基于預(yù)案的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害智能應(yīng)急決策支持模型研究

1、(1) 應(yīng)急響應(yīng)與決策基于預(yù)案的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害智能應(yīng)急決策支持模型研究我國地貌形態(tài)多樣、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜 ,地殼斷裂活動普遍 , 加之人類活動影響 ,是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一 , 崩塌、滑坡、泥石流、 地面塌陷等受地質(zhì)作用影響的地質(zhì)災(zāi)害隱患多、分布廣。受極端氣象、地震、工 程建設(shè)加劇等因素的影響 ,近年來我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)群發(fā) , 人民群眾生命財產(chǎn)遭 受了嚴重的損失 , 對社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。隨著社會經(jīng)濟的快速 發(fā)展, 大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)與水資源和礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的影響仍 在持續(xù), 而且本世紀前期氣候變化和地震均趨于活躍期 , 因此從引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的 內(nèi)

2、外因來看 , 我國地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生還將呈現(xiàn)出災(zāi)害種類多、分布地域廣、發(fā)生頻 率高的趨勢。在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理與決策過程中通過采取有效的信息化手段 , 提 高對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事件的快速反應(yīng)能力 ,從而盡量降低災(zāi)害造成的損失 , 具有重 要的理論意義和實用價值。地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急行動過程通常涉及跨區(qū)域、跨領(lǐng)域的多個部門 , 需要部門之間 的相互協(xié)調(diào)與合作 , 而信息資源的共享與協(xié)同服務(wù)是應(yīng)急決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)支 撐。地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理的信息化水平在不斷提升 , 空間信息技術(shù)也已經(jīng)深入地質(zhì) 災(zāi)害應(yīng)急管理與決策支持的各方面。 但是, 作為應(yīng)急決策的重要依據(jù)和知識載體 ,由各級部門制定的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案目前仍然主要以

3、自然語言描述的靜態(tài)文本形式存在 , 在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)與決策過程中存在以下問題。過程需要多個部門的信息共享與協(xié)同服務(wù) , 而目前很多決策所需信息是在災(zāi)害事 件發(fā)生后通過人工方式向有關(guān)部門詢問獲得 , 不僅浪費了大量的寶貴時間 ,而且難以實現(xiàn)快速的信息融合與決策支持分析。(2) 靜態(tài)文本預(yù)案是非結(jié)構(gòu)化文檔 , 為應(yīng)急決策過程提供的信息有限 , 而且無 法實現(xiàn)預(yù)案知識的共享和重用 ,難以有效支持應(yīng)急決策方案的制定。 (3) 預(yù)案是根 據(jù)處置突發(fā)事件的經(jīng)驗預(yù)先制定的處置方法 , 而災(zāi)害的發(fā)生通常是不可預(yù)測的 ,在應(yīng)急處置過程中出現(xiàn)應(yīng)急資源不充足、應(yīng)急力量變動、信息不確定等情況時 基于文本預(yù)案的決策形

4、式具有很大的局限性。 本文的研究旨在為突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng) 急決策提供高效、 智能、直觀的知識支撐 , 輔助決策者迅速做出決策 , 目標(biāo)是通過 有效的技術(shù)手段在正確的時機以適當(dāng)?shù)男问綖閼?yīng)急管理或決策人員提供合適的 知識。首先 , 在出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情或險情時 ,面對復(fù)雜的應(yīng)急態(tài)勢 , 能夠快速獲取 決策所需信息并進行智能化的分析 , 有針對性的為決策者提供可用的決策支持信 息。其次,利用GIS的信息分析與展示優(yōu)勢，為決策者提供友好的人機交互界面 與直觀可視化的信息 ,確保決策過程高效、有序進行,但是計算機決不能代替人做出決策。本文在查閱與調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)文獻與資料的基礎(chǔ)上 , 圍繞地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急 管理與決

