CN108898272B - 一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法及系统，所述方法包括：基于待处理火灾案发点所处的经纬度信息获取待处理火灾案发点在研究区域中所处的栅格，其中，对研究区域进行栅格划分后能够得到各栅格所确定的子区域；若待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码不是待定，则将像元代码对应的消防站作为推荐扑救单位；若待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码为待定，则根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，其中，栅格统计数据为基于栅格法和历史火灾及出警数据得到的执行各历史火灾扑救任务时对应的消防站列表。通过本发明能够帮助指挥人员高效便捷的确定执行火灾扑救任务的消防站，缩短反应时间。

Description

一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法及系统
技术领域
本发明属于数据挖掘领域，更具体地，涉及一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法及系统。
背景技术
数据挖掘是指利用相应算法从数据中获取潜在信息、知识、规则并从中获取隐藏知识规则的过程。借助挖掘获取的经验知识，调度决策过程能够更为迅速准确。栅格法主要针对数据量巨大的数据集，通过地理栅格划分做数据切分，简化分析过程，提升效率。协同过滤推荐算法主要思想就是找出距目标用户最近的邻居，根据最近邻居的评分情况预测目标用户对各个项目的喜好程度。
随着消防站数量的增多，在集中接警模式下，火灾发生时，指挥人员很难在众多的消防单位当中快速合理的选定执行扑救任务的消防站，而且当前火灾扑救任务指派辅助系统多以距离作为推荐依据，在消防站密集的情况下丧失了参考意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法及系统，由此解决现有火灾扑救任务指派辅助系统多以距离作为推荐依据，在消防站密集的情况下丧失了参考意义的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法，包括：
借助栅格法对研究区域进行栅格划分，将所述研究区域内的各历史火灾根据经纬度划分至对应栅格，并根据各消防站在栅格内执行扑救任务的情况确定每个栅格的像元代码，若
Figure GDA0002792657230000021
∑Counti>s，则该栅格具有明显单一偏向性，则设定该栅格的像元代码为第m个消防站，否则，设定该栅格的像元代码为待定，其中，Counti表示第i个消防站在当前研究栅格区域内的历史出车次数，β为预设的该栅格具有明显单一偏向性的临界指标，s为最小可信样本数量；
基于待处理火灾案发点所处的经纬度信息获取所述待处理火灾案发点在研究区域中所处的栅格；
若所述待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码为待定，则根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，其中，所述栅格统计数据为基于栅格法和历史火灾及出警数据得到的执行各历史火灾扑救任务时对应的消防站列表；否则，将像元代码对应的消防站作为推荐扑救单位。
优选地，若栅格像元内无样本数据或样本数据过少，则取插值扩展距离d，将与该栅格距离小于d的所有栅格内的数据进行统计，得到综合数据之后的历史出车次数，然后判断相应栅格是否具有明显单一偏向性，以确定栅格的像元代码。
优选地，所述根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，包括：
将栅格作为用户，将消防站作为项目，则所述栅格内火灾中由该消防站进行处置的频率就是用户对项目的评分；
找出与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格，并根据所述近邻栅格对消防站的评分，确定所述待处理火灾案发点所处栅格的喜好，从而确定所述待处理火灾案发点所处栅格发生火灾时各个消防站的出警可能性，为所述待处理火灾案发点推荐扑救方案。
优选地，所述用户对项目的评分表示为：
Figure GDA0002792657230000031
其中，R(i,j),k为编号为(i,j)的栅格对第k个消防站的评分，|Xi|为编号为(i,j)的栅格内火灾中由第i个消防站进行处置的次数，∑k|Xi|表示各个消防站在该栅格内执行扑救次数总和。
优选地，所述找出与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格，包括：
