非常规突发事件情景构建与推演方法体系研究

□王旭坪 杨相英 樊双蛟 阮俊虎 [大连理工大学 116023]

引言

非常规突发事件是指前兆不充分，具有明显的复杂性特征和潜在次生衍生危害，破坏性严重，采用常规管理方式难以应对处置的突发事件[1]。非常规突发事件应对主要涉及突发事件本身、承灾载体与应急管理三个方面[2，3]。应急管理决策主体采用的应急管理方法和措施对突发事件的发生发展及承灾载体的状态变化有重要影响。由于很难对非常规突发事件的发生发展进行准确及时的预警预测，传统的“预测-应对”管理模式在非常规突发事件的应对中显得力不能及。应急决策者须在事件发生发展过程中，针对实时发生的关键情景做出合理的决策，即采用“情景-应对”型应急管理模式[3-6]。

情景分析方法能将定量与定性方法相结合，适合解决突发事件应急管理问题。国内外学者已经开始将这一方法应用到应急管理中，并取得了一定的研究成果。Xiao Lei初步研究了非常规应急条件下的情景学习方法，提出非常规突发事件的应急管理应该从“预测-应对”型转变为“情景-应对”型，认为情景学习应该包括情景构造、情景匹配和情景反应[7]。Jiang Hui认为在应急管理的计划、反应和实时决策阶段都包含对情景的处理，并且每个阶段中情景定义都是不相同的，并分析了不同阶段的情景应用[8]。Wang Guoqing提出了基于情景预案的构想，认为加入情景的预案将更具有实时性和灵敏性[9]。Chang Mei-Shiang提出了在不确定性洪水应急物流中的情景分析方法[10]。Candolin等设计了一种情景感知框架，能够在移动军事网络中执行预先设定的任务，获取特定情景，为未来的战争通讯系统提供了一种解决方案[11]。Gross-mann[12]、Kwan[13]、Ahn[14]等学者也做了一些相关研究。

通过对以上研究进行分析，本文基于“情景-应对”思想，拟构建信息实时更新下的非常规突发事件情景构建和推演方法体系。该体系拟将突发事件应急管理问题划分为情景构建关键要素提取与表示、多源异构信息融合下的情景构建、信息实时更新下的情景推演和情景推演后的情景结果与应对实效评估四个子问题，提出每阶段应该解决的关键问题，并尝试给出一些研究方法。期望本文建立的突发事件情景构建和推演方法体系，在理论上可以促进“情景-应对”型应急管理基础理论、方法和技术的形成与发展；在实践上为政府部门制定非常规突发事件应急决策提供核心决策支持。

一、非常规突发事件情景构建与推演体系

非常规突发事件应对的关键情景是决策者做出应急管理决策的基础和依据。应急响应过程中，决策者需要依据对当前情景的判断以及对未来发展趋势的把握，快速地做出合理决策。因此，非常规突发事件应急决策中，情景是在突发事件发生后决策主体所面临的真实情况，而且是随时间不断变化的。那么如何构建当前情景并对下一阶段情景演变进行分析，使突发事件决策者能够掌握实时情景，从而在关键决策点做出科学、有效的决策成为非常规突发事件应急管理的关键问题。

非常规突发事件具有历史罕见性、突然爆发性、致灾因素复杂性、极度破坏性、时效紧迫性和极端不确定性等特征，其发展演化过程中存在大量的次生、衍生及耦合等各种非线性动力学关系，使得其情景构建和推演存在以下难题：

1．情景要素难以获得。关键表达要素的提取和获得是情景构建与推演的前提与基础，但是非常规突发事件具有难以预测性、因素复杂性和高度不确定性等特征，造成构建情景所需表达要素复杂多样，而且要素之间作用关系难以揭示。

2．信息多源异构难以处理。构建非常规突发事件情景需要融合各方信息，但是非常规突发事件的应对情景信息不确定、结构各异、带有干扰，以致难以及时获得、分析和融合情景要素信息。

3．动态变化难以推演。非常规突发事件应急管理需要快速、实时地做出科学合理决策，但是突发事件具有次生衍生性、动态性，而应急决策需要多主体参与。因此信息实时更新下实现突发事件情景的在线动态推演是应急管理中关键难题之一。

