基于遗传神经网络的水电工程应急能力评价方法

基于遗传神经网络的水电工程应急能力评价方法目录摘要IABSTRACTII1绪论111研究的目的和意义112国内外应急能力相关研究综述2121国外应急能力评价研究2122我国国内应急能力研究313评价方法的选定514论文的研究内容72水电工程应急能力指标体系的建立821水利水电工程应急事故特点。822水电应急能力的内涵与基本任务823构建水电企业应急能力评价指标体系10231评价指标体系的设计原则10232评价指标的确立和说明113基于BP神经网络的水电应急评估1631BP神经网络基础知识1632BP算法的实现1733MATLAB程序实现18331BP网络的建立18332仿真与结果分析19333BP神经网络优点及其存在的问题214基于遗传神经网络的水电应急评估2241遗传算法基础知识2242遗传神经网络的实现2443MATLAB程序实现26431遗传神经网络的建立26432仿真与结果分析275总结与展望31致谢32附录33参考文献391绪论11研究的目的和意义水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先开发水电大力利用水能资源。中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至2007年，中国水电总装机容量已达到145亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放前的不足10提高到25。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展做出了重要的贡献。水电站不仅仅起着生产电能的作用，它还肩负防汛、抗旱、灌溉、防止破坏生态环境，减少环境污染、节约不可再生资源等诸多作用。由于建造水电站的地方体制条件一般都很复杂遇到的自然灾害比较多如地震、洪水、暴风暴雨、雷电、滑坡、山崩、塌方、岩爆、泥石流、未知不良地质条件等导致其应对应急突发事件比较多。大型水电工程是国家电网的骨干电源,与江河防洪及航道通航有着重要关系,是关系国家安全的关键基础设施,突发公共事件的发生易造成严重影响。我国西部高山峡谷地区的大型水利水电工程,因自然环境复杂周边少数民族积聚成片、施工参建单位众多,这都会使自然环境突变、施工事件、社会活动构成的复杂风险结构易诱发突发公共事件。因此,研究水电工程应急能力的评估就显得十分重要。在水电应急管理工作中,应急能力评估是基础中的基础。应制定客观、科学的评估指标,建立规范的评估体系,把水电应急能力评估纳入政府和部门工作绩效考核体系,定期对各地区、各部门的应急能力进行评估。这项工作的实际操作,需要建立一套应急能力评估体系。水电应急能力评估体系的制定和实施,既关系到我国灾害应急管理系统的牢固、严谨、灵活、高效,也关系到国家为此所作投入能否实现最大效益。12国内外应急能力相关研究综述121国外应急能力评价研究自从美国遭受了“911”的惨重打击之后，全世界都意识到了应急管理工作的重要性，特别强调应急能力的强弱对减少事故损失的重要意义。下面对美国在这方面的研究成果进行简要的介绍1。2002年MICHAELIGREENBERG等对医疗机构突发事件应急能力建设工作开展情况进行了实证考察。采用向专家邮寄问卷的方式获得数据，显示的结果反映了各个州之间的差距，该份研究使人们认识到应急能力建设的急迫性。2005年DANIELJBARCTT提出，在经历“911”之后，美国政府应该认识到应急能力建设的重要性，要加强对人民的应急教育，大力普及应急知识，从而形成全国应急的氛围。2007年DANIELWEISDORF对应急能力建设的重要性和必要性进行了研究，提出加强应急能力建设和评估是减少事故损失和人员伤亡的最好办法，还指出应急能力的影响因素不能一成不变，而应该是处于不断变化的动态修正过程中。每一个应急能力的影响因素都不是最终的版本，而是暂时的。从应急能力评价方面来说，美国应急能力评价具有一定的历史，无论是在研究覆盖领域还是在研究深度上都比我国应急能力评价要成熟许多。研究领域主要集中在城市灾害应急能力和政府突发事件应急能力等方面。其应急能力评价指标的选取方法和评价方法对我国应急能力的研究都是良好的借鉴。日本也是在应急能力研究方面具有较多研究成果的国家。日本于2002年10月8日和12月19日，由消防厅消防课、防灾与情报研究所负责组织举办了两次“地方公共团体之区域防灾能力及危机管理应对能力评估研讨会”，讨论日本防灾能力及危险管理应急能力评估问题。研讨会指出，地方公共团体应客观的评估自己的防灾与危机管理体制，进而评估地区的防灾与危机管理应对能力通过对国外应急能力评价进行研究可知在指标选取方法方面，国外主要采用专家咨询、问卷调查、电话访问等方法。而选取的指标基本都是定性指标。美国加利福尼亚州健康与生存技能组织，以表格的形式给出了其应急能力的评价指标及各指标的分类标准。其选择的指标都为定性指标，而分级标准则以文字形式进行描述。在评估过程中，主要利用表格来回答具体的问题，在根据结果可以直接修正自己防灾与危机管理的不足。根据制定好的指标来促进自己继续进行自我评估，同时逐渐实施指标所反映的内容，以期能持续性的改革地方公共团体的危机管理体制。国外对数据处理的方法相对比较简单，主要采用由底层次向高层次的线性加权计算。