基于本體的公共危機事件情景模型研究

戎軍濤 王莉英

〔摘 要〕[目的/意義]基于本體的公共危機事件情景模型研究旨在給應急決策者創造熟悉的環境和場景，引導和支撐應急決策者適應和了解當前態勢，進行有針對性的決策行動。[方法/過程]從知識管理的角度提出了支持政府危機決策的情景構建體系，運用本體論的思想與方法構建了危機事件情景模型，并對其特征及應用價值進行了具體分析。[結果/結論]研究表明，基于本體的公共危機事件情景模型以危機情景為描述對象，以本體作為知識組織體系的描述手段，以情景知識元素作為語義單元，以語義知識網絡作為情景表現形式，具有語義分析能力和推理能力，能夠有效支持政府危機預警、監測、指揮、評估等管理系統。

〔關鍵詞〕情景-應對；政府危機決策；知識管理；公共危機

〔中圖分類號〕G203 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821（2016）06-0050-06

〔Abstract〕The research on scenario model of public crisis events based on ontology is in order to guide and support the emergency decision makers to adapt and understand the current situation in view of targeted decision action，through creating a familiar environment and scene.This paper put forward the scenario construction system for government crisis decision-making from the angle of knowledge management，built the public crisis event scenario model based on ontology，and gave a detailed analysis of its characteristics and application value.The results showed that the scenario model with semantic analysis and reasoning ability could effectively support government crisis management system for early warning，monitoring，command，evaluation，by means of ontology as KOS，scenario knowledge element as the semantic unit，semantic knowledge network as the scene form.

〔Key words〕scenario-response；governments crisis decision-making；knowledge management；public crisis

危機始終伴隨著人類文明的發展歷程。危機可分為一般危機和公共危機。公共危機事件往往前兆不充分，具有明顯的復雜性特征和潛在的次生衍生危害，而且破壞性嚴重，影響范圍廣泛，需要政府在時間壓力和不確定性極高的情形下做出關鍵性決策。進入21世紀以來，人類社會發展與能源資源、生態環境之間的矛盾日益突出，全球化浪潮使得民族、宗教與文化的沖突加劇，這給我國的政治經濟文化生活以及正常社會秩序帶來了相當的沖擊，對我國各級地方政府的公共危機管理提出了新的要求和挑戰。

對公共危機事件進行有效預警、預防、應急處置、救援救助和災后恢復重建，是政府公共危機處置能力的重要體現，是政府公共危機管理水平的核心標志。由于公共危機的突發性、罕見性、演變的不確定性以及難以預測等特性，使得傳統的“預測-應對”型風險管理模式失靈，導致政府危機決策難以應對。由于公共危機事件具有“情景依賴”性，使得情景成為政府危機決策的基礎，構建“情景-應對”模式已經被廣泛應急領域學者認可。本項目研究針對公眾突發事件的可能前兆和事件演化過程中的海量、異構、實時數據，進行了情景建模，通過對公共危機事件復雜場景的分解和識別，構建了公共危機事件情景模型，給應急決策者進行有針對性的決策行動提供了情報支持。

1 研究現狀

針對政府危機決策中的信息與知識管理問題，國外學者給予了較早的關注。1998年，羅伯特·希斯（Robert Heath）在《危機管理》中提出危機管理框架結構（CMSS）由信息和決策兩個部分組成，其中信息部分包括信息整理部（INCO）、公眾與媒體部（PUMO）、咨詢形象管理部（IMMO）等[1]。2001年Sherif Kamel在《將決策支持系統用于危機管理》中強調決策支持系統在危機管理中有著重要的作用[2]。Zhang等（2002）提出一個面向危機減災與救援決策支持的知識管理框架[3]。2004年，美國安全技術研究機構（In-stitute for Security Technology Studies）的一份報告《危機信息管理軟件（CIMS）的互用性》指出了危機信息管理系統之間的互用性，并認為借助危機信息管理軟件可以管理許多應急組織（Emergency Organization）內的關鍵信息流[4]。Raman（2006）使用wiki技術設計并實現了一個基于web的高校突發事件預測、預警知識管理系統[5]。

