电网应急演练关键要素建模方法和装置与流程

本发明涉及电网应急演练技术领域，尤其涉及一种电网应急演练关键要素建模方法和装置。

背景技术：

电力系统是人类所建立的最复杂的工业系统之一。近年来，虽然电网事故发生的频率在下降，但后果却日益严重。应急演练是电力应急管理的重要环节，其不仅可以实现对应急指挥人员和处置人员进行培训，同时，其可以实现对应急预案实现测试和验证，从而为应急体系建立人员智力保障和技能基础，同时促进应急体系的不断完善和持续提升。

电网应急演练的方式有实战演练、桌面推演和建模仿真等方式，其中，实战演练由于无法营造事故下的真实场景，因而演练效果收到影响；而桌面推演，由于主要采用基于脚本的问答方式，缺少仿真平台和技术支持，因而，演练深度受到影响。

电网仿真应急演练是采用计算机技术，通过仿真模拟的形式逼真地再现灾难现场，实时进行现场推进的一种演练方法，具有极高的真实性，演练效果良好。

电网仿真应急演练的关键在于计算机模型的建立，当前主要采用的建模方法无非是基于对象的建模，但这种建模方式主要针对的是建模过程中后期的模型结构设计和代码实现过程，对于电网应急演练仿真这样一种复杂的建模，目前现有技术还缺乏有效的手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提出一种电网应急演练关键要素建模方法和装置，能够对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电网应急演练关键要素建模方法，包括：

基于本体建模技术对灾害应急预案进行形式化描述；

生成灾害事件数字模型；

依据所述灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。

本发明还涉及一种电网应急演练关键要素建模装置，包括：

形式化模块，用于对灾害应急预案进行形式化描述；

数字模型模块，用于生成灾害事件数字模型；

模型库模块，用于依据所述灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。

本发明的有益效果在于：本发明创造性地将本体建模技术引入电网应急演练的建模中，用于对电网应急演练中的关键要素进行提取和建模，本发明能够对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素，相对于现有技术来说是一种重要改进。

附图说明

图1为本发明一种电网应急演练关键要素建模方法的流程图；

图2为本发明实施例一的步骤S1的流程图；

图3为本发明实施例一的步骤S2的流程图；

图4为本发明一种电网应急演练关键要素建模装置的结构示意图；

图5为本发明实施例二的结构示意图。

标号说明：

1、形式化模块；2、数字模型模块；3、模型库模块；

11、第一建模单元；12、第二建模单元；13、组合单元；

21、识别单元；22、划分单元；23、数字化单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素。

请参阅图1，一种电网应急演练关键要素建模方法，包括：

基于本体建模技术对灾害应急预案进行形式化描述；

生成灾害事件数字模型；

依据所述灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能够对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素。

进一步地，所述“基于本体建模技术对灾害应急预案进行形式化描述”具体为：

通过描述对象随时间的创立、转移和变化，利用事件、情景、动作、主体及其相互间的关系来表达事件的内容和事件随时间的变化过程，对灾害应急预案进行上层本体建模；

对灾害应急预案进行应用层本体建模，构建的应用层本体包括通过概念集、概念间的二元关系集、规则集、永真公理集和概念的实例集；

将上层本体和应用层本体组合作为对灾害应急预案的两层结构建模。

由上述描述可知，采用两层结构对灾害应急预案进行建模，具有结构清晰、逻辑严谨、模型简洁的优点。

进一步地，所述“生成灾害事件数字模型”具体为：

区分灾害应急预案中的要素信息；

以不同的要素信息为基础建立独立模块；

对每个所述独立模块分别建立数字化模型。

由上述描述可知，可以对灾害应急预案中的要素信息进行区分，并对不同的要素信息进行单独建模，这样建立的多个模块即相互独立又相互关联，逻辑清晰、结构完善。

进一步地，所述独立模块包含用于表征灾害事件序号、受灾地区和受灾级别的信息。

进一步地，所述电网应急演练关键要素模型库包括目的库、场景库、组织机构库和应急设备库。

请参照图4，本发明还提出一种电网应急演练关键要素建模装置，包括：

形式化模块，用于对灾害应急预案进行形式化描述；

数字模型模块，用于生成灾害事件数字模型；

模型库模块，用于依据所述灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。

进一步地，所述形式化模块包括：

第一建模单元，用于通过描述对象随时间的创立、转移和变化，利用事件、情景、动作、主体及其相互间的关系来表达事件的内容和事件随时间的变化过程，对灾害应急预案进行上层本体建模；

