鄧樹榮++曹彥波++張方浩++和仕芳++余慶坤++杜浩國

摘要：對云南地震現場應急通信技術系統(tǒng)的現狀進行梳理分析，以AHP層次分析法為基礎，從系統(tǒng)的設備構成、功能特點、制約因素三個方面，闡述了各層面間的相互聯系與系統(tǒng)自身存在的制約因素，確定了各級指標的權重，從而得出這些因素對實現總目標的影響或重要程度，并對決策模型的計算結果進行了詳細的分析，最后應用該方法對比分析近幾年云南典型地震現場應急通信技術保障實例。

關鍵詞：AHP方法；地震現場通信；應急響應模式

中圖分類號：P31595文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）02-0277-09

0引言

自2011年3月24日發(fā)生緬甸孟帕亞72級地震以來，云南地區(qū)已進入新一輪強震活躍期（皇甫崗等，2014）。據統(tǒng)計，2011—2015年，云南共發(fā)生50級以上破壞性地震21次，平均每年4次，地震共造成731人死亡，5 315人受傷，直接經濟總損失4 129 728萬元①②③④⑤。云南地處歐亞大陸與印度洋板塊碰撞帶的東沿，地殼運動活躍，區(qū)域內橫斷山脈縱橫交錯，地質切割形態(tài)分布較廣，高原山地環(huán)境山高坡陡。因此，云南地震活動頻度高、人員傷亡多、災害損失重、救援難度大。這些都給云南地震現場通信技術系統(tǒng)保障帶來了嚴峻的考驗。

[JP2]近年來，我國發(fā)生了震級較大的汶川80級、蘆山70級、魯甸65級破壞性地震，從歷次地震現場的震害可知，在中等以上破壞性地震的震中區(qū)，有線通信網絡基本破壞，在應急期內難以立即恢復（張毓豐，鄧憲民，2005），地震現場通信保障工作在地震應急處置中顯得尤為重要。隨著政府對防震減災工作越來越重視，社會公眾對地震應急處置的關注和要求越來越高，地震應急通信保障任務也就越來越重。為了不斷提高地震應急通信保障能力，使地震現場應急通信技術系統(tǒng)的指揮調度和應用更加科學，一些學者對地震應急指揮技術系統(tǒng)硬件和軟件（帥向華等，2009a，b）、地震應急指揮協(xié)同平臺（姜立新，帥向華，2012）、地震救援現場應急通信系統(tǒng)的設計（洪惠群等，2012）進行了深入的研究，并對國家地震應急指揮技術系統(tǒng)建設中的關鍵技術（楊天青等，2010）進行了探索和應用分析，這些研究成果為云南地震現場通信技術系統(tǒng)的應用提供了很好的參考。[JP]

[KG（0.15mm]《國家地震應急預案》和《云南省地震應急預案》對地震應急響應級別的啟動作了規(guī)定，《云南省地震系統(tǒng)應急工作方案》對現場工作隊通信組的地震現場通信和網絡保障、現場災情獲取和信息傳輸等工作內容作了說明。趙恒等（2007，2012）對破壞性地震的應急通信需求進行分析，認為不同震級所造成的災區(qū)通信破壞程度不同，因而不同應急響應級別對應的地震現場通信技術系統(tǒng)保障模式也會有差異。云南地震現場通信技術系統(tǒng)由多套子系統(tǒng)組成，[HJ2.15mm]設備較多、功能復雜，在應急響應指揮調度決策的過程中，難免出現功能重復、裝備搭配不合理、地震現場保障模式和災區(qū)通信需求不匹配等問題。為了使該系統(tǒng)在地震應急中的指揮調度和應用更加科學，最大化發(fā)揮應急通信保障能力，筆者利用AHP層次分析法，根據不同的應急響應級別，對該系統(tǒng)的功能和制約因素進行分析研究，探索適應云南特殊地理環(huán)境的地震現場通信技術系統(tǒng)應急響應模式。[KG）]

