復雜工程突發事件應急響應情報分析框架

王婉，滕佳穎，程子軒，張小龍

（1.吉林建筑大學經濟與管理學院；2.吉林大學管理學院）

構建特征融合的應急情報融合框架，為復雜工程突發事件的應急響應決策提供依據。

1 引言

目前，我國正處于城鎮化建設的關鍵時期。由于多變的環境及致險因子的多維關聯性，復雜工程中突發事件頻發易導致重大的人員傷亡和財產損失。為避免此類事件發生，或在事件發生時對事件的性質及時研判，可以有效控制突發事件的發酵與蔓延。在大數據環境下，雖有海量數據通過融合方式作為數據資源輔助管理決策，但缺乏針對多源異構的工程信息進行應急決策層面的有效的知識融合。面向復雜工程突發事件應急決策全生命周期的信息需求進行突發事件大數據知識融合是提升復雜工程突發事件的應急決策力的有效途徑。基于此，本文提出構建一個面向知識服務的復雜工程突發事件應急響應情報分析框架，以提升復雜工程過程中突發事件的快速響應能力，為突發事件應急決策提供有效支撐，最大限度地降低突發事件導致的各項損失。

2 國內外研究述評

2.1 復雜工程突發事件述評

復雜工程突發事件[1]是指超出正常資源和組織應對能力的突發事件，以及對健康、生命、財產或環境構成直接風險的情況。國內外學者對復雜工程突發事件應急情報管理體系、情報流程優化及情報理論支撐突發事件應急應用等方面進行了相關研究。

蔣勛等[2]根據面向公眾、救援人員和決策者三類用戶梳理各自對知識庫的需求特征，基于應急響應演化規律，構建了多維視角下應急情報管理體系的知識庫。陳祖琴等[3]提出為了輔助決策主體更好地做出決策，提高應急決策的精度和效度，從情報流程優化的角度出發探討應急決策的生成與優化方法。通過設計突發事件特征詞典、情景庫和策略庫、情景地圖、策略評價模型和策略多目標優化模型，提供情報支持完成應急決策的生成與優化。Xu Zheng等[4]將社交媒體上的眾包用來檢測和分析城市突發事件，提出了知識庫模型的基本定義，包括關鍵詞、模式、肯定句和知識圖，并將時間信息添加到所提出的知識庫模型中來檢測和描述實時城市應急事件。對實際數據集的研究表明，該算法在突發事件的分析和檢測中具有良好的性能。唐明偉等[5]利用本體的概念及關系描述能力，構建本體驅動的突發事件案例知識庫，研究了知識庫的基本結構，從知識表示、知識冗余性和知識相容性角度研究了知識的轉換和存儲問題，并從知識查詢、案例查詢和方案推薦角度研究本體支持下的案例知識利用問題，并強調應用該知識庫可以實現面對新的突發事件時，應急管理人員僅提交事件的特征描述就可以從知識庫中得到事件的推薦處理方案。

2.2 知識融合研究述評

自20世紀60年代世界第一個基于知識的應用系統DENOEAL誕生以來，國際學術界就開始了知識融合的相關研究。知識融合是指從眾多分布式、異購的網絡資源中搜索和抽取相關知識，進行轉換、集成和合并等處理，并產生新的集成化的知識對象[6]。知識融合的處理對象是知識，值得重點關注的不是數據的簡單累積，而是有序的可用于指導實踐的信息[7]。國內外學者主要從框架、算法、評價及應用等方面展開了大量的研究。緱錦等[8]在知識融合的若干關鍵技術研究中提出基于遺傳算法和蟻群算法的知識融合算法，擴展了知識規模，豐富了知識儲備，并采用參數反饋檢驗機制，根據新知識的有效性，控制了無用知識的產生。祝清松、冷伏海[9]提出一種為非相關文獻知識發現的融合建立一套評價方法。A.Smirnov等[10]將融合分布式知識源的知識網絡方法應用于多代理結構及系統分析。總之，專家學者們針對應用層面的研究多集中在面向數字文獻聚合以及網絡文本資源方面，很少將知識融合的情報分析視角應用于復雜工程領域。因此，本文提出以復雜工程突發事件為研究對象，運用情報學中的知識融合視角與方法梳理融合專家經驗知識庫與推理知識庫的情報分析框架，以此來填補該領域的理論基礎研究。