近些年來，國內有關政府危機信息與知識管理研究開始興起，發文量激增。王傳清、畢強針對政府信息管理系統分散、缺乏聯動和溝通的不足，構建了一個政府危機管理信息系統模型，并分析了各子系統的功能[6]。李曉燕提出了危機處理中知識管理框架的內容，為決策支持系統的建立提供了借鑒。沙勇忠、張艷菊介紹了紐約、東京、多倫多、上海4個典型城市的危機信息管理系統[7]；黃微等詳細分析了公共危機信息管理活動的過程機制，在此基礎上構建了面向政府危機決策的三階段公共危機信息管理模式[8]。陳凌側重從政府決策環節的信息機理進行了研究[9]。丁敬達認為政府危機管理分為4個階段，并詳細分析了各階段的信息活動。

此外關于危機事件情景的研究主要有：仲秋雁等提出了基于知識元的非常規突發事件情景概念模型[10]；王旭坪等提出了非常規突發事件的情景構建與推演方法體系[11]。孫康等完善了非常規突發事件的演化機理[12]；陳雪龍等提出了應急管理的知識元網絡模型[13]。這些都為我們的研究提供了良好的基礎。

從目前國內面向政府危機決策的知識管理研究與實踐來分析，我國政府危機知識管理還停留在數據管理、信息管理階段，存在著如下問題：危機信息的監測、預警能力較弱；危機信息的大量分布于不同職能部門，數據結構不統一，知識整合程度較低；危機信息之間語義關聯性較差，知識組織體系概念顆粒度較粗，缺乏本體支持，無法有效描述信息之間的廣泛、細致、全面的、深層次的知識關聯，無法進行知識發現和語義推理，難以進行知識轉化與增值，難以支持政府的知識決策。基于此，我們運用語義網本體論的思想與方法構建了公共危機事件情景模型，以此來支持危機知識語義檢索、關聯分析、可視化監測和情景推演分析功能，并從知識管理的角度分析了面向政府危機決策的“情景-應對”機制，為政府危機決策提供知識保障。

2 基于本體的公共危機事件情景模型構建

在公共危機情景構建過程中，從危機的監測、識別、預警，到危機的決策、指揮、控制，再到危機的恢復、反饋與評估，每一個環節都有相應的信息支持。搜集、識別、組織、標引、描述、控制、檢索、利用在處理危機過程中產生的大量信息，并對這些信息進行關鍵情景要素知識元提取，利用知識本體方法進行本體形式化表達、情景鏈構建、情景推演，是有效實施危機知識管理，進行危機決策的保障。因此，危機管理過程中的信息是情景的構建的基礎，對信息進行知識化提取形成的知識元是情景構成的要素。知識是情景的本質，情景是知識化的情景要素集合。據此我們認為情景可以理解為危機過程中各種知識要素的集合，一方面體現為各種態勢的基本特征定性與定量的描述；另一方面體現為各種態勢發生可能性的描述。

構建一個反映危機知識結構的本體情景模型，是實現政府危機決策“情景-應對”機制核心問題，是一項復雜的知識組織系統工程，具體包括危機情景概念模型構建、 危機情景知識本體模型構建和危機情景知識本體實例化-語義元數據描述。情景概念模型是一個元模型，規定著知識本體概念模型的結構；知識本體概念模型是情景模型的具體化描述，是特定領域的情景語義模型；語義元數據是實例化的本體，是語義標注的結果，是我們構建的具體情景。

2.1 危機情景概念模型構建

危機情景模型主要通過構建危機事件演化情景模型來實現。危機事件演化情景是所有災害要素態勢的集合，危機事件是致災因子聚集到一定量閾值后在特定誘發條件下爆發的。由于受多個復雜影響因素疊加作用，事件發生后還會發生轉化、蔓延、衍生、耦合、突變等演化，造成新的突發事件發生，往往表現出動態、復雜、不確定性強等特征。根據危機事件的爆發和演化機理，我們抽象出4個類：因子、事件、受體、狀態，用一般的形式化模型表示為如下三元組：

S={F，C（E，O）}

其中，S為情景模型，F為因子，表示導致事件發生的綜合因素；E為事件本身；O為受體，表示事件作用對象要素；C表示狀態。該模型只是提供一個簡單的框架，對類和屬性沒有細化。