非常规突发事件应对情景涉及突发事件、承灾载体、应急管理三个方面的众多影响因素，因此首先要恰当选取情景构建的关键要素，并研究它们之间的作用机理，从而构建出非常规突发事件情景，以及各要素交织在一起形成的情景链（或情景网）；在应对过程中情景要素的主要属性状态往往难以从实时数据信息中获取，更多地需要决策者进行推测和决断，所以需要了解突发事件的发展趋势，即进行情景的推演；而情景推演结果的时效性和可靠性对应急管理决策起着关键性的作用，需要分析评判情景推演结果，并评估不同应急方案对突发事件应急管理所产生的效果，支持决策者做出科学合理的决策。基于以上分析，我们将非常规突发事件情景构建和推演方法体系划分为关键要素提取与表达、情景构建、情景推演和推演结果及应对实效评估四个部分。具体每个部分包含的模块和方法如图1所示。

二、非常规突发事件情景构建方法体系

在上述的非常规突发事件情景构建与推演体系中，针对情景构建的关键难题，本节研究应急情景要素作用机理表示和情景构建。

图1 非常规突发事件情景构建和推演体系

（一）应急情景要素及其作用机理提取与表示

情景要素是进行情景构建的基本单元。突发事件应对的突发事件、承灾载体与应急管理三方面要素之间相互影响，作用关系复杂。本文提出可以选取典型自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全案例，提取关键情景要素，建立可持续更新的非常规突发事件应对情景要素库，为构建非常规突发事件应对情景提供表达要素。具体研究思路如图2所示。

图2 非常规突发事件应对情景要素提取和表示的研究思路

1．“突发事件-承灾载体-应急管理”情景要素的提取与表示

提取合适的情景要素以对突发事件发生发展状态进行刻画是构建突发事件情景的基本前提。针对“突发事件-承灾载体-应急管理”情景要素的多维性、异构性及环境依赖性、多样性、致灾因素复杂性、破坏性等特征，运用属性识别、特征变换和量值影响等方法提取关键要素。面向对象法可以面向非常规突发事件整个过程将对象动态变化描述出来；语义网采用分层的方式建立，自底向上分别是XML-RDF-本体-逻辑-证明-信任，可以很好地表达突发事件主体间的逻辑关系，在此基础上进行知识发现和关联等；突发事件、承载载体、应急管理三者之间结构关系复杂，节点多种多样，运用复杂网络可以很好地解决突发事件主体间高度复杂的网络关系。因此，采用面向对象、语义网、复杂网络等思想和技术，构建面向对象的多粒度异构情景要素提取方法与基于本体的“突发事件-承灾载体-应急管理”情景要素表示框架，结合典型突发事件案例，建立开放分布式、可持续更新的突发事件情景要素库，找出影响情景构建和推演的关键要素，运用本体思想将情景要素合理表示。

2．情景要素作用关系识别与表示

情景要素之间的作用关系是揭示情景演化规律的关键。针对情景表达要素的时空数据信息、复杂影响和制约关系、不确定行为和特征等特征，可采用案例分析、面向对象、模糊、复杂网络等理论和方法，识别非常规突发事件“突发事件-承灾载体-应急管理”要素之间的作用关系；同时考虑相关主体行为与心理对事件发展影响，建立情景要素作用关系表达框架；构建突发事件应对情景要素的复杂网络，为推演非常规突发事件应对情景提供基础。

（二）应急情景构建

在情景构建方面，国内学者杨保华等根据突发事件情景推演GERTS网络中灾害衍生耦合问题，分析突发事件耦合作用方式，提出情景要素共力耦合概念[16]。刘德海等建立重大突发公共卫生事件的疫情传播方程，进行情景预测和防控[17]。王颜新等给出了情景重构的模糊规则设计和案例[18]。为了满足交互式“情景-应对”模式下应急管理的要求，基于以上针对突发事件本身演化规律的研究，本文拟进一步考虑应急救援、应急参与主体心理和行为背景下的应急管理情景，针对非常规突发事件信息多源异构、情景实时变化的情况，采取如图3所示的研究思路。

1．多源异构情景信息收集与融合

信息收集所面临的难点在于信息广泛性、多源异构、并伴有大量冗余，同时还要有效剔除错误的信息，还原失真的信息。多源异构带有干扰信息的挖掘与去噪，重点关注敏感数据的实时更新，为情景要素库与情景构建提供必要的数据支持。

