（计算机应用技术专业论文）基于粗糙集的城市安全评价模型的研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 城市是一个国家特定区域的政治、经济、文化和科技中心，也是人口众多、物质丰 富、信息技术最为集中、活跃的地方。同时城市化进程为未来经济持续高增长提供了强 大的动力，也使得城市人口高度集中，城市建筑相对密集，而城市基础设施却相对薄弱， 再加上人类对环境的破坏以及城市安全意识不足，不可避免的产生了一系列的社会问题， 其中一个十分重要的方面就是城市安全问题。 城市安全是国家安全的重要组成部分，关系到社会的方方面面，也关系到每一个市 民的切身利益，尤其是近年来危害城市安全的事件时有发生，因此对城市安全的关注已 提上了每个城市管理者的工作日程，如何评价一个城市的安全更成为重中之重。 城市安全问题是一类特殊的、不确定性的问题，影响城市安全的因素更涉及到政治、 经济、社会、文化等众多领域，而且部分因素具有不确定性或难以量化的特点，甚至影 响该因素的数据不完备。而粗糙集理论是一种刻画不完整性和不确定性的数学工具，不 仅能有效分析不精确、不一致、不完整等各种不完备的信息，还可以对数据进行分析和 推理，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律。与其他处理不确定不精确问题理论的最 显著的区别是，粗糙集理论具有一整套严格的处理分类的数学方法，它无需提供除问题 数据集合以外的任何先验信息，对问题的不确定性描述或处理比较客观。因此本文将粗 糙集理论引入到城市安全问题的评价研究中并构建了基于粗糙集的城市安全指标评价模 型。 设s = ( u ，a ，y ，f 。) 为城市安全评价模型，则u 表示所有待评价城市对象，彳表 示整个城市安全评价指标集合，y = 旷表示评价指标值的集合，矿表示指标a 的值 1 一 “ ne 月 域，厂o ，a ) 表示待评价城市在指标a 下的取值，其中坛u ，v a a 。 通常情况下，我们在对城市整体或者某一方面的安全做出评价时，一般选取某些指 标并根据指标值的大小进行相应判断。然而在城市安全的评价研究中涉及了众多评价指 标，我们如何从中选择对整个评价起关键性作用的指标呢? 在本论文中采用了粗糙集中 的区分矩阵来解决这一问题。而且仅依据某指标值的大小来判断该城市在某方面的安全 性，或根据不同城市间同一指标值的不同来评价多个城市的安全性，缺乏客观性。对于 这一问题，本论文采用的解决方案是计算指标值的综合权重，即通过不同指标的两两比 山东建筑大学硕士学位论文 较建立判断矩阵得出主观权重，利用粗糙集中属性的重要性得出客观权重，再加入经验 因子将二者结合得出综合权重并利用拉格朗日函数证明这是一最优解，最后在此基础上 定义了带有指标综合权重的安全指标评价模型用于不同城市之间的评价。 设膨为带有指标综合权重w j 的安全指标评价模型，即m = ( 阢a ，v ，w ) ，其 中u = 以l ，u 2 ，材朋) 表示所有待评价对象集合；指标集合a = a l ，a 2 ，a 。) ； v = u 圪表示指标口的值域；f ：u x a 专y 是一个信息函数，它为每个对象的每个属性 4 e 一 赋予一个信息值，即v a ，a ，v u ，u ，f ( u ，d f ) 圪，其中汪( 1 , 2 ，刀) ， j = ( 1 , 2 ，m ) ；表示某对象第i 个指标的综合权重；则该对象所有指标的综合权重之 和可定义为：= ( k 圪。) 。 y - ! i = l 在本论文中是以多个城市的空气质量安全评价为例，通过计算各评价指标的综合权 重以及所有指标的综合权重之和，得出该指标对城市空气质量的影响程度以及不同城市 之间空气质量的比较并与实际基本相符。这说明基于粗糙集的城市安全指标评价模型在 实际应用中具有一定的合理性与可行性，本论文也期望利用该模型能为决策者对城市安 全整体或某一方面做出评价时提供相应的依据。 关键词：城市安全，城市安全评价指标，粗糙集，城市安全评价模型，指标权重 玎 山东建筑大学硕士学位论文 r e s e a r c ho ft h eu r b a n s e c u r i t ye v a l u a t i o nm o d e lb a s e do rr o u g hs e t p a nf e n g ( c o m p u t e r a p p l i c a t i o n ) d i r e c t e db yd uz h o n g y o u a b s t r a c t c i t yi st h ec e n t e ro fp o l i t i c s ，e c o n o m y , c u l t u r ea n dt e c h n o l o g yi nac o u n t r y ss p e c i f i e d r e g i o n , a n di ti st h ep l a c et h a th a sal a r g ep o p u l a t i o n ，a b u n d a n tm a t e r i a l ，a n dw h e r e i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi st h em o s tc o n c e n t r a t e da n da c t i v e t h ep r o c e s so fu r b a n i z a t i o n p r o v i d e sas t r o n gd r i v i n gf o r c ef o ras u s t a i n e dh i 。