突发事件应急救援变结构共生仿真方法研究

Making decision timely is critical in emergency rescue. However, in the phase of emergency response, the parameters of the event and its related systems are varying, specially, the structure of those systems, such as the component set and the relation among those components, are varying. It is very difficult to make decision in the emergency situation. This project will propose a new simulation-based decision support paradigm named variable structure symbiotic simulation. Thus, we can identify the change of parameters and structure in the real systems, and then trigger the process of online calibration of parameters and the reconstruction of model system. This project will tackle the key problems in the paradigm, include: ① Based on the case study of emergency rescue in reality, we will get the basic mechanism of variable structure system. ②We will propose the methods of online calibration of parameters based on dynamic data, agent-based model systems capable of dynamic coupling, and dynamic model reconfiguration methods. ③ We will develop the theory of similarity for variable structure systems, and study methods ensuring the consistency between real system and simulation system. ④ We will build a symbiotic simulation system for emergency rescue in public healthy event and validate the proposed methods. This project will provide theory for manage and control of variable structure systems, and extend the application prospect of simulation.

突发事件一旦爆发，及时制定科学合理的救援策略非常重要。然而在应急救援过程中，不仅突发事件与相关系统的参数会动态变化，更重要的是，突发事件与相关系统的结构也会发生变化，即系统构成要素以及要素之间的关系也会变化，制定救援决策面临很大困难。本项目提出变结构系统共生仿真模式，根据实际系统的动态数据识别系统的参数变化和结构变化，驱动仿真系统进行参数调整和模型重构。本项目研究变结构系统共生仿真的关键理论和方法：①分析突发事件应急救援实例，提炼变结构系统参数变化和结构变化规律。②研究利用动态数据进行在线参数标定的方法，提高仿真系统参数的准确性；发展基于多Agent的动态结构模型，研究模型动态重构方法。③提出变结构系统相似理论，研究保持仿真系统与现实系统一致性的方法。④以公共卫生事件应急救援为实例，开发共生仿真系统，验证理论、方法的有效性。项目将为变结构系统的管理与控制提供理论基础，拓展仿真的应用范围。

突发事件一旦爆发，将严重影响人民的生命和财产安全，对社会秩序造成严重冲击。突发事件应急救援过程中，突发事件与相关系统的参数、结构都会发生变化，救援决策面临很大困难。如何对具有参数变化和结构变化特征的系统建立模型，基于仿真进行决策，是一个重要的理论问题，也具有广泛的应用价值。.项目组对突发事件应急管理过程进行调查，提出应急管理动态耦合体系。对其中的不确定性，定义了不确定分布特征函数，提出分布拟合的有效性检验方法。针对不确定变量分布函数，提出并证明了两个不确定中心极限定理。针对目标函数相关的不确定多目标规划问题，设计了在期望-方差准则下的有效求解算法。.在变结构系统仿真理论方面。项目组提出面向组合的M&S框架，形式化定义语境以及基于语境的可组合性判定概念，构建不同I/O规范层次的可组合性判定准则。基于MAS观点提出可重构系统模型，用面向对象Petri网描述可重构系统的初始结构和行为，用π-演算分析和验证系统的动态重构行为。为降低仿真优化所需的仿真次数，提出了基于广义回归神经网络的仿真优化算法。为求得仿真函数的全部局部极值点，提出了基于适应值曲面分析的新算法。.针对现实系统与仿真系统的一致演化问题，首先建立了基于最短路问题的优化模型，设计了基于迭代求解的数据约简算法。系统重构需求产生后，采用π-演算对系统重构过程建模，描述Agent的加入、移除、更新、调整过程。采用认知方法，基于流量预测，建立虚拟网络拓扑重构模型，提出启发式优化算法，解决了系统拓扑动态重构问题。.采用变结构系统仿真理论开发了恐怖袭击事件多Agent仿真系统。建立恐怖分子和平民的微观模型，提出以感知风险为核心的平民行为框架。对典型的公共空间恐袭场景进行仿真，揭示了多种因素对伤亡后果的影响。.项目组建立了较完整的变结构系统仿真理论与方法，可应用于许多具有结构变化特征的系统，如智能制造、信息物理融合系统、物流与供应链、指挥控制系统等，有广阔的应用前景。