復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)情報分析框架

王婉，滕佳穎，程子軒，張小龍

（1.吉林建筑大學經(jīng)濟與管理學院；2.吉林大學管理學院）

構(gòu)建特征融合的應(yīng)急情報融合框架，為復雜工程突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)決策提供依據(jù)。

1 引言

目前，我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)的關(guān)鍵時期。由于多變的環(huán)境及致險因子的多維關(guān)聯(lián)性，復雜工程中突發(fā)事件頻發(fā)易導致重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。為避免此類事件發(fā)生，或在事件發(fā)生時對事件的性質(zhì)及時研判，可以有效控制突發(fā)事件的發(fā)酵與蔓延。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，雖有海量數(shù)據(jù)通過融合方式作為數(shù)據(jù)資源輔助管理決策，但缺乏針對多源異構(gòu)的工程信息進行應(yīng)急決策層面的有效的知識融合。面向復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急決策全生命周期的信息需求進行突發(fā)事件大數(shù)據(jù)知識融合是提升復雜工程突發(fā)事件的應(yīng)急決策力的有效途徑。基于此，本文提出構(gòu)建一個面向知識服務(wù)的復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)情報分析框架，以提升復雜工程過程中突發(fā)事件的快速響應(yīng)能力，為突發(fā)事件應(yīng)急決策提供有效支撐，最大限度地降低突發(fā)事件導致的各項損失。

2 國內(nèi)外研究述評

2.1 復雜工程突發(fā)事件述評

復雜工程突發(fā)事件[1]是指超出正常資源和組織應(yīng)對能力的突發(fā)事件，以及對健康、生命、財產(chǎn)或環(huán)境構(gòu)成直接風險的情況。國內(nèi)外學者對復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急情報管理體系、情報流程優(yōu)化及情報理論支撐突發(fā)事件應(yīng)急應(yīng)用等方面進行了相關(guān)研究。

蔣勛等[2]根據(jù)面向公眾、救援人員和決策者三類用戶梳理各自對知識庫的需求特征，基于應(yīng)急響應(yīng)演化規(guī)律，構(gòu)建了多維視角下應(yīng)急情報管理體系的知識庫。陳祖琴等[3]提出為了輔助決策主體更好地做出決策，提高應(yīng)急決策的精度和效度，從情報流程優(yōu)化的角度出發(fā)探討應(yīng)急決策的生成與優(yōu)化方法。通過設(shè)計突發(fā)事件特征詞典、情景庫和策略庫、情景地圖、策略評價模型和策略多目標優(yōu)化模型，提供情報支持完成應(yīng)急決策的生成與優(yōu)化。Xu Zheng等[4]將社交媒體上的眾包用來檢測和分析城市突發(fā)事件，提出了知識庫模型的基本定義，包括關(guān)鍵詞、模式、肯定句和知識圖，并將時間信息添加到所提出的知識庫模型中來檢測和描述實時城市應(yīng)急事件。對實際數(shù)據(jù)集的研究表明，該算法在突發(fā)事件的分析和檢測中具有良好的性能。唐明偉等[5]利用本體的概念及關(guān)系描述能力，構(gòu)建本體驅(qū)動的突發(fā)事件案例知識庫，研究了知識庫的基本結(jié)構(gòu)，從知識表示、知識冗余性和知識相容性角度研究了知識的轉(zhuǎn)換和存儲問題，并從知識查詢、案例查詢和方案推薦角度研究本體支持下的案例知識利用問題，并強調(diào)應(yīng)用該知識庫可以實現(xiàn)面對新的突發(fā)事件時，應(yīng)急管理人員僅提交事件的特征描述就可以從知識庫中得到事件的推薦處理方案。

2.2 知識融合研究述評

自20世紀60年代世界第一個基于知識的應(yīng)用系統(tǒng)DENOEAL誕生以來，國際學術(shù)界就開始了知識融合的相關(guān)研究。知識融合是指從眾多分布式、異購的網(wǎng)絡(luò)資源中搜索和抽取相關(guān)知識，進行轉(zhuǎn)換、集成和合并等處理，并產(chǎn)生新的集成化的知識對象[6]。知識融合的處理對象是知識，值得重點關(guān)注的不是數(shù)據(jù)的簡單累積，而是有序的可用于指導實踐的信息[7]。國內(nèi)外學者主要從框架、算法、評價及應(yīng)用等方面展開了大量的研究。緱錦等[8]在知識融合的若干關(guān)鍵技術(shù)研究中提出基于遺傳算法和蟻群算法的知識融合算法，擴展了知識規(guī)模，豐富了知識儲備，并采用參數(shù)反饋檢驗機制，根據(jù)新知識的有效性，控制了無用知識的產(chǎn)生。祝清松、冷伏海[9]提出一種為非相關(guān)文獻知識發(fā)現(xiàn)的融合建立一套評價方法。A.Smirnov等[10]將融合分布式知識源的知識網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用于多代理結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)分析。總之，專家學者們針對應(yīng)用層面的研究多集中在面向數(shù)字文獻聚合以及網(wǎng)絡(luò)文本資源方面，很少將知識融合的情報分析視角應(yīng)用于復雜工程領(lǐng)域。因此，本文提出以復雜工程突發(fā)事件為研究對象，運用情報學中的知識融合視角與方法梳理融合專家經(jīng)驗知識庫與推理知識庫的情報分析框架，以此來填補該領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)研究。

