非常規突發事件情景構建與推演方法體系研究

□王旭坪 楊相英 樊雙蛟 阮俊虎 [大連理工大學 116023]

引言

非常規突發事件是指前兆不充分，具有明顯的復雜性特征和潛在次生衍生危害，破壞性嚴重，采用常規管理方式難以應對處置的突發事件[1]。非常規突發事件應對主要涉及突發事件本身、承災載體與應急管理三個方面[2，3]。應急管理決策主體采用的應急管理方法和措施對突發事件的發生發展及承災載體的狀態變化有重要影響。由于很難對非常規突發事件的發生發展進行準確及時的預警預測，傳統的“預測-應對”管理模式在非常規突發事件的應對中顯得力不能及。應急決策者須在事件發生發展過程中，針對實時發生的關鍵情景做出合理的決策，即采用“情景-應對”型應急管理模式[3-6]。

情景分析方法能將定量與定性方法相結合，適合解決突發事件應急管理問題。國內外學者已經開始將這一方法應用到應急管理中，并取得了一定的研究成果。Xiao Lei初步研究了非常規應急條件下的情景學習方法，提出非常規突發事件的應急管理應該從“預測-應對”型轉變為“情景-應對”型，認為情景學習應該包括情景構造、情景匹配和情景反應[7]。Jiang Hui認為在應急管理的計劃、反應和實時決策階段都包含對情景的處理，并且每個階段中情景定義都是不相同的，并分析了不同階段的情景應用[8]。Wang Guoqing提出了基于情景預案的構想，認為加入情景的預案將更具有實時性和靈敏性[9]。Chang Mei-Shiang提出了在不確定性洪水應急物流中的情景分析方法[10]。Candolin等設計了一種情景感知框架，能夠在移動軍事網絡中執行預先設定的任務，獲取特定情景，為未來的戰爭通訊系統提供了一種解決方案[11]。Gross-mann[12]、Kwan[13]、Ahn[14]等學者也做了一些相關研究。

通過對以上研究進行分析，本文基于“情景-應對”思想，擬構建信息實時更新下的非常規突發事件情景構建和推演方法體系。該體系擬將突發事件應急管理問題劃分為情景構建關鍵要素提取與表示、多源異構信息融合下的情景構建、信息實時更新下的情景推演和情景推演后的情景結果與應對實效評估四個子問題，提出每階段應該解決的關鍵問題，并嘗試給出一些研究方法。期望本文建立的突發事件情景構建和推演方法體系，在理論上可以促進“情景-應對”型應急管理基礎理論、方法和技術的形成與發展；在實踐上為政府部門制定非常規突發事件應急決策提供核心決策支持。

一、非常規突發事件情景構建與推演體系

非常規突發事件應對的關鍵情景是決策者做出應急管理決策的基礎和依據。應急響應過程中，決策者需要依據對當前情景的判斷以及對未來發展趨勢的把握，快速地做出合理決策。因此，非常規突發事件應急決策中，情景是在突發事件發生后決策主體所面臨的真實情況，而且是隨時間不斷變化的。那么如何構建當前情景并對下一階段情景演變進行分析，使突發事件決策者能夠掌握實時情景，從而在關鍵決策點做出科學、有效的決策成為非常規突發事件應急管理的關鍵問題。

非常規突發事件具有歷史罕見性、突然爆發性、致災因素復雜性、極度破壞性、時效緊迫性和極端不確定性等特征，其發展演化過程中存在大量的次生、衍生及耦合等各種非線性動力學關系，使得其情景構建和推演存在以下難題：

1．情景要素難以獲得。關鍵表達要素的提取和獲得是情景構建與推演的前提與基礎，但是非常規突發事件具有難以預測性、因素復雜性和高度不確定性等特征，造成構建情景所需表達要素復雜多樣，而且要素之間作用關系難以揭示。

2．信息多源異構難以處理。構建非常規突發事件情景需要融合各方信息，但是非常規突發事件的應對情景信息不確定、結構各異、帶有干擾，以致難以及時獲得、分析和融合情景要素信息。

3．動態變化難以推演。非常規突發事件應急管理需要快速、實時地做出科學合理決策，但是突發事件具有次生衍生性、動態性，而應急決策需要多主體參與。因此信息實時更新下實現突發事件情景的在線動態推演是應急管理中關鍵難題之一。

