一种基于时间Petri网的应急救援资源调度及应急救援方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石化企业厂区安全应急管理技术领域，尤其涉及一种基于时间Petri 网的应急救援资源调度及应急救援方法。
【背景技术】
[0002] 石化企业发生事故灾害（主要指火灾或爆炸）事件是随机且复杂的，灭火的策略 选择受火灾发生的时间、地点、气象、燃烧对象等许多因素制约，即使是同一种对象发生火 灾，也会由于火场的环境不同、灭火力量的素质和器材装备等因素的不同而需采用不同的 扑救方法。石化企业火灾的扑救是一个十分复杂的动态过程，包括从接到火灾报警开始至 救援终结的整个过程。可以采用petri网理论建立火灾扑救过程的模型，对石化企业火灾 扑救过程进行仿真模拟，揭示火灾扑救过程的功能和实质，进而制定各类决策方案，实现火 灾现场的最优救援。
[0003] Petri网（PN)是对离散并行系统的数学表示，适合于描述异步的、并发的计算机 系统模型。PN的结构元素包括库所（place)、变迀（transition)、弧（Connection ;arc)和 令牌（token)。库所表示系统的状态；变迀表示改变状态的事件；弧连接状态与事件；令牌 包含在库所中。它们在库所中动态地变化以表示系统的不同状态。PN模型具有直观、形象 等优点，又具有许多优良的数学性质，已广泛用于分布式系统、信息系统、离散事件系统等 领域。
[0004] 石化企业事故灾害发生时，应急救援的顺利实施不仅需要一套规范正确的应急预 案加以指导，同时需要一种明确的资源调度方法进行配合，实现应急救援行动资源的高效 配置。
[0005] 应急救援是一项需要多个机构如消防、公安、环保等部门有序协作完成的过程。现 有应急流程管理方法是在灾害发生后，依据应急预案实施应急救援行动，然而，应急预案内 容较为概括，只提供了一般性的总体规范，并没有给出应急救援资源的具体调度方法，降低 了应急预案的可操作性。
[0006] 同时，现有应急预案一般是只针对单一事故的处置方法，无法应对应急救援过程 中次生事故发生等复杂情况，特别是多个事故点需使用同一应急救援资源这一情形。如何 根据应急救援和资源分布状态，构建实时的应急救援资源调度方法，成为了顺利实施应急 救援的关键。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于，依据应急预案中应急救援行动的实施要求，结合厂区应急救 援资源分布状况，提出一种可实时调整应急救援资源的基于时间Petri网的应急救援资源 调度及应急救援方法。
[0008] 本发明采用的技术方案是：
[0009] -种基于时间Petri网的应急救援资源调度方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1 :分析现有石化企业的应急预案，提取应急救援行动执行逻辑，建立Petri 网模型，根据应急预案找到每项应急救援行动所需的应急救援资源；
[0011] 步骤2 :分析应急救援资源状态，建立应急救援资源准备和使用过程的子Petri网 模型；
[0012] 步骤3 :整合步骤1的Petri网模型和步骤2的子Petri网模型，建立应急救援资 源调度Petri网模型；
[0013] 步骤4 :配置应急救援资源调度Petri网模型的初始和目标标识，调用求解算法， 求解完成时间最小的变迀激发策略，得到优化的应急救援资源调度策略。
[0014] 石化企业安全应急预案的流程可分为预警上报、专家决策、应急救援、后期分析原 因等流程。预警上报是实时监测现场数据，当发生异常时，通过数据采集系统或者人工报警 的方式启动预警机制，划分灾害级别并上报领导机构。领导机构接到灾害报告后，立即组织 专家确定应急救援方案，专家对应急救援过程中的资源调度问题进行建模，经过对所建模 型分析后，找出及时科学的火灾应急救援方案。应急救援部门在领导机构的统一指挥下按 应急救援方案完成相应救援任务，应急救援部门主要包括消防、公安、环保和气象等部门。 救援完成后，事故得到良好控制，组建事故调查小组，对事故原因、救援情况和损失程度进 行调查，对厂区进行安全排查，更新事故应急预案。
