賀國旗 張彧鋒 韓泉葉，

（1.陜西廣播電視大學(xué)資源建設(shè)與現(xiàn)代教育技術(shù)中心，710061，西安；2.中鐵第一勘察設(shè)計集團(tuán)有限公司發(fā)號處，710043，西安∥第一作者，副教授）

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營后，涉及面廣，影響面大，一旦發(fā)生突發(fā)事件，應(yīng)迅速啟動應(yīng)急預(yù)案，轉(zhuǎn)入應(yīng)急處理過程，將事件的影響降到最低，這是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營和管理遵循的原則［1］。但目前城市軌道交通線網(wǎng)中使用的應(yīng)急預(yù)案多以文本和電子文檔為主，信息化程度低，沒有統(tǒng)一的編制格式，在應(yīng)急處置過程中，不能挖掘有效信息并迅速轉(zhuǎn)化為應(yīng)急處置方案［2］。因此，如何表示出讓計算機(jī)也能理解的本體應(yīng)急預(yù)案，并通過檢索、推理等技術(shù)快速生成應(yīng)急處置方案，為有效合理地組織救援單位、救援資源，實(shí)施救援提供智能決策。城市軌道交通線網(wǎng)的本體預(yù)案是描述線網(wǎng)領(lǐng)域概念語意模型的重要手段，其目標(biāo)是捕獲線網(wǎng)領(lǐng)域知識，提供對線網(wǎng)領(lǐng)域知識的共同理解，確定線網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯。

1 城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案包含了事件應(yīng)急處理的所有規(guī)則和原理，以及處理流程的框架知識，定義了應(yīng)急的組織機(jī)構(gòu)、啟動預(yù)案的條件、事件處置的原則、應(yīng)急資源、事件處置流程等。預(yù)案是對事件進(jìn)行詳細(xì)分析，提取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息并對其進(jìn)行數(shù)字化描述，包含事件處置的原則和事件處置的經(jīng)驗(yàn)。建立預(yù)案的目的是為事件的應(yīng)急處置提供決策支持［3］。

應(yīng)急預(yù)案的實(shí)質(zhì)以某事件為中心，研究與該事件有關(guān)的所有關(guān)聯(lián)實(shí)體之間產(chǎn)生的聯(lián)動效應(yīng)，并用計算機(jī)進(jìn)行表示和處理。在城市軌道交通線網(wǎng)中，針對應(yīng)急事件處理過程中涉及的相關(guān)實(shí)體間的關(guān)系進(jìn)行梳理，得到如圖1所示的實(shí)體網(wǎng)狀圖。

在對北京、廣州、深圳等地城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案分析的基礎(chǔ)上，得出城市軌道交通線網(wǎng)預(yù)案主要包括的內(nèi)容如下：

（1）在預(yù)案的適用范圍中，定義了啟用本預(yù)案的條件，描述事件類型、事件級別、事件地點(diǎn)和時間。

（2）在預(yù)案的組織機(jī)構(gòu)中，定義了事件處理的組織結(jié)構(gòu)、部門、相關(guān)人員以及他們的角色等。

（3）在資源中，定義了事件處理所涉及的所有資源的集合、資源的聯(lián)動、資源的狀態(tài)將對工作流的執(zhí)行產(chǎn)生的影響。

（4）在工作流模板中，定義了任務(wù)的運(yùn)行順序和運(yùn)行條件，每個任務(wù)可以有一個或多個Agent完成，也可以由一個或多個軟件系統(tǒng)完成，還可以是人與軟件合作完成。任務(wù)的運(yùn)行順序和運(yùn)行條件用來定義并實(shí)現(xiàn)任務(wù)的運(yùn)行、任務(wù)的同步和數(shù)據(jù)流的傳遞。任務(wù)通常是由動作的主體、動作的客體和動作來定義。動作的主體和動作的客體是抽象的角色和資源。

