基于预案的计算机辅助应急系统和方法
【专利摘要】本发明从操作预案的核心——应急处置流程的数字化表达和存储入手，将多个针对单一突发事件的应急预案转化为利于计算机识别和计算的形式，建立计算机在线的应急流程重构技术，快速生成针对多类并发突发事件的综合应急处置流程，分别提出了一种以装置为基础的，基于预案的计算机辅助应急系统和方法，为复杂多变情形下的突发事件应急处置提供实时高效的决策支持。
【专利说明】基于预案的计算机辅助应急系统和方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于预案的计算机辅助应急系统和方法，更特别的，涉及一种应急预案重构系统及方法。
【背景技术】
[0002]突发事件的发生通常难于预测且破坏性较大，对人类社会造成的危害往往是触目惊心的，这其中既有地震、火山爆发、泥石流、海嘯、台风、洪水等突发性自然灾害，也有污染物泄漏、水体污染、土壤污染等人类活动导致的突发性事故灾难，而涉及公共安全和公共卫生的突发事件也占到了相当大的比重。近年来，全球各种类型的重大突发事件频发，引起了来自社会各界的广泛关注。
[0003]在提升应急管理能力方面，应急预案是最为重要和有效的工具之一。由于人类无法完全抵御和消除重大自然灾害的潜在威胁和现实破坏，但是突发事件的发生和演变往往具有很大的不确定性，其发生演变轨迹存在多种可能，针对突发事件的这种特点，人们只能在力所能及的范围内立足于尽可能减少突发事件带来的损失，不但平时要积极预防，还要在突发事件还没有发生的时候，预先制定突发事件一旦发生时的应对方案即应急预案，才能在应对突发事件的过程中有备无患，未雨绸缪。因此应急预案在应急管理中具有十分重要的作用，是应急救援系统的重要组成部分。
[0004]前针对应急预案编制的研究还主要是从针对突发事件可能发生的情景预先编制一个尽可能完备 的应急预案，但由于对突发事件可能发生情景的判断往往基于经验和知识推理，且编制手段主要依靠人工预先编制，这种思路下编制的预案显然无法满足复杂突发事件发展变化的实际应急处置需求，因此，预案编制需要采取更为灵活、有效的手段，即预案重构的方法实现预案的动态在线生成。
[0005]在快速生成新预案的问题上，目前研究文献较少，在“Using Formal MS/0RModeling to Support Disaster Recovery Planning[J].European Journal of Operat1nalResearch.2002,141 (3):679_688” 中，Kweku-Muata(Noel)Bryson 等建立了 0-1 规划模型，在满足资源约束条件下，以最大化消除灾害影响为目标，对形成灾害恢复预案(DisasterRecovery Plan, DRP)中的子预案进行选择，但其生成的预案仅是子预案的集合，并没有涉及子预案之间的逻辑关系问题。在“Systems modeling in support of evidence-baseddisaster planning for rural areas[J].1nternat1nal Journal of Hygiene andEnvironmental Health, 2005, 208 (1-2):117_125” 中,Marna Hoarda 等米用系统动力学的方法分析了影响突发事件应急预案编制的各种因素，并通过计算机模拟的形式研究了可能出现的场景，根据突发事件的类型和严重等级制定应对方案。国内池宏(2003)等人认为突发事件的发展和处置过程实质上是一个动态博弈的过程，“动态博弈网络技术”问题是研究项目在进展过程中，项目内容动态变化下的网络技术，包括在动态网络下的关键链的管理、资源优化配置等主要问题。因此人们在选取以及执行预案时绝对不能完全照搬过来。在池宏等研究的基础上，姚杰等在“突发事件应急管理中的动态博弈分析[J].管理评论，2004，17(3):46-50”中运用动态博弈网络技术，阐述了预案的编制以及执行的决策问题。
[0006]此外，由于应急操作预案与指导性预案同属于应急预案范畴，因此其主要内容可以表示为应急处置动作按照逻辑关系有序组合的工作流程，国内也有部分学者针对应急处置流程做了探索。祁明亮等在“A study on the method for constituting an operableemergency plan[C], Proceedings of The 3rd International Conference on Managementand Service Science, Beijing, China.”中基于网络计划建立了可操作预案编制方法，根据此方法编制的操作预案包含了事件自身发展的逻辑关系与处置工作之间的逻辑关系，同时为预案的非文本化表达提供了一种可行的思路。刘磊等在“预案管理中的重构问题研究[C].第四届国际应急管理论坛暨中国(双法)应急管理专业委员会第五届年会(ISEM’09)，北京，中国”中在将预案表达为网络计划图的基础上，建立了将已有预案分解为多个功能独立的模块，然后根据突发事件发展阶段的应急需求，按照功能与需求匹配的原则重新将模块搭架，从而形成新预案的思路，而未能给出模块如何重新组合的具体算法。
