论城镇灾害的综合保障能力建设

论城镇灾害的综合保障能力建设

0缺少对城镇承灾能力综合评价结果在城市灾害应对能力的评价中，以往的研究方法针对特定的灾难类型（地震和洪水等），对特定灾难类型的综合评价很少。此外,传统的城镇承灾能力的评价中,更多的是分别研究防灾能力、抗灾能力、灾后恢复重建能力,很少有综合灾害管理全过程进行评价的研究结果。高庆华等人在《“十五”国家重点科技攻关课题的研究报告》中以省为研究单元,以工程防灾能力、非工程减灾能力和基础减灾能力构成的综合减灾能力为评价指标,对21世纪初中国综合减灾能力进行了评价分析,研究思路与本文基本相似,重点考察了各地区的防洪抗震设施、社会经济情况等。1load、c、n的表达研究随着“承载力”一词应用领域的不断扩大,在灾害研究中也就出现了“承灾能力”一词。在承载力研究进程中,对于“承载”一词对应的英文词汇曾有三种使用,即bearing,loading和carrying。其中bear表达的主要是意识形态领域的较抽象的容忍与承受能力,load表达的主要是物理学的负重含义,而carry则不仅具携带、承受的含义,还有维系、支撑的意义。从字面上看,承灾能力即为对灾害的承受能力,又由于carry一词意义的扩展,承灾能力也就涵盖了除承受能力之外的其他能力。冯志泽等用抗灾能力、救灾能力和恢复能力构建了城镇自然灾害承灾能力指标;高庆华、聂高众等在“十五”国家重点科技攻关课题《综合自然灾害信息共享》综合分析的研究中对承灾能力作了详细分析,综合承灾能力是工程防灾房屋建筑抗灾能力、工程防洪除涝能力、社会经济承灾能力的综合反映。本文从灾前防御、灾中抗衡与救援到灾后重建四个方面考察了城镇社会、经济和环境功能系统的综合承灾能力问题。1.1备与准备充分性如何衡量防灾能力的大小,就要考察城镇在灾害来临之前应该做的哪些准备与准备的充分性。由于现在的监测预报技术还不能满足人们对灾害来临时间和破坏力度准确性的要求,人们只能通过增强防范意识,根据以往经验改善承灾环境。主要表现在防灾教育、防灾工程和防灾的经济投入上。1.2易损性的定义抗灾能力,是灾害发生瞬间,承灾体在灾害破坏情况下保持原状或接近原状的能力。抗灾能力与易损性同样是承灾体的属性,只不过是属性的正反相对的两方面。正如MarcoAntonioTorres-Vera的观点:易损性是用来衡量一个结构在地震活动下受破坏的量,它与地面运动没有关系,只由结构本身决定,因此,一个系统的易损性也不依靠当地的地震风险决定。该定义说明即使在地震安全区域结构也是易损的。一个城镇的易损性是由其现代化程度的高低、建筑物的结构类型及质量、经济发展水平等和社会因素所决定。这些因素是可以通过科学的规划和设计、采取加固和调整等措施来改变它们的特征。1.3迅速的应急救援救灾能力的主要表现在于灾害的应急处理。灾害发生紧后期,尽管城镇各种状况还不能完全掌控,但迅速的应急救援可以减少和降低灾害造成的损失。抗灾与救灾的差别是,抗灾侧重点是抗御灾害,降低灾害的危害程度,而救灾则侧重在事故发生后开展救援。1.4恢复力指标体系的建立恢复力的英文单词为:Resilience。灾害恢复力目前仍没有较公认和统一的定义,不同研究者都根据自己研究的需要有不同的理解。以往的研究,在恢复力量化方面也仅在地震对基础设施的影响方面从数学模型入手有一些深入的研究,既没有针对某种灾害建立恢复力指标体系,即没有从数量上回答“什么因素决定恢复力大小”和“在多大程度上决定恢复力大小”,也没有建立较全面的、系统的综合评估模型。但恢复力评估在应急管理和减灾规划中的价值已得到足够重视。基于此,本文建立了城镇承灾能力评价指标体系如表1所示。2确定模糊聚类分析权传统模糊聚类迭代模型和经典K-means算法在聚类过程中均不考虑指标权重,基于此,可变模糊集理论给出了考虑模型参数指标权重变化的可变模糊聚类迭代模型,通过指标权重、相对隶属度与聚类中心之间的动态迭代使聚类结果趋于平衡。可变模糊聚类迭代模型如下所示。设有待聚类的n个样本组成集合,m是样本指标个数,可用m×n阶指标特征值矩阵对样本集进行聚类,将样本集表示为:X=[x11x12⋯x1nx21x22⋯x2n⋮⋮⋮⋮xm1xm2⋯xmn]=(xij)‚(1)式中:xij为聚类样本j指标i的特征值,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。由于m个指标的量纲和数量级不同,必须先对原始数据进行规格化处理,使规格化数在之间。由于指标主要分为正相关指标(即指标值越大,能力越大的指标)、负相关指标(即指标值越小,能力越大的指标)和中间型指标(指标值在某区间内,能力越大的指标)三大类,分别基于这三种指标类型的规格化方法如下所示。X*=x-xminxmax-xmin‚(2)X*=xmax-xxmax-xmin‚(3)X*=1-|x-ˉx|max|x-ˉx|。