基于隨機Petri網的多部門協同農業抗旱應急處置流程建模
——以內蒙古巴彥淖爾市為例

黃 晶,付 鵬,許葉軍

(河海大學 商學院 管理科學研究所,南京 211100)

受全球氣候變化影響,干旱、洪澇、高溫熱浪等災害性極端天氣氣候事件頻發。我國干旱發生的頻次增加,嚴重程度加劇,范圍也由北向南逐漸擴大[1],特別是我國內蒙古東部、華北北部、西南東部、華南等地區發生區域性干旱的概率較大。農業是受氣候制約最直接的產業,與其他氣象災害相比,干旱災害造成的農業受災面積最多[2]。進入21世紀以來,因旱損失糧食年均高達265.3億kg,較20世紀90年代年增加了70億kg,我國糧食安全面臨重大挑戰。

我國的應急管理從臨時機關負責人牽頭議事協調的階段,轉變為以“一案三制”為核心的現代化應急管理體系,到如今的總體國家安全觀下中國獨具特色的應急管理體系[3]。隨著我國應急管理制度的不斷完善,尤其是統一指揮、統籌調度工作機制的推進,應急資源得到重新整合,跨部門信息共享與業務協同水平不斷提升,保障了應急處置流程的順暢與高效。面對持續加劇的農業旱災風險[4],如何厘清農業旱災應急流程,以提高農業抗旱應急處置效率,保障我國糧食安全,是當前亟待解決的問題。

隨著突發事件頻發,應急管理成為公共管理中的研究熱點。從頂層設計上,我國成立了應急管理部,目前處于中國特色應急管理體制建設階段[5],很多學者從應急組織體系[6]、應急資源配置[7]和應急流程優化[8]等方面進行研究。在應急管理組織體系方面,有學者在傳統的科層制結構基礎上,提出了改進后的組織體系,或是設計了全新的應急管理體系。唐攀等[9]設計了后方和現場應急響應組織的非常規突發事件應急響應組織結構。王慧敏等[10]在“科層-合作”制下提出了建立決策、咨詢、操作和信息4個任務小組的洪災應急管理組織框架。也有學者研究協同式應急管理體系。俎富豪等[11]構建了一套同級間合作協同、上下級則考慮上級授權下級執行原則的全新應急體系。陶振[12]從橫、縱兩個維度,基于主體、方式兩個變量,構建了基于“主體-方式”的協同式應急管理機制框架。崔鵬等[13]提出了基于加入應急的主體在不同情景下的、協同式的全過程時間段的災害應急管理風險體系。針對旱災的應急資源配置,有學者研究水資源應急配置和調度。張樂等[14]針對干旱災害管理給出政府-企業合作的應急水資源配置模式。譚佳音等[15]提出三階段水資源優化配置方法來提高區域水資源短缺的利用效率。在應急管理流程建模方面,Petri網以研究系統的組織結構和動態行為為目標[16],隨著時間這個關鍵因素作為隨機變量被引入,隨機Petri 網(Stochastic Petri Net,SPN)成為最常用的應急管理流程分析模型。余佳等[17]基于SPN 構建了應急物資配置流程,分析了影響系統能效的環節。王旭等[18]將OODA 引入城市內澇災害應急管理,構建內澇災害應急管理聯動體系,并利用SPN 對流程進行建模仿真,驗證其可行性。

順暢高效的農業抗旱應急處置流程是提升農業應急抗旱效率、保障糧食安全的基礎。本文首先從信息流的角度,利用OODA 環度分析農業抗旱應急管理流程的各個階段。在此基礎上,針對農業旱災及應急抗旱的特點,建立多部門協同農業抗旱應急處置流程,并構建SPN 模型,通過同構馬爾科夫鏈分析農業抗旱應急處置流程系統的性能,進一步提出關鍵環節及其處置時間的確定方法。最后,以內蒙古巴彥淖爾市為例,分析農業抗旱應急處置流程的效率,確定關鍵環節及其處置時間,為農業抗旱應急管理提供科學依據。