預(yù)案還包含預(yù)案目標(biāo)、預(yù)案技術(shù)條件等其它內(nèi)容。

圖1 城市軌道交通線網(wǎng)突發(fā)事件處理實(shí)體網(wǎng)狀圖

2 城市軌道交通線網(wǎng)本體預(yù)案

2.1 城市軌道交通線網(wǎng)本體預(yù)案模型

前因—行為—后果（ABC）本體模型是NSFHarmony項(xiàng)目研究成果之一，它給出了事件處理的通用概念模型［4］，基本能夠表達(dá)清楚事件對象隨時間的狀態(tài)和變化。若要用ABC 本體模型表達(dá)城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急事件處理的知識，還有不足的地方，如：缺少對任務(wù)、組織、部門等概念的描述。因此，為了更好地表達(dá)城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急事件處理的知識，需要對城市軌道交通線網(wǎng)中相關(guān)概念和應(yīng)急處理中相關(guān)要素進(jìn)行抽象，然后在ABC 本體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行詞匯擴(kuò)充，擴(kuò)充的詞匯如下：

（1）Emergency——用于描述線網(wǎng)中的應(yīng)急處理事件，是Event的擴(kuò)展子類，其屬性為事件類型和事件級別（Category和Level）［5］。事件類型和事件級別是該事件應(yīng)急預(yù)案的觸發(fā)源。

（2）Task——用于描述事件處理過程的若干個功能單位，一個事件的處理需要多個任務(wù)去完成相應(yīng)的功能，Task 是 Temporality 的擴(kuò)展子類。各Task之間存在著先后、并行等制約關(guān)系，Task 由Agent執(zhí)行，需要使用資源Resource。Task的屬性有名稱、功能、目標(biāo)、使用資源、執(zhí)行條件等。

（3）Resource——用于描述應(yīng)急處理過程中使用的資源實(shí)體，是Actuality的擴(kuò)展子類。應(yīng)急資源的數(shù)目龐大、種類繁多，在預(yù)案生成事件處置方案的過程中，Resource會被實(shí)際使用的資源實(shí)例化。實(shí)際使用的資源包括應(yīng)急設(shè)備設(shè)施、救援物資、生活物資、通信資源等。資源的屬性包括名稱、所屬機(jī)構(gòu)、型號、使用狀態(tài)、負(fù)責(zé)人、聯(lián)系電話、下次維護(hù)時間等。

（4）Role——用于描述Agent參與到動作中的角色，是Abstraction 的擴(kuò)展子類。Role能夠反映一類Agent在執(zhí)行動作時的職能，在預(yù)案中是抽象服務(wù)工作流的執(zhí)行者。Role的屬性有角色名稱、角色職能責(zé)、角色人員列表、角色擁有知識列表等。

（5）orgnization——用于描述應(yīng)急處理中Agent的類型，是Agent的擴(kuò)展子類。orgnization可以由多個部門組成，其屬性有名稱、部門列表、可充當(dāng)角色列表等。

（6）Person——用于對工作人員的抽象，是Agent的擴(kuò)展子類。描述具有一定職能的工作崗位人員，Person的屬性有人員級別、所屬部門、人員職責(zé)等。

（7）Knowledge用來描述應(yīng)急處理中使用到的領(lǐng)域知識，是Abstraction的擴(kuò)展子類。

用E－R 圖（Entity Relationship）描述上述擴(kuò)充的詞匯在城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急領(lǐng)域知識的語義模型，說明其概念和概念之間的關(guān)系。圖2中矩形表示實(shí)體；橢圓表示屬性；菱形表示實(shí)體之間的關(guān)系。

不包含屬性的城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急領(lǐng)域本體模型如圖3所示。

圖2 城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急事件處理E－R 圖

圖3 城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急領(lǐng)域本體模型

2.2 城市軌道交通線網(wǎng)本體預(yù)案的形式化描述

本體描述規(guī)范經(jīng)過長期的發(fā)展和演變，最終固定為資源描述框架RDF和Web本體語言O(shè)WL兩種規(guī)范，RDF定義了“主體－屬性－客體”三元組形式的知識表示結(jié)構(gòu)，OWL為RDF引入了OWL：Class，OWL：Property 等詞匯使知識描述更加便捷［6－8］。城市軌道交通線網(wǎng)的應(yīng)急預(yù)案本體 MEOntology可采用如下的五元組來描述。