【发明内容】
[0007]本发明从操作预案的核心——应急处置流程的数字化表达和存储入手，将多个针对单一突发事件的应急预案转化为利于计算机识别和计算的形式，建立计算机在线的应急流程重构技术，快速生成针对多类并发突发事件的综合应急处置流程，为复杂多变情形下的突发事件应急处置提供实时高效的决策支持。
[0008]根据本发明的一个实施方式，公开了一种基于预案的计算机辅助应急系统，包括:采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统、预案重构子系统以及预案执行子系统；其中
[0009]数据采集子系统，包括
[0010](I)分布式传感器，监测并接收各种突发事件的报告，形成信息报告单，并将信息报告单存入第一存储器，
[0011](2)第一发射器，将突发事件类型发送至情景过程分析子系统，并将信息报告单上传至中央存储器；
[0012]情景过程分析子系统，包括
[0013](I)第一接收器，接收数据采集子系统发送的突发事件类型
[0014](2)匹配分析处理器，根据接收的数据采集子系统发送的突发事件类型，从中央存储器下载预先存储的突发事件映射表，根据上述映射表，分析各种突发事件的可能的情景过程，形成情景过程分析表，存入第二存储器，
[0015](3)第二发射器，将情景过程分析表发送至功能需求确定子系统，并将情景过程分析表上传至中央存储器；
[0016]功能需求确定子系统，包括
[0017](I)第二接收器，接收情景过程分析子系统发送的情景过程，
[0018](2)功能需求分析器，确定各种情景过程对应的功能需求，并形成功能需求表，存入第三存储器，
[0019](3)第三发射器，将功能需求表发送至单元预案选择子系统，并将功能需求表上传至中央存储器；[0020]单元预案选择子系统，包括
[0021](I)第三接收器，接收功能需求确定子系统发送的功能需求，
[0022](2)选择分析器，根据上述功能需求选择单元预案，并形成单元预案属性表和单元预案顺序关系表，存入第四存储器，
[0023](3)第四发射器，将单元预案属性表和单元预案顺序关系表上传至中央存储器；
[0024]预案重构子系统，包括
[0025](I)中央存储器，存储数据采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统分别上传的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单元预案顺序关系表，
[0026](2)重构分析器，调用中央存储器存储的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单元预案顺序关系表，通过单元预案的重构运算，生成对应可能情景的重构预案，
[0027](3)第五发射器，将重构预案发送至预案执行子系统；
[0028]预案执行子系统，执行由预案重构单元生成的重构预案。
[0029]根据本发明的一个实施方式，所述基于预案的计算机辅助应急系统中，所述预案重构子系统中的重构分析器包括:
[0030]第一匹配初始化单元，其将信息报告单中的数据项“事件类型”与情景过程分析表中的数据项“事件类型”进行匹配，并根据情景过程分析表中的数据项“情景ID ( ? )”，对Si
进行初始化，并将参与重构情景过程的Si赋予Sa、Sb，其中= {sf\k = 1,2，...,为情景过程i的第k个情景，a,为情景过程i的情景个数，Sa、Sb分别表示参与重构两情景过程；
[0031]第二初始化单元，根据情景过程分析表中的数据项“时点标识ID U(<))”的值，对Ti进行初始化，K(々)=《<)，k = 1，2，…，ai;并将参与重构情景过程的Ti分别赋予Ta、Tb，其中办f)为情景过程i第k个情景的时点标识，t(sf) G N*，Ta、Tb分别表示参与重构两情景过程的时点标识集；
[0032]第三匹配初始化单元，将功能需求表中的数据项“功能需求ID”与单元预案属性表中的数据项“功能”进行匹配，根据单元预案属性表中的数据项“单元预案ID”，初始化情景#所需单元预案集Wi1S k = 1，2，…，a,, Wi15中元素根据单元预案ID升序排列，其中