1 基于OODA 環的農業抗旱應急管理流程分析

OODA 環又叫“包以德環”[19]。作為一個軍事上的空戰理論,其過程是在一種復雜和動態的環境中進行的,主要包含觀察-判斷-決策-執行4個階段。由于應急流程是從信息整合到等級識別,到啟動相應級別預案再到協同應急進行,從信息流的角度看,可以基于OODA 環分析應急管理流程的各個階段,如圖1所示。

圖1 基于OODA 的應急管理流程

在現行應急管理部組織框架下,結合OODA 思想,從農業抗旱應急管理的全周期來看,國家層面主要負責“觀察-判斷”階段,通過信息一體化的中國應急信息網絡平臺,全面搜集所有災情信息,包括地面數據、遙感數據和氣象數據等,對數據標準化處理后,由應急管理部依據會商研判-動態確定原則組織開展災情識別和等級判斷。根據判斷結果,則由地方層面負責“決策-執行”階段,即由各屬地的應急調度中心統一協調,包括各省應急管理廳局、相關事務部門和媒體等,啟動對應的災情預案,然后根據預案中的情景分析,展開多部門協同應急工作。當然,如果啟動某一級別預案后,災情并沒有得到有效救援,這個過程中就要通過旱情信息反饋環節再次觀察-判斷-決策-執行,直到控制旱情,開展應急恢復、結果總結。縱觀整個農業抗旱應急管理流程,引入的OODA 環思想可以從宏觀上對整體流程進行分析。農業抗旱應急管理流程如圖2所示。

圖2 農業抗旱應急管理流程

2 多部門協同農業抗旱應急處置流程建立

從協同的角度看,農業旱災應急管理的重點是多部門協同[20],即把原來“點式”科層結構制下相對分散、獨立的部門,按照特定情景下的規則或抗旱需求,設立不同的工作組。每個工作組內都是職能相近或目的相同的部門,可以消息共享,共同實現或完成某一項分支任務;同時,各個工作組間具有密切聯系、互通有無的有機關系,對于實現整體任務目標缺一不可。在現有的應急管理框架下,要想實現對農業旱災全過程的管理,更離不開多部門的參與,因此,需要重視或加強部門間的“網式”協同。此外,由于農業抗旱處置流程復雜且相互影響,考慮到抗旱應急的時效性,故需找出影響應急效率的環節。理論上,當各個環節都加快處置速度,整體應急效率才會提高。然而,縮短每個環節的應急時間需要投入大量人力、物力等成本,因此,找出一個對整體應急時間影響最大的環節,縮短其處置時間來提高抗旱應急效率,可以最大程度避免或減少由旱災造成的農業損失。

在現行應急管理部組織框架下,由于農業抗旱應急管理總體流程的執行階段參與部門眾多,從協同的角度建立了多部門協同農業抗旱應急處置流程,如圖3所示。

圖3 多部門協同農業抗旱應急處置流程

在多部門協同農業抗旱應急處置流程中,把各參與部門按照農業抗旱需求分為7個應急小組,明確了各應急小組內各部門和組間需要協同的時間點和任務線。具體分工如下:

(1)前期主要由監測預警組協同完成兩個任務。①把監測到的異常數據通過旱情信息系統進行上傳,待有關部門根據系統旱情數據發布預警;②在接收到發布的預警信號后,啟動更多的監測手段并再次把各方面相關的數據同步更新到旱情信息系統。在該應急處置流程中,主要參與協同的部門是氣象部門、水文部門等。協同過程中涉及的信息包括天氣預報、土壤墑情和蓄水情況等。

(2)待信息匯總、數據整合后,進入會商、研判旱情階段。前期的信息有助于相關部門更準確、有效地判斷當前旱情的嚴峻程度及影響范圍,歷史上有無可參考依據、是否有特殊性等關鍵問題也可盡快會商出結果。在該處置流程中,參與協同的部門是領導機構及專家組。協同過程中主要結合災情信息和歷史經驗做出判斷。

