王紅衛(wèi) 華中科技大學(xué)

應(yīng)急響應(yīng)決策與仿真演練

王紅衛(wèi) 華中科技大學(xué)

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

1　應(yīng)急響應(yīng)決策

1.1應(yīng)急響應(yīng)決策

應(yīng)急行動方案制定決策問題是指應(yīng)急決策者基于當(dāng)前態(tài)勢，根據(jù)應(yīng)急領(lǐng)域知識，為完成識別的應(yīng)急任務(wù)目標(biāo)集合所制定的落實到各具體職能部門和執(zhí)行單位的操作層面的行動方案，描述了各具體任務(wù)的執(zhí)行單位、執(zhí)行時間和資源。

1.2應(yīng)急響應(yīng)決策特征

應(yīng)急決策的決策主體：由來自和代表不同單位的，具有應(yīng)急管理經(jīng)驗的專家組成應(yīng)急指揮團(tuán)隊。

決策主體特征：

人員動態(tài)組成，隨著突發(fā)事件發(fā)展，團(tuán)隊成員動態(tài)變化；團(tuán)隊成員來自與不同單位，具有應(yīng)急決策知識和經(jīng)驗；

團(tuán)隊成員具有不同的角色，決策權(quán)限和職責(zé)；

決策環(huán)境特征：

時間緊迫——必須在突發(fā)事件造成災(zāi)難后果前，制定應(yīng)急行動方案，并組織實施；

高度動態(tài)性——應(yīng)急環(huán)境動態(tài)變化；

資源稀缺——相對與完成的任務(wù)，應(yīng)急資源不足；

心理壓力——非常規(guī)突發(fā)事件后果嚴(yán)重，導(dǎo)致決策者具有心理壓力。

2　層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃—HTN規(guī)劃

2.1HTN規(guī)劃

HTN規(guī)劃體現(xiàn)了目標(biāo)驅(qū)動的決策行為，能夠建模問題領(lǐng)域過程性知識，是一種用以解決大規(guī)模問題的有效技術(shù)。

HTN規(guī)劃模型是應(yīng)用最為廣泛的一種自動規(guī)劃模型，應(yīng)用領(lǐng)域包括：生產(chǎn)線調(diào)度、危機(jī)管理和后勤規(guī)劃、航天器規(guī)劃和調(diào)度等。

輸入：

系統(tǒng)初始狀態(tài)：描述規(guī)劃初始時刻系統(tǒng)實體狀態(tài)。

初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)：描述應(yīng)完成的任務(wù)集合，及其邏輯關(guān)系。

輸出：

行動方案：完成初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的行動序列。

任務(wù)分解網(wǎng)絡(luò)：搜索行動方案過程的任務(wù)分解網(wǎng)絡(luò)，描述了規(guī)劃過程和路徑。

領(lǐng)域知識：

操作符模型：與原子任務(wù)對應(yīng)，描述完成該原子任務(wù)的行動的執(zhí)行前提條件，以及執(zhí)行完成后對規(guī)劃狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的執(zhí)行效果。

方法模型：與復(fù)合任務(wù)對應(yīng)，描述當(dāng)規(guī)劃狀態(tài)滿足不同條件時，完成復(fù)合任務(wù)的不同途徑。

公理模型：描述對規(guī)劃狀態(tài)信息進(jìn)行推理的規(guī)則，能夠?qū)Ξ?dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行分析，推理規(guī)劃過程中的導(dǎo)出謂詞。

規(guī)劃過程：

遞歸地將抽象的復(fù)合任務(wù)分解成越來越具體的子任務(wù)，直到可以通過執(zhí)行規(guī)劃動作就能完成的原子任務(wù)為止。

規(guī)劃求精步驟包括：

分解復(fù)合任務(wù)：當(dāng)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中存在復(fù)合任務(wù)時，利用方法模型對復(fù)合任務(wù)進(jìn)行分解，從而擴(kuò)展當(dāng)前任務(wù)網(wǎng)絡(luò)；