在非常规突发事件应对过程中，因构建情景链和应急管理者决策所需要而收集到的信息是难以直接调用的。同时，由于突发事件造成交通、通讯等设施的损坏又可能导致一些重要数据无法被获取。此时面临的问题是如何在这种信息超载与不完全并存的情况下对数据进行分析与处理，从情景建模的角度对这些异构信息进行融合，补充缺失信息，使之能够为应急情景及情景链的构建提供直接的数据支持。可以利用模糊数学理论研究各相关主体间的模糊关系和作用规则，通过多源信息分析与过滤方法对突发事件多源异构信息集合进行分析，对数据片段进行融合。

图3 多源信息融合下应急情景链的构建研究思路

2．突发事件发生发展的情景构建

如何对当前情景进行分析，并在当前情景的基础上实现对下一情景的推理与预测，是实现应急决策前瞻性的重要问题，也是构造情景链模型的必要前提。因此，构建突发事件应急情景，必须以“情景-预情景”作为主要研究单位，即在对当前情景进行描述的同时，对下一情景进行推理和预测，使之构成整个事件情景链中一个完整的情景单元。考虑到突发事件发生过程中各种信息的不确定性，首先应该研究实时信息下情景要素的选取与表达方法，继而可利用超网络理论、贝叶斯网络等研究方法对情景要素进行分析，从情景要素关系和重要程度等方面研究突发事件情景构建方法；然后通过模糊推理技术与情景分析法等手段实现情景的推理与预测。

3．行为视角下的突发事件情景链构建

在突发事件发生发展过程中，决策者、受灾群众、救灾者等行为主体构成了一个主观事件网络。在突发事件客观属性的激发下，各行为主体都会表现出一定的行为特点并对其他行为主体产生直接或间接的影响，继而影响到整个主观事件网络的变化与突发事件本身的发展。为了研究突发事件各主体行为、突发事件行为视角下的情景链构造与表达及其与突发事件本身发展之间的相互影响，可以运用心理学理论、行为运筹理论、信息系统及社会网络分析等理论方法，从群体行为分析与个体行为分析两个角度出发，研究突发事件中各主体的行为规律，构建行为视角下的突发事件情景链。

4．考虑应急决策的突发事件情景链构建

非常规突发事件从一种状态向另一种状态转化具有动态性和不确定性，而且在应急决策与应对行动的作用下，事件情景的转化更是体现了高度的复杂性。在这种情况下需要通过事件链的构建得到情景序列，尽可能完整地体现突发事件发展演化过程中一系列情景之间的转换过程。通过模糊规则和实时情景的匹配，可以推演出情景可能的发展序列，从而形成情景链。

随着突发事件的发生发展，应急救援决策不断对情景变化产生干预，因此还需要从应急决策的角度研究突发事件情景链的构造方法。另外，在突发事件次生、衍生灾害的影响下，各种不良反应会接踵而来，情景很可能会突变，此时还需要根据实时信息下的一种情景链突变模型进行重新推演和计算，重构突变情况下非常规突发事件情景链。

三、非常规突发事件情景推演与评估方法体系

（一）应急情景推演

在情景推演方面，佘廉等分析了水污染突发事件演化的主要动力因素，从系统分析的角度构建了水污染突发事件演化模型[19]。张波等基于组件式GIS和SD模型，开发了水污染事故水质模拟实验系统[20]。陈长坤等将冰雪灾害危机事件演化划分为四种类型，运用复杂网络构建了冰雪灾害危机事件演化的网络结构[21]。Pastor Satorras R等对有限大小无标度网络上的疾病传播展开了深入的研究[22]。本文在以上研究的基础上，针对突发事件的情景演变，进一步考虑了应急物资调度、人员疏散、应急行为主体等响应决策的影响，以及应急过程中各主体的心理及行为因素，研究“情景-应对”的应急管理模式下的非常规突发事件应急情景推演方法。具体研究思路如图4所示。

图4 面向“情景—应对”的非常规突发事件应急情景推演的研究思路

1．突发事件发生发展情景的动态推演

非常规突发事件发生后，为了快速制定合理有效的应急决策，需要科学准确地描述突发事件以及承灾载体状态的发展演化趋势。首先利用历史情景、案例分析推理以及相关知识，对非常规突发事件自身的发展演化进行刻画；其次综合考虑承灾载体特性和承受灾害的能力，以及突发事件演化对承灾载体的影响，研究非常规突发事件次生、衍生灾害的发生发展；最后从突发事件和承灾载体两方面，考虑情景信息实时更新的特点，运用情景链原理描述非常规突发事件应急情景演化过程。

