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CN113191647A - 面向应急管理的城市韧性评估方法 - Google Patents

面向应急管理的城市韧性评估方法 Download PDF

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CN113191647A CN202110494391.7A CN202110494391A CN113191647A CN 113191647 A CN113191647 A CN 113191647A CN 202110494391 A CN202110494391 A CN 202110494391A CN 113191647 A CN113191647 A CN 113191647A
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武田艳
王旭
张若晨
陈震
夏清涛
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Abstract

本发明公开了一种面向应急管理的城市韧性评估方法，步骤1：从城市面对可能发生的突发事件的压力、城市自身在突发事件发生时的状态以及突发事件发生后城市做出的应急响应三个不同方面分析城市的韧性特征；步骤2：基于所述韧性特征，选取多个韧性评价指标，并根据多目标决策方法的层次结构建立面向应急管理的城市韧性评估指标体系；步骤3：对获取的指标数据使用Z‑score法进行标准化处理，利用熵值法完成对指标权重的量化计算，得到各个韧性评估指标的权重值；步骤4：根据韧性评估指标计算结果和当地城市整体韧性水平，确定面向应急管理的城市韧性评估标准；建立城市韧性评估模型。

Description

面向应急管理的城市韧性评估方法
技术领域
本发明涉及一种面向应急管理的城市韧性评估方法。
背景技术
韧性城市的内涵韧性理论最早源于自然生态学领域，是由美国的生态学家Holling提出的“适应性循环”概念发展而来，指系统在应对外界冲击时能够吸收压力，并迅速恢复到平衡状态，以保持系统稳定的能力。其中，生态韧性被认为系统有形成新循环稳态的能力，社会生态韧性则被认为系统应具有更加复杂的多因子适应力，以及形成动态永续状态的能力。
近年来，应急管理研究与韧性城市研究两条脉络逐渐呈现出交叉融合的趋势，越来越多的研究将“应急管理”与“韧性”结合，在城市的管理层面尤为突出，将提升城市应急管理能力纳入到城市空间韧性建设中是时代发展的必然要求。
面向应急管理的城市韧性评估作为城市应急管理能力提升的第一步，其重要性不言而喻，理性定量的对面向应急管理的城市韧性评估，城市各区域的城市韧性等级进行客观判断，针对不同城市韧性等级提出规划指导性建议，有利于指导城市应急能力的针对性提升，城市资源分配布局，使城市未来面对突发事件时的风险控制在可承受范围内。
目前，针对面向应急管理的城市韧性评估并没有明确或固定的方法，现行城市应急管理的研究中对此内容阐释过于主观或者缺失。基于此，在我国全面倡导韧性城市建设理念下，需要创新提出一种面向应急管理的城市韧性评估方法，为城市管理能力的提升提供定量依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向应急管理的城市韧性评估方法。
为解决上述问题，本发明提供一种面向应急管理的城市韧性评估方法，包括：从城市面对可能发生的突发事件的压力、城市自身在突发事件发生时的状态、以及突发事件发生后城市做出的应急响应共三个不同方面分析城市的韧性特征；
基于所述韧性特征，选取多个韧性评价指标，并根据多目标决策方法的层次结构建立面向应急管理的城市韧性评估指标体系，其中，所述城市韧性评估指标体系包括各个韧性评估指标；
对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理，并利用熵值法完成对指标权重的量化计算，以得到各个韧性评估指标的权重值；
根据韧性评估指标计算结果和当地城市整体韧性水平，确定面向应急管理的城市韧性评估标准，基于所述城市韧性评估标准建立城市韧性评估模型。
进一步的，在上述方法中，所述城市面对可能发生的突发事件的压力包括：外部潜在风险和内部潜在风险；
所述城市自身在突发事件发生时的状态包括：城市居民特征和城市环境特征；
所述突发事件发生后城市做出的应急响应包括：应急组织能力和适应恢复能力。
进一步的，在上述方法中，所述外部潜在风险下设三小类指标，分别为突发事件数量、灾害事故数量和交通事故数量；
所述内部潜在风险下设三小类指标，分别为城市交通建设情况、居民失业率和便民设施建设情况。
进一步的，在上述方法中，所述城市居民特征下设三小类指标，分别为城市教育支出情况、城市老人儿童人口占比和城市常住人口数量；
所述城市环境特征下设三小类指标，分别为生活设施建设情况、医疗资源建设情况和城市绿化率。