非常規突發事件應對情景涉及突發事件、承災載體、應急管理三個方面的眾多影響因素，因此首先要恰當選取情景構建的關鍵要素，并研究它們之間的作用機理，從而構建出非常規突發事件情景，以及各要素交織在一起形成的情景鏈（或情景網）；在應對過程中情景要素的主要屬性狀態往往難以從實時數據信息中獲取，更多地需要決策者進行推測和決斷，所以需要了解突發事件的發展趨勢，即進行情景的推演；而情景推演結果的時效性和可靠性對應急管理決策起著關鍵性的作用，需要分析評判情景推演結果，并評估不同應急方案對突發事件應急管理所產生的效果，支持決策者做出科學合理的決策。基于以上分析，我們將非常規突發事件情景構建和推演方法體系劃分為關鍵要素提取與表達、情景構建、情景推演和推演結果及應對實效評估四個部分。具體每個部分包含的模塊和方法如圖1所示。

二、非常規突發事件情景構建方法體系

在上述的非常規突發事件情景構建與推演體系中，針對情景構建的關鍵難題，本節研究應急情景要素作用機理表示和情景構建。

圖1 非常規突發事件情景構建和推演體系

（一）應急情景要素及其作用機理提取與表示

情景要素是進行情景構建的基本單元。突發事件應對的突發事件、承災載體與應急管理三方面要素之間相互影響，作用關系復雜。本文提出可以選取典型自然災害、事故災難、公共衛生和社會安全案例，提取關鍵情景要素，建立可持續更新的非常規突發事件應對情景要素庫，為構建非常規突發事件應對情景提供表達要素。具體研究思路如圖2所示。

圖2 非常規突發事件應對情景要素提取和表示的研究思路

1．“突發事件-承災載體-應急管理”情景要素的提取與表示

提取合適的情景要素以對突發事件發生發展狀態進行刻畫是構建突發事件情景的基本前提。針對“突發事件-承災載體-應急管理”情景要素的多維性、異構性及環境依賴性、多樣性、致災因素復雜性、破壞性等特征，運用屬性識別、特征變換和量值影響等方法提取關鍵要素。面向對象法可以面向非常規突發事件整個過程將對象動態變化描述出來；語義網采用分層的方式建立，自底向上分別是XML-RDF-本體-邏輯-證明-信任，可以很好地表達突發事件主體間的邏輯關系，在此基礎上進行知識發現和關聯等；突發事件、承載載體、應急管理三者之間結構關系復雜，節點多種多樣，運用復雜網絡可以很好地解決突發事件主體間高度復雜的網絡關系。因此，采用面向對象、語義網、復雜網絡等思想和技術，構建面向對象的多粒度異構情景要素提取方法與基于本體的“突發事件-承災載體-應急管理”情景要素表示框架，結合典型突發事件案例，建立開放分布式、可持續更新的突發事件情景要素庫，找出影響情景構建和推演的關鍵要素，運用本體思想將情景要素合理表示。

2．情景要素作用關系識別與表示

情景要素之間的作用關系是揭示情景演化規律的關鍵。針對情景表達要素的時空數據信息、復雜影響和制約關系、不確定行為和特征等特征，可采用案例分析、面向對象、模糊、復雜網絡等理論和方法，識別非常規突發事件“突發事件-承災載體-應急管理”要素之間的作用關系；同時考慮相關主體行為與心理對事件發展影響，建立情景要素作用關系表達框架；構建突發事件應對情景要素的復雜網絡，為推演非常規突發事件應對情景提供基礎。

（二）應急情景構建

在情景構建方面，國內學者楊保華等根據突發事件情景推演GERTS網絡中災害衍生耦合問題，分析突發事件耦合作用方式，提出情景要素共力耦合概念[16]。劉德海等建立重大突發公共衛生事件的疫情傳播方程，進行情景預測和防控[17]。王顏新等給出了情景重構的模糊規則設計和案例[18]。為了滿足交互式“情景-應對”模式下應急管理的要求，基于以上針對突發事件本身演化規律的研究，本文擬進一步考慮應急救援、應急參與主體心理和行為背景下的應急管理情景，針對非常規突發事件信息多源異構、情景實時變化的情況，采取如圖3所示的研究思路。

1．多源異構情景信息收集與融合

信息收集所面臨的難點在于信息廣泛性、多源異構、并伴有大量冗余，同時還要有效剔除錯誤的信息，還原失真的信息。多源異構帶有干擾信息的挖掘與去噪，重點關注敏感數據的實時更新，為情景要素庫與情景構建提供必要的數據支持。

在非常規突發事件應對過程中，因構建情景鏈和應急管理者決策所需要而收集到的信息是難以直接調用的。同時，由于突發事件造成交通、通訊等設施的損壞又可能導致一些重要數據無法被獲取。此時面臨的問題是如何在這種信息超載與不完全并存的情況下對數據進行分析與處理，從情景建模的角度對這些異構信息進行融合，補充缺失信息，使之能夠為應急情景及情景鏈的構建提供直接的數據支持。可以利用模糊數學理論研究各相關主體間的模糊關系和作用規則，通過多源信息分析與過濾方法對突發事件多源異構信息集合進行分析，對數據片段進行融合。

