李世雄 朱華桂

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基于受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究——以地震災(zāi)害為例[1]

李世雄1）朱華桂2）

1）公安海警學(xué)院，寧波 315801 2）南京大學(xué)，南京 210093

物資是救援的基本條件，從受災(zāi)者關(guān)鍵期自救角度研究應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)對(duì)受災(zāi)者充分利用災(zāi)后救助黃金期展開自救工作，降低人員傷亡具有重要意義。應(yīng)急救援物資基本類型相對(duì)固定，基于國(guó)家應(yīng)急物資分類標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)調(diào)查研究得出了各類物資的緊要程度排序并得到了地震災(zāi)害應(yīng)急救援物資分類結(jié)構(gòu)。應(yīng)急物資數(shù)量結(jié)構(gòu)具有變動(dòng)性，區(qū)分自救者的雙重身份，采用范例推理和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分別從救援者和受災(zāi)者角度對(duì)應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，理論上可以獲得更為準(zhǔn)確的應(yīng)急物資數(shù)量結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果。

災(zāi)害 自救 救援物資 范例推理 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

引言

受災(zāi)者關(guān)鍵期自救（朱華桂，2014）指受災(zāi)者在災(zāi)后最有效的救助時(shí)段[2]內(nèi)所展開的即時(shí)自救行動(dòng)，這對(duì)于減輕災(zāi)害可能帶來(lái)的重大人員傷亡具有重要作用，正日益成為災(zāi)害救援研究領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)踐表明，災(zāi)后外部救援受運(yùn)輸阻斷、通訊中斷等瓶頸因素制約很難即時(shí)發(fā)揮救援作用，因此災(zāi)后關(guān)鍵期救援多以受災(zāi)者自救為主。受災(zāi)者這種針對(duì)突發(fā)災(zāi)害就地實(shí)時(shí)展開的關(guān)鍵期自救行動(dòng)強(qiáng)調(diào)救援的實(shí)時(shí)性和行動(dòng)的快速性，實(shí)施過(guò)程中缺失外援的支持。因此，這種自救行動(dòng)對(duì)自救系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件——特別是應(yīng)急救援物資提出了較高的要求。目前，在應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究方面，現(xiàn)有研究成果主要聚焦于從災(zāi)后外部救援的角度研究救災(zāi)物資結(jié)構(gòu)，從受災(zāi)者關(guān)鍵期自救角度研究的成果尚較缺乏。特別是在自救過(guò)程中，救援主體所具有的雙重身份（既是救援者同時(shí)也是受災(zāi)者）對(duì)物資結(jié)構(gòu)提出了特殊的需求，使得目前較為單一的應(yīng)急救援物資分析預(yù)測(cè)方式難以適應(yīng)這種特殊的需要?？茖W(xué)合理的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)是任何一個(gè)有效的救援系統(tǒng)不可或缺的基礎(chǔ)條件。從受災(zāi)者關(guān)鍵期自救視角研究應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)，對(duì)于完善災(zāi)區(qū)自救系統(tǒng)、提升受災(zāi)者自救效率、有效降低災(zāi)害損失（特別是生命損失）具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)分析研究思路

自救是一個(gè)在危險(xiǎn)環(huán)境中缺失外部援助的條件下依托自身能力脫離險(xiǎn)境的過(guò)程。受災(zāi)者成功自救的基本條件之一是自身必須具備足夠的自救能力。從應(yīng)急救援物資角度而言，物資配置必須齊全、合理，滿足開展救助工作的需要；從受災(zāi)者關(guān)鍵期自救所具有的特點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)急救援物資配置不僅需要滿足時(shí)效性要求，同時(shí)也必須充分考慮救援主體的雙重身份——作為救援者，需要配備有齊全完善的開展救援工作所需的應(yīng)急物資（如工具、設(shè)備等）；作為受災(zāi)者，需要向其提供維持生命所需的物資。

