基于AHP方法的云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)模式研究

鄧樹榮++曹彥波++張方浩++和仕芳++余慶坤++杜浩國

摘要：對云南地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行梳理分析，以AHP層次分析法為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成、功能特點、制約因素三個方面，闡述了各層面間的相互聯(lián)系與系統(tǒng)自身存在的制約因素，確定了各級指標(biāo)的權(quán)重，從而得出這些因素對實現(xiàn)總目標(biāo)的影響或重要程度，并對決策模型的計算結(jié)果進行了詳細的分析，最后應(yīng)用該方法對比分析近幾年云南典型地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)保障實例。

關(guān)鍵詞：AHP方法；地震現(xiàn)場通信；應(yīng)急響應(yīng)模式

中圖分類號：P31595文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2017）02-0277-09

0引言

自2011年3月24日發(fā)生緬甸孟帕亞72級地震以來，云南地區(qū)已進入新一輪強震活躍期（皇甫崗等，2014）。據(jù)統(tǒng)計，2011—2015年，云南共發(fā)生50級以上破壞性地震21次，平均每年4次，地震共造成731人死亡，5 315人受傷，直接經(jīng)濟總損失4 129 728萬元①②③④⑤。云南地處歐亞大陸與印度洋板塊碰撞帶的東沿，地殼運動活躍，區(qū)域內(nèi)橫斷山脈縱橫交錯，地質(zhì)切割形態(tài)分布較廣，高原山地環(huán)境山高坡陡。因此，云南地震活動頻度高、人員傷亡多、災(zāi)害損失重、救援難度大。這些都給云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)保障帶來了嚴峻的考驗。

[JP2]近年來，我國發(fā)生了震級較大的汶川80級、蘆山70級、魯?shù)?5級破壞性地震，從歷次地震現(xiàn)場的震害可知，在中等以上破壞性地震的震中區(qū)，有線通信網(wǎng)絡(luò)基本破壞，在應(yīng)急期內(nèi)難以立即恢復(fù)（張毓豐，鄧憲民，2005），地震現(xiàn)場通信保障工作在地震應(yīng)急處置中顯得尤為重要。隨著政府對防震減災(zāi)工作越來越重視，社會公眾對地震應(yīng)急處置的關(guān)注和要求越來越高，地震應(yīng)急通信保障任務(wù)也就越來越重。為了不斷提高地震應(yīng)急通信保障能力，使地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)的指揮調(diào)度和應(yīng)用更加科學(xué)，一些學(xué)者對地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)硬件和軟件（帥向華等，2009a，b）、地震應(yīng)急指揮協(xié)同平臺（姜立新，帥向華，2012）、地震救援現(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計（洪惠群等，2012）進行了深入的研究，并對國家地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)（楊天青等，2010）進行了探索和應(yīng)用分析，這些研究成果為云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了很好的參考。[JP]

[KG（0.15mm]《國家地震應(yīng)急預(yù)案》和《云南省地震應(yīng)急預(yù)案》對地震應(yīng)急響應(yīng)級別的啟動作了規(guī)定，《云南省地震系統(tǒng)應(yīng)急工作方案》對現(xiàn)場工作隊通信組的地震現(xiàn)場通信和網(wǎng)絡(luò)保障、現(xiàn)場災(zāi)情獲取和信息傳輸?shù)裙ぷ鲀?nèi)容作了說明。趙恒等（2007，2012）對破壞性地震的應(yīng)急通信需求進行分析，認為不同震級所造成的災(zāi)區(qū)通信破壞程度不同，因而不同應(yīng)急響應(yīng)級別對應(yīng)的地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)保障模式也會有差異。云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)由多套子系統(tǒng)組成，[HJ2.15mm]設(shè)備較多、功能復(fù)雜，在應(yīng)急響應(yīng)指揮調(diào)度決策的過程中，難免出現(xiàn)功能重復(fù)、裝備搭配不合理、地震現(xiàn)場保障模式和災(zāi)區(qū)通信需求不匹配等問題。為了使該系統(tǒng)在地震應(yīng)急中的指揮調(diào)度和應(yīng)用更加科學(xué)，最大化發(fā)揮應(yīng)急通信保障能力，筆者利用AHP層次分析法，根據(jù)不同的應(yīng)急響應(yīng)級別，對該系統(tǒng)的功能和制約因素進行分析研究，探索適應(yīng)云南特殊地理環(huán)境的地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)模式。[KG）]