进一步的，在上述方法中，应急组织能力下设三小类指标，分别为防灾演练次数、城市应急物资预算和应急方案建设情况；适应恢复能力下设三小类指标，分别为信息系统建设情况、城市GDP和城市医疗保险覆盖情况。
进一步的，在上述方法中，对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理的公式如下：
Figure BDA0003052658760000031
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，xij为各指标的实际值，Zij为各项指标数据标准化后的值，
Figure BDA0003052658760000032
为样本数据的均值，
Figure BDA0003052658760000033
为样本数据的标准差，M表示数据时间年份总数。
进一步的，在上述方法中，所述熵值法为一种客观赋权法，是根据各项指标变异性的大小来确定其权重，避免主观因素带来的影响，所述熵值法的公式为：
Figure BDA0003052658760000034
Figure BDA0003052658760000035
Figure BDA0003052658760000036
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，Fij为Zij平移非负化处理后的值，k为常数，k＞0，ln为自然对数，ei为第i个指标的熵，wi为第i个指标的熵权值。
进一步的，在上述方法中，所述城市韧性评估模型结合了PSR模型的原理，从压力层A、状态层B和反应层C三个方面构建面向应急管理的城市韧性评估模型，所述城市韧性评估模型结的公式为：
Figure BDA0003052658760000041
Figure BDA0003052658760000042
其中，an为压力层指标的个数；bn为状态层指标的个数；cn为响应层指标的个数；R为面向应急管理的城市韧性指数；Qi为每个指标的评分。
与现有技术相比，本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明对面向应急管理的城市韧性评估指标的选取具有科学性、系统性和可操作性。设立面向应急管理的城市韧性的压力、状态和响应三类指标，压力层体现了城市面对可能发生的突发事件的压力，状态层体现了城市自身在突发事件发生时的状态，响应层体现了突发事件发生后城市做出的应急响应。根据地域和多个年份统计的城市统计年鉴和政府公告，可以获得面向应急管理的城市韧性压力指数、状态指数、响应指数的趋势。
本发明利用熵值法进行权重计算，进一步保证对城市韧性评估的科学性、准确性，并基于PSR模型理论进行评价模型构建，确定城市韧性评级，实现对城市面对突发事件时的应急管理能力的有效评估，为城市未来发展提供了改进的方向和依据。
附图说明
图1表示根据本发明实施例的方法流程图；
图2表示面向应急管理的城市韧性评估指标体系。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种面向应急管理的城市韧性评估方法，包括：
S1：从城市面对可能发生的突发事件的压力、城市自身在突发事件发生时的状态、以及突发事件发生后城市做出的应急响应共三个不同方面分析城市的韧性特征；
S2：基于所述韧性特征，选取多个韧性评价指标，并根据多目标决策方法的层次结构建立面向应急管理的城市韧性评估指标体系，其中，所述城市韧性评估指标体系包括各个韧性评估指标；
S3：对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理，并利用熵值法完成对指标权重的量化计算，以得到各个韧性评估指标的权重值；
S4：根据韧性评估指标计算结果和当地城市整体韧性水平，确定面向应急管理的城市韧性评估标准，基于所述城市韧性评估标准建立城市韧性评估模型。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，所述城市面对可能发生的突发事件的压力包括：外部潜在风险和内部潜在风险；
所述城市自身在突发事件发生时的状态包括：城市居民特征和城市环境特征；
所述突发事件发生后城市做出的应急响应包括：应急组织能力和适应恢复能力。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，所述外部潜在风险下设三小类指标，分别为突发事件数量、灾害事故数量和交通事故数量；
所述内部潜在风险下设三小类指标，分别为城市交通建设情况、居民失业率和便民设施建设情况。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，所述城市居民特征下设三小类指标，分别为城市教育支出情况、城市老人儿童人口占比和城市常住人口数量；
所述城市环境特征下设三小类指标，分别为生活设施建设情况、医疗资源建设情况和城市绿化率。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，应急组织能力下设三小类指标，分别为防灾演练次数、城市应急物资预算和应急方案建设情况；适应恢复能力下设三小类指标，分别为信息系统建设情况、城市GDP和城市医疗保险覆盖情况。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理的公式如下：