曲g r o w t hi nt h ef u t u r ee c o n o m y , a n da l s o m a k e st h eu r b a np o p u l a t i o nh i g h l yc o n c e n t r a t e da n du r b a nb u i l d i n g sr e l a t i v e l yd e n s e b u tt h e u r b a ni n f r a s t r u c t u r ei sr e l a t i v e l yw e a k ，c o u p l e d 埘md a m a g et ot h ee n v i r o n m e n ta n dl a c ko f u r b a ns a f e t ya w a r e n e s s ，w h i c hi n e v i t a b l yp r o d u c e sas e r i e so fs o c i a lp r o b l e m s av e r y i m p o r t a n ta s p e c to ft h e s ep r o b l e m si st h ec i t y ss e c u r i t y c i t ys a f e t yi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fn a t i o n a ls e c u r i t y , a n dh a sab e a r i n go na l l a s p e c t so fo u rs o c i e t y , a n di ta l s oa f f e c t se v e r yc i t yr e s i d e n t ss e l f - i n t e r e s t a n ds o m ei n c i d e n t s t h a tj e o p a r d i z et h eu r b a ns a f e t yh a v eo c c u r r e di nr e c e n ty e a r s ，s oc o n c e r n sa b o u tu r b a ns a f e t y h a v eb e e np u to nt h ea g e n d ai ne v e r yc i t ym a n a g e r sw o r k ，a n dh o wt oe v a l u a t et h es e c u r i t yo f ac i t yb e c o m e sa p r i o r i t y c i t ys a f e t yi sak i n do fs p e c i a la n di n d e f i n i t ep r o b l e m sa n dt h ef a c t o r sa f f e c t i n gc i t y s a f e t yi n v o l v ep o l i t i c a l ，e c o n o m y , s o c i e t y , c u l t u r ea n do t h e rf i e l d s ，a n ds o m ef a i 蜘a r e i n d e f i n i t eo rd i f f i c u l tt oq u a n t i f yt h ec h a r a c t e r i s t i c s ，b u ta l s ot h ed a t aa f f e c t i n gt h ef a c t o ri sn o t c o m p l e t e t h er o u g hs e tt h e o r yi sam a t h e m a t i c a lt o o lu s e dt os o l v et h eq u e s t i o no fb e i n g i n c o m p l e t ea n di n d e f i n i t e ，w h i c hc a nn o to n l ye f f e c t i v e l ya n a l y z et h ei n a c c u r a t e ，i n c o n s i s t e n t ， i n c o m p l e t e ，i m p e r f e c ti n f o r m a t i o n ，e t c ，b u ta l s oa n a l y z et h