[BT1+*6]1云南地震現場通信技術系統(tǒng)概況

經過國家十五項目、地震社會服務工程、云南省預防和處置地震災害能力建設十項重大措施和十項重點工程等項目的規(guī)劃建設，云南省地震局建成了由現場應急指揮技術系統(tǒng)、現場工作隊通信指揮系統(tǒng)、前方移動指揮平臺、無人機地震災情獲取系統(tǒng)、現場指揮所共5套系統(tǒng)（平臺）組成的云南地震現場應急通信技術系統(tǒng)（表1）。

在歷次地震應急響應中，云南省地震局地震現場應急通信技術系統(tǒng)都進行了不同程度的保障。據統(tǒng)計，在2011—2015年發(fā)生的21次50級以上破壞性地震中，云南省地震局啟動Ⅳ級響應3次，Ⅲ級響應11次，Ⅱ級響應4次，Ⅰ級響應1次。其中，現場應急指揮技術系統(tǒng)進行了6次保障，現場工作隊通信指揮系統(tǒng)進行了14次保障，現場指揮所進行了11次保障。無人機地震災情獲取系統(tǒng)建成時間較晚（2015年建成），在筆者的統(tǒng)計時間段內沒有得到較好的應用，但在2014年“8·03”魯甸地震和2014年“10·07”景谷地震應急響應中地震系統(tǒng)的其他單位采用了無人機對災區(qū)進行了航拍，災情獲取效果較好。[JP2]

從表1中可以看出，各分系統(tǒng)整體的裝備和功能各有側重，但也有相同和相似的部分，有的可獨立使用，有的需要相互配合使用，有的裝備可滿足多種功能，有的功能需要多種裝備配合才能實現，有些系統(tǒng)和裝備又有各自的制約因素。

2AHP方法的基本原理

AHP決策分析法由美國運籌學家Saaty于20世紀70年代提出，是一種定性與定量相結合的層次決策分析方法。它將復雜問題分解為多個組成因素，并將這些因素按支配關系進一步分解，按目標層、準則層、指標層排列起來，形成一個多目標、多層次的模型，形成有序的遞階層次結構。通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合評估主體的判斷確定諸因素相對重要性的總順序。

21構造判斷矩陣

構造判斷矩陣是AHP方法的關鍵步驟，表示針對上一層次中的某元素而言，評定該層次中各有關元素的相對重要性，其形式如表2所示（徐建華，2002）。

22模型計算

第一步，計算層次單排序。對矩陣[WTHX]B[WTBX]計算滿足[KH*1]

[WTHX]BW[WTBX]=[WTHX]λ[WTBX]max[WTHX]W[WTBX][JY]（2）[KH*1D]

的特征根和特征向量，并將特征向量歸一化。在式（2）中，[WTHX]λ[WTBZ]max為[WTHX]B[WTBX]的最大特征根，[WTHX]W為對應于λ[WTBZ]max的正規(guī)化特征向量，[WTHX]W[WTBZ]的歸一化特征向量就是對應元素的單排序權重值。

檢驗判斷矩陣的一致性，計算一致性指標[KH*1]

CI=[SX（][WTHX]λ[WTBX]max-nn-1[SX）][JY]（3）[KH*1D]

式中：當CI=0，即[WTHX]λ[WTBX]max=n時，判斷矩陣具有完全一致性，反之，CI越大，判斷矩陣的一致性越差。

計算一致性比例：[KH*1]

CR=[SX（]CIRI[SX）]<010[JY]（4）[KH*1D]

其中，RI為平均隨機一致性指標（表3）。一般當CR<010時，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就要調整判斷矩陣。

第二步，計算層次總排序。若上一層次所有元素A1，A2，…，Am的總排序權重值為a1，a2，…，am；與Aj對應的本層次元素B1，B2，…，Bn的層次單排序結果為[bj1，bj2，…，bjn]T（若Bi與Aj無聯系時，bji=0）；那么，B層次的總排序為表4。

3云南地震現場通信技術系統(tǒng)AHP模型

31建立層次結構[BT）]

根據云南地震現場通信技術系統(tǒng)的結構，按照總目標、系統(tǒng)層、功能層、制約因素4個層次列出決策因子（表5）。根據表5所述各個決策因素之間的相互關系（表1），建立如圖1、2所示層次結構模型。