第二建模单元，用于对灾害应急预案进行应用层本体建模，构建的应用层本体包括通过概念集、概念间的二元关系集、规则集、永真公理集和概念的实例集；

组合单元，用于将上层本体和应用层本体组合作为对灾害应急预案的两层结构建模。

进一步地，所述数字模型模块包括：

识别单元，用于区分灾害应急预案中的要素信息；

划分单元，用于以不同的要素信息为基础建立独立模块；

数字化单元，用于对每个所述独立模块分别建立数字化模型。

进一步地，所述独立模块包含用于表征灾害事件序号、受灾地区和受灾级别的信息。

进一步地，所述电网应急演练关键要素模型库包括目的库、场景库、组织机构库和应急设备库。

实施例一

请参照图1，本发明的实施例一为：一种电网应急演练关键要素建模方法，包括如下步骤：

S1：基于本体建模技术对灾害应急预案进行形式化描述；

S2：生成灾害事件数字模型；

S3：依据灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。进一步地，所述电网应急演练关键要素模型库包括目的库、场景库、组织机构库和应急设备库。

本实施例能够对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素。

优选地，如图2所示，所述步骤S1包括如下步骤：

S101：通过描述对象随时间的创立、转移和变化，利用事件、情景、动作、主体及其相互间的关系来表达事件的内容和事件随时间的变化过程，对灾害应急预案进行上层本体建模；

S102：对灾害应急预案进行应用层本体建模，构建的应用层本体包括通过概念集、概念间的二元关系集、规则集、永真公理集和概念的实例集；

S103：将上层本体和应用层本体组合作为对灾害应急预案的两层结构建模。

采用两层结构对灾害应急预案进行建模，具有结构清晰、逻辑严谨、模型简洁的优点。

优选地，如图3所示，所述步骤S2包括如下步骤：

S201：区分灾害应急预案中的要素信息；

S202：以不同的要素信息为基础建立独立模块；

S203：对每个所述独立模块分别建立数字化模型。所述独立模块包含用于表征灾害事件序号、受灾地区和受灾级别的信息。

可以对灾害应急预案中的要素信息进行区分，并对不同的要素信息进行单独建模，这样建立的多个模块即相互独立又相互关联，逻辑清晰、结构完善。

实施例二

请参照图5，本实施例是对应上述实施例的一种电网应急演练关键要素建模装置，包括：

形式化模块1，用于对灾害应急预案进行形式化描述；

数字模型模块2，用于生成灾害事件数字模型；

模型库模块3，用于依据所述灾害事件数字模型建立电网应急演练关键要素模型库。

进一步地，所述形式化模块1包括：

第一建模单元11，用于通过描述对象随时间的创立、转移和变化，利用事件、情景、动作、主体及其相互间的关系来表达事件的内容和事件随时间的变化过程，对灾害应急预案进行上层本体建模；

第二建模单元12，用于对灾害应急预案进行应用层本体建模，构建的应用层本体包括通过概念集、概念间的二元关系集、规则集、永真公理集和概念的实例集；

组合单元13，用于将上层本体和应用层本体组合作为对灾害应急预案的两层结构建模。

进一步地，所述数字模型模块2包括：

识别单元21，用于区分灾害应急预案中的要素信息；

划分单元22，用于以不同的要素信息为基础建立独立模块；

数字化单元23，用于对每个所述独立模块分别建立数字化模型。

进一步地，所述独立模块包含用于表征灾害事件序号、受灾地区和受灾级别的信息。

进一步地，所述电网应急演练关键要素模型库包括目的库、场景库、组织机构库和应急设备库。

实施例三

本实施例是上述实施例的一具体应用场景，以地震灾害为例，对电网应急演练关键要素建模的整体过程进行一个详细描述：

1.将目前以文本为载体，使用自然语言描述的地震应急预案转化成具有一定逻辑和机构的表达形式，以便于计算机识别与处理，即对地震应急预案进行形式化描述。本实施例将使用上述本体理论实现对地震应急预案的形式化描述，构建地震应急预案本体。

1.1首先用上层本体描述地震应急预案中的通用性基本概念，通过描述对象随时间的创立、转移和变化，利用事件(Event)、情景(Situation)、动作(Action)、主体(Agent)等概念及其相互间的关系来表达事件的内容和事件随时间的变化过程。通过对地震应急预案的分析，地震应急预案本体应包含地震事件、应急响应过程、应急资源、应急组织体系等关键要素，下面分别进行描述。

