面向社会性突发事件的多范式应急管理网络化建模方法研究

Quantificational analysis and tools are not popular in the research of emergency management of social emergent events nowadays. The approach of Artificial Society still cannot provide a theory basis for the modeling of emergency management. Therefore, it is necessary to find the modeling paradigm for emergency management. Under the instruction of ACP (Artificial Societies, Computation Experiments, Parallel Execution) and Triangular Framework in Public Security Science and Technology, the Multi-Paradigm and Networked Modeling for emergency management is proposed to solve to model the features such as Multi-Fields, Multi-Levels and Networked Self-Organization in real world. The novel modeling methodology is used to study the prediction and intervention of social emergent events. Multi-Paradigm Modeling method transforms the models in respects field to general-property Simulation Formalism in order to satisfy the computational experiments. Networked Modeling gives a general description of social relationship networks and the critical infrastructure, the Multi-Resolution Modeling is used to integrate models in multi-levels. MPI (Message Passing Interface) and GPU (Graphics Process Unit) based Parallel Runtime Infrastructure , using the Activity Model, is proposed to optimize the performance of multi-fields and multi-layers models. The research results will provide a large scale Artificial Society for people to study the emergency management of social emergent events by High Performance Computational Experiments.

当前社会性突发事件应急管理研究缺乏定量的分析研究工具与途径，人工社会的理念依旧没有为应急管理建模提供理论支撑。如何将应急管理研究的问题作为核心，寻找最贴近真实系统的建模方法成为亟需解决的问题。课题基于ACP思想和公共安全三角形模型，针对社会性突发事件应急管理的多领域性、多层次性和网络化社会组织等问题，研究多范式应急管理网络化建模方法，为突发事件预测预警和应急管理措施制定提供理论支持和方法依托。其中利用多范式应急管理建模方法对突发事件和应急管理措施进行领域建模，研究模型变换方法并完成对多领域模型的集成；利用网络化建模方法描述社会组织和应急基础设施网络，研究多分辨率建模方法并完成多层次性模型的集成；研究基于MPI和GPU的双层计算实验运行支撑架构，利用活跃度模型方法优化多领域多层次模型的运行性能。课题研究将为认识和解决社会性突发事件应急管理问题提供建模方法和计算实验平台。

课题属于自然科学基金委管理学部公共安全与危机管理（G0310）方向的青年基金项目，课题于2013年立项，课题执行时间为2014年1月至2016年12月。课题的目标是面向社会性突发事件应急管理的研究需求，研究一种多范式、应急管理网络化建模理论与方法，为建立可高效的应急管理计算实验系统提供支持，进而为研究多场景、多层次、网络化的社会中的突发事件应急管理问题研究提供分析、预测、决策和验证等能力。在该目标的指导下，课题组完成了所有计划的研究内容，包括三个方面，十二个研究内容。第一个方面是多范式应急管理建模方法，研究内容包括面向人工社会的多范式建模方法、面向应急管理的人工社会模型设计与实现以及高平行度的居民建筑虚拟环境生成方法；第二个方面是基于复杂网络的社会关系网络化建模方法，研究内容包括人工社会道路网络建模方法、基于介数的中心性的社会网络度量方法、基于个体说服力的观点交互模型以及面向社会舆情的微信大数据分析方法。第三个方面是应急管理系统高性能应用案例，研究内容包括基于GPU/CPU的计算实验引擎、面向大规模Agent仿真的计算加速优化算法、面向核生化情景的仿真溯源方法、核泄漏场景下的大规模人群步行疏散建模方法以及基于实时大数据的公共安全情景推演框架。.课题组在研究工作的基础上共发表了学术论文21篇（含录用2篇），其中SCI检索8篇，EI检索10篇。获得国家发明专利1项，军队科技进步三等奖1项。培养本科毕业生8名，硕士研究生4名，协助培养博士研究生4名。此外，还开发了人工社会应急管理计算实验平台的工具集一套，能够支持北京市大规模人群疏散仿真、化工园区有害气体扩散与溯源、核生化条件下的扩散与人群疏散仿真等。总之，课题组聚焦在如何在应急管理的范畴内研究统一的人工社会描述方法、公共管理情景推演的计算方法、应急决策分析方法，为社会性突发事件的剖析、反演和管控提供方法支撑和平台集成思路。形成从模型构建到平台实验，从真实世界到虚拟人工系统的迭代回路。