但是假设所有指标的权重都是一样，而且对于模糊评语没有进行有效的量化，是国外现阶段研究的主要缺陷。122我国国内应急能力研究时至2002年，学界使用应急能力都主要是指医疗卫生、防灾减灾等专业部门和专业技术人员在突发公共事件发生后的响应能力，而在抗震、抗旱、防汛等领域则普遍用“减灾能力”来表述。2003年“非典”危机之后,危机管理研究随之兴起学界开始用“应急管理能力”、“危机管理能力”等概念，但“应急能力”概念本身并未受到学者足够的重视。从为数不多的研究成果来看，应急能力的内涵界定差别甚大，主要可以区分为三个角度（1）从防灾减灾的角度有学者认为，应急能力就是一个城市在人力、科技、组织、机构和资源等方面的防灾减灾能力。2由防灾减灾往往针对的是某一类自然灾害，如地震、干旱、洪涝等，因而更多的学者是从单一角度进行界定。防灾减灾的界定思路也影响到了行政学研究者对政府部门应急能力的概念界定。如牛冲槐等认为政府部门的应急能力,是指政府部门在应对各种突发性事件时力求在较短的时间内使突发性事件所造成的损失达到最小、对社会所造成的负面影响降到最低的一种综合应急处理能力3。这一界定方式对其后的研究者产生了比较广泛的影响。（2）从危机管理的角度持这类观点的学者，主要基于危机管理的周期理论来界定。如有学者认为政府危机管理能力是指政府组织相关力量对可能发生或已经发生的危机事件进行预测、监督、控制和协调处理，以期有效地预防、处理和消除危机、减少损失的能力。4（3）从政府能力角度相比于防灾减灾和危机管理角度的界定，基于政府能力形成的认识则更为多样化，但基本的着眼点都在于把危机管理能力看作为政府能力的重要组成部分，它区别于日常的政府能力，是危机管理过程中的能力。基于此，有研究者认为危机管理能力应当包括危机处理能力、危机沟通能力和危机财政。5应急能力是一个理论问题，但是它更主要的是一个实践问题。针对近几年来紧急事件集中突发的几个领域，接下来重点综述学界对这些领域应急能力的评价研究。（1）城市灾害应急能力评价王绍玉认为，城市灾害应急能力评价体系应包括灾害危险性评价、城市易损性评价和城市灾害应急管理能力三大部分，而城市灾害应急管理能力又包括灾害预测与预警能力、社会控制效能、居民行为、反应能力、工程防御能力、灾害救援能力和资源保障能力等六部分6王绍玉所建立的城市灾害应急能力评价指标体系得到了相关研究者的广泛认同。（2）医疗卫生机构应急能力评价在应急能力评价指标体系设计方面,王文娟以突发公共卫生事件文献分析为基础,以案例分析为依据,对政府应急能力指标进行了提炼构建了一个包括资源保障、资源配置、危机处理和善后处理4个一级指标、15个二级指标和54个三级指标的突发公共卫生事件政府应急能力的评价指标体系，并通过例证对政府应急能力进行了综合测评7。（3）突发公共事件的应急能力评价在突发公共事件的应对中，除了直接的受害方之外，政府官员和公众往往是应急管理中比较重要的主体。在应急能力评价的研究中，部分学者针对政府官员这一群体进行了专门研究。一方面探讨政府官员应急能力的基本构成。盘世贵研究认为领导者的应急管理能力应当包括防范预警能力、危机决策能力、现场控制处理能力、沟通协调能力、善后恢复能力。8（4）综合应急能力评价指标体系中国安全生产科学研究院在承担国务院应急管理办公室课题“突发公共事件综合应急能力评估指标体系框架研究”和“突发公共事件综合应急能力评估方法研究”的基础上，建立起一个包括应急预案、法制基础、应急组织体系、风险分析与隐患排查、监测与预警、应急处置、事后恢复与重建、培训、宣传和教育、应急演练、基础保障以及应急救援队伍等11个一级指标35个二级指标和87项三级指标的突发事件综合应急能力评估指标体系。周进军等则根据此指标体系采用比较分析法选择我国20个省市为样本通过其地震灾害应急管理相关法律法规应急预案和相关工作的分析验证了该指标体系的合理性。9总的来说，在经历了非典疫情之后，国内的学术界对应急管理及应急能力建设的关注度越来越大。目前对应急能力估的研究有很多，但主要都集中在城市突发事件和城市灾害方面。在城市应急能力评价这个领域的研究，已经具有比较权威和成形的研究成果。在为城市应急能力评价领域的研究成果感到欣慰时，不得不为其他领域应急能力评价研究的缺乏而感到忧心。我国目前针对其他领域应急能力评价的研究，非常缺乏。而针水电工程应急能力评价的研究则基本比较缺乏。目前水电工程应急能力评估标准尚未正式修订。2012年11月24日，电力行业水电施工标准化委员会在西安主持我国水电行业应急召开了水电水利工程施工安全生产应急能力评估标准审查会。会上从应急组织、风险分析、应急预案、危险源监控和预警、应急队伍、应急装备和物资、应急培训、应急演练、应急处置、自检等10个方面的应急能力评估提出了明确的要求，根据重要程度设置了相应的定量分值。该标准为首次制定，填补了行业空白，对提高水电水利工程施工安全应急管理能力将起到积极的推动作用。13评价方法的选定通过前文对应急能力评估相关研究的总结发现在指标设计依据上，目前主要依据前人的研究经验、应急管理过程、应急管理内容等。在指标选取方法上，主要采用德尔菲法、层次分析法、GL法、问卷调查法等。大多数选用定性静态方法。现阶段，在评价方法上主要有以下几种方法。（1）专家评价法。这种方法是组织专家面对面交流,通过讨论形成评价结果。优点是操作简单,可以利用专家的知识,结论易于使用。