对于所述待处理火灾案发点所处栅格的周边预设范围内的所有栅格，依次计算所述待处理火灾案发点所处栅格与周边预设范围内各栅格之间的相似度，直至找到预设第k近邻为止，并将满足预设第k近邻的栅格作为与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格。
优选地，所述根据所述近邻栅格对消防站的评分，确定所述待处理火灾案发点所处栅格的喜好，从而确定所述待处理火灾案发点所处栅格发生火灾时各个消防站的出警可能性，包括：
基于栅格之间的距离获得相似度权重
Figure GDA0002792657230000032
Figure GDA0002792657230000033
其中，similarity(target,i)为第i个近邻栅格与目标栅格target的相似度权重，di为k近邻栅格当中第i个近邻栅格距离目标栅格的距离，i＝1,2…k，∑k dj是k个近邻栅格距离目标栅格的距离之和；
根据近邻栅格的相似度权重确定各近邻栅格对所述待处理火灾案发点所处栅格的影响因子
Figure GDA0002792657230000041
其中，α(target,i)是第i个近邻栅格对目标栅格target的影响因子，Ci为第i个近邻栅格内所包含的火灾记录数，∑k Cj是k个近邻栅格内包含的火灾记录数总和；
由w(target,i)＝similarity(target,i)×α(target,i)确定各近邻栅格对所述待处理火灾案发点所处栅格的推荐权重，其中，w(target,i)为第i个近邻栅格对目标栅格target的推荐权重系数；
由recommendx＝∑k w(target,i)×R(i,j),x确定各近邻栅格对第x个项目的推荐指数，将推荐指数靠前的若干个项目作为扑救推荐方案，其中，R(i,j),x为k近邻栅格当中编码为(i,j)的栅格对第x个消防站的评分。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助系统，包括：
栅格划分模块，用于借助栅格法对研究区域进行栅格划分，将所述研究区域内的各历史火灾根据经纬度划分至对应栅格，并根据各消防站在栅格内执行扑救任务的情况确定每个栅格的像元代码，若
Figure GDA0002792657230000042
∑Counti>s，则该栅格具有明显单一偏向性，则设定该栅格的像元代码为第m个消防站，否则，设定该栅格的像元代码为待定，其中，Counti表示第i个消防站在当前研究栅格区域内的历史出车次数，β为预设的该栅格具有明显单一偏向性的临界指标，s为最小可信样本数量；
栅格确定模块，用于基于待处理火灾案发点所处的经纬度信息获取所述待处理火灾案发点在研究区域中所处的栅格；
扑救任务推荐模块，用于若所述待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码为待定，则根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，其中，所述栅格统计数据为基于栅格法和历史火灾及出警数据得到的执行各历史火灾扑救任务时对应的消防站列表；否则，将所述像元代码对应的消防站作为推荐扑救单位。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明借助数据挖掘方法结合百度地图平台对消防接处警数据进行了挖掘分析，获取研究区域灭火救援任务指派的历史经验与知识规则，构建了本地化的火灾扑救任务指派辅助方法并设计了火灾扑救任务指派辅助原型系统，能够帮助指挥人员高效便捷的确定执行火灾扑救任务的消防站，缩短反应时间。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种栅格像元代码确定流程图；
图2是本发明实施例公开的一种基于栅格的协同过滤推荐算法改进示意图；
图3是本发明实施例公开的一种火灾扑救任务指派辅助模型应用示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明中的火灾扑救任务指派是指火灾发生时，消防指挥人员在综合考虑火灾案发点、消防站布局、消防力量配置等众多因素之后，确定执行扑救任务的消防单位的过程。
图1为栅格像元代码确定流程图，根据栅格中火灾数据的情况进行了不同的处置，令Counti表示第i个消防站在当前研究栅格区域内的历史出车次数，则可以分为以下三种情形：
情形一：栅格像元内火灾扑救单位分布情况带有明显单一偏向性，若存在
Figure GDA0002792657230000061
∑Counti>s，则该栅格具有单一偏向性，设定该栅格代码为k；
其中，β为预设的该栅格是否具有单一偏向性的临界指标，取值一般在0.8左右，s为最小可信样本数量，保证该栅格内有足够的样本数据支持该统计结果。
情形二：栅格像元内无样本数据或样本数据过少。此类栅格区域内极少发生火灾，取合适的插值扩展距离d，将距离目标栅格距离小于d的所有栅格内的数据进行统计，得到综合数据之后的Counti，然后以情形一或者情形三中的方式确定栅格代码；