執(zhí)行原子任務(wù)：當(dāng)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中存在原子任務(wù)時，選擇操作符模型，執(zhí)行該任務(wù)，對規(guī)劃狀態(tài)進(jìn)行更新；

現(xiàn)有HTN規(guī)劃器基于特定的領(lǐng)域特征進(jìn)行設(shè)計，包括：UMCP，SHOP，SHOP2，SIADEX，SIPE2，O-Plan2和IxTeT；

HTN規(guī)劃已經(jīng)被用以制定應(yīng)急疏散方案、森林滅火行動方案、防汛應(yīng)急行動方案、地震救援方案等應(yīng)急管理領(lǐng)域。

2.2HTN規(guī)劃與應(yīng)急決策

HTN規(guī)劃的適用性：

應(yīng)急行動方案制定決策問題是一種典型的復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化問題，傳統(tǒng)的建模優(yōu)化方法難以在應(yīng)急決策實踐中應(yīng)用。

HTN規(guī)劃是一種根據(jù)預(yù)定目標(biāo)推理并生成動作序列的方法，能夠很好用于求解應(yīng)急行動方案制定決策問題。

HTN規(guī)劃模型在應(yīng)急決策中應(yīng)用的問題：

現(xiàn)有HTN規(guī)劃器基于特定的目的進(jìn)行設(shè)計，屬于靜態(tài)規(guī)劃方法，很難適應(yīng)應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)域特征。具體包括：

由于應(yīng)急決策的時限性，往往具有復(fù)雜時態(tài)特征；

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

如何利用HTN規(guī)劃支持多部門共同參與、協(xié)同制定行動方案；

應(yīng)急決策執(zhí)行、環(huán)境的不確定性。

3　基于HTN的應(yīng)急行動方案制定

3.1考慮復(fù)雜時態(tài)特征的HTN規(guī)劃

應(yīng)急領(lǐng)域復(fù)雜時態(tài)特征：

應(yīng)急任務(wù)之間存在著定量時間約束條件；

應(yīng)急任務(wù)之間存在著時間依賴關(guān)系，用偏序關(guān)系進(jìn)行表達(dá)和處理，即定性時間約束關(guān)系；

應(yīng)急任務(wù)執(zhí)行具有過程性特征；

事件目標(biāo)具有時限條件。

應(yīng)急決策方式：在規(guī)劃過程中利用偏好信息指導(dǎo)行動方案搜索過程展開；同時，在規(guī)劃過程任意時刻作出響應(yīng)，輸出當(dāng)前優(yōu)化的行動方案。

3.2考慮資源約束的HTN規(guī)劃

現(xiàn)有研究將HTN規(guī)劃和資源調(diào)度獨立成兩個連貫的過程。先選擇和組織出應(yīng)急行動方案中的任務(wù)序列，再通過數(shù)學(xué)模型完成資源和時間上的分配。

應(yīng)急管理中方案制定和資源分配高度耦合，需要在HTN規(guī)劃任務(wù)分析和推理的過程中動態(tài)的進(jìn)行資源和時間的分配。

在HTN規(guī)劃中，能夠推理資源在時態(tài)上的變化過程，來實現(xiàn)資源規(guī)劃。

層次資源推理機(jī)制：

采用多時間軸技術(shù)，為每個資源配置屬性建立一個本地資源時間軸以實現(xiàn)HTN規(guī)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(guī)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(dāng)前任務(wù)相關(guān)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(xié)作規(guī)劃問題

傳統(tǒng)研究：各決策主體單獨制定自己的方案，然后再統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