缺点是主观性比较强，多人评价时结论难收敛。10（2）多属性和多目标决策方法。这种方法通过化多为少、分层序列、直接求非劣解、重排次序法来排序与评价。优点是对评价对象描述比较精确,可以处理多决策者、多指标、动态的对象。缺点是刚性的评价,无法涉及有模糊因素的对象。11（3）模糊综合评价方法。模糊综合评价法是对受到多个因素制约的事物或对象做出总体评价，并以模糊推理为主的定性与定量相结合、精确与非精确相统一的分析评价方法。优点是可以克服传统数学方法中唯一解的弊端根据不同可能性得出多个层次的问题题解,具备可扩展性。缺点是不能解决评价指标间相关造成的信息重复问题,隶属函数、模糊相关矩阵等的确定方法有待进一步研究。12（4）层次分析法。这种方法是针对多层次结构的系统,用相对量的比较,确定多个判断矩阵,取其特征根所对应的特征向量作为权重,最后综合出总权重,并且排序。优点是可靠度比较高,误差小。缺点是评价对象的因素不能太多一般不多于9个。13除此之外还有多种评价方法如逐步法、主成分分析等。这些方法无论是针对哪个领域的应急能力评价的研究，对水电企业应急能力评价的研究都是良好的借鉴。14水电应急能力评价问题作为一个多系统、多层次的复杂系统，常有许多定性因素穿插交融在复杂的评价问题之中，既含有确定性因素，又包含不确定性因素，要求人们凭借经验、知识和智慧参与评判。在水电应急能力评价问题中，利用上述方法存在的主要问题有指标属性间的关系绝大多数为非线性关系，一般的方法很难反映这种关系；信息来源既不完整，评价规则常常相互矛盾，有时无条理可循通常难以准确地各指标间的相互关系，更无法用定量关系式来表达它们之间的权重分配，所能准确提供的只是各指标的属性特征以及同类系统的以往评价结果。由此看来，如果能够利用已有的系统及其评价结果，根据所给的类似特征就能对新的类似系统直接作出评价，则不但可以减少人为的不确定因素、提高评价结果的准确性，还可以大大减轻评价者的负担。专家评价、层次分析法、模糊数学和灰色系统等方法通过一定模式使评价过程规范化，适用于定性与定量因素相结合特别是定性因素起主导作用的评价问题。提高了水电应急能力评价问题的科学性。然而如何在人的参与过程中，尽量减少主观上的随意性、思维上的不定性以及认识上的模糊性等不利的主观因素影响，则一直是困扰人们的问题。人工神经网络技术可有效地解决上述问题。神经网络的非线性处理能力突破了基于线性处理的现有评价方法的局限；一般的评价方法在信息含糊、不完整、存在矛盾等复杂环境中往往难以应用，而神经网络技术则能跨越这一障碍网络所具有的自学习能力使得知识获取工作转换为网络的变结构调节过程，从而大大方便了知识的记忆和提取；网络通过学习，可以从典型事例中提取所包含的一般原则、学会处理具体问题，且能对不完整信息进行补全。从评价的角度来看，神经网络通过对已有系统及其评价结果的学习，可获得隐含其中的人的经验、知识以及对各目标重要性的看法等直觉思维。一旦用来评价时，网络便可再现这些经验、知识与直觉思维，对复杂问题作出合理的判断。14论文的研究内容本课题希望在分析了水电突发事件的特点的基础上，积极地参照其他领域应急能力的有点，建立一个科学的完善的水电工程应急能力指标体系。在分析了多种应急能力评价方法之后选取BP神经网络作为评价水电应急能力指标体系的方法。由于单纯的BP神经网络有一些缺点，采用遗传算法优化BP神经网络，使得网络的性能更好，更加适合实际应用。具体内容如下（1）分析水电工程应急能力的特点、内涵、基本任务，在此基础上建立水电工程应急能力指标体系。（2）用BP神经网络构建出指标体系的模型，用MATLAB进行实现，并且对该模型进行测试。（3）对BP神经网络进行优化，建立用遗传算法优化后的BP网络模型，用MATLAB进行实现，并且对该模型进行测试。2水电工程应急能力指标体系的建立21水利水电工程应急事故特点。水利水电工程突发事件是指在水利水电建设工程建设或运行期间突然发生的、规模较大且对社会产生负面影响的、对生命和财产构成严重威胁的、影响工程目标的实现并对工程项目的正常运行产生重大障碍的事件。水利水电项目的建设过程总是伴随着一些不确定的因素，包括自然环境的复杂，作业人员的误操作及管理的不规范等，往往会造成突发事件的发生。水利水电建设项目突发事件一般具有以下特点（1）该事件是突然发生的，发生的时间、形式具有不确定性，不易识别，通常表现为事故隐患，在事故发生前具有一定的潜伏性。（2）导致事件发生的影响因素较多，且复杂，但往往是有系统内外的一系列危险因素在一定的时间和空间内交叉所致。即具有因果性。（3）任何突发事件都是可以预防的，具有可预防性，但往往预防的成本比较高。（4）突发事件发生后，对项目的冲击比较大，对项目目标的实现影响较大，如果不能及时妥善处理，将会对社会产生广泛的负面影响。22水电应急能力的内涵与基本任务“水电应急能力”是随着水电企业应急制度的建立和应急事业的发展而提出的。水电企业应急能力是指水电企业应对、消除紧急事件，使紧急事件造成的损失程度降低到最小的能力。尽管水电企业生产事故的发生往往具有突发性和偶然性，但其应急能力应该贯穿于其事故发生前、中、后的各个过程，不只限于事故发生后的应急救援行动。应急能力作用的发挥总体上取决于水电企业的风险状况以及事故发生后人员、组织机构等的应急能力水平，具体的与企业本身的自然要素与社会要素、硬件设施与软件环境、人力资源与体制资源、工程能力与组织能力等多方面因素所表现出来的能力有很大关系。