圖1 復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急決策情報分析框架

3 復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)情報分析現(xiàn)狀

復雜工程在多年的實踐作業(yè)中，積累了大量的領(lǐng)域知識，其中包括各種標準規(guī)范、設(shè)計施工手冊、招投標合同和科技文獻等文本性的顯性知識，以及復雜工程案例、專家經(jīng)驗、相關(guān)實驗與仿真分析數(shù)據(jù)等隱性知識。復雜工程突發(fā)事件呈現(xiàn)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的復雜性并非簡單的數(shù)據(jù)融合就可以有效解決，需要針對大數(shù)據(jù)環(huán)境下復雜系統(tǒng)突發(fā)事件的需求信息結(jié)構(gòu)內(nèi)容與特征，結(jié)合復雜工程突發(fā)事件的全生命周期，系統(tǒng)地梳理以情報為視角的分析框架，根據(jù)各知識庫的關(guān)聯(lián)與推理規(guī)則客觀地支撐突發(fā)事件的決策問題。

當前的復雜工程突發(fā)事件的研究仍處于數(shù)據(jù)融合階段。現(xiàn)有研究主要關(guān)注復雜工程突發(fā)事件的信息融合問題，缺少面向應(yīng)急決策需求響應(yīng)的深層次整合應(yīng)用。同時，多數(shù)還停留在解決某一局部決策的層面上，缺乏站在復雜工程突發(fā)事件全生命周期視角的系統(tǒng)性分析。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，建立一套以復雜工程突發(fā)事件信息需求為基，以知識融合為力，以應(yīng)急決策為標的知識融合框架，進而快速響應(yīng)突發(fā)事件。

4 復雜工程突發(fā)事件情報分析框架

復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急決策情報分析框架如圖1所示。

4.1 用戶需求表達

復雜工程突發(fā)事件的應(yīng)急決策尋求的理論依據(jù)是從用戶需求出發(fā)，以知識組織的形式和規(guī)范化為依據(jù)進行整體架構(gòu)與內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)的揭示。領(lǐng)域知識服務(wù)同樣以用戶需求為首，不同的知識需求對于知識組織的要求不同，復雜工程突發(fā)事件的知識服務(wù)對象是工程領(lǐng)域的管理與決策人員，但種類和層次是多樣化的。因此，在探究用戶需求時，應(yīng)把握表現(xiàn)多樣化的知識需求，以適應(yīng)用戶提出的知識服務(wù)要求。

4.2 知識資源規(guī)范化表示

知識資源的規(guī)范化表示包含信息資源的規(guī)范化表示和用戶需求的規(guī)范化表示[11]。復雜工程在建設(shè)過程中積累了大量的實踐數(shù)據(jù)，其中包括國際國內(nèi)標準和行業(yè)規(guī)范、設(shè)計、施工手冊以及科學支撐數(shù)據(jù)等顯性知識，也包括工程案例、專家經(jīng)驗及實驗與仿真分析數(shù)據(jù)等隱性知識。面對這些多源異構(gòu)的信息資源，首要任務(wù)就是通過準備、檢測和清洗對其進行知識的規(guī)范化表示，然后進行主題分類和標引形成具有領(lǐng)域知識屬性特征的結(jié)構(gòu)化知識，這是構(gòu)建面向服務(wù)的知識庫的基礎(chǔ)工作，也是建立與用戶需求之間細粒度映射問題匹配的前提條件。

4.3 知識庫構(gòu)建

應(yīng)急情報中知識庫的構(gòu)建是實現(xiàn)面向決策層級知識服務(wù)的前提和基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急決策的核心所在。知識庫中創(chuàng)新知識的產(chǎn)生是要通過關(guān)聯(lián)、聚類、推理、融合、演繹、歸納等過程形成一個動態(tài)優(yōu)化的過程。本文在學者蔣勛研究成果的基礎(chǔ)上，面向復雜工程突發(fā)事件的知識服務(wù)將知識庫構(gòu)建為常識性知識庫、事實經(jīng)驗知識庫和推理知識庫[12]。常識性知識庫涵蓋了物理傳感器數(shù)據(jù)、歷史案例數(shù)據(jù)、國內(nèi)外標準及行業(yè)規(guī)范以及通用應(yīng)急預(yù)案等信息資源。事實經(jīng)驗知識庫是在常識性知識庫的基礎(chǔ)上，通過對案例演化分析挖掘出事實與經(jīng)驗的細粒度表示，并歸納為滿足應(yīng)急響應(yīng)效用的特征描述、方案與評價。推理知識庫是研判觀測事件發(fā)展態(tài)勢與事實經(jīng)驗知識庫演化對比，進而推理出下一時刻的應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)語

我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的進程中，復雜工程突發(fā)事件大量涌現(xiàn)，對復雜工程突發(fā)事件進行科學合理地及時研判可以有效控制財產(chǎn)損失。本文以情報視角，結(jié)合知識融合理論，探究面向知識服務(wù)的組織問題是科學、有效的解決方法。從工程領(lǐng)域用戶需求出發(fā)，運用情報分析工具構(gòu)建面向復雜工程突發(fā)事件的知識服務(wù)整體框架。針對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行處理形成規(guī)范化的知識表示，為知識庫的構(gòu)建奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)關(guān)聯(lián)匹配原則將用戶需求的問題與知識庫中解空間形成有效映射，以滿足復雜工程全生命周期的階段性應(yīng)急決策。本文的研究僅從理論框架進行探究，下一步可深入探索復雜工程突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)等細節(jié)問題。