2．“情景-应对”模式下应急情景演化路网构建

在非常规突发事件的应对过程中，为了实时、快速地获得合理的应对决策，需要深入理解应急决策影响下非常规突发事件的演化机理，并对其进行科学合理地描述和表达。在明确应急情景要素间因果作用关系后，对应对决策影响下应急情景可能的演化趋势进行分析。可以从时间和空间两个维度、横向和纵向两个角度，构建突发事件应急情景在应对决策下的演化路径网络，对应急情景未来的演化趋势进行有效描述。在分析突发事件的一般演化规律的基础上，综合考虑情景信息和作用关系不完全、演化过程动态多阶段、信息实时更新等特点，针对相“情景-应对”型的应急管理，构建非常规突发事件应急情景的演化路网，可利用模糊推理、生命周期理论、多事件耦合等方法科学有效表示应急情景演化过程。

3．基于关键情景要素和应急决策的应急情景推演

非常规突发事件在不同的发展阶段，影响应急情景下一步演化的关键情景要素存在差异，不同要素对应急情景演化的影响程度也不尽相同。在合理构建突发事件应急情景演化路网的基础上，提取不同阶段下突发事件应急情景演化的关键情景要素，并量化不同要素对应急情景演化的影响程度，运用贝叶斯网络理论构建突发事件应急情景的推演算法，为确定突发事件应急情景的演化趋势提供科学方法。同时，应急救援决策不断对情景变化产生干预，因此应考虑应对决策对应急情景推演的影响，运用情景链方法构建应对决策影响下应急情景的推演模型。

4．考虑主体行为的应急情景推演

在非常规突发事件的发生发展过程中，应急决策者、灾害当事人和救灾者等行为主体的心理会受到影响。因此，制定应急决策需充分考虑突发事件影响下各方主体的心理及行为因素，同时，应急管理决策对行为主体间的心理及行为产生影响，各行为主体间的心理及行为也相互影响，主体的应对行为又影响应急情景的发展和演化趋势。因而，可运用行为学理论、行为量化分析、群体心理等理论方法，分析主体心理及行为因素对应急情景推演的影响机理，构建考虑心理及行为因素的非常规突发事件应急情景推演模型。

（二）应急情景推演结果评判与应对实效评估

情景推演结果影响着决策主体下一步应急决策、应对措施的选择，有助于政府部门预测灾情，明确救援救助的资源需求等，有针对性地调整预案，采取及时、有效的应急措施，因此需要对情景推演结果进行评估。同时采取不同应急措施后救援减灾效果也需要评估，以便检测应急决策的有效性，发现不足，及时调整应急方案。

1．情景推演结果评判

根据情景推演的结果，可以对突发事件的危害程度进行综合评判，根据事件的“可挽救性”（事件发生后营救伤员与抢救财产的过程中对众多的被困客体的挽救优先级的一种评估）、“可减缓性”（事件发生后从推延时间和降低损失两个角度对其可减缓程度的一种评估，可以指导人们尽量合理规避可能发生的灾难）以及“可恢复性”（面向基础设施遭受突发事件冲击后恢复到基本正常运行状态的难易程度以及完成恢复所需要的时间和资源）等指标建立多层次、多维度、多角度的评估体系，运用不确定推理来实现对推演结果评估。

2．应对方案实效评估

由于非常规突发事件的不可预测性、次生衍生性、无规律性等特征，应急管理决策者需要根据实时信息不断调整应急措施。同时这一时刻的应对方案会对下一时刻的情景造成影响，因此我们需要对多个应急方案的实效性进行评估，查看应对效益，查找不足，总结经验并形成“情景-应对”型应急管理案例，为应急管理方法提供现实基础。对于应对方案效果的评估方法，需要重点解决对应对方案的各项指标进行定量化评估。考虑到隶属云可将评估过程中的模糊性和随机性完全结合在一起,实现精确数值与定性语言值之间的转换。因此，可以将定性评估结果表述转换成隶属云来表示，并利用云模型中的不确定推理来实现对系统效能的综合评价。基于云模型的效能评估方法,选取应急管理系统的关键性指标,再将定性指标用正态云表述出来，并依据系统指标分层结构，综合评价系统的效能。