水电企业应急能力的提高是为了预防、控制及消除紧急事件，减少事故对人员伤害、财产损失和环境破坏的程度。水电工程企业应急救援行动是企业应急能力在事故发生瞬间的行动表现，其应急救援行动的效果是衡量水电企业应急能力水平的重要方面。水电企业应急救援的总目标是通过有效的应急救援行动，尽可能地降低事故后果的影响程度，包括人员伤亡、财产损失、和环境破坏等。对于应急救援任务的明确程度，可以提高应急救援行动的效率，帮助企业争取有效时间，尽可能的减少事故损失。因此，水电企业要想提高应急能力，必须对自己的应急救援任务有全面准确的了解。水电企业应急救援的基本任务包括下述几个方面内容1发生生产事故时，立即组织营救受害人员，组织撤离或者采用其他措施保护危害区域内的其他人员。在应急救援行动中，快速、有序、有效地实施现场急救与安全转送伤员，是降低伤亡率、减少事故损失的关键。由于水电企业生产事故发生突然、扩散迅速、涉及范围广、危害大、应及时指导和组织群众采取各种措施进行自身防护，必要时迅速撤离出危险区或可能受到伤害的区域。在撤离过程中，应积极组织群众开展自救和互救工作2事故发生后，迅速控制事态，并对事故造成的危害进行检测和监测，测定事故的危害区域、危害性质及危害程度。这就要求水电企业具有较强的监测预警能力。及时控制造成事故的危险源是应急救援工作的重要任务。3消除事故后果，做好现场恢复。针对事故对人体、动植物、土壤、空气等造成的现实危害和可能的危害。及时清理废墟和恢复生产设备，将事故现场恢复至相对稳定的状态。4查清事故原因，评估危害程度。事故发生后应及时调查事故的发生原因和事故性质，评估出事故的危害程度和危险范围，查明人员伤亡情况，做好事故原因调查，并总结救援工作中的经验和教训。23构建水电企业应急能力评价指标体系选择有效的评价指标，构建一套比较合理、完整的水电企业应急能力的评价指标体系，是正确评价水电企业应急能力建设情况的前提和基础。指标体系的设置是否科学合理，直接关系到水电企业应急能力评价的准确度和可信度。因此，要构建水电企业应急能力的评价指标体系必须在一定的设计原则指导下，按照科学的方法对评价指标体系的各级指标进行筛选和确定权重，为下一步对水电企业应急能力的综合评价做好准备工作。231评价指标体系的设计原则任何评价指标体系的设计都是基于一定的设计原则之上的。水电企业应急能力评价指标体系的建立是水电企业应急能力评价的基础工作。因此，在设置指标体系时应遵循以下原则151独立性原则。指标体系中的各个指标在合乎系统性原则的前提下，彼此之间要尽量满足相对的独立性，避免存在包含、交叉关系及大同小异现象，要互不重叠、互不取代，尽量杜绝内容重复。2可操作性原则。指标体系要层次分明，简明扼要。每个指标要内涵清晰，相对独立，并能获得相应的评价结果。水电企业应急能力水平是不可直接测量的，只有将其进行逐级分解才能使其具有评价的可操作性。3系统性原则。为了从整体上反映和描述水电企业应急能力，指标体系的设计必须从系统整体的角度出发，运用系统分析的方法原理从各个侧面和角度选取合理指标，并使其能够作为一个整体在其相互配合中比较全面、科学、准确地反映、覆盖和描述水电企业应急能力的影响因素，满足水电企业应急能力要求，体现水电企业应急救援的特点，帮助水电企业较好的完成其应急救援的任务。4可比性原则。水电企业应急能力评价指标体系的使用，在时间上具有相对长期性，同时在评价对象上具有广泛性，可针对同一行业不同水电企业或同一企业不同时间层次间进行比较评价。因此要求指标体系在时间和评价对象间应具有可比性。5目标导向原则。设计的每一项指标应该具有导向作用，对水电企业应急能力建设水平的提高有积极的指导和督促作用，以规范和引导水电企业应急能力建设未来发展的方向。232评价指标的确立和说明水电企业应急能力评价指标体系中各评价项目和评价因素都是通过具体的指标来显示的。选取各级的评价指标，要对体现水电企业应急能力影响要素的每一项具体指标进行分析，以确定指标与水电企业应急能力评价的相关程度，筛选掉某些信息较少的或不重要的指标，修改或添加对评价有影响的指标本指标体系是两级评价指标。包括应急预案，应急组织指挥体系，风险分析与隐患排查，监测与预警，现场处置，事后恢复与重建，应急培训，应急演练，宣传教育，通信与信息保障，应急队伍，装备与设施，经费保障共13个一级指标。1应急预案编制预案是一项专业性和系统性很强的工作，预案的好坏直接关系到实施的效果，同时，应急救援预案也是应急救援系统的重要组成部分，针对各种不同的紧急事件制定有效的应急救援预案不仅可以指导应急人员的日常培训和演练，保证各种应急资源处于良好的备战状态，而且可以指导应急行动有序进行，防止因为救援不力而贻误战机。对于水电突发事件应急预案则尤其重要。162应急组织指挥体系重大突发事件的应急处置通常涉及多级政府及相关部门、部队、国内社会及国际援助力量的参与,而且需要在有限的时间内完成多种性质不同的应急任务，相关的组织指挥与协调工作较为复杂,仅依靠一两个指挥员或牵头部门难以完成事态控制要求。一般性做法是在应急期间设立总指挥部、现场指挥部等临时性机构，形成应急组织指挥体系，为共同完成各类应急任务提供组织保障。同时，为了使应急指挥更加合理有效，在平时就应该建立相应的组织指挥体系，以备巨灾来临时应急指挥的切实有效，将灾害损失降到尽可能低。