應急響應決策與仿真演練

王紅衛 華中科技大學

應急響應決策與仿真演練

王紅衛 華中科技大學

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.10.003

1　應急響應決策

1.1應急響應決策

應急行動方案制定決策問題是指應急決策者基于當前態勢，根據應急領域知識，為完成識別的應急任務目標集合所制定的落實到各具體職能部門和執行單位的操作層面的行動方案，描述了各具體任務的執行單位、執行時間和資源。

1.2應急響應決策特征

應急決策的決策主體：由來自和代表不同單位的，具有應急管理經驗的專家組成應急指揮團隊。

決策主體特征：

人員動態組成，隨著突發事件發展，團隊成員動態變化；團隊成員來自與不同單位，具有應急決策知識和經驗；

團隊成員具有不同的角色，決策權限和職責；

決策環境特征：

時間緊迫——必須在突發事件造成災難后果前，制定應急行動方案，并組織實施；

高度動態性——應急環境動態變化；

資源稀缺——相對與完成的任務，應急資源不足；

心理壓力——非常規突發事件后果嚴重，導致決策者具有心理壓力。

2　層次任務網絡規劃—HTN規劃

2.1HTN規劃

HTN規劃體現了目標驅動的決策行為，能夠建模問題領域過程性知識，是一種用以解決大規模問題的有效技術。

HTN規劃模型是應用最為廣泛的一種自動規劃模型，應用領域包括：生產線調度、危機管理和后勤規劃、航天器規劃和調度等。

輸入：

系統初始狀態：描述規劃初始時刻系統實體狀態。

初始任務網絡：描述應完成的任務集合，及其邏輯關系。

輸出：

行動方案：完成初始任務網絡的行動序列。

任務分解網絡：搜索行動方案過程的任務分解網絡，描述了規劃過程和路徑。

領域知識：

操作符模型：與原子任務對應，描述完成該原子任務的行動的執行前提條件，以及執行完成后對規劃狀態進行轉換的執行效果。

方法模型：與復合任務對應，描述當規劃狀態滿足不同條件時，完成復合任務的不同途徑。

公理模型：描述對規劃狀態信息進行推理的規則，能夠對當前狀態信息進行分析，推理規劃過程中的導出謂詞。

規劃過程：

遞歸地將抽象的復合任務分解成越來越具體的子任務，直到可以通過執行規劃動作就能完成的原子任務為止。

規劃求精步驟包括：

分解復合任務：當任務網絡中存在復合任務時，利用方法模型對復合任務進行分解，從而擴展當前任務網絡；

執行原子任務：當任務網絡中存在原子任務時，選擇操作符模型，執行該任務，對規劃狀態進行更新；

現有HTN規劃器基于特定的領域特征進行設計，包括：UMCP，SHOP，SHOP2，SIADEX，SIPE2，O-Plan2和IxTeT；

HTN規劃已經被用以制定應急疏散方案、森林滅火行動方案、防汛應急行動方案、地震救援方案等應急管理領域。

2.2HTN規劃與應急決策

HTN規劃的適用性：

應急行動方案制定決策問題是一種典型的復雜非結構化問題，傳統的建模優化方法難以在應急決策實踐中應用。

HTN規劃是一種根據預定目標推理并生成動作序列的方法，能夠很好用于求解應急行動方案制定決策問題。

HTN規劃模型在應急決策中應用的問題：

現有HTN規劃器基于特定的目的進行設計，屬于靜態規劃方法，很難適應應急響應領域特征。具體包括：

由于應急決策的時限性，往往具有復雜時態特征；

未考慮規劃過程中的資源調度問題，只能將規劃過程與資源調度過程分成兩個獨立的過程；

如何利用HTN規劃支持多部門共同參與、協同制定行動方案；

應急決策執行、環境的不確定性。

3　基于HTN的應急行動方案制定

3.1考慮復雜時態特征的HTN規劃

應急領域復雜時態特征：

應急任務之間存在著定量時間約束條件；

應急任務之間存在著時間依賴關系，用偏序關系進行表達和處理，即定性時間約束關系；

應急任務執行具有過程性特征；

事件目標具有時限條件。

應急決策方式：在規劃過程中利用偏好信息指導行動方案搜索過程展開；同時，在規劃過程任意時刻作出響應，輸出當前優化的行動方案。

3.2考慮資源約束的HTN規劃

現有研究將HTN規劃和資源調度獨立成兩個連貫的過程。先選擇和組織出應急行動方案中的任務序列，再通過數學模型完成資源和時間上的分配。