開展救援工作所需物資應(yīng)因地制宜，與災(zāi)區(qū)的地理環(huán)境和建筑物等情況相匹配，其種類和數(shù)量相對(duì)而言較為穩(wěn)定。而維持生命所需的應(yīng)急救援物資應(yīng)滿足災(zāi)區(qū)受災(zāi)者的需要，不同的災(zāi)害環(huán)境有其自身的特殊性，隨著救援活動(dòng)的開展，受災(zāi)者人數(shù)、身體狀況等多方面因素也具有動(dòng)態(tài)變化性，因此，此類物資需求雖然在種類方面能夠借鑒歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行概略地估計(jì)，但在數(shù)量結(jié)構(gòu)方面卻存在著較大的動(dòng)態(tài)變化性，用一般的歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能難以進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。鑒于應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)的上述特點(diǎn)，在對(duì)其不同結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有必要采用不同的研究方式：對(duì)于應(yīng)急救援物資（含開展救援工作所需和維持生命所需）類型結(jié)構(gòu)，參照國(guó)家應(yīng)急物資分類標(biāo)準(zhǔn)[3]，通過(guò)調(diào)研，初步確定所需的應(yīng)急救援物資類型范疇；對(duì)于開展救援工作所需的應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)，運(yùn)用范例推理的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)估計(jì)；對(duì)于與人密切相關(guān)的、特別是維持生命所需的應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)，考慮其動(dòng)態(tài)變化性和因果之間的非線性，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)估計(jì)。受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資需求結(jié)構(gòu)分析研究思路如圖1所示。

從分析研究思路來(lái)看，在應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究問(wèn)題上，與現(xiàn)有研究成果采用某一種研究方式從整體層面對(duì)應(yīng)急救援物資進(jìn)行預(yù)測(cè)分析不同，本研究不僅考慮主體的雙重身份將應(yīng)急救援物資需求區(qū)別對(duì)待，而且基于物資結(jié)構(gòu)要素特點(diǎn)在結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)上將應(yīng)急救援物資的類型結(jié)構(gòu)和數(shù)量結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待，并依據(jù)各自特點(diǎn)選用更為合適的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，使所構(gòu)建的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究體系更加符合實(shí)際需求。

2 基于受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資類型結(jié)構(gòu)分析

2.1 基于國(guó)標(biāo)的受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資大類分析

救援者和受災(zāi)者在應(yīng)急救援物資需求上存在較大差異，因此，借鑒國(guó)家應(yīng)急物資分類標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)有分類研究成果（霍達(dá)等，2010；趙姝迪，2012）從受災(zāi)者關(guān)鍵期自救視角分析應(yīng)急救援物資類型結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)當(dāng)區(qū)分救援主體的雙重身份并充分考慮“關(guān)鍵期”的時(shí)效性需求。

國(guó)家發(fā)改委公布的《應(yīng)急物資分類及產(chǎn)品目錄》對(duì)應(yīng)急救援物資大類進(jìn)行了明確劃分，共劃分出防護(hù)用品、生命救助、生命支持、救援運(yùn)載、臨時(shí)食宿、污染清理、動(dòng)力燃料、工程設(shè)備、器材工具、照明設(shè)備、通信廣播、交通運(yùn)輸和工程材料13個(gè)大類，并對(duì)各大類下的分類物資進(jìn)行了細(xì)分?；诰仍吆褪転?zāi)者這一雙重身份，以地震災(zāi)害救援為背景，綜合分析《應(yīng)急物資分類及產(chǎn)品目錄》各大類及其下屬物資分類型，將13大類劃分為三部分：第一部分主要滿足救援者身份所提出的物資需要，包含防護(hù)用品、生命救助、救援運(yùn)載、動(dòng)力燃料、工程設(shè)備、器材工具和交通運(yùn)輸7大類；第二部分主要滿足受災(zāi)者身份所提出的物資需要，包含生命支持、臨時(shí)食宿、污染清理和工程材料4大類；第三部分包含照明設(shè)備、通信廣播兩大類，這兩大類的重要性對(duì)救援者和受災(zāi)者而言基本相當(dāng)。