ed a t aa n dc o m et oar e a s o n a b l e c o n c l u s i o n , t h u sd i s c o v e r st h eh i d d e nk n o w l e d g ea n dr e v e a l st h ep o t e n t i a ll a w t h em o s t s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nr o u g hs e tt h e o r ya n do t h e rt h e o r i e sd e a l i n gw i t l lu n c e r t a i na n d i m p r e c i s eq u e s t i o n si st h a tr o u g hs e tt h e o r yh a sas e to fs t r i c tm a t h e m a t i c a lm e t h o d sf o r c l a s s i f i c a t i o n ，i td o e sn o tn e e da n yp r i o ri n f o r m a t i o no t h e rt h a nt h ed a t as e t s ，a n di tc a n o b j e c t i v e l yd e s c r i b ea n dh a n d l et h ei n d e f i n i t e n e s so fap r o b l e m t h i sa r t i c l ea p p l i e st h er o u g h i l i 山东建筑大学硕士学位论文 s e tt h e o r yt ot h er e s e a r c ho ft h eu r b a ns e c u r i t ye v a l u a t i o na n db a s e do nt h i st h e o r y , b u i l d sa n u r b a ns e c u r i t yi n d e xe v a l u a t i o nm o d e l s u p p o s es = ( u ，彳。，y ，f ) i s t h eu r b a ns e c u r i t yi n d e xe v a l u a t i o nm o d e l ，w h e r e u r e p r e s e n t sa l lt h ec i t i e st oe v a l u a t e d ，a r e f e r st ot h es e to fa l lt h eu r b a ns e c u r i t ye v a l u a t i o n t h es e to fe v a l u a t i o ni n d e xv a l u e , 吃i st h ed o m a i no fi n d e x 口，a n d f ( 五口) ，t h ev a l u eo f t h e c i t i e st oe v a l u a t eu n d e ri n d e xa ，o f w h i c h ，v 七u ，v a a t y p i c a l l y , w h e nw ee v a l u a t et h ec i t y ss e c u r i t ya saw h o l eo rf r o mo n ea s p e c t ，w eo f t e n s e l e c tc e r t a i ni n d i c a t o r sa n dm a k ec o r r e s p o n d i n gw e i g ha c c o r d i n gt ot h es i z eo ft h ei n d e x v a l u e h o w e v e r , t h er e s e a r c ho f u r b a ns e c u r i t ye v a l u a t i o ni n v o l v e ss om a n ye v a l u a t i o ni n d e x e s ， h o wd ow ec h o o s et h em o s td e c i s i v eo n e ? t h i sp a p e ru s e s d i s c e r n i b i l i t ym a t r i x i nr o u g hs e t t h e o r yt os o l v et h ep r o b l e m a n di ti sn o to b j e c t i v et od e t e r m i n et h ec i t y ss e c u r i t yi ns o m e a r e ao n l yo nt h eb a s i so ft h es i z eo fac e r t a i ni n d e xv a l u e , o rt oe v a l u a t et h es e c u r i t yo fm a n y c i t i e sa c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tv a l u e so f t h es a m ei n d i c a t o r a n dt h i sp a p e rs o l v e st h ep r o b l e m b yc a l c u l a t i n gt h ec o m p r e h e n s i v ew e i g ho ft h ei n d e xv a l u e ，t h a ti s ，b yc o m p a r i s o no ft w o d i f f e r e n ti n d i c a t o r st oe s t a b l i s ht h es u b j e c t i v ew e i g hf r o mt h em a t r i x ，b yu s i n gt h ei m p o r t a n c e o f t h ep r o p e r t yo f t h er o u g hs e tt h e o r yt oo b t a i nt h eo b j e c t i v e sw e i g h ，t h e nc o m b i n e st h e s et w o w e i g h st og e tt h ec o m p r e h e n s i v ew e i g hf r o me x p e r i e n c e ， a n du s e st h el a g r a n g ef u n c t i o nt o s h o wt h a ti ti st h eb e s ts o l u t i o n ，f i n a l l yo nt h i sb a s i s ，t h i sa r t i c l ed e f i n e st h es e c u r i t yi n d e x e v a l u a t i o nm o d e l ，w h i c hh a st h ec o m p r e h e n s i v ew e i g h ，f o rt h ee v a l u a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n t c i t i e s s u p p o s et h a tmi st h es e c u r i t yi n d e xe v a l u a t i o nm o d e lw h i c hh a si n d e xc o m p r e h e n s i v e w e i g h ，t h a ti s ，m = ( u ，a ，v ，f ，嵋) ，o f w h i c hu = u i , “2 ，u ，) r e f e r st ot h es e to fa l lt h e o b j e c t st ob ee v a l u a t e d ，么= 概，口2 ，口。) i st h e i n d e xs e t ；y = u 圪，t h ed o m a i no f a e a i n d e xa ；a n df ：u x a vi sa ni n f o r m a t i o nf u n c t i o n ，e a c ho b j e c to fuw i t h a n i n f o r m a t i o nv a l u et h a taa b o u tv ，t h a t i s ，v a f a ，v u u ，f ( u ，a i ) 圪，a n d i = ( 1 ，2 ，以) ，= ( 1 ，2 ，m ) ；a n dwr e f e r st ot h ec o m p r e h e n s i v ew e i g ho ft h ei 也i n d e x ， t h es l a mo ft h ec o m p r e h e n s i v ew e i g ho ft h eo b j e c t sa l li n d e x e sc a l lb ed e f i n e da s ： i v 矿。 