng)”為0.4,意味著抗災(zāi)能力尚有很大提升空間.

        表3 杭州市公路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)先建設(shè)建議

        4 結(jié)束語(yǔ)

        頻發(fā)的氣象災(zāi)害使得公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)的必要性日益突顯,本文提出的評(píng)價(jià)方法在公路網(wǎng)整體抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)方面做了一次探索.通過建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)杭州市公路網(wǎng)的抗災(zāi)能力進(jìn)行評(píng)價(jià),得到了比較可信的結(jié)論,并根據(jù)回溯分析找出其薄弱環(huán)節(jié)并對(duì)改善策略加以探討,為提升杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力提供了可靠依據(jù).同時(shí),公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用的研究也為災(zāi)害應(yīng)對(duì)機(jī)制的建立奠定了基礎(chǔ).公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要經(jīng)過長(zhǎng)期的理論與實(shí)踐過程才能最終趨于完善.如果能在公路網(wǎng)整體評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上開展分區(qū)域、分災(zāi)種的抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)將有利于深入認(rèn)識(shí)區(qū)域公路網(wǎng)不同分區(qū)抗擊不同氣象災(zāi)害能力的差異,從而提出更具針對(duì)性的改善建議和應(yīng)對(duì)機(jī)制.

        [1]周 偉,張生瑞,高行山.基于模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的公路網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1997,10(4):76-83.

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