2.2 地震災(zāi)害背景下受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資類型結(jié)構(gòu)調(diào)查研究

關(guān)鍵期自救具有時(shí)效性要求，在不同救援時(shí)期各類物資對(duì)救援者和受災(zāi)者均有不同的重要程度。為了獲得各類物資對(duì)自救工作的重要程度信息，各大類中依據(jù)地震災(zāi)害救援需要甄選出相應(yīng)子類物資，并從時(shí)效性出發(fā)將物資緊要程度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，劃分出4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)（1級(jí)：非常緊要，需隨身配備，1分；2級(jí)：比較重要，需及時(shí)供給，2分；3級(jí)：一般，可有可無(wú)，3分；4級(jí)：基本不需要，4分），并據(jù)此制作調(diào)查表，共對(duì)46名曾參與過(guò)地震災(zāi)害救援的人員進(jìn)行調(diào)研（發(fā)出調(diào)查表46張，篩選出合格調(diào)查表43張）。獲得如表1所示的調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表1 各類物資緊要程度調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 Table 1 Statistics of survey data for critical degrees of emergency relief supplies

由表1可見，不同人員對(duì)各類物資緊要程度有各自不同的理解，但在部分種類物資上（如防護(hù)用品、生命救助等）具有較為一致的意見——雖然仍然有少數(shù)人員持有不同觀點(diǎn)。為了突出主流觀點(diǎn)意見，使調(diào)研結(jié)果更為客觀地反映各類物資的緊要程度，依據(jù)每個(gè)等級(jí)打分人 數(shù)的多少，賦予其相應(yīng)的權(quán)重（，為打該等級(jí)分?jǐn)?shù)的人數(shù)）。由表1可求得權(quán)重矩陣，如表2所示。

表2 各類物資各等級(jí)權(quán)重矩陣 Table2 Weight matrix for each class of emergency relief supplies

在考慮個(gè)人的評(píng)價(jià)權(quán)重后[4]，基于當(dāng)前平均值，獲取每一類物資緊要程度的加權(quán)評(píng)價(jià)結(jié)果。對(duì)個(gè)人評(píng)價(jià)（偏離度）進(jìn)行加權(quán)評(píng)價(jià)的方法如下（每次僅單獨(dú)針對(duì)一類物資進(jìn)行求解）：

式中，E為對(duì)個(gè)人評(píng)價(jià)（偏離度）進(jìn)行加權(quán)后，第類物資的評(píng)價(jià)得分結(jié)果，此結(jié)果作為第類物資最終的調(diào)研數(shù)據(jù)處理結(jié)果；A為第類物資初始評(píng)價(jià)得分平均值；為調(diào)研數(shù)據(jù)中的

n為實(shí)際評(píng)分為e的人數(shù)；為針對(duì)第類物資，第個(gè)有效樣本實(shí)際評(píng)分e在總體評(píng)分中所占的權(quán)重（在4，13范圍內(nèi)取值）；為有效數(shù)據(jù)樣本包含的總?cè)藬?shù)。由式（1），可以分別求得各類物資緊要程度的加權(quán)評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。

表3 各類物資緊要程度加權(quán)評(píng)價(jià)結(jié)果 Table 3 Weighted evaluation results for critical degrees of emergency relief supplies

表3中，評(píng)價(jià)結(jié)果越接近1，表明此類物資對(duì)關(guān)鍵期自救越緊要，越接近4則緊要程度越低?；诒?中各類物資緊要程度加權(quán)評(píng)價(jià)結(jié)果，從時(shí)效性和雙重身份出發(fā)對(duì)13大類物資進(jìn)行歸類分析結(jié)果如圖2所示。

