基于泛在網(wǎng)信息的城市應(yīng)急疏散決策研究

溫伯威，王超峰，2，劉瑞雪，管大鵬

（1.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州4 50052；2.73603部隊，江蘇 南京 210049；3.78155部隊，四川 成都 610036；4.96126部隊，遼寧 沈陽 110033）

近年來，突發(fā)事件頻繁發(fā)生，2008年5.12四川汶川特大地震，2010年8.7甘肅舟曲特大泥石流事件，2012年河北趙縣化工廠爆炸并導(dǎo)致氨氣泄漏事件，2013年6.3吉林德惠禽業(yè)公司特大火災(zāi)事故。這些突發(fā)事件不僅給人們造成了巨大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失，而且還給人們帶來了嚴重的心理創(chuàng)傷。天災(zāi)人禍不可避免，如何最大限度地減少突發(fā)事件造成的人民生命財產(chǎn)損失是擺在決策者面前的重要課題［1］。城市應(yīng)急疏散作為應(yīng)對突發(fā)事件的重要手段越來越受到重視，應(yīng)急疏散決策的合理性和科學(xué)性直接關(guān)系著人員疏散的成敗。

應(yīng)急疏散信息是決策者做出城市應(yīng)急疏散決策的基礎(chǔ)。在城市應(yīng)急疏散決策過程中，實時、動態(tài)疏散信息對決策結(jié)果有著至關(guān)重要的影響。近年來，在互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的共同推動下，社會化的泛在網(wǎng)逐漸形成，獲得實時動態(tài)的疏散信息變成了現(xiàn)實。如何將這些實時動態(tài)的疏散信息應(yīng)用于城市應(yīng)急疏散決策，提高決策的時效性和效率，對減少突發(fā)事件造成的人員傷亡與財產(chǎn)損失具有十分重要的意義。

1 城市應(yīng)急疏散決策分析

突發(fā)事件具有突發(fā)性、不確定性、破壞性、衍生擴散性、社會性［2］。應(yīng)急疏散是指在突發(fā)事件發(fā)生后，在最短時間內(nèi)將受影響區(qū)域內(nèi)的人員轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域［3］。突發(fā)事件面前時間就是生命，城市應(yīng)急疏散決策的出發(fā)點是縮短疏散各個環(huán)節(jié)尤其是疏散轉(zhuǎn)移的時間。決策者獲得的信息量越大、質(zhì)量越高，決策過程中的未知因素和不確定性因素越少，所作決策的合理性和科學(xué)性更強。應(yīng)急疏散信息具有以下特征：信息的突發(fā)性、信息的時效性、信息的海量性、信息的復(fù)雜性以及信息的不均衡性［4］，這些特點決定了城市應(yīng)急疏散決策是典型的非結(jié)構(gòu)化決策問題。

城市應(yīng)急疏散決策涉及到公安、消防、人防、應(yīng)急、醫(yī)療、交通、地質(zhì)等眾多部門，決策者需要綜合運用這些部門的信息，了解突發(fā)事件現(xiàn)狀、預(yù)測發(fā)展趨勢，城市應(yīng)急疏散決策如圖1所示。應(yīng)用于城市應(yīng)急疏散決策的信息可以分為兩類：城市基礎(chǔ)地理信息和應(yīng)急疏散專題信息。傳統(tǒng)的城市應(yīng)急疏散決策多是基于城市靜態(tài)地理空間環(huán)境信息開展的［5－7］。城市應(yīng)急疏散決策對地理空間數(shù)據(jù)的時效性要求較高，現(xiàn)實世界的變化信息如動態(tài)交通流信息、救援車的狀態(tài)信息、突發(fā)事件的動態(tài)發(fā)展信息不能較好地應(yīng)用于城市應(yīng)急疏散決策，事實上這些信息對應(yīng)急疏散有著至關(guān)重要的影響。例如，在應(yīng)急疏散路徑規(guī)劃過程中，某條路徑是理論上的最佳應(yīng)急疏散路徑，但這條路徑上出現(xiàn)了嚴重的交通擁堵，如果在應(yīng)急疏散決策過程中不能獲得這一信息并應(yīng)用于疏散決策，所做出的疏散決策是不合理的。城市環(huán)境的復(fù)雜多變性決定了城市應(yīng)急疏散決策的復(fù)雜性，在復(fù)雜多變的城市環(huán)境中，決策者需要掌握更多的信息以支持更為科學(xué)合理的決策。

圖1 城市應(yīng)急疏散決策示意圖

2 泛在網(wǎng)