32構造判斷矩陣

筆者選取多次參加云南地震現場的相關專家和專門從事地震現場通信的技術人員，發(fā)放了15份調查問卷，其中專家問卷4份，一般技術人員問卷11份，對系統(tǒng)本身、系統(tǒng)功能和制約因素進行問卷調查，對應功能層次結構圖（圖1）和制約因素層次結構圖（圖2），構造了基于云南地震現場通信技術系統(tǒng)的3組共33個判斷矩陣。

33模型計算

（1）計算5個系統(tǒng)X1，X2，…，X5的相對權重，系統(tǒng)層數為1，因此計算出的相對權重既是層次單排序，也是層次總排序（表6），他們表示各系統(tǒng)對實現總目標的重要程度。

（2）計算每個功能G1，G2，…，G22對每個系統(tǒng)的相對權重（層次單排序），并用系統(tǒng)X1，X2，…，X5的權重對功能的相應權重加權后相加，計算功能層的組合權重（表7），它們表示各功能對實現總目標的重要程度。

（3）計算每個制約因素Z1，Z2，…，Z11對每個系統(tǒng)的相對權重（層次單排序），并用系統(tǒng)X1，X2，…，X5的權重對制約因素的相應權重加權后相加，計算制約因素層的組合權重（表8），它們表示各制約因素對實現總目標的制約程度。

4計算結果與實例分析

41計算結果分析

411Ⅰ級響應結果分析[BT）]

當啟動Ⅰ級響應時，系統(tǒng)的權重排序為X5>X2>X4>X3>X1（表6），此時的地震現場應急通信技術系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮無人機地震災情獲取系統(tǒng)和現場工作隊通信指揮系統(tǒng)，其次考慮現場指揮所系統(tǒng)和前方移動指揮平臺。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權重位于前5位的是G5、G12、G22、G2、G1（表7），此時可優(yōu)先考慮衛(wèi)星語音通話、地震災情數據采集傳輸、無人機地震災情圖像拼接和災害識別、數據/網絡、音視頻會議方面的功能保障。功能層次權重位于6～10位的是G3、G20/G21、G9、G13、G6（表7），其次考慮地震現場辦公、無人機地面目標探查跟蹤和定位、無人機地面信息航拍采集、地震現場照明、地震科普宣傳、臨時現場指揮所方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅰ級應急響應對應的震級較高，災情嚴重，地震災區(qū)滑坡分布普遍，道路中斷的概率很大，通信癱瘓的可能性也很大。根據AHP決策分析的結果，權重排序位于前5位的制約因素是Z3、Z2、Z5、Z11、Z9（表8），此時應充分考慮大型車輛難于進入道路較差的災區(qū)、車體較重不平衡、互聯網癱瘓不能為通信系統(tǒng)提供互聯網通信、工作場地環(huán)境限制等因素對現場通信技術系統(tǒng)相關設備的制約。

[BT3]412Ⅱ級響應結果分析

當啟動Ⅱ級響應時，系統(tǒng)的權重排序為X2>X5>X3>X4>X1（表6），此時的地震現場應急通信技術系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮現場工作隊通信指揮系統(tǒng)和無人機地震災情獲取系統(tǒng)，其次考慮前方移動指揮平臺和現場指揮所系統(tǒng)。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權重位于前5位的是G1、G22、G2、G5、G12（表7），此時可優(yōu)先考慮音視頻會議、無人機地震災情圖像拼接和災害識別、數據/網絡、衛(wèi)星語音通話、地震災情數據采集傳輸方面的功能保障。功能層次權重位于6～10位的是G20/G21、G3、G7、G8、G6（表7），其次考慮無人機地面目標探查跟蹤和定位、無人機地面信息航拍采集、地震現場辦公、地震現場通信保障、現場指揮協(xié)同調度、臨時現場指揮所方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅱ級應急響應對應的震級高、災情重，地震災區(qū)有一定滑坡分布，道路可能中斷，極震區(qū)通信可能癱瘓。根據AHP決策分析的結果，權重排序位于前5位的制約因素是Z3、Z2、Z5、Z9、Z4（表8），此時應充分考慮大型車輛難于進入道路較差的災區(qū)、車體較重不平衡、互聯網癱瘓不能為通信系統(tǒng)提供互聯網通信、無人機空域申請困難、衛(wèi)星天線直徑小等因素對現場通信技術系統(tǒng)相關設備的制約。