Wf = {wl I j = 12，…X}，τ<为情景过程i第k个情景的第j个单元预案，Λ =h
2,…，;
[0033]第四初始化单元，初始化情景过程i的搭接关系矩阵€% ，并将参与重构情景过程的乂 ,4分别赋予Ra、Rb，其中Ra、Rb分别表示参与重构两情景过程的搭接关系矩阵；
[0034]确定单元，确定重构位置集T，T = Ta n Tb, Ta,Tb为参与重构的两情景过程的时点标识集合，其中T = XSE CT(Ta, Tb)；
[0035]判断单元，判断重构位置在搭接关系矩阵对角线上的位置，其中，Na、Nb分别存放参与重构两情景过程的重构位置，在各自搭接关系矩阵对角线上的位置；
[0036]构造单元，构造相邻重构位置内的搭接关系矩阵(尤、Gl，其中G;:、(?'分别表示参与重构两情景过程的相邻重构位置内搭接关系矩阵，y = 1,2,…，ητ，ητ为集合T的元素个数；
[0037]合并单元，根据G〗’、(?对重构位置的情景进行合并或生成分支节点；
[0038]第一生成单元，生成应对可能情景的预案节点集合J'和搭接关系矩阵V ;
[0039]第二生成单元，对C(y) = I的重构位置的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，则合并；再对此合并点的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，继续合并，直至为不同单元预案，停止，生成应对可能情景的预案的节点集合J和搭接关系矩阵R的模块，其中R为合并后预案搭接关系矩阵，J为合并后预案节点集合。
[0040]根据本发明的一个实施方式，其中采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统以及预案重构子系统为分布式系统，各子系统之间通过远距离无线通信方式连接。
[0041]根据本发明的一个实施方式，所述远距离无线通信方式可以是GSM，CDMA中的一种。
[0042]根据本发明的一个实施方式，其中采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统以及预案重构子系统为分布式系统，各子系统之间通过短距离无线通信方式连接 。
[0043]根据本发明的一个实施方式，所述短距离无线通信方式可以是WIFI，蓝牙，NFC中的一种。
[0044]根据本发明的另一个实施方式，公开了一种基于预案的计算机辅助应急方法，所述方法包括如下步骤:
[0045]数据采集，监测并接收各种突发事件的报告，将接收的报告写入信息报告单，存储信息报告单，发送突发事件类型，并将信息报告单上传至中央存储器；
[0046]情景过程分析，接收上述发送的突发事件类型，根据接收的突发事件类型，从中央存储器下载预先存储的突发事件映射表，根据上述映射表，分析各种突发事件的可能的情景过程，形成情景过程分析表，存储该情景过程分析表，发送情景过程分析表，并将情景过程分析表上传至中央存储器；
[0047]确定功能需求，接收上述发送的情景过程，确定各种情景过程对应的功能需求，并形成功能需求表，存入该功能需求表，发送该功能需求表，并将功能需求表上传至中央存储器；；
[0048]单元预案选择，接收上述发送的功能需求，根据上述功能需求选择单元预案，形成并存储单元预案属性表和单元预案顺序关系表，将单元预案属性表和单元预案顺序关系表上传至中央存储器；
[0049]预案重构，根据上述选择的单元预案的逻辑关系，调用存储的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单元预案顺序关系表，通过单元预案的重构运算，生成对应可能情景的重构预案。
[0050]预案执行，执行由预案重构生成的重构预案。
[0051]根据本发明的另一个实施方式，所述基于预案的计算机辅助应急方法，其中所述预案重构包括步骤:
[0052]Stepl:其将信息报告单中的数据项“事件类型”与情景过程分析表中的数据项“事件类型”进行匹配，并根据情景过程分析表中的数据项“情景ID ( / )”，对Si进行初始化，并将参与重构情景过程的Si赋予Sa、5)3，其中
【权利要求】