2.1 泛在網(wǎng)的概念及特點

隨著無線寬帶（Wi－Fi）、射頻識別（RFID）、二維碼、信息傳感以及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)等信息通信技術(shù)的發(fā)展，“無所不在”或“泛在”的通信理念日益凸顯，“泛在”將成為信息社會的重要特征，人與人、人與物乃至物與物之間進行通信的美好愿景逐步走向現(xiàn)實［8］。泛在網(wǎng)把對物理世界的感知、認識、影響和控制與計算機系統(tǒng)進行最自然的融合，實現(xiàn)物理世界、數(shù)字虛擬世界和人類感知的高度統(tǒng)一，形成完整的物理信息融合系統(tǒng)。

“泛在網(wǎng)”（ubiquitous network）即廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)，最早是由日本野村綜研所在泛在計算概念基礎(chǔ)上提出的。FTTP、IPV6、3G、藍牙、Wi－Fi、RFID等技術(shù)構(gòu)成了泛在網(wǎng)的重要組成技術(shù)（見圖2）。泛在網(wǎng)以無所不在、無所不包、無所不能為基本特征，以實現(xiàn)在任何時間、任何地點、任何人、任何事物都能順暢地通信為目標(biāo)。基于環(huán)境感知、內(nèi)容感知的能力，泛在網(wǎng)為個人和社會提供了泛在的、無所不含的信息和服務(wù)。

圖2 泛在網(wǎng)的重要組成技術(shù)

2.2 泛在網(wǎng)對城市應(yīng)急疏散決策產(chǎn)生的影響

泛在網(wǎng)將對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要影響，它將深刻改變信息的獲取、存儲、傳輸、處理和應(yīng)用的方式。泛在網(wǎng)環(huán)境中，數(shù)據(jù)獲取不再是某個行業(yè)的“專利”，人人都可以成為信息的獲取者和使用者。按照Goodchild（2007）的說法，每一位地球公民本身就是一個主動傳感器，既能主動獲取當(dāng)?shù)匦畔ⅲ帜苤鲃訉⑿畔鞅槿颍?］。例如，每個人都可以借助手機或者網(wǎng)絡(luò)將所見所聞以微博的形式發(fā)布出去，表現(xiàn)形式可以是文字、圖片、視頻，由于微博是以廣播方式傳播信息的，因此，每名網(wǎng)友都可以隨時隨地在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽他人發(fā)布的信息，獲取并利用對自己有價值的信息。信息獲取手段和方法的改變直接影響著所獲得的信息量，隨著各種類型傳感器的出現(xiàn)和發(fā)展，人們所獲得信息量越來越大，已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時代。

泛在網(wǎng)的出現(xiàn)將會縮短空間數(shù)據(jù)的更新周期，大大提高空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。城市應(yīng)急疏散決策正是對空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性要求較高的事務(wù)，空間數(shù)據(jù)的時效性直接影響著應(yīng)急疏散決策結(jié)果。城市應(yīng)急疏散過程中考慮首要因素便是交通狀況，而交通狀況與時間密切相關(guān)，對于同一條道路而言，不同時刻的交通狀況是不同的。通過遍布城市各個角落的傳感器感知（如視頻監(jiān)控、車載GPS、智能手機）交通狀況，獲得交通狀況的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過泛在網(wǎng)絡(luò)傳至數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進行處理，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)組織這些實時動態(tài)數(shù)據(jù)。綜合利用泛在網(wǎng)所獲得的實時動態(tài)交通信息，實現(xiàn)應(yīng)急疏散預(yù)案的動態(tài)調(diào)整，使得應(yīng)急疏散決策更貼近現(xiàn)實。

3 城市應(yīng)急疏散決策概念模型設(shè)計

在分析城市應(yīng)急疏散決策特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市應(yīng)急疏散的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計了基于泛在網(wǎng)的應(yīng)急疏散決策概念模型（見圖3）。模型從邏輯上分為5層，分別是泛在感知層、泛在網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用模型層、決策應(yīng)用層。這5層是有機聯(lián)系的整體，泛在感知層與泛在網(wǎng)絡(luò)層是模型的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用模型層是模型的核心，決策應(yīng)用層是模型的最終目標(biāo)。泛在感知層主要利用智能終端及設(shè)備如智能手機、視頻監(jiān)控、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、射頻標(biāo)簽等實現(xiàn)對城市應(yīng)急疏散環(huán)境信息的實時感知獲取。泛在網(wǎng)絡(luò)層主要利用傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在現(xiàn)實世界與虛擬世界的自由高效傳輸。數(shù)據(jù)處理層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表達、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析等功能。應(yīng)用模型層是為了解決具體的領(lǐng)域問題而建立的數(shù)學(xué)模型，可以彌補有效GIS空間分析功能的不足。應(yīng)用模型主要包括火災(zāi)模型、洪水淹沒模型、地質(zhì)災(zāi)害模型、毒氣泄漏模型等，決策者可以根據(jù)決策需要建立相應(yīng)的領(lǐng)域模型，模型所需的數(shù)據(jù)除了城市基礎(chǔ)地理環(huán)境數(shù)據(jù)外，還包括泛在感知層所獲取的實時數(shù)據(jù)。決策應(yīng)用層主要包括應(yīng)急救援、應(yīng)急疏散路徑規(guī)劃、應(yīng)急指揮調(diào)度等功能。不同突發(fā)事件的處理方式是不同的，例如，洪災(zāi)時需要將人員轉(zhuǎn)移至地勢較高的區(qū)域，而火災(zāi)時只需將人員疏散至空地、廣場、城市綠化帶即可而不需進行大規(guī)模的轉(zhuǎn)移。因此，決策者需要根據(jù)突發(fā)事件的類型和性質(zhì)，依托相應(yīng)的應(yīng)用模型完成應(yīng)急疏散決策。