5、策過程中信息融合與協(xié)同服務(wù)不足、 基于文本預(yù)案決策形式不足等問題 ,通過研究應(yīng)急管理體系與機制、應(yīng)急決策知識以及決策體系 , 設(shè)計了面向服務(wù)的 地質(zhì)災(zāi)害智能化應(yīng)急決策支持體系。 重點研究了基于本體建模理論的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng) 急決策知識表達方法 , 對基于預(yù)案的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策所需知識作了形式化表達。并提出了事件態(tài)勢驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害智能化應(yīng)急決策支持模型 , 以實時應(yīng)急態(tài)勢為 驅(qū)動 , 將知識本體推理技術(shù)與空間輔助決策支持技術(shù)相結(jié)合 , 對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決 策所需基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)以及應(yīng)急決策知識進行無縫融合 , 為基于應(yīng)急預(yù) 案的智能化決策支持提供一種可行的方案。主要開展了以下幾個方面的研究： (1

6、) 分析與研究了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理與決 策體系。首先明確了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理的原則與目標(biāo)以及應(yīng)急管理的對象范圍 對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理組織體系進行了研究 , 并從應(yīng)急管理生命周期與工作階段兩 個角度對應(yīng)急管理機制做了詳細的分析 ,將應(yīng)急管理生命周期中的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的應(yīng)急管理內(nèi)容與日常管理、 汛期預(yù)警、臨災(zāi)響應(yīng)及災(zāi)后恢復(fù)四個階 段的工作進行映射。 然后進一步對與地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策緊密關(guān)聯(lián)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防 與預(yù)警、災(zāi)險情速報與處理、 應(yīng)急響應(yīng)與處置等三個應(yīng)急業(yè)務(wù)過程作了詳細的分 析。在分析應(yīng)急管理體系與機制的基礎(chǔ)上 , 對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策的特征及體系作 了詳細分析。地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策需要大量知識的支持

7、 , 因此對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策所需知識 的組成、結(jié)構(gòu)與特征進行詳細分析 , 指出應(yīng)急預(yù)案中由人力知識與技能知識構(gòu)成 的隱性知識是決策支持的重要依據(jù) , 提出利用本體建模理論對以預(yù)案為基礎(chǔ)的應(yīng) 急決策知識進行形式化表達的思路。 最后提出了面向服務(wù)的地質(zhì)災(zāi)害智能化應(yīng)急 決策支持體系 , 明確了本文的研究重點是： 在該決策支持體系下 , 將應(yīng)急決策知識 本體與空間信息技術(shù)相結(jié)合 , 為應(yīng)急響應(yīng)與處置過程提供智能決策支持。 (2) 利用本體建模理論構(gòu)建了基于預(yù)案的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策知識本體模型P EOM。首先對本體建模的相關(guān)理論、 技術(shù)和方法基礎(chǔ)進行研究和了解 , 包括本體的定義和分類、 本體描述語言、語

8、義網(wǎng)規(guī)則語言以及本體構(gòu)建方法論 , 并且對本體在信息共享、 信息檢索、知識服務(wù)及決策支持等應(yīng)用場景的功能做了分析。通過分析國家級、省市級、縣級等多個不同級別的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案文本 提取以預(yù)案為基礎(chǔ)的應(yīng)急決策知識建模要素 , 包括應(yīng)急管理實體、應(yīng)急行動過程 以及應(yīng)急業(yè)務(wù)規(guī)則。以本體建模的相關(guān)理論、技術(shù)和方法為基礎(chǔ)，以ABC事件本 體模型為頂層本體 , 通過重用其中的概念和屬性并結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理的特點 對概念及屬性進行擴充，基于網(wǎng)絡(luò)本體語言O(shè)WL寸應(yīng)急管理實體和應(yīng)急行動過程 進行知識建模。在應(yīng)急管理實體和應(yīng)急行動過程本體定義的概念和屬性的基礎(chǔ)上 利用語義網(wǎng)規(guī)則語言SWR對應(yīng)急業(yè)務(wù)規(guī)則作形式化表