2.2 危機情景知識本體模型構建

2.2.1 危機情景知識元獲取

危機情景知識元是上述情景模型在具體危機知識環境下的具體化。根據危機演化情景知識，我們將因子具體細化為“致災因子”、“影響因子”和“誘發因子”，將事件具體化為“危機事件類”，事件之間的演化關系進一步具體化為：轉化、蔓延、衍生、耦合、突變，將“受體”類具體化為“承災體類”，它們是情景本體的核心概念群，其核心屬性見表1～表3。

2.2.2 關聯模型設計

危機情景本體的主干結構是一個網狀結構圖，圖的節點是主體概念，每個概念都控制著一批實例元數據。這些元數據彼此之間并不是獨立的，而是通過本體定義的類間關系直接或者間接的聯系在一起，從而形成了一個由本體控制的元數據復雜語義網絡[14]。在分析本體對象類和屬性的基礎上，通過規范類和屬性，依據上述情景模型我們描述了情景本體語義關聯關系，如圖3所示。

2.3 語義關系實例化本體描述

將情景本體模型實例化，便可得到情景本體數據。添加實例的過程就是語義標注，情景本體概念模型中的每一個類都是一個概念節點，可以添加大量的實例。即利用已經定義好的類和屬性來描述具體的資源對象，形成語義元數據。這些本體經過知識描述語言OWL（Web Ontology Language，OWL）形式化后，便可以被計算機所解析、訪問、操作，實現語義推理，完成語義服務。在進行語義描述過程中，要盡可能采用關聯數據結構進行知識組織，以方便不同本體之間聚合，實現資源共享[15]。

下面我們依據上述本體情景模型，對2015年天津港“8·12”爆炸事故進行情景本體構建，見圖4。

3 公共危機情景本體模型功能及應用價值

公共危機情景本體模型利用領域本體作為組織資源的基礎，借助語義標引工具，對危機情景元素進行語義標注加工，形成機器可以理解的帶有語義信息的元數據，完成特定領域可控的概念語義體系構建，從而實現知識檢索與語義挖掘推理。因此，構建反映危機知識結構的本體情景概念模型對于應急決策具有重要的應用價值。

3.1 公共危機情景本體模型功能

3.1.1 知識組織功能

運用本體方法對危機情景知識進行組織，就是利用類、關系、函數、公理、實例等本體要素組織和表示危機事件概念知識，可以減少概念和術語上的歧義，概念間的關系可以被描述得更加廣泛、詳細、深入和全面，使資源組織由傳統的基于主題的、二維的、線性層次化組織結構擴展到多方位、多維度、多層次的網絡組織結構，通過對概念添加屬性值，對屬性與屬性之間再添加映射關系，一些在正規詞表中不能描述的語義關系就可以清晰地描述出來，其詳細程度以滿足本體的應用目的為宜。語義描述的規范性是實現知識導航、知識瀏覽、知識檢索、知識評價和知識發現等語義服務的基礎。

由于本體反映的是領域中公認的概念，所以危機情景本體對相關知識領域的知識進行規范化描述和識別，可以達成領域內關于知識和概念及概念關系之間的共識，實現各領域情景本體之間的共享和復用。

3.1.2 語義服務功能

在情景本體的控制下，知識要素之間語義關系揭示的越豐富，知識發現、聚合、挖掘、推理的效果就越好，其語義服務功能體現為：語義導航、語義檢索、關聯分析、情景趨勢推演、可視化呈現等。在本體驅動的知識系統中，基本的語義操作有3類：基于概念的操作，基于概念關系的操作和結合推理規則的操作[16]。通過概念的操作，可以實現語義檢索；基于概念關系的操作，可以揭示概念之間的語義聯系，描述知識網絡的各種關聯，實現語義導航、可視化呈現功能；結合推理規則的操作，則可以構造復雜的語義推理查詢，實現具有知識發現功能的關聯分析、情景趨勢推演功能。