173风险分析与隐患排查风险分析是指应用各种风险分析技术,用定性、定量或两者相结合的方式处理工程项目中不确定因素及其可能造成的影响和影响程度的过程。其目的是评价在项目的建设或管理中可能存在的风险,为决策者进行决策提供依据。由于水电系统的高危险性，一旦发生事故将产生惨重的后果。因此水电企业在平常的安全管理上就要多加注意，防患于未然。隐患排查就是在平常，对水电企业生产过程中对可能造成消极后果的地方进行检查，将隐患扼杀在摇篮中。184监测与预警监测就是在未发生事故时，对危险因素和危险源进行时时的监查，在事故已经发生的情况下对事故的发展进行密切的观测。预警就是在事故发生初期，进行及时的灾情上报以及信息的发布。监测，预警能力对于水电企业来说非常重要，良好的监测预警能力对水电企业应急救援的效果有至关重要的作用，是水电工程应急救援能力的核心要素和关键部分，只有具备这两项能力才能尽量避免事故发生和有效减少事故的损失。195现场处置当前,我国应急管理的模式是分灾种、按部门进行的,往往以单一职能、单一事件为出发点,不容易发展成适用于各种灾难的跨机构、跨职能的应急指挥系统。但是,在21世纪,随着风险与危机发生的诱因和形态日趋多样化,许多要害系统有可能变得更加脆弱,医疗、交通、能源和电讯系统容易遭受单一或系列灾难性事件的严重破坏,导致整个系统的瘫痪。可以说,多灾种、复合型的危机将成为一种常态。因此,当某一突发事件发生时,通常会有很多救援力量被派往现场。以水电灾害为例,可能包含消防、军队、供电、供气、供水、卫生、交通、环境、新闻和民间团体等不同类型人员与救灾资源。面对不同类型的人员、不同的救灾资源和不同的任务,现场指挥官将面临如何有效协调与综合运用这些人力与物力资源的大问题。另外,在我国突发事件发生后更多的是成立临时的指挥机构或领导小组,而这样的现场指挥由于缺乏训练,往往要花费大量的时间和精力用于部门之间的协调,有时甚至贻误了最好的处理时机。因为现场指挥官除了要面临多部门综合协调的指挥问题外,突发事件的现场指挥还牵涉到通讯、计划、后勤和财务等问题,所以应急指挥不仅仅是单纯的指挥官问题,更是整个应急指挥系统的问题。在这种情况下,如果没有良好的应急指挥系统,本来应相互支持的救援单位将会处于各行其是的状态,单一突发事件现场的多层指挥系统不但无法形成应急救援的合力,甚至可能导致救援现场的混乱、人力的浪费和救援时间的拖延等问题。所以现场处置的是否恰当在很大程度上决定了应急能力的高低。206事后恢复与重建应急救援行动完成后，对救援过程进行总结和分析，找出应急救援行动中的不足，分析原因，进一步完善应急预案，提高水电企业的应急能力。因此突发事件发生后对应急救援的过程进行总结和分析对应急能力的有效性影响很大，是一个不容忽视的指标因素。突发事件得到妥善处理后，应急组织应该采取行动恢复正常生产，现场清理，人员撤离，警戒解除的速度及效果，实施恢复时机的确定等。此外由于水电工程影响巨大，灾后重建应当协调进行。217应急培训加强应急培训是提高应急能力的必由之路，但就我国应急培训的实际来看，目前主要重视应急管理人员和应急专业技术人员的培训，对普通民众的培训还显不足，而在对抗跨区域性的突发事件和自然灾害时，普通民众的培训显得尤为重要因此，在培训过程中既要重视应急管理人员和应急专业技术人员的培训，又要重视普通民众以及自愿者的培训；既要发挥中央培训机构的作用，也要发挥地方和基层培训机构的作用；既要重视公益组织培训功能的发挥，还要鼓励非公益组织参与培训，即通过全方位多渠道的培训来全面提升整个社会的应急能力。228应急演练编制应急预案并开展应急演练等,由于突发事件具有不确定性、突发性和威胁性,仅建立救援体系和编制完预案是远远不够的,要做到突发事件时的快速有效合理应对,平时不进行有针对性的培训演练是不行的。通过应急演练,一方面是检查预案的科学性和有效性,同时对应急预案存在的问题提出解决办法,并充实到预案中,另一方面,通过演练可以评估应急准备状态、发现并及时修改应急救援预案、执行程序、救援行动中的缺欠和不足,进一步提高应急救援体系的反应能力、救援能力以及协调作战能力。总之,有计划、有目的的应急演练,对有效防范事故、提高应急行动成功率、降低事故损失和危害、提升应急反应能力具有十分重要的作用。239宣传教育应急管理的宣传教育虽然不是应急指挥管理的核心工作,但是,宣传教育水平的高低将直接影响突发公共事件应急管理的成败。关于这一点,政府和民众都已经逐渐意识到,若想大幅度降低突发公共事件给我们带来的损失,不能够仅仅依靠政府的力量。每当灾害发生时,人们往往寄希望于政府、依赖政府来解决所有的问题,在等待政府或外在的有限资源时,往往失去了抢救的黄金时段。如果在应急管理和灾害防救的问题上,事前对广大民众进行宣传和教育,增强他们在第一时间进行互救和自救的能力,将大大降低生命和财产损失。从某种意义上可以说,全面有效的宣传教育将为应急管理指挥体系的运作奠定一个良好的基础。如果我们把应急信息资源看作是应急指挥系统的“血液”,那么具备应急知识和能力的公务员和广大公众就当之无愧地成为应急指挥系统的“神经末梢”。如果没有公务员和广大公众对突发事件的认识和应对能力的提高,那么,应急指挥管理将成为一个孤立的体系,在实际运行中很难发挥其应有的作用。因此,宣传教育是个很重要的评价指标。