1.一种基于预案的计算机辅助应急系统，包括:采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统、预案重构子系统以及预案执行子系统；其中 数据采集子系统，包括 分布式传感器，监测并接收各种突发事件的报告，形成信息报告单，并将信息报告单存入第一存储器， 第一发射器，将突发事件类型发送至情景过程分析子系统，并将信息报告单上传至中央存储器； 情景过程分析子系统，包括 第一接收器，接收数据采集子系统发送的突发事件类型 匹配分析处理器，根据接收的数据采集子系统发送的突发事件类型，从中央存储器下载预先存储的突发事件映射表，根据上述映射表，分析各种突发事件的可能的情景过程，形成情景过程分析表，存入第二存储器， 第二发射器，将情景过程分析表发送至功能需求确定子系统，并将情景过程分析表上传至中央存储器； 功能需求确定子系统，包括 第二接收器，接收情 景过程分析子系统发送的情景过程， 功能需求分析器，确定各种情景过程对应的功能需求，并形成功能需求表，存入第三存储器， 第三发射器，将功能需求表发送至单元预案选择子系统，并将功能需求表上传至中央存储器； 单元预案选择子系统，包括 第三接收器，接收功能需求确定子系统发送的功能需求， 选择分析器，根据上述功能需求选择单元预案，并形成单元预案属性表和单元预案顺序关系表，存入第四存储器， 第四发射器，将单元预案属性表和单元预案顺序关系表上传至中央存储器； 预案重构子系统，包括 中央存储器，存储数据采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统分别上传的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单兀!预案顺序关系表， 重构分析器，调用中央存储器存储的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单元预案顺序关系表，通过单元预案的重构运算，生成对应可能的情景过程的重构预案， 第五发射器，将重构预案发送至预案执行子系统； 预案执行子系统，执行由预案重构单元生成的重构预案。
2.一种如权利要求1所述的基于预案的计算机辅助应急系统，其中所述重构分析器包括: 第一匹配初始化单元，其将信息报告单中的数据项“事件类型”与情景过程分析表中的数据项“事件类型”进行匹配，并根据情景过程分析表中的数据项“情景ID ( s':)”，对Si进行初始化，并将参与重构情景过程的Si赋予Sa、Sb，其中*S, = μ = 1，2，…为情景过程I的第k个情景，Bi为情景过程i的情景个数，Sa、Sb分别表示参与重构两情景过程； 第二初始化单元，根据情景过程分析表中的数据项“时点标识ID ( t(sf))”的值，对Ti进行初始化，7；⑷WOf )，k = 1,2,…，ai;并将参与重构情景过程的Ti分别赋予Ta、Tb，其中?)为情景过程i第k个情景的时点标识，t(s^:)e N*，Ta、Tb分别表示参与重构两情景过程的时点标识集； 第三匹配初始化单元，将功能需求表中的数据项“功能需求ID”与单元预案属性表中的数据项“功能”进行匹配，根据单元预案属性表中的数据项“单元预案ID”，初始化情景<所需单元预案集Wi1S k = 1，2，…，a,, Wi15中元素根据单元预案ID升序排列，其中W,k = \wl I j = 1,2,".,^}，<为情景过程i第k个情景的第j个单元预案，Wik^U Λ= ^.2,…，; 第四初始化单元，初始化情景过程i的搭接关系矩阵& ，并将参与重构情景过程的K 分别赋予Ra、Rb，其中Ra、Rb分别表示参与重构两情景过程的搭接关系矩阵； 确定单元，确定重构位置集τ，τ = Ta η Tb，Ta、Tb为参与重构的两情景过程的时点标识集合，其中 T = XSECT(Ta，Tb)； 判断单元，判断重构位置在搭接关系矩阵对角线上的位置，其中，Na、Nb分别存放参与重构两情景过程的重构位置，在各自搭接关系矩阵对角线上的位置； 构造单元，构造相邻重构位置内的搭接关系矩阵K'、(^’，其中€、分别表示参与重构两情景过程的相邻重构位置内搭接关系矩阵，y = 1,2,…，ητ，ητ为集合T的元素个数； 合并单元，根据G::’、(?'对重构位置的情景进行合并或生成分支节点； 第一生成单元，生成应对可能的情景过程的预案节点集合和搭接关系矩阵R,； 第二生成单元，对C(y) = I的重构位置的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，则合并；再对此合并点的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，继续合并，直至为不同单元预案，停止，生成应对可能的情景过程的预案的节点集合J和搭接关系矩阵R的模块，其中R为合并后预案搭接关系矩阵，J为合并后预案节点集合。
