地震灾害现场生命搜索方案的模糊优选.doc

地震灾害现场生命搜索方案的模糊优选辛晶1．中国人民武装警察部队学院消防指挥系，河北 廊坊065000）摘 要：本文在分析影响生命搜索方案因素的基础上，建立了地震灾害现场被困人员生命搜索方案的优选模型采用模糊优选关系矩阵和和模糊一致矩阵优选方法，将影响生命搜索方案的模糊或主观因素转化为数学形式，使不同方案的比较定量化，最后根据整体优度值的大小对各待选方案进行排序，从而得到最优的生命搜索方案实例验证了该模糊优选模型的有效性，可为地震紧急救援指挥决策系统的研制提供理论支持关键词：地震救援；生命搜索；方案优选；模糊一致矩阵1 引言 地震以其突发性和巨大的破坏性给人类生存安全、社会经济发展和社会稳定带来了严重的危害由于目 前地震预报、防灾、抗灾措施等受技术能力与经济条件的制约，还不足以完全避免震害的发生，这就需要把 震后紧急救援作为减轻地震人员伤亡的重要措施 对于地震紧急救援来说，时间就是生命，迅速制定和实施科学有效的救援方案是最大限度地拯救幸存者 的前提因此，本文在分析与现场搜救行动相关的诸多影响因素和各因素在搜救行动实施过程中所起作用的 基础上，引用模糊一致性矩阵判别法，确定不同环境条件下的现场搜救行动方案，并对各个方案的优劣进行 综合比较，选择最佳实施方案，对挽救地震现场被困人员的生命等方面具有重要意义。

2 生命搜索方案的影响因素分析 2.1 建筑物的用途 根据建筑物的用途，可将其分为四类[1]，一类是昼夜连续使用的，如：医院病房等；二类是正常工作制 下使用的，如学校等，三类是居住型建筑物，如住宅等；四类是非正常服务的，如饭店等发生地震后，不 同用途的建筑物内可能存在的幸存者数量有所不同，一般是一类建筑物造成的被埋压人员较集中，可能幸存 人员的数量大 2.2 建筑物的结构类型参照我国房屋结构设计规范的分类、房屋震害预测方法和国内外建筑物及设施易损性分析中关于建筑物 的分类，把建筑物和设施分为砖木结构、钢筋混凝土结构、钢结构或钢屋架结构、砖混结构、组合结构和管 线及地下结构等几类[2] 不同类型的结构由于基本构件、连接方式的不同，地震中的破坏情况也有区别不同建筑结构类型具有 不同的破坏特征无论建筑是何种结构，其倒塌的形式均表现为整体倒塌和局部倒塌整体倒塌废墟形态主 要表现为以下几种：整幢或部分房屋倒塌，一塌到底、地基不均匀沉降，房屋倾斜、楼房薄弱层（底层或者 中间转换层）倒塌等局部倒塌或破坏往往表现为构件和节点的破坏，并且如果部分构件的破坏程度非常严 重，会使建筑变得不稳固，在余震或外界震动的影响下容易形成二次倒塌。

了解这些破坏特征，就能够有针 对性地进行救援，最大程度地挽救更多的生命 2.3 发生地震的时间地震造成的人员死亡主要是由于建筑物的倒塌引起的因此，地震造成被困人员的数量主要取决于房屋 毁坏率、人口密度和发震时间如地震发生在深夜，则人员被困的数量多，如地震发生在白天或晨晚，则人 员被困的数量少 2.4 废墟类型无论建筑物采用何种结构和材料，其倒塌后形成的生存空间形式大致有五种[3]：倾斜支撑型、悬臂型、 夹层型、V 型空区型和无规则型，只有存在于建筑物倒塌形成的空区即生存空间的被困者才会有更大的存活可能性，这些空区是搜索队重点搜索的对象 2.5 被埋压人员情况被埋压人员情况可以分为三类：第一类是伤势较轻，需要搜索人员很少的帮助便可以获救；第二类是伤 势重，需要搜索人员较多的帮助才可以获救；第三类是伤势很重，已经失去知觉，埋压很深，需要搜索人员 借助多种搜救手段才能够搜索到其所在的位置 2.6 建筑物的状态建筑物的状态是指可以开展搜索行动的最低稳定状态如果建筑物处于较稳定状态，则采取的搜索方式 较多，如果建筑物处于不稳定状态，则只能借助于仪器搜索或搜救犬搜索 2.7 搜索设备的条件目前用于地震现场搜索被困人员的设备主要有声波/振动探测设备、光学探测设备和红外热成像仪三种[4]。

