基于BP-DEMATEL-SW的河北省应急管理关键影响因素研究

王景春， 武 琼, 陈佩寒

(1.石家庄铁道大学 土木工程学院，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学 四方学院，河北 石家庄 050016)

河北省地处京畿，与京津地域相邻、经济相融，在经济建设取得一系列成果的同时危险与隐患日益突出，一些突发事件时有发生。目前河北省的应急管理工作取得了一定的成果，但仍面临着隐患增多、风险凸显、矛盾突出等诸多挑战。且随着地区间更加密切的协同与互动，导致突发事件呈现出群发性、整体联动性和综合性的新特征，使政府的应急管理工作面临更高的要求和挑战。在应急管理过程中会受到多种因素的影响，而其中关键因素对应急管理工作来说至关重要，在紧急情况下，如果决策者能快速识别影响应急管理的关键因素，有针对性采取应对措施，就可以尽可能地减少伤亡，降低损失。本文以河北省为例，分析影响河北省应急管理的关键因素，对于提升河北省应急管理能力具有重要意义。

目前，众多学者已对应急管理展开了研究，王景春等[1]剖析了京津冀应急救援机制，提出了企业自救、政府施救和京津冀联合援救“三道屏障”，构建了“三层次”京津冀安全生产应急管理体系。王薇等[2]采用WSR方法构建了政府应急管理能力评价指标体系，利用BP神经网络对政府应急管理能力进行综合评价。扈衷权等[3]基于期权采购建立了政企联合储备应急物资模型，解决了政府单独储备模式面临的困境。郭路生等[4]对应急信息资源进行了总体规划，基于顶层设计企业架构理论构建了应急信息资源目录体系，实现了对应急信息资源的有效整合。平健[5]基于Netlogo平台建立了政府应急组织合作关系模型，对应急管理组织的微观合作关系进行了仿真，以期提高应急组织的协同应对能力。王喜芳等[6]对应急管理的预防与预警展开研究，提出新型应急预案体系是以风险防控预警为首要导向，与传统体系以应急处置为导向有本质区别。Nagarajan等[7]提出了一种基于单步、非合作、范式博弈模型的多突发事件应急管理系统，并基于纳什均衡建立了优化方法，可作为决策支持工具以及学习和应急培训的模拟器。Raffaele Giordano等[8]基于问题构造和社会网络分析的集成方法，研究了应急机构间有效协调的问题，指出有效的合作要从信息管理向交互管理转变。Jackson等[9]对应急响应能力进行了研究，建立了应急响应能力指标体系，利用可靠性对应急响应系统展开研究。此外，众多学者对应急协作中的信息共享问题[10]、政府应急管理协同机制[11]、府际合作应急联动机制[12]等问题也展开了研究。综上，国内外学者对应急预案体系、应急管理机制、应急管理责任归属、应急协调、应急信息等内容进行了大量的研究，但是针对影响应急管理系统的关键因素还尚未展开深入研究。

决策试验与评价实验室法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)已被用于企业创新能力评价、绿色产品评价等[13-14]多个领域，但在应急管理领域中还未得到应用。本文运用DEMATEL法对指标间的相互影响关系进行定量研究，通过BP神经网络对传统DEMATEL进行改进，同时结合摆幅置权法(Swing Weighting,SW)对指标进行赋权，计算指标综合重要度，识别应急管理关键影响因素，以期为应急管理能力的提升提供参考。

一、河北省应急管理关键影响因素分析模型的构建

(一)DEMATEL基本理论

DEMATEL是基于图论和矩阵工具构建的分析结构模型，是通过调查问卷的形式向专家采集经验，通过专家的经验和知识来分析复杂系统各因素间的因果关系并辨析关键要素的方法。DEMATEL以图论理论为基础，以构造图的矩阵演算为中心，对影响因素间的逻辑关系进行分析并列出直接影响矩阵，通过中心度和原因度两个核心指标的计算，不仅能够对系统因素的相对重要性进行排序，而且也能揭示出系统因素之间的因果关系，为降低问题的复杂性、抓住事物的主要矛盾以及表达内在的因果关系提供了一种新的思路[15]。

