基于灰色關聯分析的突發事件案例檢索研究

摘要：突發事件的案例檢索是將案例推理技術應用于應急管理領域的關鍵環節。通過對案例表達結構體系的重新設計，建立了包括自然社會屬性、事件屬性、管理屬性等三個方面的突發事件案例表達的框架體系，并進一步規范了每一類屬性的描述規則以及屬性的數據形態，最后應用灰色關聯分析方法進行了基于案例屬性的案例檢索，最終的案例檢索實證驗證了該案例表達框架體系的合理性以及灰色關聯分析的分辨力。這對于突發事件案例檢索的應用以及應急管理能力的提升具有借鑒意義。

關鍵詞：案例檢索；案例表達；屬性；灰色關聯分析

中圖分類號：C931；D63-3

文獻標識碼：A DOI：10.3963/j.issn.16716477.2017.05.0002

一、引 言

近年來，各類突發事件出現頻率明顯增加，探索更好的應急管理手段與技術已成為無論學界、政府部門乃至社會公眾都極其關注的問題。案例推理的基本思想是通過歷史案例來解決現實問題。就突發事件應急管理而言，案例推理技術使得利用以往處置突發事件的歷史經驗與措施來應對當前的突發事件成為可能。因此，將案例推理技術來進行應急決策與應急指揮是當前學界推動突發事件應急管理研究的一個重要方向。

在案例推理過程中，首先需要將突發事件案例表達為計算機可識別的形式，其次需要進行一定的算法實現案例的檢索。對此，需要迫切回答的問題就是：如何將突發事件案例分解為計算機可識別的結構化的形式？以及通過何種方式能夠更好地實現案例檢索？本研究嘗試在建立突發事件案例結構化表達的框架的基礎上，提出基于灰色關聯分析的突發事件案例檢索模型，以期為突發事件應急管理提供借鑒。

二、文獻回顧

案例推理包含四個環節——案例檢索（retrieve）、案例重用（reuse）、案例修正（revise）、案例保存（retain）。其中，案例檢索則是整個案例推理系統關鍵的環節，其質量直接關系到案例推理應用的實際效果。圍繞案例檢索在突發事件應急管理的應用，目前學界大致從兩個方向來展開。

首先是通過對案例的結構化表達，將案例結構化為計算機能識別的符號，然后在此基礎上進行案例檢索。其通常采用的檢索方法有最近相鄰法、歸納推理法和知識引導法[1]。具體而言，研究者多圍繞案例的屬性值來展開研究，試圖在案例結構化的過程中，建立案例的屬性值體系，然后通過屬性值的相似度來判斷案例整體的相似度。如，劉雙印和徐龍琴提出了案例屬性權值自適應算法和改進的灰色關聯度案例相似度算法[2]，錢靜等人提出了基于多維情景空間表達的二階檢索算法以提升突發事件案例的檢索效率[3]，梁曼等人提出了基于粗糙集的航路飛行沖突智能解脫系統的案例檢索方法[4]，宋英華等人提出了結合歸納索引法和基于證據推理的置信規則庫推理方法（RIMER）的應急案例索引技術[5]，董憲元等人則是應用二階聚類算法建立案例檢索庫并開發出交通事故案例檢索系統[6]，王寧等人則提出了基于知識元的應急案例檢索方法[7]，在更早些時候，周凱波等人也提出了基于案例屬性特征的相似度計算模型[8]。

其次是直接對突發事件的案例文本進行語義分析，通過計算語義相似度來實現案例檢索。目前已有大量的文獻涉及對文本的語義相似度計算，但是用于突發事件案例文本的語義分析卻不多，其中，Lenz等人提出了基礎性的文本案例推理的案例匹配網絡模型[9]，張琪等人則提出了基于本體的中文案例相似度計算方法[10]，沙勇忠和史忠賢也從語義相似度的角度對文本案例的檢索進行了研究[11]，黃超和佘廉則利用潛在語義索引和奇異值分解的方法建立了文本案例推理的方法[12]。

根據上述的突發事件案例檢索的兩大研究方向，對案例進行結構化表達是案例檢索過程中的關鍵環節。由于突發事件的不可重復性，每一次突發事件都會在不同程度上表現出自身的獨特性，且同類型突發事件案例樣本缺乏，這無疑加大了案例檢索的難度。對此，本研究嘗試利用灰色關聯分析方法來進行突發事件案例檢索的研究，該方法相對于其他分析方法來說，優勢在于對數據的要求比較低，可以很大程度上減少信息缺乏帶來的損失，非常符合突發事件應急管理中信息相對缺乏的現實特點，同時卻又無損研究的精度。

