基于层次分析法的城市交通系统抗灾风险分析.pdf

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1、第 2 7 卷第 1 期 2 0 1 0年 2 月 华东交通大学学报 J o u ma l o f E a s t C h i n a J i a o t o n g Un i v e r s i t y 、1 2 7 No 1 F e b 2 01 0 文章编号：1 0 0 5 0 5 2 3(2 0 1 0)0 1 0 O O 6 0 6 基于层次分析法 的城市交通 系统抗灾风 险分析 潘晓 东 ，隋永 芹 2 (1 同济大学 交通运输工程学院，上海 2 0 1 8 0 4；2 苏州科技学院 土木工程系，江苏 苏州 2 1 5 0 1 1)摘要：现代化城市中各种重大突发灾害事件时有发生。为

2、了提 高城市交通系统抗灾变风险能力，以层次分析法()为基 础，根据城市交通 系统功 能特点，分析 了当前城市交通 系统抗 灾变风 险 因素，从人 员因素、抗 灾救 灾设备设施、道路 交通 系 统和组织管理等方面，选定 1 4个因素作为其风险评价指标，构建了城市交通 系统抗灾变风险因素的层次分析模型，得出了 各评价指标 的合成权重；并按各项 因素指标 对总风险影响大小进行 了排 序，分析 了城 市交通 系统抗 灾变最为 关键 的 因素。分析结果表明：道路交通设施是影响城市交通系统灾变风险的首要因素，提 出注重道路交通建设是降低抗灾变风险的重要 举措。关键词：交通运输工程；风险分析；层次分析法；城

3、市交通系统；重大灾害事件 中图分类号：U 1 2 1 文献标识码：A 城市经济迅速发展和城市化进程加快的同时，很多城市面临的灾害形势却 日益严重，因自然 因素、人 为因素等造成的突发性重大灾害事件的发生不仅造成生命财产的巨大损失，而且还会影响社会稳定，甚至 危及 国家安全，对经济社会发展全局产生重大影响_】J，同时也对城市交通系统造成不同程度的破坏。而城 市交通系统贯穿于整个城市，是向灾区运送紧急救援人员与物资的重要设施，是灾区救援和急需修复的交 通生命线，交通阻断造成的救援延误会引起更为惨重的引发损失。因此，城市交通系统的抗灾变水平直接 关系到能否对各种突发性事件进行有效控制，使损失最小化，

4、避免灾难扩大，加强城市交通系统抗灾变风 险分析是形势发展变化的迫切需要，也是我国目前城市交通系统建设所面临的重要课题。A H P 层次分析法通过一定模式使决策思维过程规范化，具有分析思路清晰，能将复杂的思维过程系 统化、数学化和模型化的优点l 2 J。采用层次分析法对城市交通系统抗灾变风险进行研究，对影响城市交通 系统抗灾变因素进行定量分析，为城市交通系统降低灾变风险提供决策依据。1 城市交通系统抗灾变风险因素分析 城市交通抗灾变系统是包含各种交通土建工程、交通运载工具、救援避难设施以及与之相应的组织管 理等多学科、多专业、多风险因素于一体的复杂体系。其灾害风险形成的原 因是多方面的，文章从硬

5、件设 施和软件环境两大方面对风险因素进行分析研究，主要从人员、灾害救援设施设备、道路交通网络和组织 管理体系等方面建立风险评价分析指标。1 1 影响因素分析 I 1 1 硬件设施 重大突发性灾害对城市交通系统中道路、桥梁、救援避难设施等工程硬件设施破坏严重。如，2 0 0 8 年 罕见的特大低温雪凝灾害袭击 了我国中南部十多个省、市，波及 2 1 个省、市、区，持续低温雨雪冰冻极端天 气造成了道路结冰、道路堵塞等现象；在 2 0 0 8 年的汶川地震中，灾区随处可见的滑坡和崩塌、大规模的断 层错动以及强地面运动，对交通系统造成了毁灭性 的打击，严重阻碍 了震后救援 引。1 1 2 软件环境 相

