基于模糊支持向量機(jī)的應(yīng)急物資儲備模式研究

張麗杰，寇曉榮，馮仁余

(1.軍事交通學(xué)院軍事物流系，天津300161;2.總后勤部華北軍用物資采購局，天津300182)

應(yīng)急物資是在應(yīng)急物流的實施和保障中所使用的物資，從廣義上概括，凡是在突發(fā)公共事件應(yīng)對的過程中所用的物資都可以稱為應(yīng)急物資。應(yīng)急物資儲備就是通過應(yīng)急準(zhǔn)備、緊急事件預(yù)防、應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后恢復(fù)等全過程進(jìn)行應(yīng)急管理，領(lǐng)導(dǎo)和支持國家應(yīng)對各種災(zāi)難，保護(hù)各種設(shè)施，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。應(yīng)急物資儲備是實施緊急救助、安置災(zāi)民的基礎(chǔ)和保障，直接影響應(yīng)急物流系統(tǒng)的反應(yīng)速度和最終成效。根據(jù)不同自然災(zāi)害研究應(yīng)急物資的儲備模式對合理應(yīng)對自然災(zāi)害、科學(xué)制訂物資調(diào)撥方案及應(yīng)急物資儲備制度的建立和完善有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

國內(nèi)外學(xué)者對應(yīng)急物資儲備的研究日益深入，如Pavel Albores等［1］研究了政府針對突發(fā)恐怖襲擊事件如何做好準(zhǔn)備的問題;Timothy［2］探討了對于危險化學(xué)品事件，地方政府和社區(qū)應(yīng)該如何準(zhǔn)備的問題，其中就包含應(yīng)急物資的儲備;劉宗熹等［3］通過汶川地震研究了應(yīng)急物資儲備和管理問題;張永領(lǐng)［4］對應(yīng)急物資儲備方式和儲備體系進(jìn)行了研究;張紅［5］研究了我國應(yīng)急物資的儲備制度，并提出合理化的建議;王子軍［6］探討了建立突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急物資儲備機(jī)制的問題。

近年來，我國地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成了極大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。2008年汶川地震暴露出應(yīng)急物資儲備和需求之間的矛盾十分嚴(yán)重，在地震發(fā)生后的48 h內(nèi)中央救災(zāi)物資儲備庫已被調(diào)空，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足災(zāi)區(qū)對應(yīng)急物資的需求;2010年青海玉樹地震較汶川地震雖然有了救災(zāi)經(jīng)驗，但因應(yīng)急物資短缺導(dǎo)致救援進(jìn)展緩慢;2014年云南魯?shù)榈卣鸷托陆裉锏卣穑捎诘乩砦恢貌患?、儲備不足，給專業(yè)救援帶來極大困難。可見，應(yīng)急物資在應(yīng)對突發(fā)事件過程中具有及其重要的地位，而應(yīng)急物資儲備是否充足是保證應(yīng)急救援工作成功與否的決定因素。研究應(yīng)急物資儲備模式，對于優(yōu)化物資儲備結(jié)構(gòu)、合理安排應(yīng)急資金、提高資源利用效率、節(jié)約投資成本等具有十分重要的意義。

1 應(yīng)急物資儲備模式及存在的問題

1.1 應(yīng)急物資儲備模式

(1)實物儲備。實物儲備是以實物的形式存儲在倉庫中，突發(fā)事件發(fā)生后可隨時調(diào)用的物資儲備，是針對大規(guī)模突發(fā)事件初期所需要的主要物資來源，對于救助生命和控制災(zāi)情具有重要意義。由于突發(fā)事件具有不確定性及物資的使用期限等原因，如果完全或過多地依靠實物儲備，在很大程度上會造成社會財富的浪費(fèi)和大量資源的長期閑置。

(2)合同儲備。合同儲備是政府部門與相關(guān)企事業(yè)單位或個人簽訂合同，以保證在突發(fā)事件發(fā)生后，相關(guān)主體按照合同約定及時并優(yōu)先調(diào)集物資用于應(yīng)急救災(zāi)?？刹捎煤贤瑑涞膽?yīng)急物資種類多樣，如建筑企業(yè)的鏟車、挖掘機(jī)、大貨車等設(shè)備，倉儲企業(yè)的食品、藥品等。但是，由于合同儲備的應(yīng)急物資中難以對各類應(yīng)急物資的具體需求時間進(jìn)行約定，因此要預(yù)防在突發(fā)事件發(fā)生后，出現(xiàn)合同所約定的應(yīng)急物資已報廢、正在維修或缺貨等情況而降低突發(fā)事件應(yīng)急處置的效率。

