突发事件应急管理中的多核应急协同决策方法研究可编辑.docx

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突发事件应急管理中的多核应急协同决策方法研究可编辑

突发事件应急管理中的多核应急协同决策

方法研究StudyontheMulti-coreEmergency

SynergyDecision-makingMethodsin

EmergencyManagement一级学科管理科学与工程学科专业管理科学与工程作者姓名高杨指导教师李从东教授

天津大学管理与经济学部

二零一二年五月

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究

成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰

写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而

使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名:

签字日期:

年月日

学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。

特授

权天津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,并

采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

同意学校向国家

有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。

（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）

学位论文作者签名:

导师签名:

签字日期:

年月日签字日期:

年月日

中文摘要

突发事件应急管理中的协同式群决策问题是一种复杂系统在复杂条件下协

同决策的科学问题。

此问题不但要以应急预案体系和各协作成员的知识库与数据

库为基础,同时还要考虑不同协作成员的协作方式、推理方式以及组织规范等因

素。

突发事件处置过程中的协同式群决策目标是基于应急预案中各种过程、组织

与协作要求根据各个成员的局部可选方案快速生成针对突发事件的总体应急处

置方案。

目前由于突发事件的处置过程具有复杂巨系统的特点,在进行协同式群

决策过程中,会产生决策方式各异、各个协作成员自律性差、组合方案庞杂和系

统稳定性与有效性差等一系列问题。

因此本文针对上述问题进行以下具体研究:

1、根据突发事件应急管理的协同处置过程,构建了基于规范的应急处置过

程云计算服务框架。

通过在应急多核决策系统中引入组织规范和约束要求,增强

了各个成员对任务的自律性和协商能力,使得系统的协作方式与应急环境中各部

门的协作形式更加接近,以充分调动云计算系统的服务资源。

2、建立了基于组织规范的多核心任务规划和协同逻辑推理模型。

为能够提

高系统决策的适应性和决策效率,设计了基于突发事件处置流程的多层次推理方

式。

处置过程中每个部门中都具有不同形式的推理行为,尤其是在物联网条件下,

每个部门的专业领域系统都具有高度的独立性和智能性。

因此这使得多部门联动

的不同的推理方式之间的衔接成为成功进行决策推理的关键。

3、根据部门内部和部门间的应急协作方式,讨论了构架内核中心内部成员

与核中心成员之间的协同关系,基于此建立了基于情景的核逻辑推理模式和基于

情景的多核应急协同决策推理模型。

使系统在做决策时将突发事件情景与各部门

基于应急处理方式的逻辑推理模式同时考虑,以确定具体应急情景下的行动方案。

4、建立了基于情景和语义的逻辑推理模式匹配方法。

系统进行决策时,情

景确定不但要与真实的突发事件环境相一致,还要与相互协作推理部门的请求语

义相一致。

通过建立一种环境-情景-语义的逻辑推理模式匹配方法,能够为各个

agent在进行决策时确定与环境和协作成员适应度高的情景。

5、从系统角度引入了多目标鲁棒优化方法实现应急处置过程中的推理鲁棒

性和有效性。

突发事件决策过程是一种分布式系统决策过程。

因此从系统角度看,

系统的稳定性、有效性以及应急管理所要求的时效性,必须满足突发事件处置过

程的要求,这就需要从系统角度对协同决策进行优化,实现其在真实环境中的鲁

棒能力。

由此通过建立相应的多目标鲁棒优化模型和设计非支配排序遗传算法实

现了系统的稳定性。

关键词:

应急管理、组织、情景、框架、优化ABSTRACT

TheCollaborativegroupdecisionmakingproblemisascientificproblemsunder

complicatedconditionsofcoordinateddecisioninemergencymanagement.The

problemsnotonlybasedontheemergencyplansystemandeachcollaboration

membersoftheknowledgebaseanddatabase,alsowanttoconsiderthedifferent

cooperationmembersofthecollaborationway,reasoningmethodandOrganization

standardandotherfactors.Thetargetistoproductageneralemergencydisposalplan,

basedontheemergencyplanofallkindsofprocess,organizationandcoordination

requirements,accordingtovariousmembersofthelocalalternative.Atpresent,itwill

produceaseriesofproblemsitincludesdifferentwaysofdecision-making,each

collaborationmembersself-disciplinepoor,confusedcombinationschemeandthe

worseofthesystemstabilityandeffectiveness,considerringthedisposalprocessof

complexgiantsystemcharacteristics,inCollaborativegroupdecisionmakingprocess

Inthisthesis,muchresearchisdeployedaimingatresolvingaboveproblems.The

detailsofresultsareasfollows:

1Amulti-agentmissionplanninganddecisionmakingframeworkbasedon

organizationstandardhasbeenestablished.Theframeworkaddedself-disciplineand

negotiationabilityaboutmembers,mademulti-agentcooperationwayandthe

cooperationformofdifferentdepartmentsinemergencyenvironmentmorecloser,

thus,improvedthesystemdecisionadaptabilityanddecision-makingefficiencyby

introducingtheorganizationalstandardandconstraintrequirementsinemergency

multi-agentdecision-makingsystem

2Theemergencydisposalprocessofmulti-levelinferencemethodisdesignedThedisposalprocessineachdepartmenthasdifferentformsofreasoningbehaviorEspeciallyininternetofthings,eachdepartmentofprofessionalfieldshadhighly

independenceandintelligent.Thismadethejoinwhichcomefromdifferentwaysof

reasoninginmultisectorallinkagebecomecriticalindecisionmakingreasoning3Accordingtothedepartmentofavarietyofalternativeemergencydisposal,

basedonscenariosoflogicalreasoningmodedeterminingmethodhasbeen

established.Basedonscenariosoflogicalreasoningmodedeterminingmethodhas

beenputforward,intheemergencydisposalprocessforscenariosalternatives

partitionproblem.Insystemmakingdecisions,emergencyscenariosanddepartmental

emergencytreatmentwereconsideredatthesametime,thetargetistodeterminetheprogrammeofactioninsomespecificemergencyscenarios

4Baseonthescenariosandsemanticreasoningpatternmatchingmethodhas

beenestablished.Whenthesystemmadeadecision,itmadetheemergencysituation

andemergencytreatmentasafactor,atthesametime.Thescenariowasidentifiednot

onlywiththerealaccidentenvironmentconsistent,butalsowithcollaborative

reasoningdepartmentrequestsasemanticconsistency.Itcanbedeterminedforeach

agenthighfitnessscene,whichcanmatchtheenvironmentandthecollaborative

members,whenmakingadecision5Fromtheangleofsystemintroducingthemulti-objectiverobustoptimization

method,itcanrealizetherobustandeffectiveofreasoningintheemergencydisposal

process.Fromthesystempointofview,thesystemstability,validityandemergency

managementrequirementsoftimelinessmustmeettherequirementsofemergency

disposalprocess.Thisrequiredtooptimizatemulti-agentcollaborativedecision

makingfromthesystempointandachieveditsrobustabilityinrealenvironmentThus,itestablishedthecorrespondingmulti-objectiverobustoptimizationmodeland

designednondominatedsortinggeneticalgorithmtoachievethestabilityofthe

systemKeywords:

emergencymanagement,organization,scenarios,framework,

optimization目录

第一章绪论.1

1.1研究背景1

1.2问题的提出8

1.3研究的目的与意义11

1.4研究思路与内容安排12

第二章多核应急协同系统理论体系研究.16

2.1突发事件应急管理协同方式16

2.2应急管理决策支持理论与技术20

2.3本章小结28

第三章多核应急处置过程云计算服务框架29

3.1面向应急处置过程的云计算平台构架.29

3.2基于应急处置云计算服务总体框架的规范多AGENT系统32

3.3面向应急事务的宏观服务层34

3.4应急组织协调层.35

3.5应急广义工作空间协作层37

3.6应急规范实施层.423.7NEDCSA架构底层44

3.8本章小结45

第四章基于情景的多核应急协同决策模型46

4.1NEDCSA构架中的多核心建模46

4.2应急多核心协同.54

4.3基于情景的核逻辑推理模式57

4.4基于情景的多核应急协同决策推理模型77

4.5本章小结82

第五章多核协同的情景适应度研究83

5.1具有语义接近范围的语义相似度模型.83

5.2概念的关键属性云匹配模型91

5.2.3概念的关键属性云匹配模型94

5.3基于概念与属性的联合相似度的情景确定模型.95

5.4本章小结96

第六章多核应急协同模型的优化与仿真分析976.1多目标鲁棒优化方法97

6.2多核应急协同模型中优化指标的定义99

6.3多核应急协同模型的优化方法101

6.4系统仿真实验.103

6.5本章小结108

第七章结论与展望110

7.1研究结论110

7.2前景展望111

参考文献113

发表论文和参加科研情况说明120

致谢121第一章绪论

第一章绪论

1.1研究背景

进入21世纪以来,我国经济和社会发展进入到高速增长的时期,人口的密

集度不断增加,随之而来的出现了资源相对紧缺、社会分配不均等一系列社会矛

盾。

近年来随着全球金融危机的发生,在经济快速发展时被忽略的问题在这一时

期完全的暴露出来,而这些社会问题又导致了突发事件频频发生。

加之我国是一

个自然灾害频发的国家,由于过分重视工业发展,忽略了生态和环境系统的保护,

致使生态环境系统越发脆弱,抵御自然灾害的能力较以前大幅度下降,自然灾害

发生的频度日益增多、严重程度逐渐升级。

因此,我国正处于常规与非常规突发

公共事件的高发期。

例如,2008年我国南方出现的冰冻雨雪灾害所导致的铁路

运输中断事件、西藏3.14事件、四川发生的5.12汶川地震以及三鹿奶粉事件。

2009年出现乌鲁木齐7.5事件。

2010年青海玉树地震、甘肃舟曲泥石流灾害。

2011年日本地震导致的核危机对我国近海以及沿海城市社会生产生活的影响、

发生在温州的动车相撞事件,这些事件给人民的生命和财产造成了巨大的伤害和

损失,也严重的影响了我国经济发展和国家安全稳定的局面。

突发事件是一系列影响社会稳定运行、阻碍社会发展、对人民群众生命和财

产安全造成重大伤害的社会和自然事件。

然而,突发事件又与社会和自然事件具

有本质的不同,突发事件源于社会和自然事件,这些事件在发生时又与其他一些

因素相结合,使得事件迅速升级,危害等级迅速上升,影响范围迅速扩大。

同时,

突发事件具有事件发生的征兆信息模糊,事件发生时间不确定,衍生次生事件常

常相伴而生,破坏性强,影响程度严重,事件发展具有动态复杂巨系统特征等突

出特点,因此原有的常规管理和运作方式在突发事件处置时往往捉襟见肘。

随着

信息技术的高速发展,信息已经融入到人们的社会生活和各个职能领域中,人们

对信息的获取和传递已经成为必需的日常活动。

新技术新设备层出不穷,人们对

其的依赖程度日益提高,可以说这些新技术和新设备是人脑和躯体能力的延伸。

有学者认为“社会的现代化程度越高,其抵抗突发事件的能力越脆弱”。

然而,

1第一章绪论

新的科学技术是把双刃剑,人们能够通过先进的信息化手段将突发事件控制在可

控的范围内,能够对其发展趋势做出有效的判断,为事件有效处置提供有效地决

策支持。

因此,本文在分析了预测预警、预案准备、综合研判、救援指挥等环节

后,将现代化信息手段融入到突发事件应急管理领域形成一种基于情景演化的应

急管理多核心协同式决策模型,使突发事件应急处置过程中通过模型的协同支持

事件能够被科学、高效的处置,减少或消除事件升级、范围扩大对人民社会生活

带来的影响。

这对突发事件的有效处置,建设繁荣且稳定的和谐社会将是非常有

意义的。

人类社会是一个开放的复杂巨系统,在不确定的时间、不确定的地点所发生

的突发事件也一定是开放的,它与外界进行着能量、信息、物质的交换,由于其

特有的性质,使其对外界产生重大的影响,并且这种影响呈辐射状迅速向外扩展。

突发事件的处置过程就是为了有效应对突发事件的产生和发展,通过各种力量与

资源改变突发事件的当前状态、限制其无序发展、消除它所带来的影响的过程。

这个过程一般又包含三个维度:

第一是事态发展状态维度,即突发事件发展的事

前阶段、事中阶段、事后阶段;第二是应急响应功能维度,即监测监控、预测预

警、模拟仿真、综合研判、决策指挥、运作调度阶段;第三是领域协同维度,例

如天气预报、交通疏导、社会秩序维护、电力支持、通讯保障、物资和设施提供、

医疗保障以及针对一些非常规突发事件所提供的设备保障与技术支持等。

突发事件应急处置过程是一种事务处理过程,可以将其看作是离散事件系统,

对于突发事件处置过程,按照不同的事件类型,分成许多不同的任务,遵循不同

的处置顺序,又由于这个离散系统是开放的,与外界拥有各种各样的联系,同时

也受到外界各种各样的条件限制,不同的条件组合能够掌控突发事件的过程处置

方向、处置方式以及事件的发展方向,因此每个事件处置的原子过程都将被看作

是一个任务,不同的任务和条件互相交织、互相联系形成一张突发事件处置过程

网。

由于突发事件应急处置任务所具有的离散特征,我们可以将突发事件处置过

程网络抽象成基于规则推理的过程处置模型,将上述三个维度的应急过程以规则

推理的形式表现出来。

这样突发事件处置过程的各部分、各部分间的关系以及处

置过程的系统性能特点能够清晰地表达出来,为进一步突发事件处置过程的分析、

优化和调度提供基础。

突发事件的处置过程符合典型离散事件动态系统的构成特征,同时多agent

系统在某些程度上也能够清晰地描述离散事件动态系统演化过程与系统特点。

在

2第一章绪论

突发事件处置过程中,信息的产生、传播、利用、信息处理及其对信息的评价一

直是突发事件处置成败的关键因素,突发事件应急管理与信息系统经常是相伴相

生、相互依存的。

在信息化条件下,尤其是多agent系统理论的出现,使利用多

agent刻画离散事件动态系统具有明显的优势,从而将多agent系统与突发事件处

置过程进行融合,不但有利于突发事件处置过程中系统各部分的协同,还能够使

突发事件处置过程的决策更加科学和系统化,以支持对突发事件处置过程的预测

预警和模拟仿真,提供对处置流程的动态重构和处置资源与能力的共享,保障对

应急流程的决策指挥和运作调度。

为多核心的突发事件应急协同处置和高效决策

提供工具和支持,因此具有重要实际意义。

突发事件应急管理来源于政府对突发事件处置的工作实践,是政府组织的、

社会各领域参与的全生命周期的事务过程管理,通过建立科学完善的应对机制使

在突发事件的事前预防、事中应对与处置、事后评价三个过程中实施的各种措施

能够客观高效的完成,从而保障公众的生命财产安全,维护社会稳定,提高政府

的公信度。

[1]

一直以来,众学者对突发事件应急管理理论进行了不断地探索。

钟开斌基

于横向政府间的协调机制提出了各事件相关方通过会议直接进行协商、利用相关

机构委员会协商、充分利用预先制定的标准化决策程序进行协商的三类政府间协

调方式,提出利用网格的方法划分应急管理职能,从而实现不同区域、不同领域、

[2]

归纳和提炼了突发事件应急响应关键规程,将事

不同部门的协同运作。

陈祖义

件的应急响应分成不同阶段以理顺突发事件的处理步骤,即准备、检测、抑制、

根除、恢复、总结,同时根据响应要求针对每个实施阶段制定了相应的处置目的、

[3]

等深入分析了我国突发事件协同联动机制,结合地震案例,

方法、程序。

刘红芹

从公共危机类型、应急处置生命周期和应急管理组织结构三个侧面,阐述了应急

[4]

处置过程中协同机制的形成方式。

贾学琼等根据利益相关者理论,对多元参与

的应急管理中各行动主体的行动力和参与机制进行了分析,提出了有效的制度基

础是多元应急模式能够被合理运用的先决条件这一观点,并且明确了有效的制度

能够准确的界定利益相关者、恰当的处理公共与私人利益之间关系的作用,从而,

使“议题”为主导的解决方案能够协调多元主体参与的应急行动。

在突发事件处置阶段的应对上,许多学者针对不同领域内突发事件的有效性

[5]

与科学性,在应急决策方式上进行了优化。

Han等对突发事件应急处置过程进

行了