6、对硬件设施 因素而言，软件环境包含的内容更为丰富。其 中与城市交通系统抗灾相关的灾害管 收稿 日期：2 0 0 9 0 9 0 8 作者简介：潘晓东(1 9 6 o一)，男，博士，教授，研究方向为道路交通安全与环境管理、交通工效学及应用技术、道路交通规 划设计。第 1 期 潘晓东，等：基于层次分析法的城市交通系统抗灾风险分析 7 理体制、技术立法、道路交通组织管理等构成了城市交通系统的抗灾变软件体系。有效的软件体系能够加 强公众的安全文化、法制教育，提高公众的防灾减灾意识；并通过普及防灾减灾的基本知识，使公众掌握各 种应急 自救方法，消除对灾害的恐惧感，提高个人 的灾 害应急能力，实现从灾后的

7、反应文化 向灾前预防文 化的转变。1 2 风险分析指标 1 2 1 人员因素 城市交通抗灾变系统中涉及的人员有救援决策人员、救援执行人员l 5 j 和受灾群众。救援决策人员和 救援执行人员通过有机组织和管理，形成 了救援组织管理 的主体，起 到救援主导的作用，而受灾群众则是 灾害事件 中的直接关系人，其灾害时的心理、生理行为直接影 响抗灾救灾效果，对抗灾救灾工作 的开展有 很大地影响。I 2 2 抗灾设施设备 城市交通系统中抗灾救灾设施主要由救援设施设备 和避难场所两部分组成。救援设施包括救援车辆 及装备、救援物资的接受与分配、消防和医疗救护等方面。另外，当城市发生重大突发事件时，应该能及时

8、将受灾居民疏散到用于民众躲避危险地区的应急避难所，这是城市应对重大突发事件、减小人员伤亡和财 产损失的重要措施之一l 6 J。1 2 3 道路交通 网络系统 城市道路交通系统是城市生命线系统的主动脉，是保障城市其他生命线的紧急修复和城市各项基本 功能正常运转的交通生命线，在生命线工程中处于“生命线中的生命线”地位。城市道路网络是 由道路桥 梁等交通基础设施组成，是应急救援的载体。城市一旦发生突发事件，道路交通 网络是人员疏散、救援人 员施救及物资运送的通道，是生死攸关 的生命线之一。而城市道路桥梁等基础设施 的好坏直接影响到救 援路网的通达性，反映道路交通供需情况的交通网络直接关系到救灾的效率

9、。诸多实例表明，很多大地震 中救援T作迟缓的一个主要原因就是交通系统 的瘫痪。因此，道路交通网络的抗灾性能好坏，对于保证救 灾救护和物资运输的高效性非常重要。1 2 4 组织 管理 城市是一个社会、经济、科技、文化等方面高度集中的综合性开放系统，管理是一个庞大的社会系统工 程，需要多部门多机构 以及多资源参与协作。城市交通抗灾组织管理系统包括组织机构和模式，法规、预 警机制、应急预案等环节，是影 响城市交通系统抗灾变的重要软件环境 因素。灾害发生 时，仅仅依靠其 中 某一个或儿个环 节来提高救援工作是不可行的，必须形成 比较科学的组织机构和管理体制，使整个城市交 通抗灾管理系统有机地运行起来。

10、2 城市 交通 系统抗 灾变风险分析 2 1 层次分析法基本原理与步骤 层次分析法(A H P)是由美 国运筹学教授 T L S a a t y提 出的一种系统分析方法I 7 J。它把一个复杂问题 中的各种因素通过划分互相联系的有序层次使之条理化，根据对一定客观现实的判断，就每一层次的相对 重要性给予定量表示，利用数学方法确定表示每一层次的全部元素的相对重要性次序的数值，并通过排序 结果分析和解决问题【8 一。层次分析法解决问题的基本思路：(1)把系统各因素之间的隶属关系由高到低排成若干层次，分析系统中各因素的关系，建立系统的递 阶层次结构；(2)根据判断，就每一层次的因素的相对重要度给予定量

11、表示；(3)利用数学方法确定每一层次全部因素的相对重要程度值；(4)通过排序问题进行分析和决策。华东交通大学学报 2 0 1 0拄 2 2 明确问题，建立层次结构模型 根据城市交通系统抗灾变影响 因素分析，提 出将 人员、抗灾救援设施设备、道路交通系统和组织管理系 统 4个因素作为准则层，将救灾决策人员、救灾执行人 员、受灾群众、救灾车辆、救援物资、消防医护设施、避 难设施、道路桥梁基础设施、道路网络结构、交通 网络 运营结构、政府组织机 构、抗灾救灾相关法律法规、预 警机制和应急预案等 1 4个冈素作为因素层，按 3层建 立递阶层次结构模型图，如图 1 所示。2 3 构造判断矩阵 从层次结构