情形三：栅格像元内火灾扑救单位分布较为复杂，没有明显偏向性，将其设定为待定区域。
图2为基于栅格的协同过滤推荐算法改进示意图，当火灾发生时，根据其经纬度确定其所处的栅格，然后找出其最近邻栅格，并根据最近邻栅格对消防站的“评分”，确定该栅格的“喜好”，从而反映该栅格发生火灾时各个消防站可能出警的可能性。主要改进如下：
(1)用户对项目的评价方面的改进。令R(i,j),k为编号为(i,j)的栅格对第k个消防站的“评分”，|Xi|为该栅格内火灾中由第i个消防站进行处置的次数，则栅格对消防站的评分可以由下式进行计算：
Figure GDA0002792657230000071
(2)寻找k近邻的方法的改进。在当前栅格法划分当中，我们可以直接度量两个“用户”之间的相似度，越是相隔近的栅格之间，其内发生火灾时越可能由相同消防站进行扑救。这种情况下不需要对全局范围内用户进行距离计算，只需要从指定栅格周边开始计算，计算到设定的第k近邻即可以停止计算。
(3)推荐阶段的改进。根据最近邻用户的相似度权重确定各用户对指定用户的影响因子(推荐权重)，令前k近邻的距离为D＝[di],i＝1,2…k，则可以定义相似度权重：
Figure GDA0002792657230000072
考虑到各个栅格内所包含的数据量差异问题，样本数据量大的栅格应当更具影响力，因此定义了影响因子来表征每个近邻用户对指定用户的影响力：
Figure GDA0002792657230000073
其中，α(target,i)是第i个近邻栅格对目标栅格target的影响因子，Ci为第i个近邻栅格内所包含的火灾记录数，∑k Cj是k个近邻栅格内包含的火灾记录数总和。
则可以将距离相似度权重与影响因子的乘积作为近邻栅格对目标用户的推荐权重：
w(target,i)＝similarity(target,i)×α(target,i)
因此，目标“用户”对第x个“项目”的“推荐指数”可以计算：
Figure GDA0002792657230000081
其中，R(i,j),x为k近邻栅格当中编码为(i,j)的栅格对第x个消防站的评分。
图3为火灾扑救任务指派辅助方法应用示意图，对火灾案发点所在栅格像元代码不是“待定”的情况直接返回像元代码对应消防站作为推荐扑救单位；对于像元代码为“待定”的情况进行通过改进的协同过滤算法为指挥人员提供适合执行扑救任务的消防力量推荐列表，协助完成扑救任务的指派工作。并在有新火灾案件通过审核并获得消防评估人员认可的情况下，需要将新火灾案件数据加入到栅格统计数据中，更新相应数据表中的统计数据。
为了便于对本发明提出的基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法的理解，下面以一个具体的例子来描述该模型实现及应用过程。如对原始接处警数据整理如下表1所示：
表1
Figure GDA0002792657230000082
Figure GDA0002792657230000091
对该区域进行网格划分，并将以上数据根据其经纬度归入到对应栅格内，根据自定义像元代码确定方法的处理获取模型驱动数据如下表2所示：
表2
Figure GDA0002792657230000092
以两个火灾案件进行应用说明：案件一火灾地点根据栅格划分对应为第28行第99列，其栅格像元代码为C；则模型推荐C中队执行该次火灾扑救。案件二火灾地点对应栅格编号为(28,68)，栅格像元代码为“待定”，此时根据上述改进的推荐算法计算得到推荐列表如下表3所示：
表3
Figure GDA0002792657230000093
Figure GDA0002792657230000101
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助方法，其特征在于，包括：
借助栅格法对研究区域进行栅格划分，将所述研究区域内的各历史火灾根据经纬度划分至对应栅格，并根据各消防站在栅格内执行扑救任务的情况确定每个栅格的像元代码，若
Figure FDA0002792657220000011
Figure FDA0002792657220000012
则该栅格具有明显单一偏向性，则设定该栅格的像元代码为第m个消防站，否则，设定该栅格的像元代码为待定，其中，Counti表示第i个消防站在当前研究栅格区域内的历史出车次数，β为预设的该栅格具有明显单一偏向性的临界指标，s为最小可信样本数量；
基于待处理火灾案发点所处的经纬度信息获取所述待处理火灾案发点在研究区域中所处的栅格；