[BT3]413Ⅲ級響應結果分析

當啟動Ⅲ級響應時，系統(tǒng)的權重排序為X1>X4>X2>X3/X5（表6），此時的地震現場應急通信技術系統(tǒng)保障可優(yōu)先考慮現場應急指揮技術系統(tǒng)、現場指揮所和現場工作隊通信指揮系統(tǒng)。

從系統(tǒng)功能層次看，功能層次權重位于前5位的是G1、G5、G2、G7、G12（表7），此時可優(yōu)先考慮音視頻會議、衛(wèi)星語音通話、數據/網絡、地震現場通信保障、地震災情數據采集傳輸方面的功能保障。

從制約因素分析，Ⅲ級應急響應對應的震級低，災情不太重，地震災區(qū)滑坡可能性也較小。此時主要考慮系統(tǒng)設備自身的狀況和山區(qū)道路對通信車通行的影響。

42實例分析

筆者選取了2011年以后具有代表性的云南3次不同應急響應級別的地震應急通信技術系統(tǒng)保障實例進行對比，分別是2014年“8·03”魯甸65級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20142014年8月3日云南魯甸65級地震災害直接經濟損失評估報告（云南災區(qū)）[ZW）]、2014年“10·07”景谷66級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20152014年10月7日云南景谷66級地震災害直接經濟損失評估報告[ZW）]、2015年“3·01”滄源55級地震[ZW（DYB，7][KG*3]云南省地震局20152015年3月1日云南滄源55級地震災害直接經濟損失評估報告（中國災區(qū)）[ZW）]，對比情[FL）]

[KH-2][KH*1D][JZ]表9計算結果與實例對比表

[JZ]Tab9Comparison of the calculated results with the real cases

[BG（！][BHDFG5*2，WK5，WK3。2，WK5*2，WKW]

地震名稱最高烈度響應級別極震區(qū)通信狀況[ZB（][BHDWG2，WK12，WK21，WKW]系統(tǒng)出隊對比[XXZXX*4-YXX*4]功能保障對比[XXZXX*4-YXX*4]制約因素對比[XXZXX*4-YXX*4][BHG，WK5，WK7，WK10，WK11，WK5*4，WKW]實際出隊系統(tǒng)計算結果（權重排序）實際功能保障計算結果（權重排序）災區(qū)制約因素計算結果（權重排序）[ZB）W]

[BHDG6*2，WK5，WK3。2，WK5*2，WK5，WK7ZQ*3/4，WK10ZQ*3/4，WK11ZQ*3/4，WK5*4ZQ*3/4，WKZQ*3/4W]

魯甸65級地震ⅨⅠ全面中斷X2X4X5X5>X2>X4>X3>X1G1、G2、G3、G5、[JP2]G6、G7、G12、G13、[JP]G21、G22G5>G12>G22>G2>G1>G3>G20/G21>G9>G13>G6>…Z3、Z2、Z5、Z7、Z11Z3>Z2>Z5>Z11>Z9>…[BHDW]

景谷66級地震ⅧⅡ部分中斷X2X4X5X2>X5>X3>X4>X1G1、G2、G3、G7、G12、G13、G21G1>G22>G2>G5>G12>G20/G21>G3>G7>G8>G6>…Z4、Z5、Z9Z3>Z2>Z5>Z9>Z4>…[BHG4*2]

滄源55級地震ⅦⅢ局部中斷X2X4X1>X4>X2>X3/X5G1、G2、G3、G7、G12G1>G5>G2>G7>G12>…Z4、Z7Z3>Z2>Z1>…[BG）F]