u 胁 = y懿xedn 山东建筑大学硕士学位论文 t h i sp a p e ru s e st h es e c u r i t ye v a l u a t i o no fa i rq u a l i t yi nan u m b e ro fc i t i e sa sa l le x a m p l e ， b yc a l c u l a t i n gt h ec o m p r e h e n s i v ew e i g ho fe v e r ye v a l u a t i o ni n d e xa n dt h es b n lo ft h e m ，a n d c a l c u l a t e st h ed e g r e et ow h i c ht h ei n d e xa f f e c t st h ec i t y sa i rq u a l i t ya n dc o m p a r e st h ea i r q u a l i t yb e t w e e nd i f f e r e n tc i t i e s ，a n da l s ot os h o wt h a tt h e yt a l l yw i n lt h ef a c t s t h i si n d i c a t e s t h a tt h eu r b a ns e c u r i t ye v a l u a t i o nm o d e lb a s e d0 1 1r o u g hs e th a sc e r t a i nr a t i o n a l i t ya n d f e a s i b i l i t yi np r a c t i c e ，t h i ss t u d ya l s oe x p e c t st h a tt h i sm o d e lc a np r o v i d et h ed e c i s i o n m a k e r s w h ow a n tt oe v a l u a t ec i t ys e c u r i t ya saw h o l eo rf r o mo n e a s p e c tw i t hc o r r e s p o n d i n g b a s i s k e yw o r d s ：u r b a ns e c u r i t y , u r b a ns e c u r i t ye v a l u a t i o ni n d e x ，r o u g hs e t s ，u r b a n s e c u r i t ye v a l u a t i o nm o d e l ，i n d e xw e i g h t v 、j 。阿 ，l m 闩 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名： 汐 口6 1 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名：盗盎 日期 导师签名：j 辱越日期 油f o ；、1 加 参- 刍1 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 城市是某一区域人口众多、物质丰富、信息技术最为集中、最为活跃的地方，更是 一个国家中特定区域的政治、经济、文化和科技中心，而且城市化是近代和现代经济发 展的必然产物，是不可阻挡的历史发展潮流。城市化进程的加快一方面推动了我国城乡 社会的发展，为未来经济持续高增长提供了强大的动力；另一方面也使得城市人口高度 集中，城市建筑相对密集，而城市基础设施却相对薄弱，再加上人类对环境的破坏以及 城市安全意识不足，不可避免的产生了一系列的社会问题，其中一个十分重要的方面就 是城市安全问题。 当前，我国每年因安全事故、自然灾害以及社会治安等安全问题造成的g d p 损失高 达6 ，并有约2 0 万人被夺去生命f l 】。近年来，台风、地震、洪水等自然灾害频频光顾； 有害气体泄漏、火灾等安全事故接连不断；绑架、抢劫、凶杀、校园安全等刑事和治安 案件时有发生。美国的9 1 1 事件、韩国大邱地铁事件、雅典“紧急状态 事件、重庆 的1 2 2 3 气矿喷井特大事故、世界范围内的s a r s 、禽流感、甲型h i n i 流感等，都在 强烈的警示人们：必须进一步关注我们城市的安全。 城市安全是国家安全的重要组成部分，是社会和文明的标志，与人类社会的发展息 息相关，与可持续发展密不可分，涉及到国家的政治、经济、文化、生产和人们生活中 的方方面面，关系到我们每一个人的切身利益。然而，从世界范围来说，城市安全相关 研究虽然多，但是多针对于某一方面的安全，如城市道路交通、城市生态安全，防灾能 力等，即使是对城市安全的总体进行综合研究的也多局限于理论分析。 城市安全问题的研究是一项系统工程，涉及因素众多且部分因素具有不确定性或难 以量化的特点，甚至影响该因素的部分数据缺失，因此对城市安全问题进行描述时具有 一定的模糊性、不完整性和不确定性。武汉理工大学的胡树华教授【2 1 从管理学角度对城 市安全问题进行了分析研究并利用模糊层次分析法做出评价，而粗糙集与模糊集同为刻 画不完整和不确定性的数学工具，不仅能有效分析不精确、不一致、不完整等各种不完 备的信息，还可以对数据进行分析和推理，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律。 因此，基于以上的分析论证本论文选定了粗糙集作为研究城市安全的理论基础，构 建城市安全指标评价模型对城市整体或某一方面的安全做出评价。 山东建筑大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 目前，已有诸多关于城市安全的研究，其特点是集中在某一方面的安全，如生态安 全，防灾能力等，即使是对城市安全的总体进行综合研究也多局限于管理学角度，且多 为城市公共事件的危机管理。