在情景本體的支撐下實現基于概念的語義服務，這是本體的重要應用之一。實現基于概念語義服務，就必須以本體作為組織領域知識的語義模型，實現對資源的語義標注，形成機器可理解的語義元數據，以基于本體的知識語言標示、檢索領域知識。只有以基于本體的知識組織模式為基礎，以各領域本體的概念模型作為資源元數據的規范描述標準，才能真正實現基于語義的服務。

3.1.3 資源聚合功能

不同情境本體之間并非孤立的，而是存在多種關聯性，網絡節點之間的關聯越多，那么網絡的價值也就越大，語義聚合正是通過這種關聯機制得以實現。情景本體實質是情景元素和元素關系的集合，情景知識元素通過RDF三元組結構彼此鏈接起來形成語義關聯網絡。這種RDF鏈接機制不僅可以實現情景本體內部結構的關聯屬性，還可以實現不同情景本體之間的關聯。這種關聯機制體現的是語義本體的開放性，封閉的數據集合是沒有任何價值的。不同的情景本體彼此通過本體鏈接機制聚合起來，便可以實現跨領域的知識瀏覽、發現和推理功能。這就要求我們在構建情景本體時，不僅要構建內部鏈接，還要盡可能地提供橫向、跨域的外部知識鏈接，要盡可能地把資源之間的各種類型的關聯通過引用公認的概念詞匯集明晰地描述出來，正是這種靈活而明確的內、外部鏈接機制，能將跨領域、跨類型的知識對象聚合成一個整體的知識關聯網絡。

3.2 應用價值分析

構建危機情景本體旨在給應急決策者創造熟悉的環境和場景，引導和支撐應急決策者適應和了解當前態勢，進行有針對性的決策行動。基于情景本體的應急決策機制支撐著危機監測系統、預警系統、決策系統、指揮系統、評估系統等危機管理系統。建立在情景基礎上的應急決策體系構成了面向政府危機決策的“情景-應對”機制。其運行機制如下：

政府將危機監測系統搜集的信息輸入預警系統，系統在危機事件預警本體控制下進行事件情景演化推演。系統根據歷史數據首先進行相似性計算，發現是否有歷史相似事件，如果沒有則進行自我推演。推演結果達到一定閾值后提示政府決策者發出預警信息。隨后政府進入應急響應階段。決策系統在應急信息條件下，通過應急演化路徑分析和應急演化概率計算，得出最優決策方案，并通過指揮系統及時聯動實施。決策系統通過情景本體可以實時可視化顯示方案執行進度和可能出現的意外情形，以便決策者及時研判并調整方案。情景本體都是基于時間的，通過計算機模擬限定時間參數即可得到某個時間點上的具體情景快照，這對有效應對危機事件起著十分關鍵的作用。

危機情景的獲取與準確表達對應急決策者指揮應急救援有著重要意義。對危機情景元素的建模分析，能夠輔助描述突發事件的情景，不同的應急決策平臺都需要各種突發事件的情景本體作為決策支持。構建應急情景本體模型便于挖掘應急救援過程中的相似度以及利用情景推理來輔助決策等，有利于構建情景-應對模式下的應急救援機制。

4 結 語

知識是危機決策過程中重要的信息資源，是構成“危機情景”的要素。將知識進行情景化的組織，便形成了“情景-應對”機制的核心。我們針對公眾突發事件的可能前兆和事件演化過程中的海量、異構、實時數據，進行了情景建模，提出了面向政府危機決策的情景構建體系，運用語義網本體論的思想與方法構建公共危機事件的情景模型，并對危機情景本體模型的特征及應用價值進行了具體分析。基于本體的公共危機事件情景模型以危機情景為描述對象，以本體作為知識組織體系的描述手段，以情景知識元素作為語義單元，以語義知識網絡作為情景表現形式，具有語義分析能力和推理能力，支持危機知識語義檢索、關聯分析、可視化監測和情景推演分析功能。基于情景本體的應急決策機制能夠有效支持政府危機預警、監測、指揮、評估等決策系統，給應急決策者創造熟悉的環境和場景，引導和支撐應急決策者適應和了解當前態勢，為政府危機決策提供了知識保障。構建情景應對下應急情景動態推演體系是我們下一步重點研究的內容。

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