在本研究中，重點關注突發事件案例結構化表達，提出了案例結構化表達中的屬性描述準則，然后應用灰色關聯分析來實現突發事件的案例檢索，最后以相關突發事件案例來進行驗證，以期為突發事件應急管理提供借鑒。

三、突發事件案例結構化表達

（一）突發事件案例表達的屬性描述準則

在案例的表現形式上，突發事件案例具有三種形式：匯編案例、結構案例和網絡輿情案例[13]。最初是Gilboa提出了問題描述—解描述—效果描述的案例表達結構[14]；仲秋雁等人提出了基于知識元的突發事件情景模型，利用對知識元的抽取及其屬性的取值來實現對突發事件情景的描述[15]；張英菊等人則提出了用于案例推理的突發事件案例通用表示與存儲模式[16]，該模式包括應急概念樹—突發事件本體模型—事件元模型的三層架構；李勇建等人也從案例屬性的角度出發提出了事件類型、關鍵屬性、從屬屬性、環境屬性和危害評估屬性的案例集合形式[17]；佘廉等人也提出了基于“情景—事件—管理”三維度的案例結構化框架[18]。

根據佘廉等人的案例結構化模式，突發事件案例可以分為情景維度、事件維度和管理維度，每個維度下又包括不同的屬性。

情景維度主要涉及突發事件的發生地的誘發或觸發環境信息，可能承載損害后果的社會環境等。情景維度以描述案例發生環境的性質及特征為主，主要目標是界定案例性質類型、外在表面特征等。其主要描述內容包括地理、水文、氣象等自然屬性，也包括人口、交通、經濟等社會屬性，還包括危險源、承災體等風險屬性。

事件維度主要闡述的是事件起止的全過程的客觀信息，包括其發生、演化、應急響應過程、次生衍生事件、損失及結束等。事件維度涵蓋時間屬性、空間屬性和類型屬性三大部分。其中，時間屬性包括事件鏈分段、應急響應階段劃分等；空間屬性包括地域范圍、實體以及虛擬傷害等；類型屬性包括事件類型、級別等。

管理維度主要表現應對突發事件的管理主體的決策行為、應急響應活動及其應急響應活動產生的結果。就實際操作而言，在應急管理過程中，行政主體作出的應急決策及其行政行為將直接影響到事件的演化。因而，管理維度主要的描述內容包括行政行為、事件處置、社會穩控等處置任務以及管理主體的構成、類型、角色，還包括應急人員構成、應急物資構成等資源配置屬性。

各維度的屬性體系形成了突發事件案例的基本框架結構。在對案例進行檢索匹配過程中，針對不同的屬性，需要應用具體的屬性描述準則予以規范。

情景維度的屬性描述準則。情景維度的屬性描述主要是借助于已有的專業術語及科學定義，對事件的自然、社會、風險等屬性進行描述。

事件維度的屬性描述準則。此維度的案例表達以實現對事件客觀信息的完整、詳細描述為目標。對于時間屬性的表達準則是要以時間鏈為基準，按照事件發生的時間—情景—應急響應的順序，對案例進行表達，重點突出不同時間段下事件的演化過程；空間屬性的表達準則是以數據為依據，通過定量的方式來描述，如刻畫造成的影響范圍及損失等；類型屬性的表達準則是以定性描述為基礎。

管理維度的屬性描述準則。此維度的屬性描述目的在于能夠清晰地表達出突發事件應急主體的行為以及行為結果。對于應急行為主體的類型描述，基本準則是依據當前對各類組織的界定進行劃分和描述。對于資源配置屬性的描述，其基本準則是以數據形式進行最直觀的表達。

（二）突發事件案例屬性的屬性數據形態

在突發事件案例屬性的描述準則之下，應確定每一屬性的數據形態。根據對文獻歷史案例的分析以及文獻查閱的結果，突發事件案例屬性的數據形態可以分為兩類：數值型和符號型。其中，數值型數據又可以分為確定數值型與模糊數字型；符號型數據也可以分為確定符號型與模糊符號型。

其中，模糊數值型數據是指其取值為一個不確定的數值或者是其取值為一個不確定的區間，如風力3-4級，溫度3-4℃等等。確定數值型數據的取值是確定的數值，其取值可通過直接的方式獲取，如水位為12m，海拔為3200m等等。

模糊符號型數據是指數據的取值是一個不確定的描述性解釋；同理，確定符號型數據也是其不同的取值之間無關聯，每個不同的取值只是一個符號型的描述，不具有數值意義。如，突發事件事發地的地貌為山區、丘陵、平原等等。其取值方式可在窮舉該屬性所有取值之后，通過編碼的方式得到該屬性的無量綱化的數值。