[BT1+*6]1云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)概況

經(jīng)過國家十五項目、地震社會服務(wù)工程、云南省預(yù)防和處置地震災(zāi)害能力建設(shè)十項重大措施和十項重點工程等項目的規(guī)劃建設(shè)，云南省地震局建成了由現(xiàn)場應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)、現(xiàn)場工作隊通信指揮系統(tǒng)、前方移動指揮平臺、無人機地震災(zāi)情獲取系統(tǒng)、現(xiàn)場指揮所共5套系統(tǒng)（平臺）組成的云南地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)（表1）。

在歷次地震應(yīng)急響應(yīng)中，云南省地震局地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)都進行了不同程度的保障。據(jù)統(tǒng)計，在2011—2015年發(fā)生的21次50級以上破壞性地震中，云南省地震局啟動Ⅳ級響應(yīng)3次，Ⅲ級響應(yīng)11次，Ⅱ級響應(yīng)4次，Ⅰ級響應(yīng)1次。其中，現(xiàn)場應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)進行了6次保障，現(xiàn)場工作隊通信指揮系統(tǒng)進行了14次保障，現(xiàn)場指揮所進行了11次保障。無人機地震災(zāi)情獲取系統(tǒng)建成時間較晚（2015年建成），在筆者的統(tǒng)計時間段內(nèi)沒有得到較好的應(yīng)用，但在2014年“8·03”魯?shù)榈卣鸷?014年“10·07”景谷地震應(yīng)急響應(yīng)中地震系統(tǒng)的其他單位采用了無人機對災(zāi)區(qū)進行了航拍，災(zāi)情獲取效果較好。[JP2]

從表1中可以看出，各分系統(tǒng)整體的裝備和功能各有側(cè)重，但也有相同和相似的部分，有的可獨立使用，有的需要相互配合使用，有的裝備可滿足多種功能，有的功能需要多種裝備配合才能實現(xiàn)，有些系統(tǒng)和裝備又有各自的制約因素。

2AHP方法的基本原理

AHP決策分析法由美國運籌學(xué)家Saaty于20世紀70年代提出，是一種定性與定量相結(jié)合的層次決策分析方法。它將復(fù)雜問題分解為多個組成因素，并將這些因素按支配關(guān)系進一步分解，按目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層排列起來，形成一個多目標(biāo)、多層次的模型，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合評估主體的判斷確定諸因素相對重要性的總順序。

21構(gòu)造判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣是AHP方法的關(guān)鍵步驟，表示針對上一層次中的某元素而言，評定該層次中各有關(guān)元素的相對重要性，其形式如表2所示（徐建華，2002）。

22模型計算

第一步，計算層次單排序。對矩陣[WTHX]B[WTBX]計算滿足[KH*1]

[WTHX]BW[WTBX]=[WTHX]λ[WTBX]max[WTHX]W[WTBX][JY]（2）[KH*1D]

的特征根和特征向量，并將特征向量歸一化。在式（2）中，[WTHX]λ[WTBZ]max為[WTHX]B[WTBX]的最大特征根，[WTHX]W為對應(yīng)于λ[WTBZ]max的正規(guī)化特征向量，[WTHX]W[WTBZ]的歸一化特征向量就是對應(yīng)元素的單排序權(quán)重值。

檢驗判斷矩陣的一致性，計算一致性指標(biāo)[KH*1]

CI=[SX（][WTHX]λ[WTBX]max-nn-1[SX）][JY]（3）[KH*1D]

式中：當(dāng)CI=0，即[WTHX]λ[WTBX]max=n時，判斷矩陣具有完全一致性，反之，CI越大，判斷矩陣的一致性越差。

計算一致性比例：[KH*1]

CR=[SX（]CIRI[SX）]<010[JY]（4）[KH*1D]

其中，RI為平均隨機一致性指標(biāo)（表3）。一般當(dāng)CR<010時，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就要調(diào)整判斷矩陣。

第二步，計算層次總排序。若上一層次所有元素A1，A2，…，Am的總排序權(quán)重值為a1，a2，…，am；與Aj對應(yīng)的本層次元素B1，B2，…，Bn的層次單排序結(jié)果為[bj1，bj2，…，bjn]T（若Bi與Aj無聯(lián)系時，bji=0）；那么，B層次的總排序為表4。

3云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)AHP模型

31建立層次結(jié)構(gòu)[BT）]