（1）ME－Concepts：＝｛C｝表示城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案ABC 本體模型中概念的集合，用＜OWL：Class rdf：ID＝“Emergency Case”＞表示各類突發(fā)事件處置經(jīng)驗(yàn)知識的集合。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Information of Emergency plan”＞表示線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案的基本屬性信息，包括預(yù)案號、預(yù)案類型、預(yù)案級別、適用的范圍和條件等。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Emergency Event”＞ 表示應(yīng)急處理的具體緊急事件，屬性包括事件類型、事件級別、事件發(fā)生的時間地點(diǎn)和事件情景描述，通過follows與場景Situation 關(guān)聯(lián)。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Emergency Case Subject”＞ 表示應(yīng)急組織或應(yīng)急人員的子類。如醫(yī)療機(jī)構(gòu)、線網(wǎng)應(yīng)急辦公室或值班員等。用 ＜ OWL：Class rdf：ID ＝“Emergency Object”＞ 表示受突發(fā)事件影響的客觀存在的對象，事件處理客體可以是應(yīng)急資源、設(shè)備設(shè)施、組織或人員等。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Process”＞ 表示突發(fā)事件處理在時間維上的描述，包括接警、信息報送、信息發(fā)布、處置操作、續(xù)警、消警。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Task”＞ 表示突發(fā)事件處理中的具體功能單元。用＜OWL：Class rdf：ID＝”O(jiān)rgnization”＞ 表示應(yīng)急事件處理的實(shí)施主體，包括線網(wǎng)指揮機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、處置機(jī)構(gòu)、110、119、120 機(jī)構(gòu)。用 ＜OWL：Class rdf：ID＝“Orgnization”＞ 表示應(yīng)急處理中有明確職責(zé)和功能的組織單元。用 ＜ OWL：Class rdf：ID ＝“Resource”＞表示應(yīng)急處理過程中使用到的資源。用＜OWL：Class rdf：ID＝“Constraint”＞表示預(yù)案中任務(wù)之間的制約關(guān)系。

（2）ME－Relations：＝｛R（c1，c2）｜c(diǎn)1，c2∈MEConcepts｝用于表示城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案ABC本體模型中概念間關(guān)系的集合。如：Composeof用于描述概念c1，c2，c3，…，cn，如果c1的實(shí)例是由c2，c3，…，cn的實(shí)例組成，則c1與c2，c3，…，cn間存在Compose－of關(guān)系。如應(yīng)急小組是有多名應(yīng)急人員組成，即 GroupCompose－of（Person2）……。Uses用于描述應(yīng)急預(yù)案中實(shí)體間的使用與被使用的關(guān)系，如事件處理主體（Emergency Subject）使用資源（Resource），即 Emergency Subject Agent Uses.Resource。Executes用于描述應(yīng)急處理主體與任務(wù)之間的施動、受動關(guān)系，如人員執(zhí)行任務(wù)，即Agent Executes.task。has Role用于描述對應(yīng)急處理實(shí)體賦予一定職責(zé)和權(quán)限的過程，如人員張三是應(yīng)急處理協(xié)調(diào)組組長，即Agenthas Role.GroupHeader。Have用于描述概念和屬性的從屬關(guān)系，如角色應(yīng)具有某種能力，即RoleHave.Capacity。Follows用于描述應(yīng)急處理過程中，Situation與Event之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。

（3）ME－Functions：＝｛F：S1S2……SnTS｜S1，S2，….Sn，S ME＿ConceptsME＿Relations，T ME＿Concepts｝用于表示城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案ABC本體模型中情景隨著時間等進(jìn)行轉(zhuǎn)換的規(guī)則集合，Si表示應(yīng)急事件所處的情景，T為情景轉(zhuǎn)移的條件。

