鄧樹榮 余慶坤 張方浩 和仕芳 杜浩國 張?jiān)T

摘要：根據(jù)ADC方法的基本原理，從可用性、可信性、能力三個(gè)維度建立效能指標(biāo)，構(gòu)建了地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用效能評估模型。以云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)為評估對象，對該系統(tǒng)進(jìn)行了效能評估。評估結(jié)果表明，該系統(tǒng)的效能較好。對于地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)包含的不同的軟硬件平臺(tái)，可根據(jù)評估對象的邏輯結(jié)構(gòu)和功能，建立效能評估指標(biāo)，并采用此方法進(jìn)行評估。

關(guān)鍵詞：ADC方法;云南;地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng);能力矩陣;效能評估

中圖分類號(hào)：P315.95?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2021）02-0292-09

0 引言

地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)是為各級(jí)政府進(jìn)行抗震救災(zāi)指揮服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)，具有震情和災(zāi)情信息獲取、快速評估、信息通告、動(dòng)態(tài)顯示、信息查詢、輔助決策、命令發(fā)布等功能，并為地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)的“通信暢通、現(xiàn)場及時(shí)、數(shù)據(jù)完備、指揮到位”提供技術(shù)保障（姜立新等，2003）。地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)是應(yīng)急處置的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對于建立和健全統(tǒng)一指揮、功能齊全、反應(yīng)靈敏、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的聯(lián)動(dòng)應(yīng)急機(jī)制，預(yù)防和應(yīng)對破壞性地震，減少震災(zāi)損失等具有重要意義（蔣小杰，方盛舉，2012）。近年來，通過地震應(yīng)急技術(shù)方面的項(xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)，我國地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從大到強(qiáng)的快速發(fā)展。從最初僅能通過文字發(fā)送、撥打衛(wèi)星電話、視頻連線等傳遞單一信息的箱體式現(xiàn)場工作技術(shù)系統(tǒng)，逐漸發(fā)展為集成了音視頻會(huì)議、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星電話、現(xiàn)場辦公、輸入/輸出矩陣控制等單元的集成系統(tǒng)，具備衛(wèi)星網(wǎng)、行業(yè)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)信道下的視頻、圖像、語音、文字等信息交互功能。隨著工業(yè)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)不斷完善，從原來的注重硬件條件向軟硬件條件協(xié)同發(fā)展轉(zhuǎn)變。經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國已形成全國一體化的地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，包括國家、省和地市3級(jí)（張煒超等，2019;潘震宇等，2019），建成了集地震災(zāi)害預(yù)評估、應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出、應(yīng)急指揮決策輔助、地震災(zāi)情收集處理等功能的軟硬件平臺(tái)，使得地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)功能越來越完善，大大提高了我國的地震應(yīng)急響應(yīng)能力，在提高破壞性地震的快速響應(yīng)，應(yīng)急產(chǎn)出服務(wù)能力方面發(fā)揮了積極的作用（李敏等，2013）。

效能評估被廣泛應(yīng)用于軍事武器、電力、通信等系統(tǒng)工程應(yīng)用中，是一種可以對系統(tǒng)的效能評價(jià)、應(yīng)用分析和提升改進(jìn)提供重要參考的方法?？傮w上，該方法根據(jù)影響裝備效能的主要因素，運(yùn)用一般系統(tǒng)分析的方法，在收集信息的基礎(chǔ)上，確定分析目標(biāo)，建立綜合反映裝備達(dá)到規(guī)定目標(biāo)的能力測度算法，最終給出衡量裝備效能的測度與評估。效能評估常用的方法包括AHP層次分析法、模糊綜合評判法、貝葉斯方法、主成分法、熵權(quán)法、極差最大化法等。在軟件系統(tǒng)評估方法方面，曲凱等（2017）對可定制的軟件效能評估系統(tǒng)進(jìn)行了研究，李罡風(fēng)等（2010）對區(qū)域測震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測效能評估方法進(jìn)行了研究;硬件評估方法方面，郝玉生和李斯宇（2018）采用ADC方法對坦克火控系統(tǒng)進(jìn)行了效能評估，魏玉人等（2020）研究了艦載通信裝備效能評估方法?？傮w上，效能評估方法在軍事科學(xué)中的使用較為廣泛，但在民用領(lǐng)域還較少。

隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)邁入新時(shí)代，以及后疫情時(shí)代的深遠(yuǎn)影響，地震應(yīng)急處置的形勢和人民群眾對地震應(yīng)急的需求不斷發(fā)生變化。特別是強(qiáng)烈地震后，人民群眾對震情災(zāi)情的關(guān)注度極高，考驗(yàn)著政府部門面對重大地震災(zāi)害的處置能力。在以往的地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)中，經(jīng)過大量的專家論證建成的地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)在地震應(yīng)急指揮保障中卓有成效，同時(shí)，現(xiàn)代應(yīng)急通信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)向高度集成、智慧服務(wù)方向發(fā)展（何霆，陳修吾，2019;張方浩等，2019;洪旭瑜等，2020），為震后快速響應(yīng)提供了有力的技術(shù)支持。然而，在實(shí)際工作中，難免存在注重系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的情況，缺乏有效的系統(tǒng)效益評估機(jī)制，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，通過對比各種效能評估方法，筆者發(fā)現(xiàn)由美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)（Weapon System Eficiency Industry Advisory Committee，WSEIAC）提出的ADC方法，作為一種典型的效能評估方法，具有計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在相關(guān)系統(tǒng)效能評價(jià)中應(yīng)用較為廣泛（宋星等，2019）。本文選擇ADC效能評估方法，建立地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)效能評估模型，構(gòu)建普適性的地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的效能評估指標(biāo)框架，并將其應(yīng)用于云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)的效能評估。

1 ADC方法基本原理

ADC方法的目的在于根據(jù)有效性（Availability，即戰(zhàn)備狀態(tài)）、可依賴性（Dependability，即可靠性）和能力（Capacity）三大要素評價(jià)裝備系統(tǒng)，把這三大要素組合成一個(gè)表示裝備系統(tǒng)總性能的單一效能量度（賈萬才，2017）。ADC數(shù)學(xué)模型由可信性、可用性、能力三個(gè)維度構(gòu)成：

E=ADC（1）

式中：E為系統(tǒng)效能指標(biāo);A為系統(tǒng)可用性向量，表示系統(tǒng)所處的狀態(tài);D為系統(tǒng)可信性矩陣，表示系統(tǒng)的可信度;C為系統(tǒng)能力矩陣，表示系統(tǒng)工作時(shí)滿足功能目標(biāo)的能力。其中：

式中：ai（i=1、2、…、n）表示系統(tǒng)初始化時(shí)處于i狀態(tài)的概率;dij（i、j=1、2、…、n）為系統(tǒng)在初始時(shí)處于i狀態(tài)，在系統(tǒng)工作的過程中轉(zhuǎn)移到j(luò)狀態(tài)的概率;cjk（j=1、2、…、n，k=1、2、…、m）為系統(tǒng)在工作完成前處于j狀態(tài)下滿足第k項(xiàng)功能的能力。

2 技術(shù)系統(tǒng)效能評估建模

2.1 建立可用性向量

通常情況下，地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)或模塊構(gòu)成，設(shè)第1個(gè)子系統(tǒng)為X1，第2個(gè)子系統(tǒng)為X2，第n個(gè)子系統(tǒng)為Xn，每個(gè)子系統(tǒng)的平均正常使用時(shí)間分別為T1、T2、…、Tn，平均修理時(shí)間分別為t1、t2、…、tn。子系統(tǒng)有正常和退服兩種狀態(tài)，X表示正常，X表示退服。

設(shè)技術(shù)系統(tǒng)狀態(tài)變量為Z，則由n個(gè)子系統(tǒng)的不同狀態(tài)組合得到整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)向量為：