特征：多應(yīng)急任務(wù)；并行的規(guī)劃過程；實時資源沖突。

協(xié)作規(guī)劃過程：處理應(yīng)急資源沖突，考慮應(yīng)急任務(wù)截止時間。

特征：合作（復(fù)合）應(yīng)急任務(wù)；串行的規(guī)劃過程；行動時間調(diào)度；非全局累加的執(zhí)行時間。

3.4不確定環(huán)境下的HTN規(guī)劃

應(yīng)急領(lǐng)域知識不完備：難以針對不同的突發(fā)事件的應(yīng)急態(tài)勢，快速描述完備的領(lǐng)域知識。

應(yīng)急行動不確定：應(yīng)急行動易受到多種不確定因素影響導(dǎo)致不確定的行動結(jié)果發(fā)生。

應(yīng)急時態(tài)不確定：應(yīng)急行動易受到多種不確定因素影響導(dǎo)致應(yīng)急行動的完成時間不確定。

應(yīng)急方案執(zhí)行過程不確定： 由于應(yīng)急響應(yīng)環(huán)境的開放性和風(fēng)險性特征，應(yīng)急行動方案的實際執(zhí)行過程往往與方案制定過程原有的設(shè)定不相符。

應(yīng)急行動的持續(xù)時間不確定：動作開始時間和結(jié)束時間之間的間隔無法提前確定。

考慮動作執(zhí)行時間不可控和受限的資源，能夠生成具有一定柔性的應(yīng)急行動方案。

受災(zāi)環(huán)境的復(fù)雜性，存在部分應(yīng)急環(huán)境信息事先是不可觀的。

考慮不可控持續(xù)時間和部分可觀情況下的條件時態(tài)規(guī)劃方法。

4　應(yīng)急演練仿真平臺

應(yīng)急演練是指各級人民政府及其部門、企事業(yè)單位、社會團(tuán)體等（以下統(tǒng)稱演練組織單位）組織相關(guān)單位及人員，依據(jù)有關(guān)應(yīng)急預(yù)案，模擬應(yīng)對突發(fā)事件的活動。應(yīng)急演練是應(yīng)急管理工作中的重要環(huán)節(jié)，是訓(xùn)練處置流程、提高組織協(xié)調(diào)能力、發(fā)現(xiàn)應(yīng)急工作薄弱環(huán)節(jié)的重要手段。

應(yīng)急演練形式：實戰(zhàn)、桌面或?qū)崙?zhàn)桌面結(jié)合。

應(yīng)急演練規(guī)模：局部、區(qū)域或全國。

應(yīng)急演練內(nèi)容：單項演練、綜合演練。

應(yīng)急演練對象：現(xiàn)場操作人員、現(xiàn)場指揮人員、高層指揮人員。

應(yīng)急仿真演練可以根據(jù)不同類型的突發(fā)事件和訓(xùn)練需求，構(gòu)建虛擬的應(yīng)急情景，對應(yīng)急處置人員進(jìn)行常態(tài)化、多樣化的應(yīng)急演練，并對其應(yīng)急指揮能力進(jìn)行實時和動態(tài)的評估。

應(yīng)急仿真演練是利用計算機(jī)模擬災(zāi)害發(fā)生、災(zāi)害演化等應(yīng)急情景，并在計算機(jī)輔助下進(jìn)行桌面練習(xí)和討論，實現(xiàn)對應(yīng)急指揮過程的演練，可以訓(xùn)練各級決策與指揮人員、事故處置人員，發(fā)現(xiàn)應(yīng)急指揮或處置過程中存在的問題，檢驗和評估應(yīng)急預(yù)案的可操作性和實用性，加強(qiáng)各部門協(xié)調(diào)能力和應(yīng)急能力，使應(yīng)急演練科學(xué)化、智能化。

5　結(jié)束語

應(yīng)急響應(yīng)決策是典型的非結(jié)構(gòu)化決策問題，具有協(xié)作性、動態(tài)性和時效性等特點，很難用單一的數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化方法來解決。

HTN規(guī)劃是一種通過任務(wù)分解的方法實現(xiàn)行動選擇和組織的智能規(guī)劃方法，它體現(xiàn)了目標(biāo)驅(qū)動的決策行為，是解決應(yīng)急響應(yīng)決策問題的一種方法。

結(jié)合應(yīng)急響應(yīng)決策的特點，還需深入研究HTN規(guī)劃方法，使之能夠解決實際問題。

如何通過應(yīng)急協(xié)同決策綜合模擬訓(xùn)練，以提高應(yīng)急決策人員的應(yīng)對能力，需要研究人員進(jìn)一步關(guān)注。

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

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