声波/振动生命探测仪能够探测和分析幸存者的移动、敲击和呼叫时通过介质发出的微小振动呼救信号；光学 生命探测器可以通过废墟堆积层中的空隙或专用钻机钻孔进入被困人员附近，它不仅能确定幸存者位置，而 且知道其状态，通常不在需要其他额外的复核工作；热成像生命探测仪可以成像的方式把要搜索的目标与背 景分开，不受限于工作环境，也不需要附加照明光源对幸存者进行搜索和定位 2.8 搜索队人员的配置结构一般来说，搜索分队的最低配置由 10 人组成：搜索犬专家 2 人，技术搜索专家 1 人，医疗专家 1 人，结 构专家 1 人，危险品专家 2 人，救援专家 2 人，他们均由 1 名救援队长指挥[5]在大多数情况下，应当根据 救援现场的实际情况灵活编配，如适当增设专门负责安全监督的人员等 上述八个影响因素（判断依据）的权重分配可采取两两比较的方法，按层次分析法给出，也可请有经验的救 援专家组，根据以往的救援经验和救援现场的实际情况直接给出由于这八条判断依据的重要程度相差不大， 一般情况下可按各占 12.5%确定3 生命搜索方案优选模型目前，地震现场搜索被困人员的方法主要有人工搜索、技术搜索、搜索犬搜索和搜索机器人搜索四种方 式。

随着技术的发展，出现了无线定位搜索，但它是基于 GPS 全球定位系统和移动通信网络的一种搜索方式， 大大提高了人员搜索的效率[6]因此，选择最优的人员搜索方案对于提高消防部队的战斗力，最大程度地挽 救被困人员的存活率具有十分重要的意义 3.1 建立模糊优选关系矩阵 Bk用模糊一致矩阵优选方法[7]，建立以最优人员搜索方案作为总目标的被困人员搜索方案优选模型 （1）通过对人员搜索方案的分析研究，共提出m个待选方案：人工搜索、技术搜索、搜救犬搜索、先搜 救犬搜索后技术搜索，先技术搜索后搜救犬搜索等记为待选方案集A={ A1,A2,…Am } （2）判断人员搜索方案优劣的评价指标（判断依据）共有 8 个（C1 ,C2,…C8）：建筑物的用途、建筑物 的结构类型、发生地震时间、废墟类型、被埋压人员情况、建筑物的状态、搜索设备的条件、搜索队人员的 配置结构 （3）通过两两比较，考察每一待选方案针对每一评价指标CK（k=1,2,…8）的满意程度，从而建立待选 方案集A上的 8 个模糊优选关系矩阵Bkk=1,2,…8)（i, j=1,2,…m） （1）mmk ijKbB)(式中：表示Ai与Aj相比，对CK的满足程度不同，其取值范围为：若Ai比Aj对CK的满足程度高，k ijb为 1.0；若Ai比Aj对CK的满足程度相同，为 0.5；若Ai比Aj对CK的满足程度低，为 0。