1.1.1“地震事件”概念描述了需要采取应急处置措施的一些地震事件，把此概念作为ABC本体模型(ABC Ontology，一种著名的本体模型)中事件(Event)的扩展子类，分为类别和级别两个属性。在地震应急预案中，根据震区的不同将地震事件分为大陆地震灾害事件、大陆其它地震事件、港澳台地震事件、国外地震事件和火山灾害事件五大类，地震灾害级别则根据人员伤亡和经济损失等社会受灾情况划分为特别重大、重大、较大和一般四类。

1.1.2“应急响应过程”描述了地震事件随着时空变化的处理过程，响应过程由突发地震事件触发，可以分解为一系列子过程的任务。响应过程主要包括过程名称、子过程任务列表、响应开始条件和响应结束条件等属性，其中子过程任务是响应过程的一个功能单位，又包含了任务内容、目标和开始/结束条件几个属性。

1.1.3“应急资源”描述了地震应急处置中可能利用的各类型资源实体，在地震应急预案中应急保障措施对应急资源及其组织方案做出了规定，包括通信与信息资源、应急物资、医疗卫生资源、交通运输资源、水力电力资源等基础性保障资源，可以通过对ABC本体模型中的具象类Actuality进行扩展而得到。

应对不同震级、不同地区的突发地震事件使用的应急资源不尽相同，此外，随着应急资源种类和数量的增加，对各类应急资源的属性描述也有所差别。为合理利用应急资源，实际工作中应该对应急资源类型和子类型及其属性做详细的描述，一般情况下，应急资源的属性主要包括：资源名称、种类、负责机构、使用条件、使用状态、使用范围等。

1.1.4“组织体系”在地震应急预案中包括“机构”和“人员”，描述了应急响应中行为主体的两种类型，机构由指挥机构和工作机构组成，各机构又由人员构成，是ABC本体模型中行动主体Agent的扩展子类。通过对应急预案的分析，机构的属性主要有名称、性质、职责、机构部门列表、人员列表等，人员的属性则包括个人信息、所属机构和职责。

扩展后的ABC本体模型对地震事件的整个处置过程中有关的主要概念及概念的属性进行了描述，包括组织、应急资源、应急响应过程等，尽可能地将地震应急预案涉及的基本知识用本体的语义关系做了形式化的描述。

1.2上层本体模型根据地震应急预案领域的知识，对地震应急中相关的概念进行了一般抽象，建立了与这些概念相关联的基本行为、性质等属性，但是对这些概念更具体的描述需要在应用层本体完成。应用层本体是在上层本体基础上进行的扩展，主要针对特定的地震事件将地震应急预案涉及的基本内容、知识和规则及应急响应过程中的有关概念、概念属性与相互的约束关系等描述出来。

应用层本体由概念类、关系、函数、公理和实例五个主要要素组成，在以ABC本体模型为上层本体的基础上，可以利用这五个建模要素来构建应用层本体，即定义应用层本体为以下的五元组：

AppOntology(Concepts，Relations，Functions，Axioms，Instances)，其中Concepts、Relations、Functions、Axioms、Instances分别表示地震应急预案中的概念集、概念间的二元关系集、规则(函数)集、永真公理集和概念的实例集。

概念集Concepts中更全面地包含了地震应急预案的基本概念，这些概念除上述提到的地震事件、应急响应、应急资源、组织体系外，还有预案本身的信息、应急任务、完成任务的操作步骤和约束条件等。概念集以应急预案为单位描述了某个特定预案包含的所有知识和概念，可以通过与其他本体概念相关联，建立一个完整具体的地震应急预案知识体系。