2410通信与信息保障应急通信就是要协调各种通信网络，通信资源和技术手段，使应急人员无论在何时何地采用何种接入方式，都可以先利用预留或者残存的通信资源建立呼叫和会话，在各种情况下保障通信的畅通。应急通信应具有机动灵活，方便快捷、通信手段全面、组网功能强的特点。应急通信保障应在通信网设施遭受破坏、性能降级的情况下，采用非常规的、多种通信方式组合的技术手段，来恢复国际。国家。地区或本地的通信能力。应急通信具有时间和地点的不确定性。破坏程度不确定性，容量需求不均衡业务种类不可预测等特点，使得应急通信面对的情况十分复杂，不确定因素非常多，需要灵活周密设计。应急通信系统的可靠运行是政府与社会各界开展应急管理工作的前提和保障,在应急管理体系中具有无可撼动的战略地位。但应急通信系统的高效运行必须依赖完善和可靠的应急保障体系作为支撑,否则,就会成为空中楼阁,无法满足需要。2511应急队伍应急队伍系统是指参与应急管理的各种组织机构和其成员的总称。应急管理作为一种社会活动，是以人为本体展开的。在应急管理活动中，作为管理对象的诸要素和管理过程的诸环节，都需要人去掌握和推动，如应急资金、物资和信息等的合理、正确地运筹，各种应急预案、计划和规程的制定、推动和实施，应急管理活动中人的能力和积极性的调动等等。总是有大量的人员参与应急管理活动，缺位的、无序的的组织，能力低下、素质不高的人员参与并不能够自觉、有效地预防和处置安全危机事件，有时甚至会起到反作用，阻碍或拖延问题的解决，只有经过健全组织、培训其成员并进行有序化管理，应急队伍系统才能发挥积极的作用。应急队伍系统应是以政府力量为核心，其他社会力量和公众共同参与而构成的有机整体。应急队伍系统的成员根据作用不同可以区分为核心应急成员和辅助应急成员两类。其中，核心应急成员主要是政府体系内的成员，包括应急管理人员、应急专家和专职应急救援队伍，辅助应急成员主要是非政府体系的成员，包括军队武警民兵、社会应急组织、志愿者队伍和国际救援组织。2612装备与设施应急行动必须要建立在一定的装备设施基础上，光靠人力是不行的，先进的设备往往可以起到很大的作用。只有在一定的装备基础上才能完成应急任务。库存应急装备应该进行定期检查，保证应急装备能在关键时候发挥作用，要及时淘汰落后破旧的装备，及时对装备进行更新换代。水电工程突发紧急事件往往具有突发性、不确定性、严重破坏性等特点，给人民生命财产和环境造成了巨大的损失。即使事准备了大量的应急准备但是许多自然灾害超出事先应对的防灾抗灾预案。在这种情况下，为了将伤害造成的损失减少到最低，需要在数日或者数周之内将急需的救灾设备快速投放到救灾现场。这时就需要救灾单位对应急的装备与设施的保障有很强的调控能力。要估计所需要的物资也要对手上拥有的物资有很强的了解，在此基础上再协调各单位进行物资的有效分配，尽可能在有限的资源下发挥最大的作用。除此之外也要有一定的调运协能力，尽可能从外界调运物资解决燃眉之急。13经费保障应急经费指为了有效应对突发事件,保障公众身体健康和生命安全,维持社会稳定,以货币形态存在,可立即投入流通并形成支付能力的现金和银行存款等。狭义上指国家各级财政每年根据财力和应对的保障需求,为保证各级应急体系建设发展和危机发生时的高效应对,而通过预算提取的一定经费广义上也包括参与了突发事件应对的保险资金和社会捐助资金。应急经费在运行过程中,具体表现为货币形态和物资价值两种形式,一部分以货币形式直接支付医疗、防疫、科研等机构人员劳动报酬和保证开展工作所需经费,另一部分则以等价交换形式向市场购买各种设施、设备、救治药品和医疗器械等物资,使价值形式转变为使用价值形式。应急经费保障指为保证突发公共卫生事件应急机构实现应对职能所进行的取得、分配、使用经费的活动及其体现的经济关系。经费保障与技术保障、物资保障等其他突发公共卫生事件保障活动有很大差别,它为保障对象提供的既不是实物形态的物资、装备和设施,也不是技术性服务,它提供的是货币。应急经费保障包括两部分一是事前投入,用来维持公共卫生机构日常运转和满足战略储备所需；二是事后投入,用来应对突发公共卫生事件所需的救灾资金,即一旦出现危机钱从哪里来、有多少、怎么用等。27以上是对水电工程应急能力评价指标体系的简要说明。建立的指标体系如表21所示表21水电工程应急评价指标体系表12345678910111213应急预案应急组织风险分析监测与预警现场处置事后恢复与重建应急培训应急演练宣传教育通信与信息保障应急队伍装备与设施经费保障3基于BP神经网络的水电应急评估水电工程应急评价是一项复杂的系统工程，因为水电工程应急能力与多种因素之间存在着极其复杂的非线性关系，各个因素之间同时也相互作用、相互影响，因此如果从分析这些相关关系出发对水电工程应急评价进行评价是难以实现的。另外随着社会的发展，水电工程应急评价评价所要考虑的因素及它的指标体系日趋复杂化，非线性化、精确化的特点越来越突出，传统的算法如对照规范评定法、逻辑分析法等都难以满足其技术要求。人工神经网络ARTIFICIALNEURALNETWORK简称为神经网络，它是由许多神经元相互广泛连接而形成的高度复杂的非线性网络体系，这种复杂的网络系统可反映出人脑功能的许多基本特征。目前在各种神经网络模型中BP神经网络是应用最广泛的神经网络模型。BP神经网络具有强大的非线性映射能力和泛化功能是最具有代表意义的一种神经网络模型，其最强大的应用之一就是函数逼近。