圖2中，橫坐標(biāo)表示時(shí)效性（標(biāo)定出1—4級(jí)），在縱向上對(duì)身份進(jìn)行區(qū)隔（劃分出受災(zāi)者、通用和救援者三個(gè)區(qū)間）。從圖中可以較為直觀地看到，（1）防護(hù)用品、（2）生命救助、（3）生命支持、（5）臨時(shí)食宿、（10）照明設(shè)備和（11）通信廣播6大類物資與關(guān)鍵期自救工作關(guān)系最為密切。（4）救援運(yùn)載、（6）污染清理、（7）動(dòng)力燃料、（8）工程設(shè)備和（9）器材工具5f大類物資對(duì)關(guān)鍵期自救工作具有比較重要的作用。而（12）交通運(yùn)輸和（13）工程材料緊要程度相對(duì)較低。實(shí)際上，類似于交通運(yùn)輸類和工程材料類等評(píng)價(jià)分值與4更接近的物資，其主要的作用應(yīng)該表現(xiàn)在外部救援工作過(guò)程中。

圖2 受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資歸類分析結(jié)果
Fig. 2 Analytical results for emergency relief supplies

2.3 地震災(zāi)害背景下受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資分類結(jié)構(gòu)

參照調(diào)研結(jié)果，去除交通運(yùn)輸和工程材料2大類對(duì)自救工作緊要程度相對(duì)較輕的物資以及污染清理類物資（考慮污染清理的時(shí)效性及對(duì)自救工作的現(xiàn)實(shí)意義，剔除該類物資），并對(duì)其余各大類的下屬子類物資進(jìn)行甄選，保留與自救工作關(guān)系密切的主要子類物資后得到地震災(zāi)害背景下受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資分類結(jié)構(gòu)，如表4所示。

表4 地震災(zāi)害關(guān)鍵期自救應(yīng)急救援物資分類結(jié)構(gòu) Table 4 Structure of classification for emergency relief supplies

續(xù)表

部分序號(hào)一級(jí)分類物 資 子 類二級(jí)分類物資 第一部分5工程設(shè)備巖土推土機(jī)、挖掘機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、破碎機(jī)、鉆機(jī) 水工抽水機(jī)、潛水泵 通風(fēng)通風(fēng)機(jī)、強(qiáng)力風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī) 起重吊車、叉車 機(jī)械電焊機(jī)、切割機(jī) 消防消防車 6動(dòng)力燃料配電防爆防水電纜、配電箱、電線桿 發(fā)電發(fā)電機(jī) 氣源移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)、乙炔發(fā)生器、工業(yè)氧氣瓶 燃料汽/煤/柴油、液化氣 通用干電池、蓄電池 第二部分1生命支持窒息便攜呼吸機(jī) 呼吸中毒高壓氧艙 通用輸液設(shè)備、輸氧設(shè)備、急救藥品、防疫藥品 2臨時(shí)食宿飲食炊事車、炊具、餐具 飲用水供水車、水箱、瓶裝水、過(guò)濾凈化機(jī) 食品壓縮食品、罐頭、真空包裝食品 住宿帳篷、被裝 第三部分1照明設(shè)備工作照明手電、礦燈 場(chǎng)地照明探照燈、應(yīng)急燈、防水燈 2通訊廣播無(wú)線通訊衛(wèi)星電話、電臺(tái)、移動(dòng)電話、對(duì)講機(jī) 廣播擴(kuò)音器（喇叭）、電視轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)（車）