Figure BDA0003052658760000061
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，xij为各指标的实际值，Zij为各项指标数据标准化后的值，
Figure BDA0003052658760000062
为样本数据的均值，
Figure BDA0003052658760000063
为样本数据的标准差，M表示数据时间年份总数。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，所述熵值法为一种客观赋权法，是根据各项指标变异性的大小来确定其权重，避免主观因素带来的影响，所述熵值法的公式为：
Figure BDA0003052658760000064
Figure BDA0003052658760000065
Figure BDA0003052658760000066
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，Fij为Zij平移非负化处理后的值，k为常数，k＞0，ln为自然对数，ei为第i个指标的熵，wi为第i个指标的熵权值。
本发明的面向应急管理的城市韧性评估方法一实施例中，所述城市韧性评估模型结合了PSR模型的原理，从压力层A、状态层B和反应层C三个方面构建面向应急管理的城市韧性评估模型，所述城市韧性评估模型结的公式为：
Figure BDA0003052658760000071
Figure BDA0003052658760000072
其中，an为压力层指标的个数；bn为状态层指标的个数；cn为响应层指标的个数；R为面向应急管理的城市韧性指数；Qi为每个指标的评分。
具体的，如图1所示，面向应急管理的城市韧性评估方法，从目标层、准则层、指标层构建相应的面向应急管理的城市韧性评估体系，对城市韧性进行评价，包括如下步骤：
步骤一：从城市面对可能发生的突发事件的压力、城市自身在突发事件发生时的状态以及突发事件发生后城市做出的应急响应三个不同方面分析城市的韧性特征；
步骤二：基于所述韧性特征，选取多个韧性评价指标，并根据多目标决策方法的层次结构建立面向应急管理的城市韧性评估指标体系；
如图2所示，设立城市韧性评估体系的外部潜在风险、内部潜在风险、城市居民特征、城市环境特征、应急组织能力和适应恢复能力六大类指标。
外部潜在风险下设三小类指标，分别为突发事件数量、灾害事故数量和交通事故数量；
内部潜在风险下设三小类指标，分别为城市交通建设情况、居民失业率和便民设施建设情况；
城市居民特征下设三小类指标，分别为城市教育支出情况、城市老人儿童人口占比和城市常住人口数量；
城市环境特征下设三小类指标，分别为生活设施建设情况、医疗资源建设情况和城市绿化率；
应急组织能力下设三小类指标，分别为防灾演练次数、城市应急物资预算和应急方案建设情况；
适应恢复能力下设三小类指标，分别为信息系统建设情况、城市GDP和城市医疗保险覆盖情况。综上，共设立18个小类指标(三级指标)。
步骤三：对获取的指标数据使用Z-score法进行标准化处理，利用熵值法完成对指标权重的量化计算，得到各个韧性评估指标的权重值；
其中由于所选取的18项指标数据的单位不统一，为了消除量纲影响，选用用Z-score法对数据进行标准化处理，具体方法如下：
Figure BDA0003052658760000081
其中i为指标序列，j为年份时间序列，xij为各指标的实际值，Zij为各项指标数据标准化后的值，
Figure BDA0003052658760000082
为样本数据的均值，
Figure BDA0003052658760000083
为样本数据的标准差，M表示数据时间年份总数。
其中为客观根据各项指标变异性的大小来确定其权重，避免主观因素带来的影响，使用熵值法来确定各指标权重，具体方法为：
Figure BDA0003052658760000084
Figure BDA0003052658760000085
Figure BDA0003052658760000086
其中Fij为Zij平移非负化处理后的值，k为常数，k＞0，ln为自然对数，ei为第i个指标的熵，wi为第i个指标的熵权值。计算后的权重见表1。
Figure BDA0003052658760000087
Figure BDA0003052658760000091
表1
步骤四：根据韧性评估指标计算结果和当地城市整体韧性水平，确定面向应急管理的城市韧性评估标准，建立城市韧性评估模型。
其中城市韧性评估模型结合了PSR模型的原理，从压力层A、状态层B和反应层C三个方面构建面向应急管理的城市韧性评估模型，具体公式为：
Figure BDA0003052658760000092
Figure BDA0003052658760000093