12、 的方案开始，将隶属于 同一指标的各 指标之间的相对重要性进行 比较，形成判断矩 阵。一 般地，隶属于指标 A的指标=1，2，n)的判断矩 阵为 B=(6 )，i，：1，2，n (1)图1 城市交通系统抗灾风险评价层次结构图 表示在隶属于A的诸指标中，指标 i 与指标 相 比的重要程度，采用 S a a t y 提出的 1 9比率标度法(见表 1)。文章采用专家评价方法确定了各指标的重 要程度，目标层 A到准则层 及 C i 层的判断矩阵分别见表 26。表 1 判断矩阵标度及含义 表 2 A目层判断矩阵及指标权重计算 标度 含义 1 3 5 7 9 倒数 2，4，6，8 曰 和，同等重要 比B

13、 稍微重要 曰 比 B，明显重 要 B 比 曰 强烈重要 比 曰，极端重要=1 B (与上述说明相反)重要程度介于上述奇数之间 C l C2 1 1 2 l 4 2 l 1 3 0 5 5 8 0 3 2 0 0 1 2 2 一致性 一=3 0 1 8，C J=0 0 0 9，R l=0 5 2，C R=检验 0 0 1 8 0 1。通过一致性检验。表 5 B 3 层判断矩阵及指标权重计算 曰 3 C 9 C 1 0 权重 C8 Cl o 一致性 检验 l 1 2 1 2 0 5 0 o 0 2 5 0 0 2 5 0 A一=3 0 0，C1=0 0 0，RI：0 5 2，CR=0 0 0 0

14、 1。通过一致性检验。权重 日l 曰2 日3 d 1 5 1 3 1 3 l 9 1 3 l l 3 1 3 3 3 1 0 O 5 3 0 2 7 0 0 5 4l 0 1 3 7 一致性 =4 1 1 5，C f=0 0 3 8，R J=0 8 9，C R=检验 0 0 4 2 0 1，通过一 一 致性检验。C6 C 一致性 检验 1 1 2 1 3 1 5 一=4 2 3 5 0 48 3 1 2 3 0 27 l l 2 l 2 0 1 5 6 l 3 l 2 1 0 o8 8 0 1 4 5，CI：0 0 0 5，RI=0 8 9，C R=0 0 0 5 0 1。通过一致性 检验。C

15、l 1 C12 C1 3 C1 4 一致性 检验 l 2 l 5 1 5 O 0 9 3 1 2 1 l 7 1 7 0 0 5 5 5 7 1 l 0 4 2 5 5 7 1 1 0 4 2 5 =4 01 5，Cl=00 0 5，RI=0 8 9，CR=0 0 0 5 0 1。通过一致性检验。第 1 期 潘晓东，等：基于层次分析法的城市交通系统抗灾风险分析 9 2 4 权重计算及一致性(相容性)检验 针对 上述判断矩阵，按需要将本层所有元素排 出优劣顺序。采用科学实用的“方根法”计算被 比较元 素对于选定准则的相对权重，依据权重值进行单排序。以 AB 为例，对给定的判断矩阵，令 4 1 (

16、n )O g b i=上，i，=1，2，3，4 (2)(儿 )并 以 WB=(6 0 b 1，b 2，6 0 b 3，(U b 4)T=(0 0 5 3，0 2 7 0，0 5 4 1，0 1 3 7)(3)作为权重向量。为进行判断矩阵的一致性检验，计算一致性 比率 c c R=0 0 3 8 0 8 9=0 0 4 2 (4)当 C R 0 1 0时，认为具有满意的一致性。其中一致性指标：C l-=(4 1 1 5 4)3=0 0 3 8(5)式中：为判断矩阵的最大特征根；n为成对 比较 因子的 个数；R 为平均随机一致性指标(见表 7)。表 7 随机一致性指标 R 的取值 0 5 2 0