(3)生產(chǎn)能力儲備。生產(chǎn)能力儲備是對那些能夠生產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)或研制救災(zāi)物資的企事業(yè)單位或個人，通過簽訂相關(guān)協(xié)議或合同，保證突發(fā)事件發(fā)生后能夠第一時間迅速生產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)或研制所需救災(zāi)物資，對大規(guī)模突發(fā)事件的長期救助而言，這種方式尤為重要。但是生產(chǎn)能力與物資實物轉(zhuǎn)化之間存在一定時滯，切不可過分依靠生產(chǎn)能力儲備，否則會對突發(fā)事件的處置尤其是前期的處置工作造成極大影響。

1.2 應(yīng)急物資儲備存在的問題

(1)應(yīng)急物資儲備管理機(jī)制不完善。我國應(yīng)急物資儲備主要采用以行政管理為基礎(chǔ)的垂直管理結(jié)構(gòu)，管理機(jī)制不完善，中央和地方各級政府的儲備存在缺少協(xié)調(diào)溝通平臺，儲備物資具有品種繁雜、重復(fù)等特點。

(2)應(yīng)急物資儲備經(jīng)費(fèi)來源不明確。由于種種原因，地方應(yīng)急物資經(jīng)費(fèi)很難得到保障，直接導(dǎo)致其應(yīng)急物資儲備種類和數(shù)量嚴(yán)重不足。

(3)應(yīng)急物資儲備的主體界定不清晰。應(yīng)急物資儲備活動中至少存在著4類主體:應(yīng)急物資儲備的管理機(jī)關(guān)、應(yīng)急物資代儲單位、應(yīng)急物資儲備定點倉庫、應(yīng)急物資儲備定點倉庫所在地的政府。對于這4類主體之間的關(guān)系及各自的職責(zé)權(quán)限沒有明確規(guī)定，自然災(zāi)害發(fā)生后，容易導(dǎo)致應(yīng)急物資不能及時調(diào)撥到位而直接影響救災(zāi)效率。

(4)應(yīng)急物資儲備模式不科學(xué)。應(yīng)急物資儲備模式存在明顯的問題:一是儲備模式單一，注重實物儲備，從而導(dǎo)致物資儲備非常有限;二是雖然有的地方采用政府儲備和企業(yè)儲備相結(jié)合的儲備模式，但雙方權(quán)利和義務(wù)尚不明確;三是在采取生產(chǎn)能力儲備的地方，缺乏規(guī)范和有效的監(jiān)管手段。

2 模糊支持向量機(jī)理論

支持向量機(jī)是一種基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的、新的、有效的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比具有泛化能力強(qiáng)、容易訓(xùn)練、沒有局部極小值和不需要預(yù)先確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等優(yōu)點［7－8］。

支持向量機(jī)在選定的特征空間中構(gòu)造最優(yōu)超平面，使分類間隔最大化。支持向量機(jī)方法避開了高維特征空間的計算，并不顯式地進(jìn)行變換計算，只需要借助事先定義的核函數(shù)來做訓(xùn)練樣本之間的內(nèi)積運(yùn)算。任意滿足Mercer定理的函數(shù)都可以作為核函數(shù)，以下是常見的核函數(shù)［7］。

(1)高斯 RBF核:K(x，y)=exp{－‖xy‖2/σ2}。

(2)多項式核:K(x，y)=［－ ‖x·y‖ +1］d。

(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)核:K(x，y)=Sigmoid(ρ(x，y)+θ)。

通過這些基本的核函數(shù)，還可以構(gòu)造更為復(fù)雜的核函數(shù)以適應(yīng)各類不同問題的需要。

為解決支持向量機(jī)只能處理二分類數(shù)據(jù)的問題，本文在進(jìn)行多類分類時采用模糊支持向量機(jī)(fuzzy support vector machines，F(xiàn)SVM)方法，即通過引入模糊因子來減少外部因素的影響，從而最大限度地避免數(shù)據(jù)混淆和數(shù)據(jù)遺漏等情況。

定義 G={(xj，yj，αj)，xj∈Rn，0 ＜ αj≤1}lj=1為模糊訓(xùn)練集，其中:(xj，yj)點為模糊訓(xùn)練點;yj為模糊數(shù);αj為隸屬度［7］。

對于上述的訓(xùn)練集，F(xiàn)SVM的解具有以下形式［8］:

3 模糊支持向量機(jī)在應(yīng)急物資模式劃分中的應(yīng)用

模糊支持向量機(jī)理論在多類分類中的研究日益深入，在文本分類、情感狀態(tài)識別、圖像分類、故障診斷、物流中心選址及量化預(yù)測等方面都得到廣泛應(yīng)用。自然災(zāi)害是偶發(fā)事件，所需應(yīng)急物資種類多，數(shù)量不等，符合模糊支持向量機(jī)理論高維非線性、小樣本數(shù)據(jù)特征。運(yùn)用模糊支持向量機(jī)將自然災(zāi)害所需應(yīng)急物資的級別進(jìn)行科學(xué)劃分是研究應(yīng)急物資儲備方式的重要前提和必要保證。

本文將地震災(zāi)害應(yīng)急物資按用途分為13類，分別以樣本號1—13表示(見表1)。

表1 應(yīng)急物資分類與對應(yīng)樣本號

選定重要程度、時效性和供需差作為物資儲備等級劃分的指標(biāo)。重要程度和時效性是依據(jù)經(jīng)驗獲得的量化數(shù)值，供需差指物資需求相對儲備量的缺口，將量化指標(biāo)換算成0～10之間的數(shù)值作為FSVM的輸入，通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，確定分級結(jié)果［8］。

按照FSVM方法選取13組數(shù)據(jù)，對其中7組數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，6組數(shù)據(jù)用來測試，同時輸出相應(yīng)分類模式(有最緊急Ⅰ、一般緊急Ⅱ和不太緊急Ⅲ三種)。FSVM 算法由 Matlab軟件進(jìn)行［9］，加載Libsvm工具包，通過VC編譯，使用高斯RBF核函數(shù)進(jìn)行測試實驗。相應(yīng)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)及測試樣本數(shù)據(jù)見文獻(xiàn)［8］。

通過以上實驗，得到應(yīng)急物資儲備模式分類結(jié)果見表2。

表2 應(yīng)急物資儲備模式分類

4 地震災(zāi)害應(yīng)急物資儲備模式判定

本文對地震災(zāi)害應(yīng)急物資中的最緊急物資進(jìn)行物資儲備模式判定。將最緊急物資儲備方案分為兩層，第1層是最緊急物資分類層，依次是臨時食宿類、照明設(shè)備類、生命救助類、通信廣播類。第2層是最緊急物資儲備模式層，每種物資可能的儲備模式均有實物儲備、合同儲備和生產(chǎn)能力儲備3種。最緊急物資儲備的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 最緊急物資儲備的層次結(jié)構(gòu)

在研究地震災(zāi)害應(yīng)急救援案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)急專家的意見，利用層次分析法確定第1層指標(biāo)的權(quán)重向量為

A=(0.34，0.21，0.31，0.14)

所對應(yīng)的第2層指標(biāo)權(quán)重向量為

其中:B1=(0.40，0.48，0.12);B2=(0.32，0.53，0.15);B3=(0.47，0.34，0.19);B4=(0.30，0.42，0.28)。第2層指標(biāo)對目標(biāo)層的權(quán)重向量為C=A·B計算可得 C=(0.390 9，0.438 7，0.170 4)。

由此可知，針對地震災(zāi)害最緊急物資而言，實物儲備、合同儲備和生產(chǎn)能力儲備的比重分別為39.09% ，43.87% ，17.04%，實物儲備和合同儲備比例較生產(chǎn)能力儲備明顯高出很多。

對于地震災(zāi)害中最緊急物資的儲備，主要采取實物儲備和合同儲備相結(jié)合的方式儲備，但是考慮到震后救援的長期性特點，要同時兼顧生產(chǎn)能力儲備，即為了有效應(yīng)對地震災(zāi)害，應(yīng)該采取均衡、全面、可持續(xù)的措施儲備最緊急物資。

5 結(jié)語

本文運(yùn)用模糊支持向量機(jī)(FSVM)和層次分析(AHP)相結(jié)合的方法，在量化確定不同種類自然災(zāi)害所需物資輕重緩急的基礎(chǔ)上，以地震災(zāi)害中最緊急需求的物資為研究對象，量化得出較為客觀、高效的物資儲備模式，為應(yīng)急物資儲備問題的深入研究、自然災(zāi)害物資管理體制的不斷完善及緊急事件應(yīng)急預(yù)案的合理制訂提供切實可行的方法支持和研究指導(dǎo)。

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