二元关系集Relations是表示应急预案中概念之间二元关系的集合，地震应急预案中这些关系主要包括：

组成：一个概念由其他多个概念组合而成，例如组织体系中的部门由人员组成；

执行：描述行为主体与行为动作之间的行动，如工作机构的人员执行任务；

协助：指一个概念对另一个概念的从属关系，如工作人员对领导的协助，工作机构对指挥机构的协助等；

触发：一个概念的发生引起另一个概念的发生，如突发地震触发应急响应；

调用：描述两个应急实体之间用与被用的关系，如组织体系调用应急资源；

赋予：为实体分配具体职责和权限的过程，如赋予工作机构或人员职责：

伴随：描述应急处置过程中状态随时间的变化、应急事件随场景的转移关系。

以上几种主要的二元关系可具体体现在地震应急响应与组织体系等基本概念当中。地震应急响应是指在地震发生后根据地震应急预案的规定针对不同阶段和处置任务的响应过程，分为临震响应、震后响应、区域联动响应和应急期结束四个主要阶段。临震应急响应的主要工作是接警和地震信息的报送，为地震应急做好准备。震后应急响应是指地震发生后应急期开始到结束的过程，在应急期开始后，根据实际震情结合应急预案判定响应级别，再根据不同响应级别下对应的措施开展应急救灾工作。区域联动应急响应是震后应急响应的特殊情况，指当大陆地震灾害事件发生在两个或两个以上省(区、市)级行政区划交界处时的应急响应措施。当受灾形势基本趋于稳定，现场应急工作基本完成后可判定为应急期结束。在进行形式化描述时，可以将这几个阶段抽象为不同的任务及子过程。

组织体系描述了参与应急响应过程具体的动作行动者，包括机构和人员两个子类，同时对各机构和人员进行了具体职能的划分。

规则集Functions是对地震事件发生后如何进行响应与处置的规则进行的说明。例如根据灾情上报信息来判别应启动几级响应，需要哪些部门的协作和参与。

永真公理集Axioms作为一种永真命题对概念进行了肯定及准确的定义，在实际中可以直接应用这些概念和规则，例如根据规定的人员伤亡数等对灾害级别的判断。

概念的实例集Instances则表示地震应急预案中概念其关系间的实例化。经过对地震应急预案的上层本体和应用层本体建模即形式化描述，就将非结构化的应急预案表示成了计算机能够理解和处理的结构化应急预案，这是后续对地震应急预案进行数字化建模的基础，也是地震应急预案执行辅助系统中地震应急预案数字化存贮的关键。

2.对文本地震应急预案进行数字化建模。首先需要区分应急内容中的要素信息，将其开发成既相互关联又相对独立的模块。在提取出地震应急预案包含的基本要素后，把现有的地震应急预案分解为以Open_XML格式作为分割标记的地震事件定义和描述、组织体系、应急资源和应急响应程序等相互独立的模块，分别建立数字化模型。

针对地震事件，可以定义一个全局类型变量Event来表示突发地震事件的信息，Event包括一个指明地震事件记录序号的属性eventID和两个表示地震受灾地区和受灾级别的子元素DQ和JB。用Open_XML定义的地震事件对应的部分代码如下：

<xs：complexType name＝”Event”>

<xs：sequcnce>

<xs：element name＝”DQ”type＝”xs：sla-ing”，>

<xs：element nRme＝”JB”type＝”xs：string”/>

</xs：sequence>

<xs：attribute name＝”eventlD”type＝”xs：string”USff＝”required”/>

</xs：complexType>

<xs：complexType name：＝”DQ”>

<xs：eomplexContent>

<xs：extension base＝”Event”/>

</xs：complexContent>

</xs：complexType>

<xs：complexType name＝”JB”>

<xs：eomplexContent>

<xs：extension base＝”Event’t/>

</xs：eomplexContent>

</xs：complexType>

此外，进行地震应急救援时，组织体系是必不可少的部分，在地震应急预案中，根据突发地震事件建立起来的应急组织机构，包括指挥机构和工作机构两部分。由于应急响应活动的不确定性，需要根据实际情况对组织机构进行灵活的调整，如增删某些部门、重新分配职责任务、对人员进行调动等。这既要求组织体系模块能够描述复杂多样的组织机构，也能够根据当前的实际变化对组织机构进行修改。用ZZTX表示组织体系，突发地震事件引用Event，ZHJG表示指挥机构，GZJG表示工作机构，用Open_XML定义的地震应急组织体系如下：

<xs：complexType name＝”ZZTX”>

<xs：sequenee>

<xs：element name＝”JB”>

<xs：complexType>

<xs：attribute name＝”eventType”/>

</xs：complexType>

</xs：elernent>

<xs：element name＝”ZHJG”type＝”xs：string”/>

<xs：element name＝”GZJG”type＝”xs：string”，>

</xs：sequence>

</xs：complexType>

具体到实际的应急组织机构中又包含了机构本身的信息和组成机构的人员信息两部分内容。可在人员信息和机构信息的属性下填入相应的属性信息，也可对其进行扩充、删减等操作。

应急资源的有效保障对完成应急任务不可或缺，对应地震应急预案中应急保障部分的内容，随着应急资源种类和数量的增加，使应急资源的业务数据类型复杂化、数据量增多。当应急形势随着应急救援任务的展开有所改变时，地震应急预案中的应急资源业务数据也需要重新安排部署，进行相应的调整。定义YJZY表示应急资源，突发地震事件引用Event，ZHZL表示资源种类，SYTJ表示使用条件，SYFW表示使用范围，SYZT表示使用状态，其他属性可依次添加，用Open_XML定义的地震应急资源。XML模型部分代码如下：