(3)依據會商、研判結果,主要完成正式啟動預案庫中對應級別的應急預案。在該處置流程中,協同的內容相對較少,參與協同的部門仍然是領導機構。協同過程中主要是依據當地抗旱需求和歷史經驗,組織各應急工作組召開應急工作協調會議,明確協同應急抗旱職責任務。

(4)在后期,主要由抗旱現場組、物資協調組、工程調度組、救援搶險組、衛生防疫組以及新聞宣傳組協同完成任務。①抗旱現場組到現場開展實地勘察和技術指導;②物資協調組根據受災地一線反饋情況,開展籌措抗旱物資和落實相關經費支持等工作;③為盡最大可能“找水”,工程調度組可以根據實際情況,從各流域、各企業調度應急水源,救援搶險組則可以通過打井工程開挖地下水資源,以及采取如人工增雨、限水、節水等措施;④衛生防疫組同步開展相關的醫療救治工作;⑤新聞宣傳組的工作時間跨度較大,需要不斷跟進各應急工作組的進展情況,經政府部門審核后可以向公眾發布及留檔。在該農業抗旱應急處置流程中,無論是部門的協同還是協同過程的具體內容都相對較多,協同過程中主要是按照先前的會商結果和行動預案完成救援部署。

3 基于SPN 的多部門協同農業抗旱應急處置流程建模

針對現有中央統一指揮、屬地執行的應急管理體制,采用隨機Petri網對多部門協同農業抗旱應急處置流程進行建模,并通過同構馬爾科夫鏈,對應急流程的效率進行分析。由于農業抗旱應急處置環節較多且相互影響,只有當各個環節都加快處置速度,整體應急效率才會提高。然而,縮短每個環節的應急時間需要投入大量成本或資源,因此,找到需要改進的環節,尤其是對整個應急系統穩態影響最大的環節,確定其處置時間,有助于進一步提高農業抗旱整體的應急效率。

3.1 多部門協同農業抗旱應急處置流程的隨機Petri網構建

在Petri網的定量研究中,如果Petri網中的每個變遷的實施與一個隨機延遲時間相關聯,則稱為隨機Petri網[21]。由于在農業抗旱應急管理中,時間參數是一個非常關鍵的參考元素,故選用SPN 對多部門協同農業抗旱應急處置流程建模。

SPN 一般被定義為一個六元組,SPN={P,T,F,W,M,λ},其中,每個元素代表的具體含義為:元素P為有限的庫所集,記為“○”,P={P1,P2,…,Pn},n＞0,n為狀態、信息要素的數量;元素T為有限的變遷集,記為“?”,T={T1,T2,…,Tm},m＞0,m為行動變遷的集合;元素F為有向弧元素的集合,記為“→”,F?(P×T)∪(T×P),僅存在于P元素和T元素之間;元素W為弧的權重函數,對有向弧賦權重,F→{1,2,3,…};元素M表示標識的狀態,P→{1,2,3,…},M0表示系統的初始標識;元素λ為變遷平均實施速率的集合,λ={λ1,λ2,…,λm},m＞0,其倒數為變遷的平均實施時間(即Tm=1/λm),瞬時變遷延時為0;元素“·”稱為托肯(Token),黑點的數量表示資源的數量,完成從事件觸發到狀態轉移的過程。

根據圖3,對多部門協同農業抗旱應急處置流程中的決策行為進行概化,建立該處置流程的SPN模型,如圖4 所示。模型中庫所(P)和變遷(T)分別對應該應急處置流程的26個狀態、信息元素和18個動作以及措施元素,具體含義如表1所示。其中,由于本文不涉及權重對應急處置流程的影響,故采用系統默認權重賦值均為1。