2831BP神经网络基础知识人工神经网络是由大量神经元节点互连而成的复杂网络，是借助人脑和神经系统存储和处理信息的某些特征抽象出来的一种数学模型。从本质上讲，人工神经网络的学习是一种归纳学习方式，它通过对大量实例的反复学习，由内部自适应过程不断修改各神经元之间互连的权值，最终使神经网络的权值分布收敛于一个稳定的范围。神经网络的互连结构及各连接权值稳定分布就表示了经过学习获得的知识。人工神经网络具有大规模并行处理能力、分布式存储、自适应、自组织、自学习能力等特点，具有智能化特征，应用非常广泛BP算法的多层前馈网络是至今为止应用最广泛最成熟的神经网络，而其中又以单隐层网络的应用最为普遍。一般将单隐层前馈网络称为三层前馈网络。常用的三层BP网络结构示意图如图31所示图31三层BP网络模型BP由若干层神经元组成，它们可分为输入层、隐含层和输出层。各层的神经元作用都是不同的,输入信息从输入层经隐含层传向输出层,如果在输出层得不到期望输出,则转入反向传播,将误差信号沿原来通路返回,通过学习来修改各层神经元的权值,使误差信号最小。每层神经元的状态都将影响下一层的神经元状态。32BP算法的实现BP算法的步骤如下步骤1确定网络基本结构。P为训练样本集的输入数据，T为训练样本集的期望输出。N1000为训练次数。K为训练样本集的个数步骤2令K1。将样本PK，TK提供给网络。PK，TK为训练样本集的第K个样本的输入输出。步骤3计算单个样本的误差EK步骤4修正各连接线的权值和阀值步骤5令KKL。将样本PK，TK提供给网络，转入步骤3，直到全部K个样本训练完毕，然后，转入步骤6。步骤6重复步骤25，网络全局误差函数2/1,1KJKNJJKINDYE当E小于预先设定的一个较小值GOAL以后或训练次数大于预先设定的N时，学习过程结束。步骤6对己经学习好的BP网络加载检验样本P_TEST，输出分析结果，至此，BP算法运行结束。BP算法流程图如图32所示输入层隐含层输出层确定网络基本结构,新建BP网络N0，K0输入训练样本PK，TK计算单个样本误差EKKKKK1计算网络全局误差EEGOAL学习过程结束NN1NNK0学习过程结束测试网络测试网络是否是否是否修改权值和阀值图32BP算法流程图33MATLAB程序实现331BP网络的建立本网络采用三层网络结构。在三层网络中，隐含层神经网络个数N2和输入层神经元个数N1之间有近似关系N22N11由于样本有13个一级指标所以有13个输入参数，1个输出参数，所以这里N2设置为27，设置的BP网络结构为13271，即输入层有13个节点，隐含层有27个节点，输出层有1节点，共有1327351个权值，27128个阀值。神经网络的隐含层神经元的传递函数采用S型正切函数TANSIG（），输出层神经元的传递函数采用S型对数函数LOGSIG（）。输入样本矩阵为P，创建网络代码如下NETNEWFFMINMAXP,HIDDENNUM,OUTPUTNUM,TANSIG,LOGSIG,TRAINLM网络训练是一个不断修改正权值和阀值的过程，通过训练，使得网络的输出误差越来越小。训练幻术TRANLM（）是利用LEVENBERGMARQUARDT算法对网络进行训练的。通过下面代码用TRAINLM（）以及网络的参数设置训练次数为1000，训练目标为001，学习速率为01NETTRAINPARAMEPOCHS1000NETTRAINPARAMGOAL001LPLR01训练网络NETTRAINNET,P,T网络训练后，需要对网络进行测试。测试样本矩阵为P_TEST测试代码如下YSIM（NET，P_TEST）BP神经网络的代码见附录BPMAIN332仿真与结果分析对于开发神经网络，产生数据样本集是第一步，也是十分重要和关键的一步。这里包括原始数据的收集，数据分析，变量选择以及数据的预处理，只有经过这些步骤后，才能对神经网络进行有效的学习和训练。尤其是网络学习前的数据预处理对网络有至关重要的影响，它可以影响整个网络的学习速度、网络结构的复杂性以及网络的精度。本文中的资料来自于专家打分，利用这些资料形成训练以及验证样本。本文以水电工程应急为工程背景，介绍使用基于遗传算法的BP神经网络进行水电工程应急能力评价。由于有13个一级指标，这样网络的输入就是一个13维的向量。附录表1给出了训练样本，附录表2给出测试样本数据仿真结果如图33、34所示图33训练误差曲线图33为训练误差曲线图。可见在训练到第14次的时候误差达到GOAL001的要求。表明了训练结果已经达到设置的目标误差。图34COMMANDWINDOW输出图由图34可以看出除了第二个测试输出其余输出基本一致，第二个测试的误差较大。333BP神经网络优点及其存在的问题在人工神经网络模型当中BP神经网络最为常用且较为成熟。与传统的基于符号推理的人工智能相比较，BP神经网络具有如下几个特点291对于所要解决的问题，不需要预先编排出计算程序来计算，只需给出学习样本就可以完成，并有所创新。2具有自适应和自组织能力。3具有较强的分类、模式识别和知识表达能力。虽然BP网络具有很多优点，但其也存在着一定的不足之处。BP算法采用的是基于误差梯度下降法的权值调整原则，每一步求解都取局部最优，训练最终进入局部极小还是全局极小与网络权值的初始状态有很大关系；但网络的初始权值是随机确定的，所以网络训练易于陷入局部极小。标准BP算法的内在缺陷主要有1易形成局部极小而得不到全局最优；2训练次数多，学习效率低，收敛速度慢3隐节点的选取缺乏理论指导；4训练时学习新样本有遗忘旧样本的趋势。