圖1 復雜工程突發事件應急決策情報分析框架

3 復雜工程突發事件應急響應情報分析現狀

復雜工程在多年的實踐作業中，積累了大量的領域知識，其中包括各種標準規范、設計施工手冊、招投標合同和科技文獻等文本性的顯性知識，以及復雜工程案例、專家經驗、相關實驗與仿真分析數據等隱性知識。復雜工程突發事件呈現的多源異構數據的復雜性并非簡單的數據融合就可以有效解決，需要針對大數據環境下復雜系統突發事件的需求信息結構內容與特征，結合復雜工程突發事件的全生命周期，系統地梳理以情報為視角的分析框架，根據各知識庫的關聯與推理規則客觀地支撐突發事件的決策問題。

當前的復雜工程突發事件的研究仍處于數據融合階段。現有研究主要關注復雜工程突發事件的信息融合問題，缺少面向應急決策需求響應的深層次整合應用。同時，多數還停留在解決某一局部決策的層面上，缺乏站在復雜工程突發事件全生命周期視角的系統性分析。在大數據環境下，建立一套以復雜工程突發事件信息需求為基，以知識融合為力，以應急決策為標的知識融合框架，進而快速響應突發事件。

4 復雜工程突發事件情報分析框架

復雜工程突發事件應急決策情報分析框架如圖1所示。

4.1 用戶需求表達

復雜工程突發事件的應急決策尋求的理論依據是從用戶需求出發，以知識組織的形式和規范化為依據進行整體架構與內在邏輯結構的揭示。領域知識服務同樣以用戶需求為首，不同的知識需求對于知識組織的要求不同，復雜工程突發事件的知識服務對象是工程領域的管理與決策人員，但種類和層次是多樣化的。因此，在探究用戶需求時，應把握表現多樣化的知識需求，以適應用戶提出的知識服務要求。

4.2 知識資源規范化表示

知識資源的規范化表示包含信息資源的規范化表示和用戶需求的規范化表示[11]。復雜工程在建設過程中積累了大量的實踐數據，其中包括國際國內標準和行業規范、設計、施工手冊以及科學支撐數據等顯性知識，也包括工程案例、專家經驗及實驗與仿真分析數據等隱性知識。面對這些多源異構的信息資源，首要任務就是通過準備、檢測和清洗對其進行知識的規范化表示，然后進行主題分類和標引形成具有領域知識屬性特征的結構化知識，這是構建面向服務的知識庫的基礎工作，也是建立與用戶需求之間細粒度映射問題匹配的前提條件。

4.3 知識庫構建

應急情報中知識庫的構建是實現面向決策層級知識服務的前提和基礎，也是實現復雜工程突發事件應急決策的核心所在。知識庫中創新知識的產生是要通過關聯、聚類、推理、融合、演繹、歸納等過程形成一個動態優化的過程。本文在學者蔣勛研究成果的基礎上，面向復雜工程突發事件的知識服務將知識庫構建為常識性知識庫、事實經驗知識庫和推理知識庫[12]。常識性知識庫涵蓋了物理傳感器數據、歷史案例數據、國內外標準及行業規范以及通用應急預案等信息資源。事實經驗知識庫是在常識性知識庫的基礎上，通過對案例演化分析挖掘出事實與經驗的細粒度表示，并歸納為滿足應急響應效用的特征描述、方案與評價。推理知識庫是研判觀測事件發展態勢與事實經驗知識庫演化對比，進而推理出下一時刻的應急預案。

5 結語

我國城鎮化建設的進程中，復雜工程突發事件大量涌現，對復雜工程突發事件進行科學合理地及時研判可以有效控制財產損失。本文以情報視角，結合知識融合理論，探究面向知識服務的組織問題是科學、有效的解決方法。從工程領域用戶需求出發，運用情報分析工具構建面向復雜工程突發事件的知識服務整體框架。針對多源異構數據進行處理形成規范化的知識表示，為知識庫的構建奠定良好的基礎。根據關聯匹配原則將用戶需求的問題與知識庫中解空間形成有效映射，以滿足復雜工程全生命周期的階段性應急決策。本文的研究僅從理論框架進行探究，下一步可深入探索復雜工程突發事件應急響應的知識結構等細節問題。