[0015] 结合石化企业应急预案要求和应急救援资源分布、使用状况，对应急救援多机构 行动过程使用时间Petri网建模，并使用基于Petri网可达图的搜索算法求解最小完成时 间调度策略，为整个应急救援过程的指挥提供一种量化的决策辅助方法。
[0016] 发生灾害时，预案规定救援过程中气象部门进行气象监测；消防部门依据风向灭 火；环保部门现场灭火后完成清理与消毒；公安部门组织员工疏散，员工疏散需在现场消 毒和清理前完成。同时，对这些具体救援机构的行动按照执行逻辑建立Petri网模型（总 体时间Petri网模型）。
[0017] 准备过程包括救援人员对物资在使用前的运输、搭建，启动和部署等过程。执行应 急救援行动过程包括救援人员使用物资完成救援任务的中心环节，例如消防中的灭火、气 象信息实时监测与发布、厂区员工在指挥下疏散等。梳理好应急救援资源分布状态和准备 活动和应急救援行动执行时间后，对其建立应急救援资源子Petri网模型（局部时间Petri 网模型）。
[0018] 建立好各个应急救援资源的准备和执行应急救援行动的局部时间Petri网后，与 总体时间Petri网进行合并，可以得到相应的应急救援资源调度Petri网模型（调度问题 Petri网模型）。
[0019] 完成应急救援资源调度Petri网模型配置后，通过算法求解，找出最优应急救援 行动资料调度策略，提高救援资源的利用效率，缩短救援时间。
[0020] 在步骤1中，应急救援资源是各个应急救援行动所需的物理资源和信息资源。
[0021] 应急救援资源是各个应急救援行动实施的条件，按属性划分，可分为物理资源，信 息资源等。物理资源具备实体特性，在救援中需经过运输、准备和使用等过程，例如火灾中 的消防器材，需要从库房运送到事故点，组装完成后，进行灭火。信息资源为辅助救援资源， 在救援中需经过信息平台的启动和信息发布等过程，例如，灭火过程中气象平台经过启动， 启动后采集数据并实时播报厂区的气象信息，通过播报的风向和风速更改灭火措施。
[0022] 在步骤1中，所述应急救援行动执行逻辑包括多个救援机构的现场实施指令以及 这些现场实施指令的执行次序。
[0023] 通过对企业现有安全应急预案进行实地调研和资料分析，抽取应急救援机构现场 实施指令，并分析这些实施指令行动的先后次序，制定出具体应急救援流程，确定应急救援 机构所实施的具体应急救援行动。所述应急救援行动是指员工使用专用设备或者自身能力 完成一定救援任务，例如消防员使用灭火器消灭火灾，公安部门利用群体事件经验指挥员 工疏散。
[0024] 在步骤2中，应急救援资源的准备和使用过程包括：工具的运输和准备、人员的部 署和信息资源平台的启动。
[0025] 应急救援资源在使用前需经历准备过程，准备过程涵盖工具的运输和准备、人员 的部署、信息资源平台的启动。应急救援资源准备主要包括：消防部门从库房或者就近运输 消防器材到事故点；环保部门准备环保器材，奔赴事故点；安保部门警员部署；气象部门启 动实时气象平台等。
[0026] 应急救援资源的准备和在应急救援行动过程中的使用都需要一定的时间。在分析 应急预案的同时需确定应急救援资源的分布状态、准备时间、在应急救援行动过程中实施 所需的时间，根据上述参数建立子Petri网模型。
[0027] 步骤1中，Petri网模型为应急救援实施总体时间Petri网模型；步骤2中，子 Petri网模型为应急救援资源的准备和执行应急救援行动的局部时间Petri网模型；步骤3 中，应急救援资源调度Petri网模型为调度问题Petri网模型。
[0028] 合并应急救援实施总体时间Petri网模型和应急救援资源的准备和执行应急救 援行动的局部时间Petri网模型，得合并时间Petri网模型，即应急救援资源调度Petri网 模型。急救援资源调度Petri网模型将总体时间Petri网模型中的代表应急救援资源准备 和使用过程的变迀根据当前资源状态拓展，拓展的内容有设置具体变迀延迟，另外，如果有 多种资源可供使用，应体现选择性路由。
[0029] 库所表征资源状态，变迀代表应急救援行动，采用相应算