1.1 设置地震安全电网公司安全应急管理的潜变量要素
为构建一个科学、系统、可量化的评估框架,以精准识别、分析并管控地震灾害对电网安全运行及应急响应能力的潜在威胁,以灾害特征映射与次生风险延伸为基础,设置地震安全电网公司安全应急管理的潜在变量要素,将地震对电网安全的抽象威胁转化为可操作的管理对象,以明确灾害影响路径,实现地震灾害发生到响应的全流程管理。
为覆盖地震灾害对电网运行的“全链条”和“全周期”,从地震直接风险、次生灾害、应急能力和动态监测四个方面设置潜变量要素[6]。其中,地震直接风险是指对电网的直接物理冲击,可量化灾害对原始破坏力;次生灾害风险反映了灾害的连锁反应;应急能力可检验灾害后电网公司的回复情况;动态监测能够实现风险的前置管理,实现有效减灾[7]。根据地震安全电网公司安全应急管理评价需求,构建包含地震直接风险、次生灾害、应急能力、动态监测、系统脆弱性五大类一级指标的体系,每个二级指标下细分多个二级指标,选取潜变量要素指标。如表1所示。
如表1所示,选择了19个安全应急管理潜变量要素,覆盖了地震从发生到次生灾害、应急响应、系统恢复的全过程,避免了评估盲区,各指标的提取符合科学性、可行性和独立性的原则,不仅适用于基层应急管理工作,也适合政府相关部门、建设项目管理者进行决策优化。
表1 地震安全电网公司安全应急管理的潜变量要素Table 1 Latent variable elements of safety emergency management of earthquake safety power grid company
在此基础上,采用熵权法确定各个指标的客观权重,以此评估应急响应管理的综合能力。
1.2 熵权法确定潜变量要素权重
熵权法能够通过指标要素的信息熵消除指标的主观偏好,对其进行客观度量,量化各要素对总评估目标的实际贡献度,从而为决策提供科学、可解释的权重分配方案。
聚焦于方法论的验证与理论推导,而非针对具体实证对象的应用分析,故在计算过程中采用抽象化分析策略,不引入实际观测数据[8]。具体而言,通过构建标准化数值矩阵模拟多维度指标体系,并基于熵权法的数学原理推导权重分配机制。首先根据各要素指标的原始数据建立初始数据矩阵,定义为R=(ci),其中,ci表示第i个要素指标的数据m×n值;m表示设置的要素指标数量,取19;n表示设定的评价等级个数。首先将初始数据矩阵转化为标准化矩阵R',基于此,计算每个指标在评价对象下的特征比重,以量化数据的离散程度[9]。公式为:
式(1)中, p ki表示第k个样本在第i个指标中的贡献比例,满足∑i=1m p k i =1。
基于指标信息熵,计算第i项指标的信息熵[10]。表达式如下:
式(2)中, k表示调节系数; ei表示指标i的信息熵, ei∈[ 0, 1 ],ei越接近于1,数据越离散;ei越接近于0,数据越集中。
进一步在信息熵的基础上计算各个指标的差异系数,以确定指标的权重分配优先级,由此实现指标的客观赋权[11]。计算公式如下:
式(3)中, di表示指标i的差异系数,数值越大,权重分配优先级越高;ωi表示指标i的客观权重。
利用熵权法可客观确定应急管理能力评估指标的权重,为后期实现应急管理评价提供数据基础。
1.3 基于物元可拓法的应急管理的综合评价值计算
在表1所示的评估要素体系中,存在多个矛盾型指标对,例如,应急物资储备量和备用电源配置。若资源有限,优先满足应急物资储备,可能导致备用电源配置不足[12];反之,若优先配置备用电源,可能牺牲其他物资储备。而物元可拓法能够妥善处理评价指标所呈现出的不相容性和多样性的问题,通过关联度这一关键量化指标,可以将原本模糊不清、存在矛盾的隶属关系转化为清晰的数值表达[13]。
将应急管理评价对象设为N,其指标集为C={c 1 , c 2 , ..., ci , ..., cm},对应量值集为V={v 1 , v 2 , ..., vm},其中,vn表示第m个指标的量值数据。则物元模型可表示为:
式(4)中,W表示物元模型的经典域,即关于各风险等级标准的物元集合。
将应急管理能力分为n个等级(优秀、良好、一般、较差、差),等级域为J={j 1 , j 2 , ..., jl , ..., jn},进而确定二级指标相对于评价等级的待评物元[14]。公式为:
式(5)中, a in表示第i个指标在第l个评估等级下的取值范围;qi表示指标i的物元。
在全体评价等级下,对各指标量值的整体范围进行计算,以明确物元的节域。公式为:
式(6)中, X in表示第i个指标在第l个评估等级下的物元特征;bi、fl分别表示第i个指标和第l个等级的量值维度和归一化矩阵;hi、uj分别表示第i个指标和第l个等级的可拓变换参数与置换参数;pi、γl分别表示第i个指标和第l个等级传导变换因子与扩缩因子;Zi表示第i个指标的节域。
根据物元可拓理论中的关联函数公式,计算待评物元与各经典域物元之间的关联度,即明确待评物元隶属于不同评价等级的程度[15]。公式如下:
式(7)中,ϑ表示待测物元评价指标到经典域的距离;κ1、κ2分别表示指标到节域的距离和节域的模;ο b表示经典域区间的长度;νc表示评价指标到节域区间边界的相对位置关系;F (x) 表示关联函数;ρ表示关联度函数;ξg表示区间限值;ϕ表示评价量值范围;ε表示特征值;yil表示评价指标i与评价等级l之间的关联度。
遵循最大隶属度原则,计算应急管理综合评价值。公式如下所示:
式(8)中, βi表示第i个指标的隶属度; s表示符号转移值;Q表示地震安全电网公司安全应急管理综合评价值。
依据综合评价值,将应急管理水平划分为如表2所示的5个等级。
通过计算地震安全电网公司安全应急管理综合评价值可明确具体的管理等级及水平,为电网公司面向地震灾害时的应急响应能力提升方向提供决策支持。
表2 地震安全电网公司安全应急管理等级Table 2 Safety emergency management level of earthquake safety power grid company