<xs：complexType name＝”Event”>

<xs：sequence>

<xs：element name＝”YJZY”type＝”xs：string”/>

</xs：sequence.>

<xs：attribute name＝”eventlD”type＝”xs：string”use＝”required”/>

</xs：complexType>

<xs：complexType name＝”ZHZL”>

<xs：complexContent>

<xs：extension base＝”Event”，>

</xs：complexContent>

</xs：complexType>

<xs：complexType nalTle＝”SYTJIt>

<xs：complexContent>

<xs：extension base＝”Event”/>

</xs：complexContent>

</xs：complexType>

<xs：complexType name＝”SYFW”>

<xs：complexContent>

<xs：extension base＝”Event”/>

</xs：complexContent>

</xs：complexType>

<xs：complexType name＝”SYZT”>

<xs：complexContent>

<xs：extension base＝”Event”/>

</xs：complexContent>

</xs：complexType>

地震应急预案中规定的具体应急资源包括通信与信息资源、应急物资、医疗卫生资源、交通运输资源、水力电力资源等基础性保障资源。根据上述应急资源的属性可按照各类资源的特点分别填入对应的属性中。

3.通过对象、场景、目标关键核心要素提取技术，分析演练对象，演练场景和演练目标，得出应急演练方案的重要要素。然后基于关键要素建模技术，构建出目的库、场景库、组织机构库和应急设备库等五个关键要素模型库。

其中，目的库是指包含演练所有目的的集合，其作用一是检验预案的实用性、可用性、可靠性，二是检验全体人员是否明确自己的职责和应急行动程序，以及反应队伍的协同反应水平和实战能力，三是提高人们避免事故、防止事故、抵抗事故的能力，提高对事故的警惕性，四是取得经验以改进所制定的行动方案。

场景库将不同的演练场景归纳为场景实体集，其构建方式为：

(1)对大量演练方案的场景组成要素进行提取、整理及分类，归纳总结出场景的通用要素以及不同场景的特有要素。通用要素包括时间、地点、故障原因、故障设备名称、故障描述、影响等，特有要素根据具体场景而定。

(2)以演练场景要素为单位进行存储，每个要素与演练场景建立关联关系，以便在构建场景时方便搜索。

(3)针对演练场景预制较为一般化的场景模板，在场景创建时，可以选择相应的模板并结合具体的演练场景做出修改即可。

组织机构库包含：

(1)领导组。用于指导数字化方案的筹备和实施工作，审批工作方案和经费使用，审批评估数字化方案总结性报告，以及决定数字化方案的重要事项。

(2)策划组。负责数字化方案的编制、修订、数字化方案的发布，并组织数字化方案的执行。

(3)技术组。负责演练数字化方案设计的技术论证，实施过程中的技术支持。

(4)评估组。负责根据应急演练数字化方案，拟定数字化方案考核要点和具体指标，负责对电网应急演练数字化方案进行点评，提出修订意见，还负责出具数字化方案评估报告。

(5)应急设备库：包括通信工具、人员防护装备等必备物资及专用工具等应急装备。

各应急专业组在现场相关地点存放常用应急检修工具，主要包括：

(a)起重设备：手拉葫芦、千斤顶等。

(b)电动工具：无齿锯、砂轮、电钻、电焊机等。

(c)安全设施：安全围栏、警示牌、警戒线。

(d)一般工具：扳手、螺丝刀、钳子、手锤、千分尺、卡尺等。

(e)运输工具：运输车辆。

该模型逻辑清晰严谨，结构完备，能够很好地模拟地震应急抢险进行良好模拟。

综上所述，本发明提供的一种电网应急演练关键要素建模方法和装置，创造性地将本体建模技术引入电网应急演练的建模中，用于对电网应急演练中的关键要素进行提取和建模，能够对现有的用自然语言撰写的电网应急预案文本进行形式化描述，转换为计算机能够理解的数字形式，并根据形式化描述提取电网应急演练中的关键要素，相对于现有技术来说是一种重要改进。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。