3 基于救援者視角的應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)研究

從救援者角度，關(guān)鍵期自救所涉及到的8大類主要應(yīng)急救援物資（如表4所示，第一部分6類，第三部分2類）中，除防護(hù)用品和生命救助兩大類物資受人的因素影響在數(shù)量結(jié)構(gòu)方面可能有所變動(dòng)外，其余6大類物資的需求量與災(zāi)區(qū)的物理情況（如受災(zāi)面積、道路面積、建筑面積、地理環(huán)境等）密切相關(guān)，災(zāi)情一定時(shí)，這些物資也相對(duì)穩(wěn)定地具有對(duì)應(yīng)的需求量（郭金芬等，2011）。從已有研究成果來(lái)看（傅志妍等，2009；張斌等，2012），利用地震災(zāi)害救援的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以較好地預(yù)測(cè)受災(zāi)者關(guān)鍵期自救應(yīng)急物資的需求量，這種可行性使得范例推理方法可以較好地從救援者視角對(duì)應(yīng)急救援物資的數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.1 運(yùn)用范例推理預(yù)測(cè)物資需求量的基本過(guò)程

范例推理方法利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前應(yīng)急救援物資需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，基本過(guò)程包含案例匹配和需求量預(yù)測(cè)兩個(gè)主要階段。進(jìn)行案例匹配時(shí)，利用關(guān)鍵性因素的歸一化數(shù)據(jù)將當(dāng)前災(zāi)情與源案例數(shù)據(jù)庫(kù)中的各災(zāi)情案例進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)結(jié)果最為接近的案例作為預(yù)測(cè)的參考依據(jù)。進(jìn)行需求量預(yù)測(cè)時(shí)，將當(dāng)前災(zāi)情關(guān)鍵因素的實(shí)際數(shù)據(jù)與參考案例中對(duì)應(yīng)因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，依據(jù)數(shù)據(jù)之間的比例關(guān)系確定應(yīng)急救援物資的實(shí)際需求量（趙小檸等，2012）?；具^(guò)程如圖3所示。

上述過(guò)程實(shí)際上包含了三個(gè)主要方面：第一，數(shù)字化描述。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)案例和實(shí)際災(zāi)情進(jìn)行科學(xué)的描述以便于將實(shí)際災(zāi)情與案例進(jìn)行比對(duì)；第二，參考案例的選取。采用合理的選取原則選擇出與實(shí)際災(zāi)情最為相似的參考案例，這是進(jìn)行需求預(yù)測(cè)的關(guān)鍵，直接影響到需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度；第三，應(yīng)急救援物資需求量的預(yù)測(cè)。

3.2 案例與實(shí)際災(zāi)情的數(shù)字化描述

設(shè)案例庫(kù)中有個(gè)源案例，源案例集記為；每個(gè)源案例有個(gè)關(guān)鍵因素（如道路面積、建筑面積、公共設(shè)施數(shù)量、人口數(shù)量、震級(jí)、震源深度等），關(guān)鍵因素集記為>；關(guān)鍵因素的影響權(quán)重以表示，權(quán)重集記為（滿足，）。

基于源案例集和關(guān)鍵因素集，構(gòu)建源案例集的關(guān)鍵因素矩陣：

矩陣中，X表示第個(gè)案例的第個(gè)關(guān)鍵因素。

3.3 參考案例的選取

選取參考案例時(shí)，采用歐氏距離計(jì)算法對(duì)實(shí)際災(zāi)情與源案例之間的相似度進(jìn)行計(jì)算，選取距離值最?。聪嗨贫茸罡撸┑脑窗咐鳛閰⒖及咐Ｊ紫葘⒃窗咐年P(guān)鍵因素矩陣進(jìn)行歸一化，一方面將各關(guān)鍵因素的表征量映射至一個(gè)無(wú)量綱的區(qū)間以便于計(jì)算，另一方面將所有關(guān)鍵因素的值歸一化至同一數(shù)量級(jí)內(nèi)以便于比較。歸一化結(jié)果記為X。矩陣歸一化方法如下：對(duì)于關(guān)鍵因素，

由式（3）得到實(shí)際災(zāi)情與源案例之間的相似度集合（或者說(shuō)距離集合），對(duì)進(jìn)行取小運(yùn)算，如果有，其中，，則案例與實(shí)際災(zāi)情最為相似，可以將之選為參考案例。