表1 多部門協同農業抗旱應急處置流程的SPN模型中庫所和變遷的含義

圖4 多部門協同農業抗旱應急處置流程的SPN 模型

由圖4可知,當模型開始運行時,表明農業旱災正在發生。前期變遷T1先被觸發,處在災情信息不斷輸入、標準化輸出的狀態。隨著信息的更新,變遷T2被觸發,進入由數據資料判斷災情等級等情況的狀態。隨著變遷T3被觸發,正式啟動對應級別預案。隨后根據干旱級別,各部門進入不同應急小組進行協同工作,即變遷T4被激活,前期主要是應急小組準備、技術準備、物資準備及運輸工作,即T0～T10先后被激活;后期主要是按照部署進行救援,其中開源、節流、救助、醫療等可同步進行,在模型中屬于并發結構。隨著救援工作的完成,農業抗旱協同應急救援結束。

3.2 基于同構MC的應急處置流程系統性能分析方法

如果SPN 模型中各個變遷的實施延遲時間服從指數分布,則可以同構馬爾科夫鏈。若SPN 模型可以在一組變遷T0,T1,…,Tm的序列作用下產生相應狀態標識M0,M1,…,Mm,則稱Mm是從M0可達的[22]。繼而由可達性可知,其中的16個標識都可以映射成馬爾科夫鏈(Markov Chain,MC)的16個狀態,同時將下一個狀態被上一個狀態觸發的變遷作為有向邊,即可建立多部門協同農業抗旱應急處置流程的SPN 模型同構的MC,如圖5所示。

圖5 SPN 模型同構的馬爾科夫鏈

同構馬爾科夫鏈后,計算每個可達標識的穩定狀態概率,并在其基礎上進一步分析SPN 模型的系統性能指標,例如庫所的概率密度、變遷的利用率以及系統的平均延遲工作時間。

(1)可達標識的穩定狀態概率。通過MC過程由如下線性方程組表示,可以求解MC中16個可達標識的穩定狀態概率值,P(Mi)=xi,0≤i≤15,

式中:行向量X=(x0,x1,…,x15),表示MC中各標識的穩定狀態概率;轉移矩陣Q=[qij],0≤i,j≤15。

(2)庫所的概率密度函數。在穩定狀態下,通過式(2)計算每個庫所包含16個標識的出現次數,可以反映出農業抗旱過程中參與應急主體繁忙概率,即

式中,Mj∈[M0＞且Mj(p)=1,表示從標識M0開始的可達標識。

(3)變遷的利用率函數。變遷的利用率由可實施變遷的所有庫所的穩定概率之和來計算,可以表示農業抗旱應急處置流程中響應行動的效率,即

式中,E是使變遷T可實施的所有可達標識的集合。

(4)系統的平均延遲工作時間。綜合Little規則[23]和平衡原理可知,由下式解出的系統平均延遲工作時間,可以描述農業抗旱應急管理系統的運行效率,即

R為流入系統內的標記流速,R(T,P)=W(T,P)U(T1)λ1,其中λ1為變遷T1的平均實施速率。

3.3 關鍵環節及其處置時間的確定方法

經過3.2節式(1)～(4)推導,系統總體運行時間(t)與可達標識的穩定狀態概率(P(Mi))之間關系為

式中,αi、βi均為常數。

由推導結果可以發現,系統運行時間和各環節實施速率呈負相關關系。即隨著實施速度的加快,系統運行時間不斷縮短。雖然各環節實施速率的提升會縮短應急時間,但是對總體處置時間的影響程度卻并不相同。因此,通過改變每個變遷的實施速率來改變處置環節的頻次,找出對農業抗旱應急時間影響程度最大的環節,稱其為關鍵環節。根據抗旱實際情況,假定實施速率取值范圍為0～20,改變λm(1≤m≤18)的取值,計算各標識穩定概率的累計變化值,計算公式為

式中:P(Mi)=xi,0≤i≤15,表示每個可達標識的穩定狀態概率值;P(Mi)λm,0≤λm≤20,表示當λm值由0～20變化時的可達標識的穩定狀態概率變化值;V(i)表示每個可達標識的穩定狀態概率累計變化值。