其中an为压力层指标的个数；bn为状态层指标的个数；cn为响应层指标的个数；R为面向应急管理的城市韧性指数；Qi为每个指标的评分，将每项指标的最高评分设为5分，最低评分设为1分，通过计算得到面向应急管理的城市韧性指数的总体区间，再结合指标的权重，将韧性指数的得分进行5个等级的划分。在城市韧性的定义下，韧性指数得分和韧性等级越高，则表示城市面对突发事件时的应急管理能力越强。
综上所述，本发明从目标层、准则层、指标层三个方面构建相应的城市韧性评估价体系，定量分析城市面对突发事件时的应急管理的能力等级，为韧性城市背景下城市管理能力的提升提供基础依据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，包括：
从城市面对可能发生的突发事件的压力、城市自身在突发事件发生时的状态、以及突发事件发生后城市做出的应急响应共三个不同方面分析城市的韧性特征；
基于所述韧性特征，选取多个韧性评价指标，并根据多目标决策方法的层次结构建立面向应急管理的城市韧性评估指标体系，其中，所述城市韧性评估指标体系包括各个韧性评估指标；
对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理，并利用熵值法完成对指标权重的量化计算，以得到各个韧性评估指标的权重值；
根据韧性评估指标计算结果和当地城市整体韧性水平，确定面向应急管理的城市韧性评估标准，基于所述城市韧性评估标准建立城市韧性评估模型。
2.如权利要求1所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，所述城市面对可能发生的突发事件的压力包括：外部潜在风险和内部潜在风险；
所述城市自身在突发事件发生时的状态包括：城市居民特征和城市环境特征；
所述突发事件发生后城市做出的应急响应包括：应急组织能力和适应恢复能力。
3.如权利要求1所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，所述外部潜在风险下设三小类指标，分别为突发事件数量、灾害事故数量和交通事故数量；
所述内部潜在风险下设三小类指标，分别为城市交通建设情况、居民失业率和便民设施建设情况。
4.如权利要求3所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，所述城市居民特征下设三小类指标，分别为城市教育支出情况、城市老人儿童人口占比和城市常住人口数量；
所述城市环境特征下设三小类指标，分别为生活设施建设情况、医疗资源建设情况和城市绿化率。
5.如权利要求3所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，应急组织能力下设三小类指标，分别为防灾演练次数、城市应急物资预算和应急方案建设情况；适应恢复能力下设三小类指标，分别为信息系统建设情况、城市GDP和城市医疗保险覆盖情况。
6.如权利要求1所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，对获取的韧性评估指标使用Z-score法进行标准化处理的公式如下：
Figure FDA0003052658750000021
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，xij为各指标的实际值，Zij为各项指标数据标准化后的值，
Figure FDA0003052658750000022
为样本数据的均值，
Figure FDA0003052658750000023
为样本数据的标准差，M表示数据时间年份总数。
7.如权利要求1所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，所述熵值法为一种客观赋权法，是根据各项指标变异性的大小来确定其权重，避免主观因素带来的影响，所述熵值法的公式为：
Figure FDA0003052658750000024
Figure FDA0003052658750000025
Figure FDA0003052658750000026
其中，i为指标序列，j为年份时间序列，Fij为Zij平移非负化处理后的值，k为常数，k＞0，ln为自然对数，ei为第i个指标的熵，wi为第i个指标的熵权值。
8.如权利要求1所述的面向应急管理的城市韧性评估方法，其特征在于，所述城市韧性评估模型结合了PSR模型的原理，从压力层A、状态层B和反应层C三个方面构建面向应急管理的城市韧性评估模型，所述城市韧性评估模型结的公式为：
Figure FDA0003052658750000031
Figure FDA0003052658750000032
其中，an为压力层指标的个数；bn为状态层指标的个数；cn为响应层指标的个数；R为面向应急管理的城市韧性指数；Qi为每个指标的评分。
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