針對突發事件應急決策和資源調度系統的實現

湛黃涵，馬少聰，譚豪

（南華大學計算機學院，湖南衡陽，421001)

關鍵字：資源調度；應急決策；突發事件；案例推理

0 引言

本系統通過對突發案例進行推理和類比，使用遺傳禁忌搜索混合優化策略（GATS），對突發事件決策與資源調度進行處理，使得相關部門在應對突發事件時，能夠根據系統方案進行合理、便捷、快速處理。

1 問題描述

1.1 任務目標

當遭遇突發事件時，該系統能迅速獲取事件信息，并及時對比相似案例，分析得出最佳應急決策；通過決策進行資源的合理、便捷調度；最后能夠進行事故應急分析與解決方案的保存，以供以后借鑒使用。

1.2 需求描述

突發事件應急決策與資源調度系統指在遭遇突發事件時，系統能夠迅速分析對比相似案例，通過相似案例作出較為合理、快捷的應急決策，同時統計相應的應急物資數量、種類、需求量等，對當前所有應急物資進行調配、分發，根據各個地區的突發事件的具體情況，作出應急決策，首先進行應急物資物資量的分配，然后進行物資運輸路線的規劃以及人員的調配；當運出物資即將達到最大限度時，該系統將會進行預警，警告指揮人員物資庫已經達到最大限度，需要對物資進行補給；事故處理完畢后，進行案例錄入，并能夠實現應急案例重演，對其進行分析。

2 系統總體結構

2.1 系統技術介紹

網關檢測：排除掉非法訪問數據，防止受到黑客的攻擊。為了避免一些非法訪問，需要提升系統的健壯性，保證能夠承受住爬蟲讀取數據。

網頁技術：利用Spring技術進行協作。進行技術支持保證這個系統實現起來方便和簡單。使得這個更加可以具有靈活性。使用框架Spring可以減少代碼的耦合性，并且使用vue前端保證前后端分離減少代碼量。

存儲：redis和mysql兩個進行保存數據。其中redis目的是保存一些東西，保存一些認證消息。這個需要短時間內需要保存的東西，而且需要短時間的內反映的數據，快速保存在這個東西里面。mysql是對于數據的永久保存，需要對于每一個突發災害的進行一定的保存。包括對于每一次突發災害進行的方案進行保存，方便這個數據經行進入大數據分類學習。

大數據：spack系統我們進行保存，應用系統給做好數據保存。讀取數據庫倆面的東西然后進行模型選擇然后進行讀取，預備好一些模型，然后自動化訓練。

圖1 系統結構示意圖

2.2 系統運行環境介紹

2.2.1 本平臺的硬件環境如下

客戶機：普通PC;CPU：P4 1.8GHz以上;內存：4G以上;能夠運行IE5.0以上或者Netscape4.0以上版本的機器;CPU：P4 2.0GHz;內存：1G以上;硬盤：80G以上;網卡：千兆。

2.2.2 本平臺的軟件環境如下

服務器類型：Tomcat 8.0及以上版本;網絡類型：局域網;存儲容量：內存容量：4G或以上內存；外存容量：30G以上。

2.2.3 其他要求

操作系統：Windows;Web瀏覽器：IE8.0以上或者Firefox2.0;開發平臺：IDEA平臺、PyCharm;開發語言：Java、Python、前臺頁面使用html、js腳本、jquery等;數據庫：MYSQL、hadoop。

3 系統功能模塊詳細設計

本突發事件應急決策與資源調度系統主分為登錄、應急決策、應急資源調度（1.物資分配計劃，2.路線規劃）、事故分析（1.事件重演，2.案例保存，3.智能倉儲）、經典案例和突發事件熱力圖等功能。

圖2 功能結構圖

其中登錄界面主要包括系統和注冊和登錄的功能；應急決策界面主要是供用戶傳入相關突發事件的詳細信息，返回系統制定的最佳決策，用戶可以在線或下載案例決策的詳細內容；應急資源調度界面分為物資分配和路線規劃，系統根據突發事件地點所需物資和周圍地區物資進行統籌，并通過路線規劃功能計劃出最佳運輸路線，從而幫助提高運輸效率；事故分析界面分為事件重演、案例保存和智能倉儲功能，事件重演通過物理模型還原案件，案例保存將案例存儲到案例庫中，智能倉儲則負責對各個倉庫的物資進行合理的調整；經典案例負責推薦調用最為頻繁的案例；突發事件熱力圖則戰象突發事件事發地的受災程度。