9、達,為基于知識本體推理 的地質(zhì)災(zāi)害智能化應(yīng)急決策支持奠定基礎(chǔ)。 最后以某縣級地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案為對 象進行知識本體建模，驗證了 PEOM的一致性和有效性。(3)提出了事件態(tài)勢驅(qū)動的地質(zhì)災(zāi)害智能化應(yīng)急決策支持模型 ,重點對該模型中的應(yīng)急態(tài)勢感知模型、決策知識服務(wù)模型以及決策推理與分析進行了研究。態(tài)勢感知是應(yīng)急決策過程中的重要環(huán)節(jié) , 是決策者與應(yīng)急環(huán)境之間的橋梁 , 為決 策方案的制定提供實時應(yīng)急態(tài)勢信息。 首先提出了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急態(tài)勢感知三層模 型, 包括感知應(yīng)急情境中的元素、 理解當(dāng)前的應(yīng)急態(tài)勢以及預(yù)測將來的應(yīng)急狀態(tài) 以實現(xiàn)應(yīng)急決策事件態(tài)勢的實時感知。 然后從事件態(tài)勢信息流的角度研究了應(yīng)急 決策

10、知識服務(wù)的過程。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息流與速報信息流是應(yīng)急態(tài)勢感知的主要途徑 , 對于應(yīng)急決 策知識的動態(tài)獲取具有重要的驅(qū)動作用。 通過建立決策知識本體服務(wù)目錄提供對 應(yīng)急決策知識的服務(wù)描述與獲取方式。 通過解析預(yù)警信息流或速報信息流中的特 征元素 , 獲得事件信息、態(tài)勢信息以及時空信息 , 與知識本體概念進行動態(tài)映射 ,提取所需知識項。 在此基礎(chǔ)上 , 以事件實時態(tài)勢信息為驅(qū)動 , 研究了基于應(yīng)急決策 知識本體與空間信息技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策推理與分析方法。一方面 , 通過知識本體推理使決策者在宏觀上明確應(yīng)急響應(yīng)級別、應(yīng)急響應(yīng) 與處置的任務(wù) , 根據(jù)預(yù)案中的人力知識和技能知識指導(dǎo)決策者組織相應(yīng)的機

11、構(gòu)開 展應(yīng)急行動；另一方面,在時間緊迫、資源緊缺的情況下 ,考慮到預(yù)案知識不能為具體的指揮調(diào)度過程提供直觀的依據(jù) , 將空間輔助決策分析融入預(yù)案智能執(zhí)行的過程, 在微觀上以直觀可視化的形式為指揮調(diào)度與態(tài)勢標(biāo)繪提供技術(shù)支持 ,形成優(yōu)勢互補、宏觀和微觀結(jié)合的智能化決策支持技術(shù)體系。 (4) 設(shè)計并實現(xiàn)了突發(fā) 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案智能化原型系統(tǒng) , 對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害智能應(yīng)急決策支持模型的理 論方法進行驗證。通過梳理應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行流程 , 對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)和單體 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的流程進行分析與設(shè)計。 基于面向服務(wù)的架構(gòu)思想對系統(tǒng)作了 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 , 并以預(yù)案執(zhí)行的流程為依據(jù)對系統(tǒng)功能進行合理的組織

12、, 實現(xiàn)了 基于預(yù)案的應(yīng)急管理與決策支持過程的數(shù)字化、智能化與可視化 , 驗證了基于知 識本體推理與空間輔助決策技術(shù)進行智能化應(yīng)急決策支持的理論方法和技術(shù)體 系的可行性。通過論文研究 ,主要的創(chuàng)新和特色在于： (1) 在綜合各級地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案內(nèi) 容的基礎(chǔ)上 , 通過分析基于預(yù)案的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策所需知識和技術(shù)框架 , 基于 網(wǎng)絡(luò)本體語言O(shè)Wl和語義網(wǎng)規(guī)則語言SWR建立了基于預(yù)案的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策 知識本體模型PEOM。通過PEOM可以在人與人之間以及人與計算機之間實現(xiàn)應(yīng) 急決策知識共享、重用與互操作 , 為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急決策過程提供了一種語義協(xié)調(diào) 機制。以PEOM為模型基礎(chǔ)，利用本體推理技術(shù)為預(yù)案流程的智能化執(zhí)行提供了 一種方