如国际上城市公共危机管理领域最具影响力的理论著作主 要有巴顿所著的组织危机管理、希尔斯所著的危机管理、罗森塔尔的危机管理： 应对灾害、暴乱与恐怖主义以及沃尔森的应对危机四伏的生活：突发事件管理导论 等【3 1 。在研究城市安全时，许多国家和地区都把警方登记的刑事案件数量作为衡量是否 安全的主要指标，英国警务专家从社会学角度提出了七项评价指标，美国学者提出了九 项评估指标，法国开展了全面犯罪调查，澳大利亚学者按照“社会契约 学说提出了三 项指标等【4 】。 国内南开大学的刘茂、朱坦等人从理论上分析了城市公共安全应急救援系统，并确 定了城市公共安全的研究范围，包括城市工业危险源、城市公共场所、城市公共基础设 施、城市自然灾害、城市道路交通、恐怖袭击与城市突发公共卫生事件等七个方面【5 1 。 罗云等人结合全面建设小康社会的主题提出城市小康社会安全指标体系，从安全文化建 设战略、科技兴安战略、安全法制建设战略、安全监管战略、安全资源保障五个方面构 建安全小康社会战略对策，强调城市安全的重要性【6 】。 文献【7 】根据城市生态安全，从城市不安全因素影响指数、城市不安全因素致灾过程 抵御指数和城市不安全因素致灾后恢复指数三个方面建立了城市安全指数层次模型，并 运用层次分析法对城市安全进行分析。文献 8 】对城市治安安全进行分析时同样利用层次 分析法。但是城市安全问题中涉及众多指标，每个指标在城市安全中的重要性并不是相 同的，也就是我们可以对其进行约简，以简化运算的复杂性，而层次分析法却无法很好 的做到这一点。 文献【9 给出了六个方面的风险指标，即城市灾害风险指标、城市基础设施灾害指标、 城市地质灾害危险性评价、城市生态安全风险评价、城市应急救援系统完备性评价和地 质灾害风险性评价。文献 2 】从食品安全、环境安全、生产安全、经济安全、社会安全五 个方面分析了影响城市安全的因素，提出了城市安全状况评价体系，并且采用模糊集理 论与层次分析法相结合进行了研究分析。模糊集是一种处理不确定性信息的方法，但是 这种方法需要一些数据的附加信息或先验知识，通过模糊隶属函数求得模糊矩阵，计算 繁琐且较复杂。 山东建筑大学硕士学位论文 1 3 论文的基本构思 结合上述介绍的文献，我们可知道通常情况下，对城市整体或某一方面的安全进行 评价时，首先建立一个评价指标体系，再根据指标的取值做出相应判断，这与粗糙集理 论中根据属性重要性判断该属性对信息系统的影响极为相似。因此在本论文中首先利用 粗糙集理论对城市安全这样一类特殊的、不确定性问题进行抽象量化，构建了基于粗糙 集的城市安全指标评价模型：即将论域中对象的集合作为不同的城市对象；属性集看作 评价指标体系；某个属性值的值域作为指标的取值范围；函数表示不同城市在某一指标 下的取值。 在城市安全评价中，不论是对整体还是某一方面做出评价都会涉及众多评价指标， 然而并不是每个指标都对评价起关键性作用，对于这一问题在模糊层次分析法中并未加 以说明。在前面构建的城市安全指标评价模型中已将评价指标抽象为属性集合，在粗糙 集中可以利用区分矩阵去除无关属性，因此在这里可利用这一方法选取评价指标。 一般情况下指标值的大小就代表了城市在某一方面的安全程度，这是一种很直观的 评价方法，但是带有太多的主观因素。而粗糙集理论的特点之一是不需先验知识，仅从 所提供的数据本身就可得出我们所需要的知识，这具有很强的客观性。因此在本论文中 评价某一指标的重要性时将把这两种因素结合起来，即计算该指标在整个指标集中的综 合权重，并以此作为评价依据。 本论文将通过实例来计算评价指标的这种综合权重，以此表明该指标在整个评价指 标集中的重要性及与实际的符合程度，并基于此综合权重对城市安全进行整体性评价。 整个评价过程也是对所构建的基于粗糙集的城市安全指标评价模型的合理性与可行性的 验证，同时本论文期望该评价模型能对实践有一定的指导和借鉴作用，并给决策者对城 市安全整体或某一方面做出评价时提供相应的依据。 1 4 论文的主要内容 本论文的主要内容和组织结构如下： 第一章绪论。介绍了本课题的研究背景，国内外研究现状和本论文的基本构思及 主要内容。 第二章城市安全相关知识。简要介绍了城市安全的概念、影响城市安全的因素及 城市安全指标体系。 第三章粗糙集的基本理论及相关应用。介绍了粗糙集中常用的基本概念及应用中 山东建筑大学硕士学位论文 涉及的数据预处理和知识约简。 第四章城市安全评价模型。首先简单介绍了两种多指标评价方法：主成分分析法 和模糊层次分析法；其次详细论述了基于粗糙集的城市安全指标评价模型的构建，并以 具体实例验证了该模型的合理性与可行性；最后对三种方法进行了简要比较。 第五章总结。 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章城市安全相关知识 2 1 城市安全的基本概念 所谓城市，辞海中规范的解释是：“人口集中，工商业发达，居民以非农业人口 为主的地区，通常是周围地区的政治、经济、文化中心。 我国对于城市本质和特征的最 权威的提法，已写入了中共中央关于经济体制改革的决定之中，即：“城市是我国经 济、政治、科学技术和文化教育的中心，是现代工业和工人阶级集中的地方，在社会主 义现代化建设中起主导作用。 