中心度表示指标的重要性程度，中心度越大表明该指标在指标体系中的重要程度越大，起的作用越大，原因度表示指标与其他指标间的关系，当原因度大于零时表示该指标对其他指标影响较大，当原因度小于零时表明该指标受其他指标的影响大[16]。

(二)改进DEMATEL方法

由于传统的DEMATEL算法需要专家对每个影响因素间的相互影响关系进行打分，这种直接关联矩阵的获得主观性过强，此外，在用中心度和原因度确定关键因素时存在一定的局限性，使得关键因素的确定存在一定的偏差，为了降低误差和避免传统DEMATEL受主观因素影响较大的缺点，构建了BP-DEMATEL-SW方法。

BP-DEMATEL-SW方法是通过将BP神经网络[17]引入到传统DEMATEL中，利用BP神经网络自学习功能，通过目标输出值和输入值求取权值矩阵，并用其衡量各个指标对目标输出的影响程度，从而得到关联矩阵，因此，只需要评估各个影响因素对于整体的影响，而无需主观判断各个影响因素之间的关系。将SW[18]引入到DEMATEL中，利用SW对原因度和中心度赋权，可使选择定量化，并可将所有的关键因素排序，使关键因素的确定更加科学合理。BP-DEMATEL-SW方法提升了传统DEMATEL方法与拟解决复杂系统问题之间的契合程度，提高了计算精度使结果更加科学，具体模型结构见图1。

(三)BP-DEMATEL-SW法的具体流程

(3)计算整体权值矩阵ω。

(1)

(4)计算各影响因素的直接关联矩阵B。

(2)

(5)归一化直接关联矩阵。

(3)

(6)计算综合影响矩阵T。

T=X(I-X)-1

(4)

式中，I为单位矩阵，(I-X)-1为I-X的逆矩阵。

(7)计算影响度fi、被影响度ei。

(5)

(6)

式中，影响度fi是矩阵T的各行之和，表示因素i对其他因素的综合影响值，被影响度ei是矩阵T的各列之和，表示其他因素对因素i的综合影响值。

(8)计算中心度Mi、原因度Ri。

Mi=fi+ei，(i=1，2，…，n)

(7)

Ri=fi-ei，(i=1，2，…，n)

(8)

式中，中心度是指标i的重要性程度，中心度越大表明第i个指标在该指标体系中的重要程度越大，起的作用也越大，原因度是指标i与其他指标的关系，当原因度大于零时表示第i个指标对其他指标影响较大，指标i为原因因素，当原因度小于零时表明该指标受其他指标的影响大，指标i为结果因素[16]。

(9)基于SW的中心度和原因度赋权。找出中心度和原因度的最大值和最小值，中心度的最大值和最小值分别记为xz1=maxMi，xzs=minMi，i=1，2，…，n；原因度的最大值和最小值分别记为xy1=maxRi，xys=minRi，i=1，2，…，n，从而得到两种虚拟方案：最优方案(xz1，xy1)和最差方案(xzs，xys) 。从最差方案的两个指标中挑选一个最想要改进的，并将其优化为最优方案中的相应指标，并将这一价值偏好赋予100的初步权重，然后对最差方案中的另一指标也做类似的优化，并将其赋予(0，100)的权重值[19]。最后将权重进行归一化处理，即可给中心度和原因度赋予最终的权重Ez和Ey。

(10)计算综合重要度ρi。

ρi=EzMi+EyRi， (i=1，2，…，n)

(9)

式中，Ez和Ey分别为各影响因素的中心度Mi和原因度Ri的摆幅置权权重。

(11)确定应急管理关键影响因素。找出综合重要度值大于零的所有影响因素，并按照数值大小进行排序，根据二八定律，20%的因素起着关键的影响作用，将综合影响度排名前20%的因素确定为关键因素。