3.4 應(yīng)急救援物資需求量預(yù)測(cè)

應(yīng)急救援物資需求量以參考案例需求量為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以地震災(zāi)害情境下受災(zāi)者關(guān)鍵期自救所需應(yīng)急救援物資預(yù)測(cè)為例，預(yù)測(cè)方法如下：

第一步，確定影響各應(yīng)急救援物資需求量的關(guān)鍵因素。從6大類應(yīng)急救援物資（救援運(yùn)載、器材工具、工程設(shè)備、動(dòng)力燃料、照明設(shè)備和通信廣播）中各選出一種關(guān)鍵的子類物資作為預(yù)測(cè)樣例進(jìn)行分析。建立各子類物資與關(guān)鍵因素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表5所示。

表5 子類物資與關(guān)鍵因素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 Table 5 Correspondence between the sub materials and the key factors

第二步，依據(jù)參考案例中對(duì)應(yīng)關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)以及相應(yīng)應(yīng)急救援物資需求量，基于實(shí)際災(zāi)情預(yù)算應(yīng)急救援物資需求量。此處對(duì)參考案例和實(shí)際災(zāi)情中各關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)以及物資需求量做如下假定，如表6和表7所示。

表6 各關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)假定 Table 6 Assumption for each key factor data

表7 各物資需求量假定 Table 7 Assumption for each material demand

將受到多個(gè)關(guān)鍵因素影響的物資設(shè)定其需求量由引起最大需求量的關(guān)鍵因素確定，由此得到各應(yīng)急救援物資的如下預(yù)測(cè)結(jié)果：

運(yùn)用范例推理方法有一個(gè)必要的前提——具有詳實(shí)可靠的源案例數(shù)據(jù)庫(kù)，就目前來(lái)看，源案例數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)工作有較好的客觀條件但也有待不斷完善。

4 基于受災(zāi)者視角的應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

從受災(zāi)者視角，關(guān)鍵期應(yīng)急救援物資主要考慮與其密切相關(guān)的生命支持和臨時(shí)食宿兩大類物資。這兩大類物資數(shù)量結(jié)構(gòu)受各種致災(zāi)因素的綜合影響，且致災(zāi)因素與此類物資數(shù)量結(jié)構(gòu)之間不存在明顯的線性關(guān)系，參照其它案例進(jìn)行范例推理往往難以獲得可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果。有鑒于此，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)這兩類物資數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

4.1 問(wèn)題與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系

生命支持和臨時(shí)食宿這兩大類物資在數(shù)量結(jié)構(gòu)上取決于人員傷亡實(shí)際情況，兩者之間可以近似地視為一種線性關(guān)系。而人員傷亡受災(zāi)情影響，它是聯(lián)結(jié)物資數(shù)量需求與災(zāi)害情況之間的紐帶。地震災(zāi)害中，單獨(dú)的致傷（亡）因素與人員傷亡程度之間具有隨機(jī)性，人員傷亡是各種因素綜合作用的結(jié)果。因此，上述兩類物資數(shù)量結(jié)構(gòu)與單獨(dú)的致災(zāi)因素之間并不存在直接的線性關(guān)系而是受到各種致災(zāi)因素的綜合作用，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要借助一種可以較好適應(yīng)非線性、離散型問(wèn)題的預(yù)測(cè)分析方法。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、聯(lián)想記憶和非線性轉(zhuǎn)換等能力，它可以在沒有先驗(yàn)公式的條件下基于對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)與自適應(yīng)獲得其內(nèi)在規(guī)律，以較高的精度逼近非線性關(guān)系，適合于解決因果關(guān)系復(fù)雜的問(wèn)題（張健等，2011）。這種特點(diǎn)切合問(wèn)題需求，因此，可以采用具有輸入層、隱含層和輸出層結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，問(wèn)題與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如圖4所示。

