基于证据推理方法的突发事件应急管理系统评估模型

单虎 丁帅

摘要：在突发事件的应急管理过程中，应急管理系统效果评估是一个极为重要的组成部分，是进一步完善应急管理预案和优化应急管理体制的核心基础，同时也是突发事件应急管理发展进程中最为关键的一项支撑理论。考虑到客观存在的数据多量纲问题，基于不确定多属性评价理论，运用证据推理方法建立了一种新颖的突发事件应急管理系统评估模型。

关键词：突发事件 应急管理系统 多属性评估 证据推理方法

1 概述

经过近三十年的发展，世界各国面向突发事件的应急管理体制建设已经进入了一个新的发展阶段，多级多区域多部门的联动救援机制逐步完善，有效可执行的应急管理预案也在不断制定。不同类型突发事件发生的诱因、导致社会危机状态的影响程度和波及范围、对社会产生危害的严重程度逐渐明晰，给新形势下的突发事件危机处理和应急救援提供了切实保障。此外，相同类型突发事件的政府应急管理措施和危机救援手段不尽相同，不同的应急管理决策方法、救援工具、危机管理调度过程、涉众群体都可能产生差异较大的应急管理系统效果。因此，有必要系统地研究现阶段我国突发事件的应急管理评估指标、指标系统及相应的评估模型，从而为未来研究开发更为先进、合理的应急管理平台提供指导。

应急管理系统效果评估不是对人身伤亡救援、受损建筑物危机处置、舆论影响控制等检测结果的简单集结，而是需要结合决策者和现阶段社会发展的实际危机处理需求，基于合理的证据或经验对突发事件应急管理的所有关联属性是否达到预期水平的综合评价体系。为此，本文将综合分析影响突发事件应急管理效率和成功率的救援能力、决策方案、调度能力、技术手段等因素，并从政府决策者、普通公众、公益群体、外部势力等多个视角，建立突发事件应急管理系统效果的评估指标系统，进而借鉴多属性决策理论中的不确定性评估方法，研究基于证据推理的应急管理系统效果评估模型。

2 应急管理系统的评价指标体系

大量突发事件的应急管理实践表明，应急管理信息系统的运作效率和执行能力会对政府决策者实施危机处置和救援工作具有较大的影响。若应急系统运作不畅、内含的应急决策模块薄弱，会极大降低突发事件的处置效率，影响灾难控制和救援的时效性和准确性；若提升应急系统的应急救援和危机处理能力，不仅能缓解政府决策者在紧急情况下的工作负担，增强应急管理反应能力，同时还能很好的降低应急管理代价，优化多级多区域多部门救援力量的任务协调。因此，在开发和部署面向突发事件的应急管理信息系统时，有必要从突发事件应急管理、专业技术、长期性兼容性、投入产出、可复用性等方面综合考察应急管理系统的整体性能，为政府制定应急管理系统实施决策提供依据。

目前，突发事件应急管理系统效果评估研究已经形成了不少模型和方法，多种评价体系被付诸于实际应用，例如：基于联邦实体架构FEA模型的评价体系[1]、城市公共安全应急管理信息系统评估框架EPEF的评价体系[2]、信息系统绩效评价COBIT体系[3]等。我国社会已经进入经济、社会、环境结构急剧变革的转型关键期，大量经济、社会、环境矛盾交织在一起，突发事件频发，已经直接威胁到我国社会的和谐稳定和经济的平稳增长。在公共应急管理信息系统评价研究方面，西南交通大学的喇娟娟[4]等深刻分析了我国政府在突发事件危机管理中存在的权责不明、本末倒置、方式欠妥等问题，并有针对性地构建了一个适用于我国国情的应急管理系统评价指标体系。