二、河北省应急管理关键影响因素分析

(一)指标体系的建立

应急管理指标体系是描述和确定应急管理具体内容和重点方向的可度量参数的集合。为全面识别应急管理影响因素，针对河北省应急管理存在的问题，结合以往学者对应急管理影响因素的有关研究[20-21]，建立了由21个影响因素指标和3个输出指标构成的河北省应急管理影响因素指标体系，详见表1。

表1 河北省应急管理影响因素指标体系

(二)分析过程

图2 误差曲线图

本文取多次训练的最高精度作为最优解，得到权值矩阵后求出各影响因素的整体权值向量为ω=[1.548 0.964 1.252 1.035 1.437 0.851 1.726 1.368 1.045 0.994 1.098 1.238 1.270 1.061 1.015 0.835 1.011 1.207 0.963 1.103 1.204 ]，按式(2)到式(9)依次求解，求出河北省应急管理各影响因素的中心度Mi、原因度Ri以及综合重要度ρ，结果见表2。

表2 应急管理影响因素中心度、原因度和综合重要度

依据表2的计算结果，绘制河北省各影响指标的因果关系图和综合重要度图，如图3和图4所示。

参考表2的计算结果，将河北省各影响因素按综合重要度排序，得出河北省应急管理的关键影响因素，结果见表3。

图3 河北省应急管理影响因素因果关系图

图4 河北省应急管理影响因素综合重要度

表3 河北省应急管理的关键影响因素

(三)研究结果分析

将中心度排序后发现影响河北省应急管理的主要因素为：协同与联动效率、医疗物资准备情况、人员疏散情况、决策与指挥准确率、预警和监控设备、应急资金投入。此外，由图3可以看出，在21个二级指标中，原因类影响因素有14个，其余7个为结果类因素。原因类因素相对稳定，其要素状态较难改善，而结果类因素反映了原因因素综合作用的结果，其要素状态随着原因因素状态的改善及结构的调整而发展变化。

从表3可以看出，河北省应急管理关键因素按重要度排序依次为：医疗卫生与抢险救助能力、应急资金投入、预警和监控设备、社会动员率。对于发展相对落后的地区，医疗与抢险能力的不足，预警和监控设备维修与更新不及时，人员安全和应急意识不足，归根到底是资金投入不够，应该加大对应急管理的资金投入，使人人懂安全，人人有应急观念。需要注意的是社会动员率对应急管理产生的影响，突发事件发生后，动员社会各界迅速参与到应急救援过程中，能提高应急管理效率，降低损失。除了前20%的关键因素需要重点关注外，我们应该意识到还有几个综合重要度较高的因素，如协调与沟通能力、专家储备、抢险救援和医疗物资准备速度，宣教力度和频率等对应急管理能力的提升也至关重要。通过对关键因素的分析可知，要想提高河北省应急管理水平，就要改善重救援轻预防的旧思想，加强医疗与抢险救援演练，提高安全和应急意识，加大应急资金投入，动员社会各界力量。只有做到应急预防和应急救援同时提高，才能使河北省应急管理得到实质性提升，保障经济稳定、健康、高速的发展。

三、结论

在传统DEMATEL方法的基础上，采用BP神经网络和SW对DEMATEL法进行改进，构建了应急管理关键影响因素分析模型。BP-DEMATEL-SW法提供了一种相对合理客观的无专家赋值分析方法，实现了对应急管理影响因素的定量分析，同时也丰富了影响因素研究的理论与方法。

通过对河北省应急管理问题的研究，建立了指标体系，并将BP-DEMATEL-SW模型应用在河北省应急管理关键因素分析中，得出影响河北省应急管理的关键因素为：医疗卫生与抢险救助能力、应急资金投入、预警和监控设备、社会动员率。

应急管理的关键因素主要集中在事前预防与事中处置两个阶段，这表明以前重抢险轻预防的思想要得到改善，对事发前的预防预警要足够重视，只有事前预防与事中处置同时得到提升，才能使河北省应急管理水平得到实质性提升。