圖3 多源信息融合下應急情景鏈的構建研究思路

2．突發事件發生發展的情景構建

如何對當前情景進行分析，并在當前情景的基礎上實現對下一情景的推理與預測，是實現應急決策前瞻性的重要問題，也是構造情景鏈模型的必要前提。因此，構建突發事件應急情景，必須以“情景-預情景”作為主要研究單位，即在對當前情景進行描述的同時，對下一情景進行推理和預測，使之構成整個事件情景鏈中一個完整的情景單元。考慮到突發事件發生過程中各種信息的不確定性，首先應該研究實時信息下情景要素的選取與表達方法，繼而可利用超網絡理論、貝葉斯網絡等研究方法對情景要素進行分析，從情景要素關系和重要程度等方面研究突發事件情景構建方法；然后通過模糊推理技術與情景分析法等手段實現情景的推理與預測。

3．行為視角下的突發事件情景鏈構建

在突發事件發生發展過程中，決策者、受災群眾、救災者等行為主體構成了一個主觀事件網絡。在突發事件客觀屬性的激發下，各行為主體都會表現出一定的行為特點并對其他行為主體產生直接或間接的影響，繼而影響到整個主觀事件網絡的變化與突發事件本身的發展。為了研究突發事件各主體行為、突發事件行為視角下的情景鏈構造與表達及其與突發事件本身發展之間的相互影響，可以運用心理學理論、行為運籌理論、信息系統及社會網絡分析等理論方法，從群體行為分析與個體行為分析兩個角度出發，研究突發事件中各主體的行為規律，構建行為視角下的突發事件情景鏈。

4．考慮應急決策的突發事件情景鏈構建

非常規突發事件從一種狀態向另一種狀態轉化具有動態性和不確定性，而且在應急決策與應對行動的作用下，事件情景的轉化更是體現了高度的復雜性。在這種情況下需要通過事件鏈的構建得到情景序列，盡可能完整地體現突發事件發展演化過程中一系列情景之間的轉換過程。通過模糊規則和實時情景的匹配，可以推演出情景可能的發展序列，從而形成情景鏈。

隨著突發事件的發生發展，應急救援決策不斷對情景變化產生干預，因此還需要從應急決策的角度研究突發事件情景鏈的構造方法。另外，在突發事件次生、衍生災害的影響下，各種不良反應會接踵而來，情景很可能會突變，此時還需要根據實時信息下的一種情景鏈突變模型進行重新推演和計算，重構突變情況下非常規突發事件情景鏈。

三、非常規突發事件情景推演與評估方法體系

（一）應急情景推演

在情景推演方面，佘廉等分析了水污染突發事件演化的主要動力因素，從系統分析的角度構建了水污染突發事件演化模型[19]。張波等基于組件式GIS和SD模型，開發了水污染事故水質模擬實驗系統[20]。陳長坤等將冰雪災害危機事件演化劃分為四種類型，運用復雜網絡構建了冰雪災害危機事件演化的網絡結構[21]。Pastor Satorras R等對有限大小無標度網絡上的疾病傳播展開了深入的研究[22]。本文在以上研究的基礎上，針對突發事件的情景演變，進一步考慮了應急物資調度、人員疏散、應急行為主體等響應決策的影響，以及應急過程中各主體的心理及行為因素，研究“情景-應對”的應急管理模式下的非常規突發事件應急情景推演方法。具體研究思路如圖4所示。

圖4 面向“情景—應對”的非常規突發事件應急情景推演的研究思路

1．突發事件發生發展情景的動態推演

非常規突發事件發生后，為了快速制定合理有效的應急決策，需要科學準確地描述突發事件以及承災載體狀態的發展演化趨勢。首先利用歷史情景、案例分析推理以及相關知識，對非常規突發事件自身的發展演化進行刻畫；其次綜合考慮承災載體特性和承受災害的能力，以及突發事件演化對承災載體的影響，研究非常規突發事件次生、衍生災害的發生發展；最后從突發事件和承災載體兩方面，考慮情景信息實時更新的特點，運用情景鏈原理描述非常規突發事件應急情景演化過程。