4基于GABP方法的水电工程应急能力评估人工神经网络ARTIFICIALNEURALNETWORK,ANN能够很好的解决各类非线性问题，而遗传算法GENETICALGORITHMS,GA是从自然界生物进化机制获得启示，GA在寻优过程中只使用评价函数，不要求目标函数具有可微性，具有很强的全局性、并行性、快速性、适应性。但易早熟且局部微调能力差。BP网络具有高度的非线性映射能力、泛化能力、容错性以及易实现性，局部微调能力强，不过它存在着收敛慢、易于局部收敛的不足。GA与BP的优缺点有着很强的互补性，且两者结果都对训练过程中用到的算法参数很敏感。如能将两者结合能有效解决很多一般数学方法难以解决的问题。本章把人工神经网络结合遗传算法应用水电工程应急评价评价，较为新颖。41遗传算法概述遗传算法GENETICALGORITHMS,GA的基本思想基于DARWIN进化论和MENDEL的遗传学说。DARWIN进化论最重要的是适者生存原理，它认为每一物种在发展中越来越适应环境。物种每个个体的基本特征由后代所继承，但后代又会产生一些异于父代的新变化。在环境变化时，只有那些能适应环境的个体特征方能保留下来。MENDEL遗传学说最重要的是基因遗传原理。它认为遗传以密码方式存在细胞中，并以基因形式包含在染色体内，每个基因有特殊的位置并控制某种特殊性质。所以，每个基因产生的个体对环境具有某种适应性，基因突变和基因杂交可产生更适应于环境的后代。经过存优去劣的自然淘汰，适应性高的基因结构得以保存下来。遗传算法是一种新的全局优化搜索算法，具有简单通用、适于并行处理以及应用范围广等显著特点，是21世纪关键智能计算之一。遗传算法的基本操作中包含了5个基本要素301参数编码；2设定初始群体；3确定适应度函数；4设计遗传操作算子；5设置遗传运行参数。1参数编码在遗传算法中如何描述问题的可行解，把一个问题的可行解从其解空间转换到遗传算法所能处理的搜索空间的转换方法称为编码。编码是应用遗传算法时要解决的首要问题，编码方法在很大程度上决定了遗传进化运算的方法以及运算的效率。目前常用的编码方法有二进制编码方法；浮点数编码方法；符号编码方法；多参数级联编码方法；多参数交叉编方法。2设定初始群体群体规模的确定受遗传操作中选择操作的影响很大。群体规模越大，群体中个体的多样性越高，算法陷入局部解的危险就越小，从考虑群体多样性出发，群体规模应较大；但是，群体规模太大会使计算量增加，影响算法效率。别一方面，群体规模太小，会使遗传算法的搜索空间分布范围有限，引起未成热收敛现象，要避免未成熟收敛现象，必须保持群体的多样性，即群体规模不能太小。在实际应用中群体个体数的取值范围一般为几十几百个。3确定适应度函数适应度是评价群体中染色体个体好坏的标准，是选择遗传操作的依据，适度函数设计直接影响到遗传算法的性能。在遗传算法中，以个体适应度的大小来确定该个体被遗传到下一代群体中的概率。个体的适应度越大，被遗传到下一代的概率就越大；相反，被遗传到下一代的概率就越小。在具体应用中，适应度函数的设计要结合求解问题本身的要求而定。4设计遗传操作算子遗传操作可使问题的解逐步地优化，逼近最优解。遗传操作包括选择、交叉和变异。选择和交叉基本上完成了遗传算法的大部分搜索功能，变异增加了遗传算法找到接近最优解的能力。选择是指从群体中选择优良的个体并淘汰劣质个体的操作。适应度越大的个体，被选择的可能性就越大，其后代在下一代的个数就越多。交叉是指把两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作，目的是为了能够在下一代产生新的个体。常用的交叉算子有单点交叉算子、双点交叉算子和多点交叉算子、均匀交叉算子和算术交叉算子等等。变异是指将个体染色体编码串中的某些基因座上的基因值用该基因座的其他等位基因来替换，从而形成一个新的个体。变异算子操作可取单点、两点、多点、有效基因、均匀等变异方式，也可随操作串的适应度函数值作自适应变化。5设置遗传运行参数遗传算法中需要选择的运行参数主要有个体编码串长度、种群大小、交叉概率、变异概率、终止代数、代沟等。1编码串长度使用二进制编码来表示个体时，编码串长度的选取与问题所要求的求解精度有关；使用浮点数编码来表示个体时，编码串长度与决策变量的个数相等；使用符号编码来表示个体时，编码串长度由问题的编码方式来确定。2交叉概率交叉操作是遗传算法中产生新个体的主要方法，所以交叉概率一般应取较大值。一般建议的取值范围是040993变异概率变异概率取值较大时，虽然能够产生出较多的新个体，但有可能破坏掉很多较好的模式；变异概率取值过小时，变异操作产生新个体的能力和抑制早熟现象的能力就会较差。4终止代数终止代数是表示遗传算法运行到指定的进化代数之后就停止运行，并将当前群体中的最佳个体作为所求问题的最优解输出。遗传算法的终止条件，还可以利用某种判定准则，当判定出群体己经进化成熟且不再有进化趋势时就可终止算法的运行过程。5代沟代沟是表示各代群体之间个体重叠程度的一个参数，它表示每一代群体中被替换掉的个体在全部个体中所占的百分率。42遗传神经网络的实现遗传算法可以归纳为两种运算过程遗传运算交叉与变异与进化运算选择。遗传算法模拟了基因在每一代中产生新后代的繁殖过程，进化运算则是通过竞争不断更新种群的过