k ijbk ijbk ijb3.2 将模糊优选关系矩阵 Bk转换为模糊一致矩阵 Fk首先，对按行求和，记为：mmk ijKbB)(（i=1,2,…m） （2） mjk ijibr1然后，确定模糊一致矩阵中各元素的值mmk ijKfF)(（3）5 . 02mrrfjik ij3.3 计算优度值根据模糊一致矩阵Fk，运用方根法[8]计算待选方案在判断依据CK下的优度值4）  miiik i LLL1式中：（i=1,2,…m） （5）mmjk ijifL11)(若确定的评价指标的权重为W=(W1, W2,… W8)T，则各待选方案整体优度值Ri的计算公式[9]如下：（6）k i kkiLWR 81最后，按Ri的大小对各待选方案进行排序，从而得到了最优的生命搜索方案 4 算例 某一城市发生地震后，建筑物倒塌造成大量人员被困，现场救援指挥部经过分析研究，提出有三种生命 搜索方案可供选择： A1：先人工搜索后技术搜索； A2：先搜救犬后技术搜索； A3：先技术搜索后搜救犬搜索。

假设通过对各待选方案针对判断指标 CK（k=1,2,…8）的满意程度进行两两比较，由式（1）得到模糊优 选关系矩阵 Bk的取值，如下：； ；；  5 . 00015 . 00115 . 01B   5 . 05 . 00 5 . 05 . 00 115 . 02B   5 . 010 05 . 00115 . 03B； ；；   5 . 011 05 . 00015 . 04B   5 . 000 15 . 01105 . 05B   5 . 05 . 00 5 . 05 . 05 . 0 15 . 05 . 06B；   5 . 015 . 0 05 . 005 . 015 . 07B   5 . 015 . 0 05 . 015 . 005 . 08B由式（2） 、式（3）将上述的模糊优选关系矩阵 Bk转换为模糊一致矩阵 Fk，如下：；；；  5 . 033. 017. 067. 05 . 033. 083. 067. 05 . 01F  5 . 05 . 025. 05 . 05 . 025. 075. 075. 05 . 02F  5 . 067. 033. 033. 05 . 017. 067. 083. 05 . 03F； ；；   5 . 083. 067. 017. 05 . 033. 033. 067. 05 . 04F   5 . 017. 033. 083. 05 . 067. 067. 033. 05 . 05F   5 . 042. 033. 058. 05 . 042. 067. 058. 05 . 06F； 。

  5 . 075. 05 . 0 25. 05 . 025. 05 . 075. 05 . 07F   5 . 058. 067. 042. 05 . 058. 033. 042. 05 . 08F利用式（4） 、式（5）计算待选方案 Ai在判断依据 CK下的优度值，计算结果如表 1 所示k iL表表 1 待选方案在判断指标下的优度值待选方案在判断指标下的优度值待选方案12345678方案 10.450.460.450.410.330.390.390.28方案 20.330.270.220.260.450.330.220.33方案 30.220.270.330.330.220.280.390..39最后，利用式（6）计算各待选方案的整体优度值为： R1=0.395；R2=0301；R3=0.304； 由于 R1的整体优度值最大，因此，该地震救援现场人员搜索的最佳方案为方案 1，即先人工搜索后技术 搜索 5.结论4.1 地震救援现场被困人员生命搜索方案的优选是多指标决策问题本文在分析影响搜索方案的优选因素 的基础上，采用模糊优先关系矩阵和模糊一致性矩阵评价搜索方案的优劣，可以非常方便地将指挥决策的判 断过程进行由定性到定量的转换，这对于解决许多难以给出精确判断结论的模糊问题十分有利。

4.2 本文假定影响被困人员生命搜索方案的各因素对地震救援现场生命搜索方案优选的重要程度相同，这 种假设的合理性，有待进一步研究参考文献： [1] 郭红梅，黄丁发，陈维锋等. 城市地震现场搜救指挥辅助决策系统的设计与开发[J]．地震研究， 2008, 31(1):83～87 [2] 刘晶波，杨建国、杜义欣等.国家地震紧急救援训练基地可控地震废墟设计（Ⅰ）-结构地震破坏模式 [J]．自然灾害学报，2006,15(2):149～156 [。