考虑到信息系统技术发展的先进性，运用可信软件的基本理念，将该体系中在二级指标安全性、系统柔性、可靠性进行有机整合，提出设计应急管理系统的可信性，并使用安全性、可扩展性、平均失效时间、系统响应时间、故障恢复时间和兼容性对其进行综合评价。与管理信息系统可信性相关的定量度量技术已经得到国内外学者的广泛研究，多种基于概率预测模型或参数估计模型被提出。依据指标评价数据获取方式的不同，还可将所有的三级指标分为定量度量和定性评价两大类。在证据推理方法体系中[5]，基于效用或规则的定性定量数据一致转换技术已经非常成熟，可以被应用于将定量度量数据与定性评价信息在统一的识别框架下进行相容建模，进而遵循效用一致性原理或规则一致性原理统一转换为统一识别框架下的信度分配函数：m={（Hn，βn），（Ω，βΩ，），n=1，…，N}。过程较为简单，这里不再赘述。

3 基于ER方法的应急管理系统评估模型

证据推理（evidential reasoning，ER）是一种不确定性问题的有效方法，它利用人们对客观世界的认识以及人们掌握的知识和相关专业经验，对不确定性事件给出不确定度量[5]。优于传统的证据理论、模糊理论方法，ER方法在不确定证据的度量方面更为灵活，推理机制更加方便、简洁，在信度分配上将未知分为原始固有的未知和由权重引起的未知，其设计考虑更接近于人类专家的思维习惯。由于具有较好的不确定处理特性，ER方法以及被广泛应用于解决软件系统选择、设计方案评价、系统失效预测以及软件可信性评估等多个实际问题。此外，证据推理的研究者们已经给出了许多面向不确定性证据融合的求解算法，如：解析合成算法、递归合成算法等，这些先进算法已经被证明是一类较为有效的不确定证据合成方法，可以在统一识别框架内将定性定量指标上的主观评价和客观数据进行归一化集结。

假设E是某待评估的突发事件应急管理系统，应急管理系统评价指标体系可以被形式化地描述为：IS={root， ear，nar，i}，root表示该系统的综合性能，ear表示该系统的二级指标，nai表示可以直接被采集原始数据的定性或定量叶子指标。

基于多层级的评价指标体系，需要对各指标层级上的应急管理系统评估证据进行融合，以获得对应上一层指标的不确定性综合评价。ER方法中的证据融合过程是在获得统一识别框架下的多源不确定证据后，首先将不确定证据与其对应的相对权重进行集成，得到基本概率mass函数（basic probability mass）。

令Ω={H1，…，HN}为统一识别框架，mr，i={（Hn，βn，r，i），（Ω，βΩr，i），n=1，…，N}是关于应急系统评价指标nai在识别框架Ω上的一组处理后数据，wr，i（i=1，…，I）为应急系统评估证据mr，i（i=1，…，I）的相对权重，并满足Σiwr，i=1。mr，i（i=1，…，I）的基本概率mass函数可以通过下式构建：

mn，r，i=wr，iβn，r，i， r=1，…5， i=1，…，I， n=1，…，N，

■Ω，r，i=1-wr，j， r=1，…5， i=1，…，I，

mΩ，r，i=wr，j（1-■βn，r，i）， r=1，…，5， i=1，…，I，

其中，mr，i的基本概率mass函数分配到未知上的信度被划分为表示由相对权重引起的未知程度■Ω，r，i和由原始信息中的不完整引起的未知程度mΩ，r，i。

以现有的ER解析合成算法为基础，结合突发事件应急管理系统评估的指标体系特征，提出一种基于ER方法的应急管理系统评估推理算法。该算法将突发事件应急管理系统评估问题进行逐层划分，形成规模较小且可直接操作的系统评价问题；在获得经相对权重调整的基本概率mass函数后，结合评估指标系统的三级层次性，逐级开展基于ER合成算法的证据合成并向上推理；将中间和root层级指标上的不确定性评价反馈给用户，最后结合效用函数量化所有的指标不确定评价。