根據(jù)云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，按照總目標(biāo)、系統(tǒng)層、功能層、制約因素4個層次列出決策因子（表5）。根據(jù)表5所述各個決策因素之間的相互關(guān)系（表1），建立如圖1、2所示層次結(jié)構(gòu)模型。

32構(gòu)造判斷矩陣

筆者選取多次參加云南地震現(xiàn)場的相關(guān)專家和專門從事地震現(xiàn)場通信的技術(shù)人員，發(fā)放了15份調(diào)查問卷，其中專家問卷4份，一般技術(shù)人員問卷11份，對系統(tǒng)本身、系統(tǒng)功能和制約因素進行問卷調(diào)查，對應(yīng)功能層次結(jié)構(gòu)圖（圖1）和制約因素層次結(jié)構(gòu)圖（圖2），構(gòu)造了基于云南地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)的3組共33個判斷矩陣。

33模型計算

（1）計算5個系統(tǒng)X1，X2，…，X5的相對權(quán)重，系統(tǒng)層數(shù)為1，因此計算出的相對權(quán)重既是層次單排序，也是層次總排序（表6），他們表示各系統(tǒng)對實現(xiàn)總目標(biāo)的重要程度。

（2）計算每個功能G1，G2，…，G22對每個系統(tǒng)的相對權(quán)重（層次單排序），并用系統(tǒng)X1，X2，…，X5的權(quán)重對功能的相應(yīng)權(quán)重加權(quán)后相加，計算功能層的組合權(quán)重（表7），它們表示各功能對實現(xiàn)總目標(biāo)的重要程度。

（3）計算每個制約因素Z1，Z2，…，Z11對每個系統(tǒng)的相對權(quán)重（層次單排序），并用系統(tǒng)X1，X2，…，X5的權(quán)重對制約因素的相應(yīng)權(quán)重加權(quán)后相加，計算制約因素層的組合權(quán)重（表8），它們表示各制約因素對實現(xiàn)總目標(biāo)的制約程度。

4計算結(jié)果與實例分析

41計算結(jié)果分析

411Ⅰ級響應(yīng)結(jié)果分析[BT）]

當(dāng)啟動Ⅰ級響應(yīng)時，系統(tǒng)的權(quán)重排序為X5>X2>X4>X3>X1（表6），此時的地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮無人機地震災(zāi)情獲取系統(tǒng)和現(xiàn)場工作隊通信指揮系統(tǒng)，其次考慮現(xiàn)場指揮所系統(tǒng)和前方移動指揮平臺。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權(quán)重位于前5位的是G5、G12、G22、G2、G1（表7），此時可優(yōu)先考慮衛(wèi)星語音通話、地震災(zāi)情數(shù)據(jù)采集傳輸、無人機地震災(zāi)情圖像拼接和災(zāi)害識別、數(shù)據(jù)/網(wǎng)絡(luò)、音視頻會議方面的功能保障。功能層次權(quán)重位于6～10位的是G3、G20/G21、G9、G13、G6（表7），其次考慮地震現(xiàn)場辦公、無人機地面目標(biāo)探查跟蹤和定位、無人機地面信息航拍采集、地震現(xiàn)場照明、地震科普宣傳、臨時現(xiàn)場指揮所方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅰ級應(yīng)急響應(yīng)對應(yīng)的震級較高，災(zāi)情嚴重，地震災(zāi)區(qū)滑坡分布普遍，道路中斷的概率很大，通信癱瘓的可能性也很大。根據(jù)AHP決策分析的結(jié)果，權(quán)重排序位于前5位的制約因素是Z3、Z2、Z5、Z11、Z9（表8），此時應(yīng)充分考慮大型車輛難于進入道路較差的災(zāi)區(qū)、車體較重不平衡、互聯(lián)網(wǎng)癱瘓不能為通信系統(tǒng)提供互聯(lián)網(wǎng)通信、工作場地環(huán)境限制等因素對現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的制約。