[KG（0.15mm]況見表9。從對比結果看，Ⅰ級和Ⅱ級響應的吻合性較好，云南地震現場應急通信技術系統(tǒng)的裝備屬于重型裝備，設計時基于大震應急考慮而設計，因而在發(fā)生大地震時，系統(tǒng)的適用性會比較明顯。Ⅲ級響應的吻合性稍差，原因是Ⅲ級響應一般針對較小破壞性地震而啟動，災區(qū)受災情況相對較輕，通過災區(qū)當地均能保障辦公功能（G3），構造判斷矩陣時考慮該功能權重小一些，滄源地震應急中出現該功能的保障屬于現場指揮所系統(tǒng)（X4）本身具備的功能，因而模型計算結果更具有普偏性。Ⅲ級響應下，通常會考慮設備老化（Z1）、車體較重不平衡（Z2）、車體較大難于進入道路較差的災區(qū)（Z3）等一些系統(tǒng)設備自身存在的制約因素，考慮地震造成災區(qū)地質災害的影響制約因素的權重會小一些。而對比實例中出現了動中通天線直徑小功率低（Z4）、數據流量較大網絡要求高（Z7）應屬特例，主要原因是滄源位于中緬交界少數民族聚居區(qū)，衛(wèi)星信號值弱[ZW（DYB，7][KG*3]美國波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司2003亞洲4號衛(wèi)星ku波段FSS頻段中國波束EIRP覆蓋圖[ZW）]，互聯網基礎建設滯后。由表中的對比情況和上述分析可得，模型計算結果與實例對比具有一定的吻合性。[KG）]

5結語

地震應急指揮決策中，現場通信技術系統(tǒng)的指揮調度是一個復雜的管理問題，筆者基于AHP方法對地震現場通信技術系統(tǒng)的應急響應模式進行分析，把系統(tǒng)的各種構成要素分模塊分層次區(qū)別開來，賦予一定的權重后排序，在系統(tǒng)指揮調度時可避免響應過度和響應不足，使得地震應急響應更加合理。地震現場受災情況復雜，不同地震現場對通信系統(tǒng)功能的保障需求也不同，在充分估計地震災情的前提下可根據該模型計算的功能權重排序考慮功能配置，使地震現場通信功能的保障更加全面。地震應急響應時要考慮系統(tǒng)本身狀況、災區(qū)自然環(huán)境、受災情況等因素的協(xié)調性，盡量避免通信系統(tǒng)受到制約不能充分發(fā)揮保障功能的情形。本文為復雜的問題提供了一種分層次的權重決策分析方法，計算結果為多樣本計算結果，具有普遍性，但在地震應急響應中，一些特殊地震要考慮不同的現場通信保障需求，決策者在普遍性和特殊性之間還需做一些調整。另外，該模型的結果主要適用于云南地區(qū)，對于特大型城市、平原地區(qū)、經濟發(fā)達地區(qū)的地震應急通信響應模式還需考慮不同的影響因素。[HJ1.95mm]

參考文獻：

洪惠群，林金發(fā)，吳楠楠，等2012地震救援現場應急通信系統(tǒng)的設計與集成[J].山西地震，（3）：28-30

皇甫崗，蘇有錦，張建國，等2013新世紀滇緬交界大震活動研究[M].昆明：云南科技出版社

姜立新，帥向華，聶高眾，等2012地震應急指揮協(xié)同技術平臺設計研究[J].震災防御技術，7（3）：294-302

帥向華，姜立新，劉欽，等2009a地震應急指揮技術系統(tǒng)設計與實現[J].測繪通報，（7）：38-41

帥向華，姜立新，王棟梁2009b國家地震應急指揮軟件系統(tǒng)研究[J].自然災害學報，18（3）：99-104

徐建華2002現代地理學中的數學方法（第二版）[M].北京：高等教育出版社

楊天青，帥向華2010國家地震應急指揮技術系統(tǒng)建設中的關鍵技術及應用[J].震災防御技術，5（2）：208-214

余勝威2014MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應用[M].北京：清華大學出版社

張毓豐，鄧憲民2005地震現場應急救援的通信系統(tǒng)設計[J].災害學，20（4）：111-115

趙恒，白仙富，張方浩，等2012破壞性地震的應急通信需求與應用初探[J].地震研究，35（1）：139-144

趙恒，周蘭江，曹刻，等2007云南省地震局地震應急通信系統(tǒng)在2007年寧洱64級地震中的應用與發(fā)展[J].地震研究，30（4）：395-400[ZK）][HJ][FL）][LM]

[STHZ][WT4HZ][JZ]Study of the Response Mode of the System of Yunnan[JZ]Earthquake-site Emergency Communications Based[JZ]on the Analytic Hierarchy Process