0 0 关于安全，就其本质而言，即：没有危险，不受威胁，不出事故。现代汉语词典 对“安全 的解释亦是如此。安全有广义和狭义之分，广义上应涵盖政治、经济、社会、 环境等一切因素；狭义上主要指治安方面的安全。国家标准( g b r2 8 0 0 1 ) 对“安全给 出的定义是：“免除了不可接受的损害风险的状态 【l l 】。 将“城市 与“安全 相结合即为“城市安全 。城市安全是指城市在生态环境、经 济、社会、文化、人身健康以及资源供给等方面保持的一种动态稳定与协调状态，以及 对自然灾害和社会与经济异常或突发事件干扰的一种抵御能力【1 2 1 。 马德峰则分别从灾害学、心理学、社会学和犯罪学四个维度来探寻城市安全的科学 内涵，认为“安全城市是指对自然灾害、社会突发事件等具有有效的抵御能力，并能在 环境、社会、人身健康等方面保持一种动态均衡和协调发展，能为城市居民提供良好秩 序、舒适生活空间和人身安全的地域社会共同体。 【1 3 】 2 2 威胁城市安全的因素 城市安全是国家安全的重要组成部分，关系到社会的方方面面，它不但受到社会经 济状况、社会发展战略、灾害、环境资源容量、科学技术等因素的制约，而且受到经济 体制、群众文化素质、社会法制建设以及通讯、物资、民政、卫生等诸多条件的影响。 总体来说对城市安全造成威胁的因素主要是人为因素和非人为因素，如某些自然灾害的 发生就是具有非人为性，而突发公共卫生事件、事故灾难和突发社会安全事件的发生却 大多是由于人类的不恰当活动引起的。 l 、自然灾害 地球上的自然变异，包括人类活动诱发的自然变异，无时无地不在发生，当这种变 异给人类社会带来危害时，即构成自然灾害。例如旱灾、洪涝、台风、风暴潮、冻害、 雹灾、海啸、地震、火山、滑坡、泥石流、森林火灾、农林病虫害等。这些灾害具有不 山东建筑大学硕士学位论文 可抗拒性而且一旦发生会给人们的生命财产造成巨大的损失。以我国为例，2 0 0 7 年3 月 初历史罕见暴风雪和风暴潮袭击东北和华北地区，6 月上旬持续强降雨袭击南方七省，7 月1 7 日重庆遭受1 1 5 年来最强雷雨袭击，7 月1 8 日济南遭受有气象记录以来最大暴雨 袭击，7 月份淮河流域发生1 9 5 4 年以来第二位流域性大洪水，7 月末晋、陕、豫三省遭 受严重洪涝灾害，8 月中旬超强台风“圣帕肆虐南方七省等等【1 4 】，2 0 0 8 年春节前后湘、 黔、赣、皖、鄂、桂、川等2 1 省( 区、市、兵团) 发生历史罕见的低温、雨雪和冰冻灾害， 2 0 0 8 年5 月1 2 日我国汶川发生8 0 级特大地震，2 0 0 8 年5 月2 3 日黑龙江五常市遭受龙 卷风袭击，等等。民政部统计，2 0 0 7 年全国各类自然灾害共造成4 亿人( 次) 不同程度受 灾，因灾害直接经济损失达2 3 6 3 亿元【1 4 】；2 0 0 8 年汶川地震遇难人数达6 9 2 2 6 人，失踪 人数1 7 9 2 3 人，直接经济损失8 4 5 1 亿【1 5 】。 2 、突发公共卫生事件 突发公共卫生事件是指突然发生，造成或者可能造成社会公众健康严重损害的重大 传染病疫情、群体性不明原因疾病、重大食物和职业中毒以及其他严重影响公众健康的 事件【1 6 1 。例如近年来流行的s a r s 病毒，据世界卫生组织2 0 0 3 年8 月1 5 日公布最新统 计数字显示全球累计非典病例共8 4 2 2 例，涉及3 2 个国家和地区，全球因非典死亡人数 9 1 9 人，病死率近1 1 t 1 7 1 。其它的还有a i d s 、禽流感、疯牛病、甲型h i n i 流感等。这 类灾难影响面广，涉及范围大，易引起社会恐慌，危害社会安定和谐。 3 、事故灾难 事故灾难是具有灾难性后果的事故，是在人们生产、生活过程中发生的，直接由人 的生产、生活活动引发的，违反人们意志的、迫使活动暂时或永久停止，并且造成大量 的人员伤亡、经济损失或环境污染的意外意外事件。这类灾难包括煤矿瓦斯爆炸、火灾 矿难、飞机失事、石油井喷、学校、商厦和娱乐场所等人口密集处意外事件。这类灾难 多由人为因素造成且人员伤亡惨重。如重庆的1 2 2 3 气矿喷井特大事故造成1 9 1 人死亡 【1 引，河南大平矿难死亡1 4 8 人【1 9 1 ，此外还有南京1 2 2 8 大气污染事件，河北矿山火灾， 包头1 l 2 1 空难等。 4 、突发社会安全事件 突发社会安全事件是指因人民内部矛盾而引发，或因人民内部矛盾处理不当而积累、 激发，由部分公众参与，有一定组织和目的，采取围堵党政机关、静坐请愿、阻塞交通、 集会、聚众闹事、群体上访等行为，并对政府管理和社会秩序造成影响甚至使社会在一 定范围内陷入一定强度对峙状态的群体性事件【2 0 】。一般包括重大刑事案件、重特大火灾 山东建筑大学硕士学位论文 事件、恐怖袭击事件、群体冲突事件、经济安全事件、涉外突发事件等。例如美国9 1 1 事件，巴黎移民骚乱事件等。 2 3 城市安全评价指标体系 由以上可知威胁城市安全的因素涉及到城市的各个方面并且很多因素带有不确定 性，那么对城市的整体性安全做出评价势必是一项浩大而复杂的工程，因此很多学者对 这一问题进行研究分析时，通常的做法是本着科学合理的原则建立相应的评价指标体系， 并根据指标值做出相应判断。 