[BT3]412Ⅱ級響應(yīng)結(jié)果分析

當(dāng)啟動Ⅱ級響應(yīng)時，系統(tǒng)的權(quán)重排序為X2>X5>X3>X4>X1（表6），此時的地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮現(xiàn)場工作隊通信指揮系統(tǒng)和無人機地震災(zāi)情獲取系統(tǒng)，其次考慮前方移動指揮平臺和現(xiàn)場指揮所系統(tǒng)。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權(quán)重位于前5位的是G1、G22、G2、G5、G12（表7），此時可優(yōu)先考慮音視頻會議、無人機地震災(zāi)情圖像拼接和災(zāi)害識別、數(shù)據(jù)/網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星語音通話、地震災(zāi)情數(shù)據(jù)采集傳輸方面的功能保障。功能層次權(quán)重位于6～10位的是G20/G21、G3、G7、G8、G6（表7），其次考慮無人機地面目標(biāo)探查跟蹤和定位、無人機地面信息航拍采集、地震現(xiàn)場辦公、地震現(xiàn)場通信保障、現(xiàn)場指揮協(xié)同調(diào)度、臨時現(xiàn)場指揮所方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅱ級應(yīng)急響應(yīng)對應(yīng)的震級高、災(zāi)情重，地震災(zāi)區(qū)有一定滑坡分布，道路可能中斷，極震區(qū)通信可能癱瘓。根據(jù)AHP決策分析的結(jié)果，權(quán)重排序位于前5位的制約因素是Z3、Z2、Z5、Z9、Z4（表8），此時應(yīng)充分考慮大型車輛難于進入道路較差的災(zāi)區(qū)、車體較重不平衡、互聯(lián)網(wǎng)癱瘓不能為通信系統(tǒng)提供互聯(lián)網(wǎng)通信、無人機空域申請困難、衛(wèi)星天線直徑小等因素對現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的制約。

[BT3]413Ⅲ級響應(yīng)結(jié)果分析

當(dāng)啟動Ⅲ級響應(yīng)時，系統(tǒng)的權(quán)重排序為X1>X4>X2>X3/X5（表6），此時的地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮現(xiàn)場應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)、現(xiàn)場指揮所和現(xiàn)場工作隊通信指揮系統(tǒng)。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權(quán)重位于前5位的是G1、G5、G2、G7、G12（表7），此時可優(yōu)先考慮音視頻會議、衛(wèi)星語音通話、數(shù)據(jù)/網(wǎng)絡(luò)、地震現(xiàn)場通信保障、地震災(zāi)情數(shù)據(jù)采集傳輸方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅲ級應(yīng)急響應(yīng)對應(yīng)的震級低，災(zāi)情不太重，地震災(zāi)區(qū)滑坡可能性也較小。此時主要考慮系統(tǒng)設(shè)備自身的狀況和山區(qū)道路對通信車通行的影響。

42實例分析

筆者選取了2011年以后具有代表性的云南3次不同應(yīng)急響應(yīng)級別的地震應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)保障實例進行對比，分別是2014年“8·03”魯?shù)?5級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20142014年8月3日云南魯?shù)?5級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估報告（云南災(zāi)區(qū)）[ZW）]、2014年“10·07”景谷66級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20152014年10月7日云南景谷66級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估報告[ZW）]、2015年“3·01”滄源55級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20152015年3月1日云南滄源55級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟損失評估報告（中國災(zāi)區(qū)）[ZW）]，對比情[FL）]

[KH-2][KH*1D][JZ]表9計算結(jié)果與實例對比表

[JZ]Tab9Comparison of the calculated results with the real cases

[BG（！][BHDFG5*2，WK5，WK3。2，WK5*2，WKW]

地震名稱最高烈度響應(yīng)級別極震區(qū)通信狀況[ZB（][BHDWG2，WK12，WK21，WKW]系統(tǒng)出隊對比[XXZXX*4-YXX*4]功能保障對比[XXZXX*4-YXX*4]制約因素對比[XXZXX*4-YXX*4][BHG，WK5，WK7，WK10，WK11，WK5*4，WKW]實際出隊系統(tǒng)計算結(jié)果（權(quán)重排序）實際功能保障計算結(jié)果（權(quán)重排序）災(zāi)區(qū)制約因素計算結(jié)果（權(quán)重排序）[ZB）W]

[BHDG6*2，WK5，WK3。2，WK5*2，WK5，WK7ZQ*3/4，WK10ZQ*3/4，WK11ZQ*3/4，WK5*4ZQ*3/4，WKZQ*3/4W]

魯?shù)?5級地震ⅨⅠ全面中斷X2X4X5X5>X2>X4>X3>X1G1、G2、G3、G5、[JP2]G6、G7、G12、G13、[JP]G21、G22G5>G12>G22>G2>G1>G3>G20/G21>G9>G13>G6>…Z3、Z2、Z5、Z7、Z11Z3>Z2>Z5>Z11>Z9>…[BHDW]