4.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)急救援物資數(shù)量結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)

（1）輸入層神經(jīng)元的確定

生命支持和臨時(shí)食宿兩類物資數(shù)量結(jié)構(gòu)由人員傷亡直接決定，因此，輸入層神經(jīng)元由人員傷亡影響因素進(jìn)行確定。地震災(zāi)害中影響人員傷亡的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，從地震本身出發(fā)，兼顧數(shù)據(jù)的可獲得性，確定以下重要影響因素為輸入層神經(jīng)元：地震烈度、地震時(shí)間、受災(zāi)地抗震設(shè)防等級(jí)、人口密度和受災(zāi)面積。其中，地震時(shí)間主要指地震發(fā)生在白天還是晚上，一般情況下，相對(duì)白天，地震在晚上發(fā)生會(huì)帶來(lái)更嚴(yán)重的人員傷亡。

（2）輸出層神經(jīng)元的確定

輸出層主要為生命支持和臨時(shí)食宿兩大類物資數(shù)量。其中，生命支持類如便攜呼吸機(jī)、高壓氧艙、輸液設(shè)備、輸氧設(shè)備、急救藥品和防疫藥品等的數(shù)量；臨時(shí)食宿類如炊事車、炊具、餐具、供水車、水箱、瓶裝水、過(guò)濾凈化器、壓縮食品、罐頭、真空包裝食品、帳篷、被裝等數(shù)量。此外，還可以根據(jù)地震災(zāi)害的具體情況對(duì)輸出神經(jīng)元結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(diào)整，比如，針對(duì)寒冷季節(jié)發(fā)生的地震災(zāi)害，有可能需要增加棉衣、保暖睡袋等必要的御寒物資。

（3）預(yù)測(cè)操作方法

第一步，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。選取具有代表意義的樣本數(shù)據(jù)，并對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。根據(jù)確定的輸入層神經(jīng)元，可以分別從中國(guó)地震信息網(wǎng)、地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和人口信息數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相關(guān)樣本數(shù)據(jù)。比如從1970年以來(lái)7級(jí)以上地震數(shù)據(jù)中選取10—15個(gè)數(shù)據(jù)樣本。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的方法與范例推理中的數(shù)據(jù)歸一化方法相同（具體方法如式（2）），通過(guò)歸一化，使樣本數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)化為［0，1］上的無(wú)量綱值，以便于后續(xù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。

第二步，創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并加以訓(xùn)練。可在MATLAB中創(chuàng)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確定每層的傳遞函數(shù)（實(shí)證表明第一層選用TANSIC函數(shù)，第二層選用PURELINE函數(shù)可以獲得比較好的訓(xùn)練效果），根據(jù)訓(xùn)練要求設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練參數(shù)（最大迭代次數(shù)、學(xué)習(xí)率、動(dòng)量常數(shù)、期望誤差等），將處理好的樣本數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，直到訓(xùn)練符合要求。

第三步，預(yù)測(cè)實(shí)際的物資需求數(shù)量結(jié)構(gòu)。理論上，將災(zāi)情實(shí)際對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將預(yù)測(cè)結(jié)果反歸一化后即可獲得在此受災(zāi)情況下生命支持和臨時(shí)食宿這兩大類物資的數(shù)量結(jié)構(gòu)。實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，需要在災(zāi)害發(fā)生前便預(yù)測(cè)出物資的數(shù)量結(jié)構(gòu)，因此，不可能真正用災(zāi)情實(shí)際數(shù)據(jù)作為輸入量，而只能根據(jù)災(zāi)害預(yù)報(bào)信息對(duì)災(zāi)情進(jìn)行預(yù)先評(píng)價(jià)，將災(zāi)情預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)作為輸入量進(jìn)行預(yù)測(cè)。災(zāi)情實(shí)際數(shù)據(jù)可作為災(zāi)后的補(bǔ)充預(yù)測(cè)或作為事后驗(yàn)證之用。災(zāi)情預(yù)計(jì)值與實(shí)際值之間的偏差會(huì)在一定程度上使預(yù)測(cè)結(jié)果偏離實(shí)際需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