在找到關鍵環節的基礎上,為了縮短應急處置時間,進一步提高農業抗旱應急效率,需確定關鍵環節的最優處置時間,對關鍵環節的實施速率λc進行動態分析。例如假設λc在0～20之間變化,得到系統運行的時間變動情況。根據時間變化幅度的變化率,考慮邊際效益,確定關鍵環節的實施速率。系統時間的變化率計算公式為

式中:td表示系統在關鍵環節實施速率為d(0 ≤d≤20)時的平均運行時間;Cf為關鍵環節不同處置時間下的系統時間變化率(0≤f≤20)。

4 內蒙古巴彥淖爾市多部門協同農業抗旱應急處置流程仿真

4.1 內蒙古巴彥淖爾市旱災概況

巴彥淖爾市,地處我國干旱的西北高原,北依陰山、南臨黃河,是國家、自治區重要的現代農業、商品糧-菜等綜合生產技術基地,總建設規劃中的土地面積已達1.19×106hm2(1 784萬畝),引黃灌溉工程用地設計面積601×105hm2(902萬畝)。按自然環境下的地下水資源儲藏量,可以分為河套黃灌平原區和山旱牧區兩種類型土壤。這里的夏季炎熱高溫,蒸發量遠遠高于降水量。頻繁的干旱災害是制約巴彥淖爾市農業發展重要因素之一。由于內蒙古巴彥淖爾市的社會綜合實力和經濟發展相對落后,抵御農業干旱風險的能力較弱,應急處置工作效率也較低,故問題比較突出。例如,2018年入春后,巴彥淖爾市的烏拉特后旗中部、烏拉特中旗大部分以及東部大部地區達到重旱級別。全市缺水缺墑面積近46 666.67 hm2(70萬畝),牧區受旱面積高達4×106hm2(6 000余萬畝),因旱造成3.33萬人、8.32萬只牲畜飲水困難。面對旱情,雖然全市各級各地應急工作在開展,但是由于應急過程長達半個月,存在反應時間長、部門間信息不同步、配合不到位等問題,致使部分地區生態環境惡化加劇,農牧業生產遭受嚴重損失。

4.2 數據收集與處理

查閱《中國水利年鑒》《中華人民共和國河道管理條例》《內蒙古巴彥淖爾市統計年鑒》《巴彥淖爾市七大旗縣災情大事記》,以及《國家防汛抗旱應急預案》《內蒙古自治區防汛抗旱指揮部工作規則》《巴彥淖爾市防汛抗旱應急預案》等資料,了解并搜集巴彥淖爾市旱災的基本情況和數據。通過多次實地調研和面對面訪談,得到巴彥淖爾市2018年農業抗旱應急過程中的抗旱環節及運行時間。經整理后得到巴彥淖爾市應急管理流程中各變遷平均實施時間(d/次)如表2所示。

表2 巴彥淖爾市應急管理流程中各變遷平均實施時間

4.3 巴彥淖爾市抗旱應急處置流程仿真結果

(1)應急處置流程的有效性分析。通過仿真軟件Platform Independent Petri Net Editor(PIPE v4.3.0)對農業抗旱應急處置流程模型進行有效性驗證,得到模型狀態可達標識集(見表3)。分析發現,在整個模型的運行過程中,沒有一個變遷存在資源溢出或無限等待的情況,說明構建的模型是有界的。另外,在模型狀態可達標識集中,分量0表示對應變遷未被觸發,分量1表示對應變遷被觸發。因此,該模型無死鎖現象,模型具備一定活性。最后,初始標識M0可以通過有限的變遷產生M15,即不存在無法執行的變遷,所有變遷都是可達的。因此,該模型經驗證是有效的,證明建立的巴彥淖爾市防汛抗旱指揮部主導下的農業抗旱應急處置流程順暢,不存在死鎖環節。