若所述待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码为待定，则根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，其中，所述栅格统计数据为基于栅格法和历史火灾及出警数据得到的执行各历史火灾扑救任务时对应的消防站列表；否则，将像元代码对应的消防站作为推荐扑救单位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
若栅格像元内无样本数据或样本数据过少，则取插值扩展距离d，将与该栅格距离小于d的所有栅格内的数据进行统计，得到综合数据之后的历史出车次数，然后判断相应栅格是否具有明显单一偏向性，以确定栅格的像元代码。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，包括：
将栅格作为用户，将消防站作为项目，则所述栅格内火灾中由该消防站进行处置的频率就是用户对项目的评分；
找出与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格，并根据所述近邻栅格对消防站的评分，确定所述待处理火灾案发点所处栅格的喜好，从而确定所述待处理火灾案发点所处栅格发生火灾时各个消防站的出警可能性，为所述待处理火灾案发点推荐扑救方案。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述用户对项目的评分表示为：
Figure FDA0002792657220000021
其中，R(i,j),k为编号为(i,j)的栅格对第k个消防站的评分，|Xi|为编号为(i,j)的栅格内火灾中由第i个消防站进行处置的次数，∑k|Xi|表示各个消防站在该栅格内执行扑救次数总和。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述找出与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格，包括：
对于所述待处理火灾案发点所处栅格的周边预设范围内的所有栅格，依次计算所述待处理火灾案发点所处栅格与周边预设范围内各栅格之间的相似度，直至找到预设第k近邻为止，并将满足预设第k近邻的栅格作为与所述待处理火灾案发点所处栅格的近邻栅格。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述近邻栅格对消防站的评分，确定所述待处理火灾案发点所处栅格的喜好，从而确定所述待处理火灾案发点所处栅格发生火灾时各个消防站的出警可能性，包括：
基于栅格之间的距离获得相似度权重
Figure FDA0002792657220000031
Figure FDA0002792657220000032
其中，similarity(target,i)为第i个近邻栅格与目标栅格target的相似度权重，di为k近邻栅格当中第i个近邻栅格距离目标栅格的距离，i＝1,2…k，∑kdj是k个近邻栅格距离目标栅格的距离之和；
根据近邻栅格的相似度权重确定各近邻栅格对所述待处理火灾案发点所处栅格的影响因子
Figure FDA0002792657220000033
其中，α(target,i)是第i个近邻栅格对目标栅格target的影响因子，Ci为第i个近邻栅格内所包含的火灾记录数，∑kCj是k个近邻栅格内包含的火灾记录数总和；
由w(target,i)＝similarity(target,i)×α(target,i)确定各近邻栅格对所述待处理火灾案发点所处栅格的推荐权重，其中，w(target,i)为第i个近邻栅格对目标栅格target的推荐权重系数；
由recommendx＝∑kw(target,i)×R(i,j),x确定各近邻栅格对第x个项目的推荐指数，将推荐指数靠前的若干个项目作为扑救推荐方案，其中，R(i,j),x为k近邻栅格当中编码为(i,j)的栅格对第x个消防站的评分。
7.一种基于数据挖掘的火灾扑救任务指派辅助系统，其特征在于，包括：
栅格划分模块，用于借助栅格法对研究区域进行栅格划分，将所述研究区域内的各历史火灾根据经纬度划分至对应栅格，并根据各消防站在栅格内执行扑救任务的情况确定每个栅格的像元代码，若
Figure FDA0002792657220000034
则该栅格具有明显单一偏向性，则设定该栅格的像元代码为第m个消防站，否则，设定该栅格的像元代码为待定，其中，Counti表示第i个消防站在当前研究栅格区域内的历史出车次数，β为预设的该栅格具有明显单一偏向性的临界指标，s为最小可信样本数量；
栅格确定模块，用于基于待处理火灾案发点所处的经纬度信息获取所述待处理火灾案发点在研究区域中所处的栅格；
扑救任务推荐模块，用于若所述待处理火灾案发点所在的栅格的像元代码为待定，则根据栅格统计数据确定消防站推荐方案，其中，所述栅格统计数据为基于栅格法和历史火灾及出警数据得到的执行各历史火灾扑救任务时对应的消防站列表；否则，将所述像元代码对应的消防站作为推荐扑救单位。
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