(4)式中:x为真实值,xmin、xmax分别为真实值中的最小值与最大值,ˉx为中间最优值,X*为归一化后的值。根据待聚类矩阵X的指标类型采用上述归一化方法进行规格化,矩阵X经规格化后变为指标特征值规格化矩阵:R=[r11r12⋯r1nr21r22⋯r2n⋮⋮⋮⋮rm1rm2⋯rmn]=(rij)‚(5)式中:rij为指标特征值规格化数,则样本j的m个指标特征值向量rj=(r1jr2j…rnj)。设将样本集分为c类,类别h的模糊聚类中心用向量表示为sj=(s1hs2h…smh),式中h=1,2,…,c;0≤sih≤1。样本j与类别h之间的差异,可用广义距离表示:d0hj=|m∑i=1(rij-sih)p|1p,(6)式中:p为距离参数,p=1时为海明距离,p=2时为欧氏距离,即K-means算法相似度测度的基础。由于权重的存在,不同指标对模糊聚类的影响力不同,这是可变模糊聚类迭代模型中的一个重要可变参数,因此将指标权向量引入广义距离公式,则有广义权距离公式:dhj=|m∑i=1ωi(rij-sih)p|1p。(7)该式表示了考虑指标权重矩阵后,样本j与级别h之间的差异。式中,p=1时为加权海明距离,p=2时即为常用的加权欧氏距离。指标权重可以用主观赋权法、客观赋权法,也可以用综合赋权法确定,在此不再赘述。设指标权向量ω=(ω1,ω2,…,ωm),且m∑i=1ωi=1。设Dhj=uhjdhj=uhj{m∑i=1[ωi(rij-sih)]p}1p‚(8)为样本j与级别h之间的加权广义权距离,可知Dhj不仅考虑了指标权重,而且计入以样本j归属于级别h的相对隶属度uhj为权重,是对权重距离的发展与完善。为了求解最优模糊聚类矩阵与最优模糊聚类中心矩阵,建立模糊聚类准则函数:min{F(uhj,sih)=n∑j=1c∑h=1u2hj|m∑i=1[ωi(rij-sth)]p|αp},(9)满足c∑h=1uhj=1,0≤uhj≤1,n∑j=1uhj>0。式中:uhj为样本j隶属于类别h的相对隶属度,是一个动态稳定的求解过程,α为优化准则参数。引入拉格朗日乘子λ构造拉格朗日函数并解得可变模糊聚类迭代模型:uhj={|c∑h=1m∑i=1[ωi(rij-sih)]pm∑i=1[ωi(rij-sik)]p|αp}-1,(10)sih=n∑j=1u2p-1hjrijn∑j=1u2p-1hj;αp=1。(11)式(10)、(11)可用以迭代求解最优模糊聚类矩阵u*hj与模糊聚类中心矩阵s*ih,其中α、p、ωi为可变参数,在给定的参数组合下,可解得相应的u*hj与s*ih。Bezdek已经证明了迭代模型式((10)、(11))取p=2、α=2时是收敛的,而且计算实践表明,可以得到合理的聚类结果。然而该聚类方法虽具有理论优越性,但实践应用却相对落后,因此本文采用可变模糊聚类方法对城镇综合承灾能力进行评价。3聚类分析结果文献中通过对指标的层层赋权计算,分别计算了样本数据的防灾能力指数、抗灾能力指数、救灾能力指数和恢复能力指数,最后综合成一个承灾能力指数进行比较。此计算过程主观因素参与较多,对分层指标的权重确定,以及对防灾、抗灾、救灾和灾后恢复能力的权重确定都是通过主观赋权法确定的。并且,仅能通过最终确定的承灾能力指数进行各样本之间的比较,分不清各样本在防灾、抗灾、救灾和灾后恢复四个方面的孰优孰劣。因此,本文选择将可变模糊聚类引入城镇综合承灾能力评价的过程中,分别对样本数据的四种能力进行聚类分析,以此判断样本城市的综合承灾能力及其在防灾减灾等方面相应的优势、劣势。将所有作为训练集进行可变模糊聚类迭代,设定迭代计算精度e=10-5,由权变量和样本指标相对隶属度矩阵R,分别设c=3和c=5,确定最优模糊聚类矩阵u*hj与模糊聚类中心矩阵s*ih。聚类结果如表2所示。根据样本数量,为了更客观地进行聚类判断,本文分别选择了聚3类和聚5类进行分析,通过两个聚类结果来共同判断样本城市的承灾能力水平。虽然,最大隶属度原则是经典模糊集中的重要判断、预测与决策准则,被广泛地用于模糊模式识别、模糊综合评判、模糊决策等许多方面,但在模糊概念分级条件下,用最大隶属原则对级别归属进行识别是一种错误,会导致错误的判断、识别、预测的结果,因此本文在得到u*hj和s*ih后,由类别和优属度的乘积得到类别H,即H=c×u*hj。计算结果为H越大越优。通过分析我们看出,29个样本城市中,大多数城市的防灾、抗灾、救灾和灾后恢复能力居于中等水平,有些样本城市在从防灾到灾后恢复的能力建设上发展不均衡,如样本城市2的防灾能力明显较弱,样本城市15的救灾能力较弱,抗灾能力相对较强,而样本城市18的防灾能力与抗灾能力均相对较弱……以往,我们更注重于城市的救灾能力。人们已逐渐认识到防灾能力建设对城镇综合承灾的重要作用。从城镇的社会、经济和环境等功能的实现及其发展方向来看,以防代救,将灾害可能对城镇造成的危害控制在源头,才是降低灾害损失的根本办法。4基于样本的隶属度理论通过对评价指标的可