四、结论

本文针对非常规突发事件的难以预测性、因素复杂性和高度不确定性等特征，分析了“情景-应对”型应急管理研究现状，构建了非常规突发事件情景构建与推演方法体系。首先提出了关键情景要素及其作用关系识别与表示方法，可为情景构建和推演提供前提与基础；其次在多源信息融合下提出构建应急情景及情景链的方法；然后提出了在信息实时更新下进行交互式“情景-应对”动态推演方法，最后提出了情景推演结果评判和应对实效评估方法。

该理论方法体系的建立可以为应急管理者提供有力的决策支持。而如何结合特定类型灾害运用该方法体系，深入研究非常规突发事件情景构建和推演，以更好地支持突发事件应急管理决策，还需要做很多具体的研究工作。

[1]王飞跃,邱晓刚,曾大军,等.基于平行系统的非常规突发事件计算实验平台研究[J].复杂系统与复杂性科学,2010,7(4):1-10.

[2]范维澄,刘奕,翁文国.公共安全科技的“三角形”框架与“4+1”方法学[J].科技导报,2009(3):卷首语.

[3]WAY S,YUAN Yufei.Towards a Context-Aware Multi-Party Emergency Coordination System Framework[C].Vancouver,Canada:Proceedings of the 9th International ISCRAM Conference,April,2012:1-5.

[4]刘铁民.应急预案重大突发事件情景构建[J].中国安全生产科学技术,2012,8(4):5-12.

[5]王旭坪,李小龙,郭武斌.基于情景分析的应急路径选择研究[J].运筹与管理,2012,21(5):67-72.

[6]张辉,刘奕.基于“情景-应对”的国家应急平台体系基础科学问题与集成平台[J].系统工程理论与实践,2012,32(5):947-953.

[7]XIAO Lei,LI Shiming,LI Xiaolin.Preliminarily Study of Scenario Learning in Unconventional Emergency [C].Beijing:International Symposium On Emergency Management,2009:407-410.

[8]JIANG Hui,SUI Jie,HUANG Jun.A Comparative Study on the Application of Scenario Analysis to Different Response Stages of Emergency Management[C].Beijing:International Symposium On Emergency Management,2009:442-445.

[9]WANG Guoqing,HUANG Jun.Research of Scenario Based Emergency Plan [C].Beijing:International Symposium On Emergency Management,2009:446-449.

[10]CHANG Mei-Shiang,TSENG Ya-Ling,CHEN Jing-Wen.A scenario planning approach for the flood emergency logistics preparation problem under uncertainty[J].Transportation Research Part E,2007:737-754.

[11]CANDOLIN C,KARI H.An architecture for context aware management[C]. San Diego,CA:Military Communications Conference,2003:237-241.

[12]GROSSMANN M,BAUER M,HONLE N,et al.Efficiently Managing Context Information for Large-Scale Scenarios[C].Kauai Island,HI:The 3rd IEEE Int’ Conf.on Pervasive Computing and Communications,2005:331-340.

[13]KWAN M,BALANSUBRAMANIAN P.Knowledge Scope:managing knowledge in context[J].Decision Support Systems,2003,35(4):467-486.

[14]AHN H J,LEE H J,CHO K,et al.Utilizing knowledge context in virtual collaborative work[J].Decision Support Systems,2005,39(4):563-582.

[15]陈刚,谢科范,刘嘉,吴倩.非常规突发事件情景演化机理及集群决策模式研究[J].武汉理工大学学报(社会科学版),2011,24(4):458-462.

[16]杨保华,方志耕,刘思峰,等.基于GERTS网络的非常规突发事件情景推演共力耦合模型[J].系统工程理论与实践,2012,32(5):963-970.

[17]刘德海,王维国,孙康.基于演化博弈的重大突发公共卫生事件情景预测模型与防控措施[J].系统工程理论与实践,2012,32(5):937-946.

[18]王颜新,李向阳,徐磊.突发事件情境重构中的模糊规则推理方法[J].系统工程理论与实践,2012,32(5):954-962.

[19]佘廉,刘山云,吴国斌.水污染突发事件:演化模型与应急管理[J].长江流域资源与环境,2011,20(8):1004-1009.

[20]张波,王桥,孙强.基于SD-GIS的突发水污染事故水质时空模拟[J].武汉大学学报,2009,34(3):348-351.

[21]陈长坤,孙云凤,李智.冰雪灾害危机事件演化及衍生链特征分析[J].灾害学,2009,24(1):19-20.

[22]PASTOR S R,VESPIGNANI A.Epidemic dynamics in finitesize scale-free networks[J].Phy.s.Rev.E,2002,65(3):1-4.