（4）ME－Axioms：＝｛A：S1S2……SnS｜S1，S2，…SnME＿Concepts ME＿RelationsME－Functions，SME＿ConceptsME＿Relations｝用于表示城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案ABC 本體模型中永真公理的集合。

（5）ME－Instances：＝｛instance｜instanceMEConceptsME＿Relations｝用于表示應(yīng)急預(yù)案中的概念、關(guān)系和情景的實(shí)例化。

城市軌道交通線網(wǎng)中應(yīng)急疏散角色形式化描述如表1所示。

2.3 線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案的匹配與實(shí)例化

線網(wǎng)中每個應(yīng)急預(yù)案都用本體表示，把預(yù)案中的關(guān)鍵字用本體模型中的概念來描述，對預(yù)案的匹配與查找就是對本體的匹配與查找。從數(shù)據(jù)庫的角度考慮，本體預(yù)案庫由規(guī)則本體庫和案例本體庫組成，規(guī)則本體庫是指按照規(guī)則On ＜Event＞if＜Condition＞Do＜Action＞生成的應(yīng)急事件處理知識庫，它表示針對某一事件，如果條件滿足了，就執(zhí)行Action。城市軌道交通線網(wǎng)中的應(yīng)急事件處理，有其自身的特性，很多調(diào)度類知識比較簡單，易于表示成規(guī)則，此時就采用規(guī)則推理；而對于有些具有預(yù)測功能的知識，不易表示成規(guī)則，此時需要使用案例推理。案例庫里存放著過去突發(fā)事件處理的歷史經(jīng)驗(yàn)，將新發(fā)生的事件與已有案例進(jìn)行對比，從而得到該事件的處置方法。事件發(fā)生時，計算機(jī)通過傳感器等捕捉到該事件的關(guān)鍵字，將其轉(zhuǎn)化為語義本體，并與本體預(yù)案中的相關(guān)概念進(jìn)行對比，本體應(yīng)急預(yù)案的匹配是在應(yīng)急事件的推理過程中實(shí)現(xiàn)的［9］。應(yīng)急事件與本體預(yù)案之間的相關(guān)度通過式（1）和式（2）進(jìn)行計算。

表1 應(yīng)急疏散角色及其形式化描述

式中：

集合［c］＝｛c1，c2，…cm｝——和c有關(guān)概念的集合，如車站、煙霧、火等；

本體集合Ω＝ ｛o1，o2，…on｝，o1，o2，…，on——分別表示應(yīng)急預(yù)案本體；

函數(shù)f（ci，oj）——概念ci在本體oj中出現(xiàn)的頻率；

n——本體集合中本體的數(shù)量；

n＇——集合中包含概念c的本體數(shù)量；

Si，j—概念ci在本體oj中的權(quán)重。

式（2）用來計算［c］中的概念與每個預(yù)案本體的相關(guān)程度。

在得到匹配的應(yīng)急本體后，對應(yīng)急本體進(jìn)行查詢，以便應(yīng)急本體實(shí)例化。SPARQL是W3C推薦的基于RDF的本體查詢語言，與RDF類似，SPARQL查詢也是一個三元組模式，三元組中可以出現(xiàn)變量。本文用Java應(yīng)用程序調(diào)用Jena的SPARQL功能實(shí)現(xiàn)對本體進(jìn)行查詢，從而進(jìn)行實(shí)例化。

3 結(jié)語

以ABC 本體模型為上層本體，結(jié)合城市軌道交通線網(wǎng)應(yīng)急安全領(lǐng)域知識，對ABC 本體詞匯進(jìn)行擴(kuò)充，建立了城市軌道交通線網(wǎng)的應(yīng)急領(lǐng)域本體模型，進(jìn)而使用OWL本體描述語言和RDF對線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行形式化描述。最后對線網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案的匹配、查找與實(shí)例化方法進(jìn)行了討論。

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