17、8 9 1 1 2 1 2 6 1 3 6 1 41 1 4 6 AB 层 的一致性检验结果见表 2。同理，计算 C 层次因素矩阵权重一致性检验指标，结果见表 36，其 c R 皆小于 0 1，每个判断矩 阵的一致性都满足要求。从表 2计算结果看，在城市交通系统抗灾变风险分析的各因素中，道路交通系统(0 5 4 1)是首要因素，其次是设施设备(0 2 7 0)和组织管理(0 1 3 7)，人员 因素(0 o 5 3)排在最后，应该注重道路交通系统的建设。2 5 合成权重计算及一致性检验 对同一层次中所有层次单排序的基础上，可以计算 出 C 层次对 A层次重要性 的合成权重值，进行总 层次总排序

18、。该过程是从最高层次到最低层次逐层进行，即利用层次单排序 的结果，综合对更上一层 的优 劣顺序。设 日 层次对 A层次的单排序值的权重 向量为，C i 层次 中的因素对 层次 中各元素的单排序权重向 量为 C：(0 )，i=1，2，m (6)则 c 层次中各元素对 A层次 的各因素合成权重排序为，W=WB C=(u 1，0 9 2，)其 中=i=1，2，1 4 (7)总排序随机一致性 比率检验、，1 c R=Q -Q Q ；Q ；呈 =0 0 0 35 8 0 9 6 0 5 8 0 9 6)(0 0 5 3 0 0 1 3 7)(8)T b 一(0 ，-2 7 o，0 5 4 l，当 C R

19、=0 0 0 3 0 1 时，总排序结果具有满意一致性。城市交通抗灾害系统影响因素合成权重及层次总排序计算结果如表 8 所示。1 0 华东交通大学学报 2 0 1 0拄 表 8 指标合成权重 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 c 9 C1 o Cl】C 1 2(7 1 3 C 1 4 Bl=0 0 5 3 0 5 5 8 0 3 2 0 0 1 2 2 B2=0 2 7 0 0 4 8 3 0 2 7 2 0 1 5 7 0 0 8 8 B3：0 5 1 7 0 5 0 0 0 2 5 0 0 2 5 0 B4=0 1 3 7 O o 9 3 0 0 5 6 0

20、4 2 6 O 4 2 6 合成权重0 0 3 0 0 0 1 7 0 0 0 6 0 1 3 0 0 0 7 3 0 0 4 2 0 0 2 4 0 2 7 0 0 1 3 5 0 1 3 5 0 0 1 3 0 0 0 8 0 0 5 8 0 0 5 8 注：，C 层因素名称见图 1。从表 8可以看出，1 4 个主要影响因素由大到小排序为：道路桥梁设施 C 8、道路网络 C 9、交通网络 C l 0、救灾车辆 C 4、救援物资 C 5、预警机制 C 3、应急预案 C。、消防医护设施 C 6、救灾决策人员 C-、避难设施 C 7、执行人员 C 2、组织结构 C 相关法规 C 2、受灾群众 C

21、 3。该排序基本上反映出城市交通系统抗灾害风 险各因素的重要程度。上述分析说明，若要增加城市交通系统抗灾，要想减少事故发生的概率，首先要注重道路交通网络的 建设，特别是保证道路桥梁基础设施建设，保障通达的交通要道，注重救灾设施的建设。3 结语 重大突发性灾害事件对城市破坏性较大，灾害下城市交通系统是城市抗灾救援的重要载体。文章利 用层次分析方法对城市交通系统抗灾变风险进行 了分析，具有一定的实用价值。然而层次分析方法的关 键是因素分析以及专家判断的可靠性，并且 A H P方法本身也具有一定的局限性，评价指标体系以及判断 矩阵也还有待进一步完善。其评价结论 的可信度受到一定影响。在实际运用 中，

22、城市交通系统是一项复 杂的系统工程，要想更好地评价影响因素，不应局限于某种特定的方法，应该采用加速遗传算法、神经网络 算法等与 A H P模型结合的多种方法，提高计算精度，以得到更加合理准确的评价。参考文献：1 李志伟 基于 A H P法与 R P 神经网络的应急物流风险评估与预测模型 J 物流技术，2 0 0 8，2 7(9)：7 5 7 7 2 宋洪涛，张力，王 以群，廉 士乾 用层次分析法分析核 电站 中影 响人误 的组 织 因素 J 中国安全科学学 报，2 0 0 7，1 7(5)：3 2 3 6 3 刘爱文，夏珊，徐超 汶川地震交通系统震害及震后抢修 J 震灾防御技术，2 0 0 8