表3 可達標識集

(2)應急處置時間仿真結果。在獲取應急抗旱工作中各變遷平均實施時間基礎上,通過式(2),計算了26個庫所的繁忙概率,如表4所示,開發布會(P9)的繁忙概率最大,說明在信息發布環節容易產生信息堆積。這一環節是以市委宣傳部、市廣播電視局等新聞部門為主,應急管理局、氣象局等部門為輔組成的新聞宣傳組,主要工作內容是組織收集、協調、宣傳、報道及新聞發布農業抗旱過程中的各類綜合情況,正面引導輿論。雖然該小組并未直接參與救援,但卻需要做好整個抗旱救災信息對外發布和網絡輿情監測引導。在這一處置流程中,大量的農業旱災相關專業數據、抗旱救援的文字音像等資料,都需要上級部門審核批準才能發布,工作量較大。另外,隨著物資分配變遷(T10)的觸發,節水措施、救濟農民和醫療救治(P17、P18、P19)的繁忙概率也較高,即救援搶險組和醫療救治組也占據較多時間,反映出不同應急小組的物資分配是一個復雜過程的實際情況。上述環節都需要多角度的綜合考慮,所以也容易造成信息擁堵。

表4 各庫所的繁忙概率

通過式(3),計算應急處置流程18個變遷的利用率,即各變遷在處置流程中響應行動的效率,如表5所示,T4、T10、T11、T16、T17和T18變遷利用率較高。其中,T4(啟動巴彥淖爾市Ⅳ級應急響應預案)利用率較高,說明啟動預案這個環節用時相對較長。主要是因為相比于地震等自然災害,干旱的影響范圍更大更遠,除了農業生產領域,還可能對人類生活、生態系統等其他領域造成難以預測的深遠影響,所以在災害定性階段,即決定啟動幾級預案,耗時較長。而T10(物資分配)和T11(開源工作任務分工)利用率高,反映出物資分配及找水任務分工兩個變遷占時較多。這是因為T10、T11的處置效率與后續的一系列開源措施息息相關。除此之外,T16(結束農業抗旱協同應急)、T17(救援信息反饋)和T18(旱情信息反饋)3個反饋類變遷用時也相對較長。主要原因是在應急信息網絡平臺上需要不斷地更新未知的信息、處理海量大數據并對反饋事件進行判斷比較耗時,也再次反映出每次旱情評估和預案啟動都是復雜的,這與前面的分析一致。

表5 各變遷的利用率

通過式(4),計算系統的平均工作時間。該多部門協同農業抗旱應急處置流程啟動一個級別的應急預案時間為11.5 d左右,比實際應急救援時間縮短了約3.5 d,即

(3)應急處置關鍵環節及其處置時間的確定。隨著各變遷實施速率λm在0～20之間的變化,可以分別計算出18個變遷在變化范圍內的對應值,進而可以求得相應各標識穩定概率的累計變化值V(m),由表6可知,各標識穩定概率的累計變化值最大的是在λ4處,故稱啟動應急響應預案為關鍵環節。

表6 實施速率變化下各標識穩定概率的累計變化值

改變關鍵環節的平均實施速率時,各狀態的穩定概率變化趨勢如圖6所示。

圖6 關鍵環節的實施速率λ4 變化時各狀態的穩定概率

隨著關鍵環節(啟動應急響應預案)的處置速率λ4從0增加至20,P(M10)緩慢上升,即找水工作的頻次有所增加,開源任務比較艱巨。在應急預案中相較與節水措施的開展,開源任務是抗旱應急處置流程的主要手段,如盡快地調取各水庫的應急水源,完成打井、洗井、脫鹽堿等系列取地下水和適時地人工增雨。而其余狀態的穩定概率迅速下降,其中P(M3)下降最為明顯,說明P(M3)對應的變遷T4(啟動巴彥淖爾市Ⅳ級應急響應預案)和T18(旱情信息反饋)隨著啟動應急響應預案速率的增加而處理速度加快。即在觀察階段,如果監測時間逐漸變長,農業旱情信息的準確度就會提高,如干旱范圍、干旱程度等,有助于各部門啟動精準的應急預案,迅速加入各應急工作組,合理分配組內任務,這樣不僅有利于后續應急抗旱工作的有序開展,也能夠減少地下水資源的過度開采,防止巴彥淖爾市的農業種植環境進一步惡化。