3 應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)效能評估框架

筆者根據(jù)ADC方法的基本原理和地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)效能評估模型，建立普適性的地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的效能評估指標(biāo)框架（圖1）。該指標(biāo)框架主要包含可用性、可信度和系統(tǒng)能力3個(gè)部分。可用性由實(shí)體系統(tǒng)的正常使用時(shí)間和平均維修時(shí)間確定;可信度由任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率確定;系統(tǒng)能力包括各子系統(tǒng)功能和整體功能兩部分。

4 模型算例

4.1 評估指標(biāo)構(gòu)建

以云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)為例，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案云南省地震局.2018.云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.，結(jié)合地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的效能評估指標(biāo)框架（圖1）構(gòu)建該系統(tǒng)的評估指標(biāo)（圖2）。云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)主要由4個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信號(hào)采集/切換及顯示系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、衛(wèi)星電話，各子系統(tǒng)又由不同的模塊構(gòu)成，如圖2所示。

4.2 系統(tǒng)效能計(jì)算

根據(jù)云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)的評估指標(biāo)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)效能評估指標(biāo)權(quán)重專家打分表，邀請10位專家進(jìn)行權(quán)重打分，其中應(yīng)急管理方面的專家2位、應(yīng)急技術(shù)理論研究與實(shí)踐方面的專家5位、地震現(xiàn)場視頻會(huì)議應(yīng)用與實(shí)踐的專家3位。打分時(shí)一人一表，各打分權(quán)重wij∈[0，1]，同一層級(jí)指標(biāo)的權(quán)重和為1，即∑iwi=1，然后

去掉最高分和最低分，求出專家所打分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)期望為該指標(biāo)的權(quán)重值。筆者根據(jù)專家意見，樹突指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)取優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)，制定相應(yīng)的層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，再通過查閱系統(tǒng)運(yùn)維記錄資料，根據(jù)使用頻率和使用次數(shù)，計(jì)算出各樹突指標(biāo)落在各標(biāo)準(zhǔn)層的概率。由此，得到云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)效能評估指標(biāo)權(quán)重和樹突概率（表1）。

4.2.1 可用性向量A

根據(jù)地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、使用頻率和工作環(huán)境，結(jié)合各子系統(tǒng)一般情況下的正常使用時(shí)間和維修時(shí)間，得到4個(gè)子系統(tǒng)能正常使用的時(shí)間Ti=[2 160，1 440，720，1 080]（i=1、2、3、4），平均修理時(shí)間ti=[4，4，1，1.5]（i=1、2、3、4），單位為小時(shí)。將Ti、ti代入式（5）～（10）計(jì)算得到系統(tǒng)的可用性向量為：

4.2.2 可信性矩陣

將Ti、ti代入式（11），得到各個(gè)子系統(tǒng)的任務(wù)可靠度，將可靠度值代入任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率計(jì)算式得到子系統(tǒng)轉(zhuǎn)移概率，再將子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移概率代入式（15），就得到云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)的可信性矩陣D（表2）。

4.2.3 能力矩陣

將表1的數(shù)據(jù)代入式（16）（17），計(jì)算出第一層級(jí)能力向量為：

地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)有X1、X2、X3、X4共4個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)均存在正常和退服兩種狀態(tài)，根據(jù)排列組合關(guān)系，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)Z1～Z1414種狀態(tài)（表3），假設(shè)系統(tǒng)任意子系統(tǒng)出現(xiàn)退服現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)將散失整體能力。將L1、L2、L3、L4、L5代入式（18），得到云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)的能力向量表（表3）。

設(shè)該系統(tǒng)優(yōu)、良、中、差4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所代表的能力值分別為c1=0.9、c2=0.8、c3=0.7、c4=0.6，將其代入式（19），計(jì)算在Zi狀態(tài)下系統(tǒng)的能力平均值，得到系統(tǒng)的能力矩陣為：