應急管理中方案制定和資源分配高度耦合，需要在HTN規劃任務分析和推理的過程中動態的進行資源和時間的分配。

在HTN規劃中，能夠推理資源在時態上的變化過程，來實現資源規劃。

層次資源推理機制：

采用多時間軸技術，為每個資源配置屬性建立一個本地資源時間軸以實現HTN規劃中的資源描述。

資源約束傳播加速算法：

通過一致性檢驗，修剪HTN規劃中資源變量和時間變量的值域來加快層次資源推理的處理速度；

驗證當前任務相關變量集合與所有變量之間的一致性；

對于單容量資源，檢驗時間一致性；對于多容量資源，檢驗時間一致性和資源一致性。

3.3多部門分布式協作規劃問題

傳統研究：各決策主體單獨制定自己的方案，然后再統一協調。

特征：多應急任務；并行的規劃過程；實時資源沖突。

協作規劃過程：處理應急資源沖突，考慮應急任務截止時間。

特征：合作（復合）應急任務；串行的規劃過程；行動時間調度；非全局累加的執行時間。

3.4不確定環境下的HTN規劃

應急領域知識不完備：難以針對不同的突發事件的應急態勢，快速描述完備的領域知識。

應急行動不確定：應急行動易受到多種不確定因素影響導致不確定的行動結果發生。

應急時態不確定：應急行動易受到多種不確定因素影響導致應急行動的完成時間不確定。

應急方案執行過程不確定： 由于應急響應環境的開放性和風險性特征，應急行動方案的實際執行過程往往與方案制定過程原有的設定不相符。

應急行動的持續時間不確定：動作開始時間和結束時間之間的間隔無法提前確定。

考慮動作執行時間不可控和受限的資源，能夠生成具有一定柔性的應急行動方案。

受災環境的復雜性，存在部分應急環境信息事先是不可觀的。

考慮不可控持續時間和部分可觀情況下的條件時態規劃方法。

4　應急演練仿真平臺

應急演練是指各級人民政府及其部門、企事業單位、社會團體等（以下統稱演練組織單位）組織相關單位及人員，依據有關應急預案，模擬應對突發事件的活動。應急演練是應急管理工作中的重要環節，是訓練處置流程、提高組織協調能力、發現應急工作薄弱環節的重要手段。

應急演練形式：實戰、桌面或實戰桌面結合。

應急演練規模：局部、區域或全國。

應急演練內容：單項演練、綜合演練。

應急演練對象：現場操作人員、現場指揮人員、高層指揮人員。

應急仿真演練可以根據不同類型的突發事件和訓練需求，構建虛擬的應急情景，對應急處置人員進行常態化、多樣化的應急演練，并對其應急指揮能力進行實時和動態的評估。

應急仿真演練是利用計算機模擬災害發生、災害演化等應急情景，并在計算機輔助下進行桌面練習和討論，實現對應急指揮過程的演練，可以訓練各級決策與指揮人員、事故處置人員，發現應急指揮或處置過程中存在的問題，檢驗和評估應急預案的可操作性和實用性，加強各部門協調能力和應急能力，使應急演練科學化、智能化。

5　結束語

應急響應決策是典型的非結構化決策問題，具有協作性、動態性和時效性等特點，很難用單一的數學建模和優化方法來解決。

HTN規劃是一種通過任務分解的方法實現行動選擇和組織的智能規劃方法，它體現了目標驅動的決策行為，是解決應急響應決策問題的一種方法。

結合應急響應決策的特點，還需深入研究HTN規劃方法，使之能夠解決實際問題。

如何通過應急協同決策綜合模擬訓練，以提高應急決策人員的應對能力，需要研究人員進一步關注。

本文節選自十一期《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》作者演講內容

鏈接：《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》由國家水運安全工程技術研究中心、武漢理工大學和中國水運報社主辦，交通安全信息應急技術國家工程實驗室、國家道路交通管理工程技術研究中心、交通運輸部內河智能航運協同創新平臺、交通運輸部長江航運技術研發中心、長江黃金水道綠色與安全協同創新中心、中國遠洋運輸（集團）總公司技術中心、長江海事研究中心協辦。每月舉辦一次，邀請國內外在交通安全領域具有較高學術影響和管理水平的學者、管理專家作為演講專家。