景谷66級地震ⅧⅡ部分中斷X2X4X5X2>X5>X3>X4>X1G1、G2、G3、G7、G12、G13、G21G1>G22>G2>G5>G12>G20/G21>G3>G7>G8>G6>…Z4、Z5、Z9Z3>Z2>Z5>Z9>Z4>…[BHG4*2]

滄源55級地震ⅦⅢ局部中斷X2X4X1>X4>X2>X3/X5G1、G2、G3、G7、G12G1>G5>G2>G7>G12>…Z4、Z7Z3>Z2>Z1>…[BG）F]

[KG（0.15mm]況見表9。從對比結(jié)果看，Ⅰ級和Ⅱ級響應(yīng)的吻合性較好，云南地震現(xiàn)場應(yīng)急通信技術(shù)系統(tǒng)的裝備屬于重型裝備，設(shè)計時基于大震應(yīng)急考慮而設(shè)計，因而在發(fā)生大地震時，系統(tǒng)的適用性會比較明顯。Ⅲ級響應(yīng)的吻合性稍差，原因是Ⅲ級響應(yīng)一般針對較小破壞性地震而啟動，災(zāi)區(qū)受災(zāi)情況相對較輕，通過災(zāi)區(qū)當(dāng)?shù)鼐鼙Ｕ限k公功能（G3），構(gòu)造判斷矩陣時考慮該功能權(quán)重小一些，滄源地震應(yīng)急中出現(xiàn)該功能的保障屬于現(xiàn)場指揮所系統(tǒng)（X4）本身具備的功能，因而模型計算結(jié)果更具有普偏性。Ⅲ級響應(yīng)下，通常會考慮設(shè)備老化（Z1）、車體較重不平衡（Z2）、車體較大難于進入道路較差的災(zāi)區(qū)（Z3）等一些系統(tǒng)設(shè)備自身存在的制約因素，考慮地震造成災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的影響制約因素的權(quán)重會小一些。而對比實例中出現(xiàn)了動中通天線直徑小功率低（Z4）、數(shù)據(jù)流量較大網(wǎng)絡(luò)要求高（Z7）應(yīng)屬特例，主要原因是滄源位于中緬交界少數(shù)民族聚居區(qū)，衛(wèi)星信號值弱[ZW（DYB，7][KG*3]美國波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司2003亞洲4號衛(wèi)星ku波段FSS頻段中國波束EIRP覆蓋圖[ZW）]，互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)滯后。由表中的對比情況和上述分析可得，模型計算結(jié)果與實例對比具有一定的吻合性。[KG）]

5結(jié)語

地震應(yīng)急指揮決策中，現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)的指揮調(diào)度是一個復(fù)雜的管理問題，筆者基于AHP方法對地震現(xiàn)場通信技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)模式進行分析，把系統(tǒng)的各種構(gòu)成要素分模塊分層次區(qū)別開來，賦予一定的權(quán)重后排序，在系統(tǒng)指揮調(diào)度時可避免響應(yīng)過度和響應(yīng)不足，使得地震應(yīng)急響應(yīng)更加合理。地震現(xiàn)場受災(zāi)情況復(fù)雜，不同地震現(xiàn)場對通信系統(tǒng)功能的保障需求也不同，在充分估計地震災(zāi)情的前提下可根據(jù)該模型計算的功能權(quán)重排序考慮功能配置，使地震現(xiàn)場通信功能的保障更加全面。地震應(yīng)急響應(yīng)時要考慮系統(tǒng)本身狀況、災(zāi)區(qū)自然環(huán)境、受災(zāi)情況等因素的協(xié)調(diào)性，盡量避免通信系統(tǒng)受到制約不能充分發(fā)揮保障功能的情形。本文為復(fù)雜的問題提供了一種分層次的權(quán)重決策分析方法，計算結(jié)果為多樣本計算結(jié)果，具有普遍性，但在地震應(yīng)急響應(yīng)中，一些特殊地震要考慮不同的現(xiàn)場通信保障需求，決策者在普遍性和特殊性之間還需做一些調(diào)整。另外，該模型的結(jié)果主要適用于云南地區(qū)，對于特大型城市、平原地區(qū)、經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的地震應(yīng)急通信響應(yīng)模式還需考慮不同的影響因素。[HJ1.95mm]

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