算法1 基于ER方法的应急管理系统评估推理算法：

①令Ω= {H1，…，HN}为统一识别框架，识别框架中各等级的效用为{u（Hn），n=1，…，N}，评估指标系统IS={root，ear，nar，i}，其中：r=1，…，5，中间级指标上相对权重为wr（r=1，…，5），底层叶子指标上的相对权重为wr，i（i=1，…，I；r=1，…，5）；

②在指标层级L1上，使用底层定性或定量叶子指标上的处理后数据mr，i={（Hn，βn，r，i），（Ω，βΩ，r，i），n=1，…，N}和对应的相对权重wr，i（i=1，…，I；r=1，…，5）进行集成，得到应急管理系统叶子指标上的基本概率mass函数{mn，r，i，■Ω，r，i，mΩ，r，i}；

③对层级L1叶子指标上的不确定证据使用ER解析合成算法进行合成，求得中间层级L2上指标的信度分配函数mr={（Hn，βn，r），（Ω，βΩ，r），n=1，…，N，r=1，…，5}，再结合中间层级L2上的相对权重wr（r=1，…，5），求得调整后可信证据{mn，r，■Ω，r，mΩ，r}；

④对层级L3中间指标上的不确定证据进行合成，求得根层级L3上root的信度分配函数m={（Hn，βn），（Ω，βΩ），n=1，…，N}；

⑤对确定证据进行效用量化评价。依据识别框架中各等级的效用为{u（Hn），n=1，…，N}，使用下面的公式估算该应急管理系统所有指标上评价值V={v■，{v■}■■，{v■}■■}。

v■=■β■（H■）+■（1）

v■=■β■u（H■）+■，r=1，…，5，（2）

v■=■β■u（H■）+■，r=1，…，5， i=1，…，I（3）

算法中提及的ER解析合成算法已经在多篇文献中被提及和验证，具体参见文献[5]。基于ER方法的应急管理系统评估推理算法最终是以各级指标上的信度分配函数和量值两种方式给出了群体性突发公共事件应急管理系统的性能评估结果。该算法以应急管理系统评价指标体系的形式化描述为IS={root，ear，nar，i}为基础，由此开发的应急管理系统评估推理算法可广泛适用于评估过程独立、应急管理需求确定的群体性突发公共事件应急管理系统的评估过程中。

4 结论

突发事件的应急管理离不开应急管理系统的有效支持，其运行效率和执行能力将会对直接关系到政府决策者在发生突发事件时的危机处置和救援能力，对于降低突发事件的应急管理代价，优化多级多区域多部门应急力量间的任务协调也具有至关重要的意义。因此，本文通过分析已有的应急管理系统效能评价的主流评估体系，研究了考虑定性定量指标混合、不确定的应急管理系统评估问题，建立了基于ER方法的应急管理系统效果评估模型，并设计了相关的应急管理系统评估推理算法。相信该模型的提出对于提升政府职能部门的应急反应能力、增强突发事件应急管理的科学性与准确性具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]胡克瑾.IT审计[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]顾林生.日本大城市防灾应急管理体系及其政府能力建设[J].城市减灾，2004，06：4-9.

[3]COBIT：Framework for IT governance and control.2012， http：//www.isaca.org/Knowledge-Center/COBIT/Pages/Overview.aspx.

[4]喇娟娟，蒋葛夫.城市公共安全应急管理信息系统评价模型 [J].统计与决策，2009，4：216-217.

[5]Yang J.B.Rule and utility based evidential reasoning approach for multiattribute decision analysis under uncertainties[J].European Journal of Operational Research，2001，131：31-61.

基金项目：国家自然科学基金项目（71201042）。

作者简介：单虎（1971-），男，安徽合肥人，博士研究生，研究方向：应急管理、决策支持系统。

丁帅（1984-），男，安徽合肥人，博士/硕士生导师，研究生方向：应急管理、决策支持系统。