23、，3(3)：2 4 3 2 5 0 4 尤建新，陈桂香，陈强 城市生命线系统的非工程防灾减灾 J 自然灾害学报，2 0 0 6，1 5(5)：1 9 4 1 9 8 5 彭春露 城市突发事件紧急救援管理可靠性问题研究 D 上海：同济大学，2 0 0 6：5 8 6 黄典剑，吴宗之，蔡嗣经，蒋仲安 城市应急避难所的应急适应能力基于层次分析法的评价方法 J 自然灾害学报，2 0 0 6，1 5(1)：5 2 5 8 7 彭祖赠，孙韫玉 模糊(F u z z y)数学及其应用 M 武汉：武汉大学出版社，2 0 0 7：9 0 8 沈群，黄晓明，卞风兰 基于层次分析法的收费公路债务风险评价 J 公路交

24、通科技，2 0 0 9，2 6(1)：1 5 4 1 5 7 9 陈水利，李敬功 模糊集理论及其应用 M 北京：科学出版社，2 0 0 5：2 4 2 第 1 期 潘晓东，等：基于层次分析法的城市交通系统抗灾风险分析 1 1 Ri s k An a l y s i s o n Di s a s t e r Re s i s t a n c e o f Ur ba n Tr a n s p o r t a t i o n S y s t e m Base d o n An a l y t i c a l Hi e r a r c h y Pr o c e s s P a n Xi a o d o

25、 n g ，S u i Yo n g q i n (1 S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n r i n g，T o,g j i U n i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4，C h i n a；2 D e p a r t m e n t o f C i v i l E g i n e e n n g，S u z h o u U n i v e rs i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，S u z h o u 2

26、 1 5 0 1 1，C h i n a)Ab s t r a c t：Va r i o u s u n e x p e c t e d d i s a s t e r s o fte n o c c u r i n med e m c i t i e s I n o r d e r t o i mpr o v e c a p a bi l i t i e s o f d i s a s t e r r e s i s。t a l l c e，b ase d o n t h e ana l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s(A t J P)，a c

27、 c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f u r b an t r a n s p o r ta t i o n s y s t e m s，ris k f a c t o r s o f d i s ast e r r e s i s t a n c e a r e a n a l y z e d 1 4 as s e s s me n t i n d e x e s a r e s e l e c t e d as r i s k ass e s s i n g i n d i c a t o r i n t e

28、r ms o f h u man f a c t o r s，d i s ast e r r e l i e f e q ui p me n t an d f a c i l i t i e s，r o a d t r an s po r t a t i o n s y s t e m，an d o r g an i z a t i o n al ma n a g e me n t T h e n，AHP mo d e l o f d i s ast e r-r e s i s t a n t f a c t o r s i s d e s i g n e d，wh i c h a c h i

29、 e v e s i n t e g r a t e d we i g h t o f e v alu a t i o n i n d e x e s Th e v a rio u s f a c t o r s a l e r a n k ed b ase d o n the r i s k d e g r e e，an d s e v e r a l k e y f a c t o r s f o r t h e s y s t e ms are s t u di e d A naly z i n g r e s u h s i n d i c a t e t h a t t h e ma

30、 i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e d i s ast e r res i s t an c e o f u r b an t r a ns p o r t a t i o n s y s t e ms a r e f a c i l i t i e s o f r o a d a n d t r a f fic Th e r e f o r e，s t r e n g t h e n i n g t h e i r c o n s t r u c t i o n i s i mpo r t a n t me a s u r e s t o r e d u c e h a z a r d s i n c i t i e s Ke y wo r d s：t r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e ri n g；r i s k analy s i s；analy t i c al h i e r a r c h y p r o c e s s(AHP)；u r b an t r a n s por t a t i o n s y s t e m；t r e me n d o u s d i s a s t e r (责任编辑刘棉玲吴泽九)