2．“情景-應對”模式下應急情景演化路網構建

在非常規突發事件的應對過程中，為了實時、快速地獲得合理的應對決策，需要深入理解應急決策影響下非常規突發事件的演化機理，并對其進行科學合理地描述和表達。在明確應急情景要素間因果作用關系后，對應對決策影響下應急情景可能的演化趨勢進行分析。可以從時間和空間兩個維度、橫向和縱向兩個角度，構建突發事件應急情景在應對決策下的演化路徑網絡，對應急情景未來的演化趨勢進行有效描述。在分析突發事件的一般演化規律的基礎上，綜合考慮情景信息和作用關系不完全、演化過程動態多階段、信息實時更新等特點，針對相“情景-應對”型的應急管理，構建非常規突發事件應急情景的演化路網，可利用模糊推理、生命周期理論、多事件耦合等方法科學有效表示應急情景演化過程。

3．基于關鍵情景要素和應急決策的應急情景推演

非常規突發事件在不同的發展階段，影響應急情景下一步演化的關鍵情景要素存在差異，不同要素對應急情景演化的影響程度也不盡相同。在合理構建突發事件應急情景演化路網的基礎上，提取不同階段下突發事件應急情景演化的關鍵情景要素，并量化不同要素對應急情景演化的影響程度，運用貝葉斯網絡理論構建突發事件應急情景的推演算法，為確定突發事件應急情景的演化趨勢提供科學方法。同時，應急救援決策不斷對情景變化產生干預，因此應考慮應對決策對應急情景推演的影響，運用情景鏈方法構建應對決策影響下應急情景的推演模型。

4．考慮主體行為的應急情景推演

在非常規突發事件的發生發展過程中，應急決策者、災害當事人和救災者等行為主體的心理會受到影響。因此，制定應急決策需充分考慮突發事件影響下各方主體的心理及行為因素，同時，應急管理決策對行為主體間的心理及行為產生影響，各行為主體間的心理及行為也相互影響，主體的應對行為又影響應急情景的發展和演化趨勢。因而，可運用行為學理論、行為量化分析、群體心理等理論方法，分析主體心理及行為因素對應急情景推演的影響機理，構建考慮心理及行為因素的非常規突發事件應急情景推演模型。

（二）應急情景推演結果評判與應對實效評估

情景推演結果影響著決策主體下一步應急決策、應對措施的選擇，有助于政府部門預測災情，明確救援救助的資源需求等，有針對性地調整預案，采取及時、有效的應急措施，因此需要對情景推演結果進行評估。同時采取不同應急措施后救援減災效果也需要評估，以便檢測應急決策的有效性，發現不足，及時調整應急方案。

1．情景推演結果評判

根據情景推演的結果，可以對突發事件的危害程度進行綜合評判，根據事件的“可挽救性”（事件發生后營救傷員與搶救財產的過程中對眾多的被困客體的挽救優先級的一種評估）、“可減緩性”（事件發生后從推延時間和降低損失兩個角度對其可減緩程度的一種評估，可以指導人們盡量合理規避可能發生的災難）以及“可恢復性”（面向基礎設施遭受突發事件沖擊后恢復到基本正常運行狀態的難易程度以及完成恢復所需要的時間和資源）等指標建立多層次、多維度、多角度的評估體系，運用不確定推理來實現對推演結果評估。

2．應對方案實效評估

由于非常規突發事件的不可預測性、次生衍生性、無規律性等特征，應急管理決策者需要根據實時信息不斷調整應急措施。同時這一時刻的應對方案會對下一時刻的情景造成影響，因此我們需要對多個應急方案的實效性進行評估，查看應對效益，查找不足，總結經驗并形成“情景-應對”型應急管理案例，為應急管理方法提供現實基礎。對于應對方案效果的評估方法，需要重點解決對應對方案的各項指標進行定量化評估。考慮到隸屬云可將評估過程中的模糊性和隨機性完全結合在一起,實現精確數值與定性語言值之間的轉換。因此，可以將定性評估結果表述轉換成隸屬云來表示，并利用云模型中的不確定推理來實現對系統效能的綜合評價。基于云模型的效能評估方法,選取應急管理系統的關鍵性指標,再將定性指標用正態云表述出來，并依據系統指標分層結構，綜合評價系統的效能。

四、結論

本文針對非常規突發事件的難以預測性、因素復雜性和高度不確定性等特征，分析了“情景-應對”型應急管理研究現狀，構建了非常規突發事件情景構建與推演方法體系。首先提出了關鍵情景要素及其作用關系識別與表示方法，可為情景構建和推演提供前提與基礎；其次在多源信息融合下提出構建應急情景及情景鏈的方法；然后提出了在信息實時更新下進行交互式“情景-應對”動態推演方法，最后提出了情景推演結果評判和應對實效評估方法。

該理論方法體系的建立可以為應急管理者提供有力的決策支持。而如何結合特定類型災害運用該方法體系，深入研究非常規突發事件情景構建和推演，以更好地支持突發事件應急管理決策，還需要做很多具體的研究工作。

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