3.—种如权利要求1所述的基于预案的计算机辅助应急系统，其中采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统以及预案重构子系统为分布式系统，各子系统之间通过远距离无线通信方式连接。
4.一种如权利要求3所述的基于预案的计算机辅助应急系统，其中所述远距离无线通信方式是GSM，CDMA中的一种。
5.一种如权利要求1所述的基于预案的计算机辅助应急系统，其中采集子系统、情景过程分析子系统、功能需求确定子系统、单元预案选择子系统以及预案重构子系统为分布式系统，各子系统之间通过短距离无线通信方式连接。
6.一种如权利要求5所述的基于预案的计算机辅助应急系统，其中所述短距离无线通信方式是WIFI，蓝牙，NFC中的一种。
7.一种基于预案的计算机辅助应急方法，所述方法包括如下步骤:数据采集，监测并接收各种突发事件的报告，将接收的报告写入信息报告单，存储信息报告单，发送突发事件类型，并将信息报告单上传至中央存储器； 情景过程分析，接收上述发送的突发事件类型，根据接收的突发事件类型，从中央存储器下载预先存储的突发事件映射表，根据上述映射表，分析各种突发事件的可能的情景过程，形成情景过程分析表，存储该情景过程分析表，发送情景过程分析表，并将情景过程分析表上传至中央存储器； 确定功能需求，接收上述发送的情景过程，确定各种情景过程对应的功能需求，并形成功能需求表，存入该功能需求表，发送该功能需求表，并将功能需求表上传至中央存储器；； 单元预案选择，接收上述发送的功能需求，根据上述功能需求选择单元预案，形成并存储单元预案属性表和单元预案顺序关系表，将单元预案属性表和单元预案顺序关系表上传至中央存储器； 预案重构，根据上述选择的单元预案的逻辑关系，调用中央存储器存储的信息报告单、情景过程分析表、功能需求表、单元预案属性表和单元预案顺序关系表，通过单元预案的重构运算，生成对应可能的情景过程的重构预案； 预案执行，执行由预案重构生成的重构预案。
8.—种如权利要求 7所述基于预案的计算机辅助应急方法，其中所述预案重构包括步骤: 其将信息报告单中的数据项“事件类型”与情景过程分析表中的数据项“事件类型”进行匹配，并根据情景过程分析表中的数据项“情景ID ( / )”，对Si进行初始化，并将参与重构情景过程的Si赋予Sa、Sb,其中X = Ik = 1,2，…，α, 为情景过程i的第k个情景Ai为情景过程i的情景个数，Sa、Sb分别表示参与重构两情景过程； 根据情景过程分析表中的数据项“时点标识ID (/(<))”的值，对Ti进行初始化， 二仏\ k = 1，2，…，ai;并将参与重构情景过程的Ti分别赋予Ta、Tb，其中?)为情景过程i第k个情景的时点标识，t(0 AT，Ta、Tb分别表示参与重构两情景过程的时点标识集; 将功能需求表中的数据项“功能需求ID”与单元预案属性表中的数据项“功能”进行匹配，根据单元预案属性表中的数据项“单元预案ID”，初始化情景<所需单元预案集Wi1Sk =.1,2,…，Bi,评^中元素根据单元预案皿升序排列’其中忙二丨^片以…^丨^为情景过程i第k个情景的第j个单元预案，K ’ k = 1，2，…，a,； 初始化情景过程i的搭接关系矩阵&;Λ,，并将参与重构情景过程的< ,,分别赋予1^、妒，其中Ra、Rb分别表示参与重构两情景过程的搭接关系矩阵； 确定重构位置集τ，τ = Ta η Tb，Ta、Tb为参与重构的两情景过程的时点标识集合，其中T = XSECT (Ta, Tb)； 判断重构位置在搭接关系矩阵对角线上的位置，其中，Na, Nb分别存放参与重构两情景过程的重构位置，在各自搭接关系矩阵对角线上的位置； 构造相邻重构位置内的搭接关系矩阵(K、G6'其中、(?’分别表示参与重构两情景过程的相邻重构位置内搭接关系矩阵，y = 1，2，…，ητ，ητ为集合T的元素个数； 根据€'、(?’对重构位置的情景进行合并或生成分支节点； 生成应对可能的情景过程的预案节点集合J和搭接关系矩阵R'； 对C(y ) = I的重构位置的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，则合并；再对此合并点的紧前节点进行判断，若为相同单元预案，继续合并，直至为不同单元预案，停止，生成应对可能的情景过程的预案的节点集合J和搭接关系矩阵R的模块，其中R为合并后预案搭接关系矩阵，J为合并后预案节点集合。
【文档编号】G06F19/00GK104036127SQ201410246015
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】祁明亮, 邵雪焱, 石彪, 池宏, 高敏刚, 许保光, 谭显春, 计雷 申请人:中国科学院科技政策与管理科学研究所