重大自然灾害应急救助预案仿真与模拟技术研究

在自然灾害应急救助管理的"一案三制"中，预案是应急管理的龙头。但目前应急救助预案主要形式为文本预案，无法针对突发灾情快速形成具体执行方案，其可执行性与科学性不能有效性验证，较难满足自然灾害应急决策的要求。本项目针对重大自然灾害应急救助这一复杂决策过程，以文本预案库为基础，采用本体建模方法进行形式化表达，建立数字预案系统；在此基础上，从复杂系统理论出发，利用多Agent建模思想，对应急救助预案相关社会成员（涉灾部门、社会团体、受灾人群等）和自然环境进行多层次多粒度的角色建模，在Agent建模、交互与协调机制、自适应学习与系统进化等方面进行深入研究，形成开放的层级架构，以准确全面模拟不同灾害情景下预案执行的互动过程，形成面向自然灾害应急救助的仿真技术体系，并开发相应计算机原型系统，为自然灾害应急救助预案的更新、修改和演练提供必要的技术支撑，本项目的研究成果将促进非常规突发事件应急管理技术发展。

在本项目资助下，课题组围绕自然灾害应急救助预案数字化、应急救助过程agent行为建模和多agent仿真推演等科学问题展开探索研究，共公开发表论文16篇，其中SCI/EI/ISTP三大索引收录10篇，申请国家发明专利2项，获得软件著作权3项，培养博士研究生1名，硕士研究生3名，本项目的研究成果之一“应急预案数字化管理技术及系统”经过专家评审获得了2013年非常规突发事件应急管理研究重大研究计划的小型集成项目的资助。本项目研究成果已超额完成项目申请时提出的发表学术论文10篇左右，6篇以上被SCI/EI/ISTP三大索引收录的定量指标。本项目研究进展主要体现在如下三个方面：1）建立应急数字化预案管理的理论方法和体系。在收集整理自然灾害救助应急预案以及与相关国家专项应急预案和国务院部门应急预案，并构建自然灾害应急预案文本库体系的基础上，综合采用基于包括表达式、元数据、UML扩展、OWL元模型等在内的本体建模技术，定义自然灾害应急救助预案各个要素的语义元数据并构建自然灾害应急救助预案本体词汇库，实现应急预案的知识管理；然后结合基于框架的知识表示技术，构建了“国家-省-市-县”不同级别的应急救助预案数字化模型，实现自然灾害应急救助预案编制标准规范的数字化；从而建立了“国家-省-市-县”四级联动的应急预案管理的理论方法和技术体系。2）构建了基于Agent的应急救助仿真技术体系，在应急预案数字化模型的基础上，本项目建立从自然灾害应急救助事件对象状态到处理工作流程之间的函数集合，然后利用多智能体建模技术，对应急救助工作进行自上而下的微观建模。在微观上对灾害应急救助工作中不同对象的状态和行为特征进行抽象，并构建包含主控、数据资源、模型、流程方案和预案评估等智能体集合在内的应急预案仿真多智能体复杂系统。利用规则和逻辑推理机制确定应急预案多智能体复杂系统中各个智能体及智能体集合之间的相互作用关系，使不同的智能体之间产生互动，从而实现对救助应急预案进行建模仿真。3）研发了重大自然灾害应急救助预案仿真与模拟原型系统，该原型系统实现了民政救助应急预案的智能化制定、编辑、修改、关联等数字化管理功能，同时通过对自然灾害应急救助过程的模拟仿真，能达到优化完善应救助应急预案的目的。总体来讲，本项目在应急预案数字化管理和应急预案模拟仿真等方面都取得了较大进展，为进一步深入研究提供数据和理论方法基础。