范例推理和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在對(duì)應(yīng)急救援物資需求進(jìn)行預(yù)測(cè)方面各有優(yōu)劣。一般而言，范例推理基于現(xiàn)有案例進(jìn)行預(yù)測(cè)有較好的時(shí)效性，但多為總體層面的概略預(yù)計(jì)。一個(gè)訓(xùn)練良好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以獲得比范例推理更為精確的預(yù)測(cè)效果，但它是以災(zāi)情實(shí)際數(shù)據(jù)作為輸入量為前提，這意味著BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種具有更高精度的預(yù)測(cè)方式在適時(shí)性方面不如范例推理——雖然可以適當(dāng)損失預(yù)測(cè)精度，采用災(zāi)情預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)代替實(shí)際數(shù)據(jù)這一方法進(jìn)行彌補(bǔ)。使用過(guò)程中，需要依據(jù)實(shí)際情況和應(yīng)急救援物資需求預(yù)測(cè)要求對(duì)這兩種方法進(jìn)行合理選擇。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，不論是采用范例推理還是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)應(yīng)急救援物資需求結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)都需要充分的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)予以支持。當(dāng)前，災(zāi)害信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，特別是諸如救災(zāi)物資需求和實(shí)際消耗等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并不全面，相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)也沒有建立完善，這在一定程度上會(huì)影響到預(yù)測(cè)效果，因此，在影響因素確立方面，不僅要把握住關(guān)鍵要素，在因素選取方面也應(yīng)當(dāng)盡可能兼顧到數(shù)據(jù)的可獲得性。

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Structure of Emergency Relief Supplies in Critical Period
for the Victims' Self-help

Li Shixiong1)and Zhu Huagui2)

1) China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China2) Nanjing University, Nanjing 210093, China

It is meaningful for the victims carrying out self-help work and reduce casualties in critical period of disaster. The basic types of emergency relief supplies are relatively fixed, based on the emergency relief supplies classification standard of China. The quantity structure of emergency relief supplies usually changes, therefore, it is necessary to distinguish the self rescuer's dual identities and to study the quantity structure of emergency relief supplies by means of case-based reasoning and BP neural network from the different perspectives of the self- rescuer and victim. More accurate forecasting result could be obtained in theory.

Disaster; Sself-help; Rrelief supplies; Ccase-based reasoning; BP neural network

[1] 基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：71273127）資助

［收稿日期］2015-03-12

［作者簡(jiǎn)介］ 李世雄，男，生于1979年。講師。主要從事海上突發(fā)事件與危機(jī)管理研究工作。E-mail: codutyonthesea@163.com

[2]最有效的救助時(shí)段以及后文關(guān)鍵期均指災(zāi)后外部救援抵達(dá)之前這一時(shí)段，最長(zhǎng)不超過(guò)72小時(shí)?！包S金72小時(shí)”是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后的黃金救援期，專家認(rèn)為，地震等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后的72小時(shí)期間，災(zāi)民的存活率隨時(shí)間的消逝呈遞減趨勢(shì)。在24小時(shí)內(nèi)被救出的人員存活率在90%左右；第二天，存活率在50%—60%；第三天，存活率在20%—30%。以后則只有5%到10%的生還幾率。

[3]《應(yīng)急物資分類及產(chǎn)品目錄》，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)。

[4] 具體方法為：將個(gè)人評(píng)價(jià)偏離程度（個(gè)人實(shí)際評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)與平均分之差）與相應(yīng)的權(quán)重相乘。

李世雄，朱華桂，2016．基于受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究——以地震災(zāi)害為例．震災(zāi)防御技術(shù)，11（1）：153—164．

doi：10.11899/zzfy20160117