3.1 應急決策功能

系統在突發事件發生后，會首先獲取國家或當地政府對此次突發事故的危險等級認定，然后根據突發事件的大致信息來分析本次突發事件的具體類型，然后將本次突發事件的具體情況和數據信息傳入突發事件應急決策與資源調度系統，然后系統根據案例推理（CBR）算法和規則推理（RBR）算法，自動將本次突發事件的具體信息與以往的突發事件案例進行對比，從而檢索案例庫并從中檢索出最為相似的案例。最后，系統通過參考最匹配案例的解決方案來生成一個決策來解決當前發生的突發事件。

其中，案例推理（CBR）算法指從過去的突發事件案例中獲取特定的知識，并利用它來解決突發事件的算法。案例推理一般包含四個過程：檢索、重用、修改、保存。（檢索采用改進型K最近型算法）

而規則推理（RBR）算法是將相關領域的專家知識規則化描述出來，構建專家規則系統，根據專家規則系統形成推理機，在解決實際突發事件時利用推理機來模仿專家解決該突發事件的推理能力。

3.2 應急資源調度

3.2.1 根據應急決策來得出突發地區的物資分配計劃

在系統生成應急決策過后，系統就會參考此決策中的關于解決本次突發事件所需要的應急物資的種類和數量以及本次事故的發生所在地從而確定對各個地區的物資分配計劃。

該算法為一種組合算法，利用遺傳算法和禁忌搜索算法作為子算法，結合長處而組成了GATS混合優化策略。一方面禁忌搜索算法對全局進行逐步優化，另一方面，遺傳算法是基于概率分布機制的隨機搜索優化算法，兩者結合有利于豐富優化過程中搜索行為，增強全局和局部意義下的搜索能力和效率，能夠為路線規劃提供便利。

圖3 物資分配界面圖

3.2.2 參考物資分配計劃以及資源調度情況來對物資的配送進行路線規劃

物資配送的路線規劃首先要進行路線選擇，首先劃分各個路段車流量，并對每一個路段的車流量進行一定的分析得出這個路段的高峰期，同時根據物資起始地點和終止地點，根據車的速度，通過GATS混合優化策略得出一個良好的路線規劃。一方面禁忌搜索算法對全局進行逐步優化，另一方面，遺傳算法是一種隨機搜索優化算法，兩者結合有利于豐富優化過程中搜索行為，增強全局和局部意義下的搜索能力和效率，能夠為路線規劃提供便利。

圖4 路線規劃界面圖

3.3 事故分析功能

3.3.1 事件重演

當處置完突發事件后，用戶可以從平臺中將該突發事件的相關信息和處理方案錄入到系統中，如突發事件嚴重等級、發生地點、使用物資數目等，用戶可以在平臺內置地圖中查看所有突發事件的具體位置，從而對本次突發事件進行重新演示，在這個過程中也能發現本次事故的處理方法的好處與不足，以便以后再次有突發事故發生時可以避免一些不必要的損失。

3.3.2 案例保存

在錄入突發事件事故信息的同時也將本次對于本種類型的突發事故的處理的解決方案保存到案例庫中，這樣每一次進行案例推理的時候，案例庫的中的案例就會增多，從而提高系統提供的解決方案的準確性和精準性。

圖5 案例保存界面圖

3.3.3 智能倉儲

在系統分配完物資調度計劃和路線規劃后，倉庫就可以迅速地做出反應，將相應的物資進行合理地配置，從而提高車輛裝載的效率，幫助節省貨物運輸時間。

3.4 經典案例

在系統的案例庫中，每一次作出決策后的案例都會存入數據庫，并且管理員會對其決策進行不斷地優化，從而能夠更好地幫用戶進行案例和決策推薦。

3.5 突發事件熱力圖

平臺可以根據突發事件事發地的相關信息，生成突發事件事故熱力圖，指揮人員可以根據突發事件地理熱力圖掌握事發地的頻率和位置，從而能夠方便以后進行查看和分析，也能夠科學、合理地對應急物資進行配置或有針對性的增加預防措施。

4 結語

本文針對突發事件的處理提出了一套有效的應急決策與資源調度系統。系統基于規則推理算法和案例推理算法得到一套行之高效的突發事件應急處理方案，并通過遺傳禁忌搜索混合優化策略和貪心算法得到最佳的配送路線。除此之外，系統還能夠對倉庫物資管理、對車輛調度分配進行規劃，能夠讓應急物資得到及時使用和充分利用，以減少突發事件帶來的人力、財力損失，從而使得突發事件能夠在短時間內得到解決，將突發事件給事發地、給社會帶來的影響降到最低。