通過進一步分析發現,系統運行時間和處置環節的頻次呈負相關,即隨著處置環節頻次的加快,系統運行時間不斷縮短。由式(5)計算可知,當啟動應急響應預案關鍵環節的實施速率λ4在0～20之間變化時,系統的平均運行時間也在變化,結果如圖7所示。

圖7 關鍵環節的實施速率λ4 變化時平均應急處置時間的變化

隨著λ4逐漸增大,系統平均運行時間在減少,但時間的變化率卻在不斷下降。即表明在農業抗旱應急處置流程中,提高應急響應預案的啟動效率,整體的運行時間將逐漸減少,但其變化幅度逐漸降低。當λ4≥16時,此時時間的變化率下降已不明顯,說明隨著關鍵環節處置效率的進一步提升,應急抗旱總時間的下降幅度已微乎其微。因此,可以確定應急預案的啟動時間為1/15(d)時抗旱應急總時間為9 d,比實際應急救援時間又縮短了約2.5 d。

5 結論

本文在現行應急管理體制下,從協同的角度出發,針對農業抗旱應急管理中多部門參與的特點,建立了多部門協同農業抗旱應急處置流程,明確了各部門的應急任務、多部門間的協同過程,例如在啟動預案后,抗旱現場組的農牧局和水利局必須到現場分別做實地勘察和技術指導,隨后物資協調組根據受災地抗旱現場組一線的反饋情況,開展后續工作。雖然已有研究提出了多部門協同的應急管理體系,如4個任務小組的合作式洪災救援應急管理[10],政府-事企單位-服務組織的多主體合作極端旱災應急管理[24],但并沒有針對災害應急的特點,明確具體的應急工作流程,給出應急過程中每個主體的參與順序和具體執行內容。

本文在應急處置流程的隨機Petri網基礎上進行了仿真,分析系統的性能,并考慮環節處置效率對整體應急時間的影響,確定了關鍵環節,從系統時間變化率角度考慮邊際效益,確定關鍵環節的處置時間。雖然已有學者利用SPN 模型研究了應急管理處置流程,如利用SPN 方法構建的2008年汶川大地震應急決策流程[25],基于廣義隨機Petri網模型的工程突發事故應急處置流程[26]。但是這些研究大多是在系統性能分析的基礎上提出其中部分環節的改進建議,并沒有進一步確定關鍵環節及其處置時間。

本文基于現行應急管理體系,從信息流的角度,基于OODA 分析整個農業抗旱應急管理流程。在此基礎上,建立了多部門協同農業抗旱應急處置流程,構建了隨機Petri網的多部門協同農業抗旱應急處置流程仿真模型,通過同構馬爾科夫鏈分析系統的性能,并以內蒙古巴彥淖爾市為例,分析農業旱災應急處置的效率,確定關鍵環節及其處置時間。得出如下研究結論:

(1)本文建立的多部門協同農業抗旱應急處置流程可以縮短應急總時間。按照農業抗旱應急的需求,從協同的角度將參與部門重新組織成7個應急小組,建立了多部門協同農業抗旱應急處置流程,基于隨機Petri網構建模型,驗證了該流程不存在無法執行的環節。以巴彥淖爾市2018年的抗旱應急為例,抗旱時間從半個多月縮短約11.5 d。通過系統性能分析,信息發布是容易造成信息堵塞的環節,尋找應急水源是最耗時的環節。

(2)提高關鍵環節的應急處置效率,將進一步提高應急抗旱的效率。以巴彥淖爾市為例,對抗旱應急總時間影響最大的啟動應急預案是關鍵環節,將該環節的平均實施時間縮短為1/15 d,可以將巴彥淖爾市抗旱時間進一步縮短2.5 d。