武汉理工大学的胡树华教授从食品安全、环境安全、生产安全、经济安全、社会安 全五个方面较为系统的提出了城市安全评价指标体系【2 1 ，如下表2 1 所示。 山东建筑大学硕士学位论文 表2 1 城市安全指标体系 基本供给指标 食品供给保障指标高级供给指标 食品安全指标 耕地保障指标 食品质量问题危害程度指标 食品质量指标 食品质量合格指标 空气质量指标 可控环境指标 水体污染指标 环境治理指标 环境安全指标 地质类灾害指标 不可控环境指标气候类灾害指标 生态类灾害指标 化工产业安全指标 城 企业生产安全指标钢铁产业安全指标 市安全 生产安全指标医药产业安全指标 评价指 火灾类生产安全指标 标体系 日常安全监管指标 交通类生产安全指标 主导产业发展能力指标 主导行业安全指标 主导产业社会效益指标 经济安全指标 主导产业能源耗费指标 购买能力指标 消费安全指标 经济信心指标 社会安全保障指标 治安安全指标 警员配备保障指标 社会保险指标 社会安全指标 社会福利指标 社会保障指标 社会救荆指标 医疗保障指标 由上表我们可知，这是一个宏观上的指标体系，但是在实际应用中对每指标的具 8 一 山东建筑大学硕士学位论文 体取值，我们可能很难把握，因此在分析问题时我们可选取其中的某一项进行再细化， 本论文选取了空气质量指标。因为在选取评价指标时不仅要遵循科学性、可靠性、全面 性原则，还要使其具有代表性和实用性，并尽可能使评价指标中的每一项都有据可查， 并易于量化分析。 山东建筑大学硕士学位论文 第3 章粗糙集的基本理论及相关应用 粗糙集( r o u g hs e t ，简称r s ) 理论是由波兰数学家z p a w l a k 2 】于1 9 8 2 年提出的，是 一种刻画不完整性和不确定性的数学工具，能有效地分析和处理不精确、不一致、不完 整等各种不完备信息，并从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律。近年来，由于该理论 在机器学习与知识发现、数据挖掘、决策支持与分析、专家系统、归纳推理、模式识别 等方面的广泛应用，已成为一个热门的研究领域 2 2 , 2 3 1 。租糙集理论的主要思想就是在保 持分类能力不变的前提下，通过知识约简，导出问题的决策或分类规则。 3 1 粗糙集理论中的基本概念【2 4 】 l 、知识与不可区分关系 设u 是非空有限集，称为论域。任何子集x u ，称为u 中的一个概念或范畴。u 中的任何概念族称为关于u 的抽象知识，简称知识。 设r 是u 上的一个等价关系，u 尺表示欠的所有等价类构成的集合，i x 矗表示包含 元素x u 的尺等价类。若pcr ，且p ，则尸中所有等价关系的交集也是一个等价 关系，称为p 上的不可区分( i n d i s c e r n i b i l i t y ) 关系，记为i n d ( p ) ，且有 k 】耐。n = n 4 置。 ( 3 1 ) 置e p 2 、近似与粗糙集 令x u ，r 为u 上的一个等价关系。当x 能表达成某些尺基本范畴的并时，称x 是r 可定义的；否则称x 为尺不可定义的。对于不可定义的集合我们可以通过一对下近 他a ( 1 0 w e ra p p r o x i m a t i o n ) 和上近似( u p p e ra p p r o x i m a t i o n ) - 来“近似 地描述【2 5 】。 集合z 关于r 的下近似定义为： r x2 扛ul x rcx j ( 3 2 a ) r x 是由那些根据知识r 判断肯定属于x 的u 中元素组成的最大集合，也称为x 的 正域( p o s i t i v er e g i o n ) ，记为p o s 足( x ) ，即p o s 足( x ) = 丛。肯定不属于x 的u 中元素组 成的集合称为x 的负域( n e g a t i v er e g i o n ) ，记为n e g 足( x ) 。 集合x 关于尺的匕近似定义为： 山东建筑大学硕士学位论文 面= 和i 胡尺ox ：t b ( 3 2 b ) r x 是那些根据知识r 判断可能属于x 的u 中元素组成的最小集合。显然 n e g 足( x ) - - u r x 。( 3 3 ) 上近似与下近似之差就构成了x 的边界域( b o u n d a r yr e g i o n ) ，记为删r ( x ) ，即 b n 詹( x ) = r x 一膨。( 3 4 ) 如果b n 凡( x ) = ，则称x 为r 的可定义集，反之则称x 为r 的粗糙集。如图3 1 所示。 厂= 一 一 一jrx ? 医 ；岁 - 一_ 多多多么 i b n r ( x 厂 - 一吣 一厂一 、1rx 少 l = 一n e g r 仅， 图3 1 粗糙集概念示意图 举例说明粗糙集的概念，设v = 却x 2 ，x s ) ，r = r ，r 2 ) ，等价关系置，足有 下列等价类： u r l = 而，x 3 ，x 4 ，x 5 ) ，扛6 ，x 7 ， z 2 ，魂) ) u r 2 = 而，x 5 ，x 6 ) ， x 2 ，工