4.2.4 系統(tǒng)效能評估值

將可用性向量式（21）、可信性矩陣（表2）、能力矩陣式（22）代入式（1）計(jì)算得到系統(tǒng)的效能指數(shù)為E=0.830 9。從效能評估模型來看，當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)在最理想狀態(tài)下，不存在系統(tǒng)故障和退服情況時(shí)，效能指數(shù)會(huì)無限趨近于1;當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)在最壞狀態(tài)下，系統(tǒng)出現(xiàn)故障和退服情況時(shí)，效能指數(shù)會(huì)無限趨近于0，即效能指數(shù)越趨近于1，系統(tǒng)效能越好。

5 結(jié)論與討論

本文根據(jù)ADC方法的基本原理，建立了基于系統(tǒng)可用性、可信性、能力三個(gè)維度的地震應(yīng)急工作技術(shù)系統(tǒng)效能評估方法。對云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)進(jìn)行了效能評估。實(shí)踐證明該方法對云南地震現(xiàn)場指揮部視頻會(huì)議集成系統(tǒng)具有一定的適用性。

在效能評估時(shí)，指標(biāo)設(shè)計(jì)、權(quán)重賦值時(shí)征詢了專家意見，可用性向量值根據(jù)實(shí)際應(yīng)用賦值，計(jì)算過程較為科學(xué)。根據(jù)ADC模型計(jì)算出該系統(tǒng)的效能指數(shù)為0.830 9，接近理想狀態(tài)指數(shù)，說明該系統(tǒng)的效能較好。

地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用效能評估方法是一種應(yīng)用型評估方法，是對系統(tǒng)建成后的應(yīng)用效能的評估，不適用于對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目本身做出評價(jià)。本文構(gòu)建了狹義上的地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)ADC效能評估方法，主要選取可用性、可信性、能力三個(gè)維度的效能指標(biāo)，在實(shí)際評估工作中，還可根據(jù)評估對象增加魯棒性、效益、對象匹配度等效能指標(biāo)。在評估過程中，評估對象邏輯結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，橫向和縱向的評估指標(biāo)越多，算法的復(fù)雜度就越高。在評估時(shí)選取的效能指標(biāo)要與對象情況和評估的時(shí)效性相適宜。底層樹突向量是效能評估的基礎(chǔ)，其優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)的制定需要系統(tǒng)在長時(shí)間應(yīng)用過程中不斷積累。各層級(jí)的權(quán)重系數(shù)可采用AHP方法、德爾菲法等方法確定。ADC方法的不足之處是收斂速度較慢，在今后的系統(tǒng)效能評估工作中，可根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇適宜的指標(biāo)，以便提高評估過程的收斂速度，迅速得到評估結(jié)果。

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Effectiveness Evaluation of the Integrated Video Conference Systemin Earthquake Field Headquarters Based on ADC Method

DENG Shurong，YU Qingkun，ZHANG Fanghao，HE Shifang，DU Haoguo，ZHANG Yuanshuo

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

According to the principle of the ADC evaluation method，we propose the effectiveness indexes concerned with availability，dependability and capacity of the Technical System for Earthquake Emergency in Yunnan，and further construct an evaluation model of the systems application performance.Then，using this model，we evaluate the performance of one of the sub-systems of the Technical System，the Integrated Video Conferencing System for the Yunnan Earthquake Site Headquarters，and find that this sub-system is of good effectiveness.As for other sub-systems of the Earthquake-emergency System，whether software platforms or hardware platforms，if，on the basis of their logic structures and functions，the related effectiveness indexes are set up，the ADC evaluation method can also be applied to them.

Keywords：ADC method;Yunnan;technical system for earthquake emergency;ability matrix;effectiveness evaluation

收稿日期：2020-05-21.

基金項(xiàng)目：云南省地震局青年基金自主立項(xiàng)項(xiàng)目“地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用效能評估方法研究”（2019ZL02）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題——川滇地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)地震應(yīng)急協(xié)同應(yīng)用示范（2018YFC1504505-04）聯(lián)合資助.

第一作者簡介：鄧樹榮（1987-），工程師，主要從事地震應(yīng)急技術(shù)、方法研究及應(yīng)用.E-mail：604732139@qq.com.