圖3 基于泛在網(wǎng)的應(yīng)急疏散決策概念模型

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

泛在感知層為決策者提供了海量的實時動態(tài)應(yīng)急疏散數(shù)據(jù)，以一個部署了2000個攝像頭的城市為例，假定每個攝像頭每秒壓縮視頻數(shù)據(jù)量為1M比特，則每分鐘產(chǎn)生120G的視頻錄像。因此，泛在網(wǎng)支持下的城市應(yīng)急疏散數(shù)據(jù)屬于典型的大數(shù)據(jù)，具有大數(shù)據(jù)體量巨大（volume）、多種多樣（variety）、高速變化（velocity）、真實質(zhì)差（veracity）的特征［10］。在城市應(yīng)急疏散決策過程中，所用到的信息量是很小的一部分，對于決策者而言大部分數(shù)據(jù)是沒有用的，如何從城市應(yīng)急疏散大數(shù)據(jù)中快速檢索出有價值的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進行深層次的數(shù)據(jù)分析挖掘是決策者需要解決的問題。

大數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)的傳輸、存儲、處理以及利用形成了巨大挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)往往以數(shù)據(jù)流的形式動態(tài)、快速地產(chǎn)生，具有很強的時效性，決策者只有把握好對數(shù)據(jù)流的掌控才能有效利用這些數(shù)據(jù)［11］。因此，城市應(yīng)急疏散大數(shù)據(jù)需要利用寬帶傳輸技術(shù)減少傳輸花費的時間，增強數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)是存儲在單一服務(wù)器或者是服務(wù)器集群上的，顯然這樣的存儲方式滿足不了存儲城市應(yīng)急疏散大數(shù)據(jù)的需求，云技術(shù)的發(fā)展為大數(shù)據(jù)存儲提供了一種有效方案，決策者可以將數(shù)據(jù)存儲在云平臺上。城市應(yīng)急疏散大數(shù)據(jù)需要綜合利用數(shù)據(jù)去噪、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，過濾掉“垃圾數(shù)據(jù)”，獲得對應(yīng)急疏散決策有價值的數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)的可視化表達

泛在網(wǎng)解決了城市應(yīng)急疏散決策過程中實時動態(tài)信息不足的問題，但是，泛在網(wǎng)獲得的海量數(shù)據(jù)并不能直接提供給決策者。城市應(yīng)急疏散數(shù)據(jù)包括大量半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于決策者而言是抽象的，難以理解的，需要用一種直觀、易于理解的方式將數(shù)據(jù)所蘊含的信息傳遞給決策者，可視化正是直觀反映數(shù)據(jù)內(nèi)在信息的有效手段。

半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過處理形成對應(yīng)急疏散決策有用的信息，如通過分析視頻監(jiān)控錄像得到每條道路以及路口的交通狀況信息，利用可視化技術(shù)將實時交通狀況信息以地圖符號的形式表達在城市基礎(chǔ)地理圖上，向應(yīng)急疏散決策者展現(xiàn)直觀的城市交通狀況信息。

5 結(jié) 論

泛在網(wǎng)為決策者獲取實時動態(tài)的城市應(yīng)急疏散信息提供了一套可行性方案，本文就泛在網(wǎng)在城市應(yīng)急疏散決策中的應(yīng)用進行了初步探索，設(shè)計了基于泛在網(wǎng)的城市應(yīng)急疏散決策模型。泛在網(wǎng)在城市應(yīng)急疏散決策中的應(yīng)用還有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決，如通過泛在網(wǎng)獲得多源異構(gòu)數(shù)據(jù)如何融合、如何從網(wǎng)絡(luò)上快速提取城市應(yīng)急疏散文本信息。隨著泛在網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展和逐漸成熟，基于泛在網(wǎng)信息的城市應(yīng)急疏散決策一定會走向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域。

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