（三）突發事件案例的屬性結構體系

如前所述，對任何突發事件的描述都會涉及到突發事件的事件背景環境、處理過程、處理行為等三個方面的內容，相應地構成了情景、事件、管理三大維度，故而，進行突發事件案例檢索也可以在此案例屬性結構體系下進行。通常實證研究需要較為精細的數據和指標體系，考慮到本研究的探索性以及征求專家意見的基礎上，我們稍許降低研究精度，只選取了具有代表性的案例屬性進行實證性的算例分析。所選取的代表性案例屬性主要由自然社會屬性、事件屬性和管理屬性組成，詳見表1。

該突發事件案例屬性結構體系設計的原則是，通過詳盡的自然地理數據、經濟社會數據、風險數據以及事件自身的描述性數據來刻畫事件的特征，然后建立其與管理屬性數據的映射關系，最后實現對突發事件案例的表達。

四、基于灰色關聯分析的突發事件案例檢索模型

灰色關聯分析的基本思想是根據序列曲線的幾何形狀的相似程度來判斷不同序列之間的聯系緊密情況[19]，亦即，如果序列曲線的幾何形狀越相似，變化的趨向越接近，其關聯度則越大；反之，其關聯度就越小。根據這一思想，在進行突發事件案例檢索研究過程中，可以通過對突發事件案例進行結構化的表達，建立案例的屬性結構體系，分析其屬性特征，建立突發事件案例屬性的數據序列，從而計算案例之間的相似性，實現突發事件的案例檢索。

應用灰色關聯分析方法進行突發事件案例檢索研究，則需對案例進行數學描述。由于突發事件的發生發展演化是按照時間序列來展開的，其各屬性的取值也隨時間變化而發生相應的變化，所以，由前述突發事件案例屬性結構而構建的案例屬性序列應為行為時間序列。

五、實證分析

本文選取近年來我國的一系列爆炸類的突發事件進行實證分析。相關爆炸類事故包括：天津港“8·12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故，江蘇省蘇州昆山市中榮金屬制品有限公司“8.2”特別重大爆炸事故，山東省青島市“11·22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故，滬昆高速湖南邵陽段“7·19”特別重大道路交通危化品燃爆事故。其中，設天津港瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事件為目標案例。相關事故數據來源為國家安監總局官方網站所公布的事故調查報告（見網址：http：//www.chinasafety.gov.cn/），以及相關事故處理過程中的政府公告等。

為了驗證灰色關聯分析方法的分辨力，在確定分析案例時特意選取了四個等級同為特別重大的爆炸類突發事件，計算結果表明，天津港爆炸事件與青島東黃輸油管爆炸事件最為相似，此結果與之前的預估判斷相似。在案例檢索計算過程中可以發現，盡管從事件層面上看，目標案例X0與歷史案例X3都同為危化品爆炸事件（歷史案例X3實為交通事故引發的危化品車輛爆炸事故），兩者具有諸多相似之處，但是由于其災損及后期應對與處置的巨大差異，導致二者之間的相似度較低。這體現出灰色關聯分析方法在檢索案例時的優越性。

六、結 語

考慮到突發事件案例檢索的最終目的是取歷史相似案例為己所用，故而，單純地從事件層面上考慮突發事件案例的相似度是存在缺陷的，容易出現檢索到事件相似而處置方法及結果千差萬別的情形。本研究從自然社會屬性、事件屬性、管理屬性等三個方面構建了突發事件案例表達的框架體系，并進一步規范了每一屬性的描述規則以及屬性數據的形式，最終的案例檢索實證驗證了該案例表達框架體系的合理性以及灰色關聯分析的分辨力。

本研究實際上是靜態的案例檢索分析，在實際應用中可根據所獲得的實時數據進行即時的動態案例檢索分析。作為進一步研究的方向，案例表達中的社會屬性與管理屬性的進一步結構化表達是一個亟需解決的問題；同時，對于案例屬性權重的計算問題也是需要在后續的研究中開展。

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（責任編輯 王婷婷）

Abstract：Case retrieval is a key in the application of case based reasoning （CBR） in the field of emergency management. By redesigning the structure of case expression， the paper establishes the framework system including natural attribute， event attribute and management attribute in 3 aspects of emergencies， and further standardizes every kind of attribute description rules and data attributes. Then the application of grey relational analysis method is used to match case retrieval based on the case attribute. Finally， the case study indicates that the grey relational evaluation and the case retrieval frame system is effective. It is possible to apply emergency case retrieval and improve the emergency management ability.

Key words：case retrieval； case expression； attribute； grey relational analysis