CN108984898A - 一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置，其中，该方法包括：获取承载实体的第一属性、能够对承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取第一属性随时间发生变化的变化关系，获取第一属性和第二属性之间的关联关系；第一属性和第二属性有多个；根据第一属性、第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；根据第一属性随时间发生变化的变化关系，第一属性和第二属性之间的关联关系，构建状态变量、速率变量、外生变量以及辅助变量之间的关联关系，生成非常规突发事件的仿真模型。本申请实施例通过动态仿真建模，能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
Description
技术领域
本申请涉及虚拟系统的构建领域，具体而言，涉及一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置。
背景技术
非常规突发事件是指发生频率小，历史上很少发生或者没有发生过，具有高度的非线性、结构不确定性，其发生、发展和演化过程复杂，并伴随有严重的次生衍生灾害，很难对其情态进行预测的事件，如：洪水灾害、地震灾害以及泥石流灾害等。
非常规突发事件演化干预的动态模拟仿真系统，作为掌握非常规突发事件演化规律的重要手段和应急决策的实验工具，对有效应对非常规突发事件具有重要意义。非常规突发事件概念模型作为对非常规突发事件演化规律的初步抽象，是非常规突发事件演化干预的仿真系统开发前期的一项重要工作，对于促进领域专家和系统开发人员的沟通和协作，提高仿真系统的准确性和可靠性都具有重要意义。
目前，对非常规突发事件的建模的方法很多，例如：基于灾害规律对非常规突发事件的建模方法、基于知识元对非常规突发事件的建模方法。基于灾害规律对非常规突发事件的建模方法造成对非常规突发事件演化干预的动态模拟仿真研究仅局限于某个具体领域；基于知识元对非常规突发事件的建模方法虽然可以解决对非常规突发事件的动态模拟仿真研究跨领域、跨学科知识综合诠释的问题，但是基于知识元对非常规突发事件的建模方法主要表达突发事件中知识元之间的静态关系。
因此，能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究的需求无法得到满足。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置，能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
第一方面，本申请实施例提供了一种非常规突发事件的仿真建模方法，包括：
获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对所述承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和所述第二属性之间的关联关系；所述第一属性和所述第二属性均有多个；
根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，所述状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；所述速率变量用于表征所述状态变量变化快慢；所述辅助变量包括构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；所述外生变量包括：第二属性中的输出属性；
根据所述第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和所述第二属性之间的关联关系，构建所述状态变量、所述速率变量、所述外生变量以及所述辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，
第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；所述第一属性携带有第一输出属性和第一输入属性的第一映射关系以及第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；
所述获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，具体包括：
根据所述第一映射关系以及所述第一时间演化函数，构建所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系；
将所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系确定为所述第一属性随时间发生变化的变化关系。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系，满足：
其中，表示第一输出属性；表示第一输入属性；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；Ac(t)表示第一输出属性的任意一个属性值；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；t表示时间；
且当时，所述承载实体发生突变；
其中，[ac′，ac″]为第一输出属性的稳态区间。
结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，
所述第二属性包括：第二输入属性以及第二输出属性；所述第二属性中携带有第二输出属性和第二输入属性的第二映射关系，以及第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；
所述获取所述第一属性和所述第二属性之间的关联关系，具体包括：
根据所述第二映射关系、第二时间演化函数，构建所述第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系；
将所述第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系确定为所述第一属性和所述第二属性之间的关联关系。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，
第一属性和所述第二属性之间的关联关系，满足：
其中，为第二输出属性；为第一输入属性；为第二输入属性；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系；As(t)表示第二输出属性的任意一个属性值；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；t表示时间；AM表示第一输入属性和第二输出属性的交集；
且当时，所述承载实体发生突变；
其中，fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，
所述根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量，具体包括：
将能够表征物质流或信息流动积累效应所述第一属性和/或第二属性确定为状态变量；
将能够表征所述状态变量变化快慢的所述第一属性和/或第二属性确定为速率变量；
将所述第二属性中的输出属性确定为外生变量；
将构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量作为辅助变量。
结合第一方面的第五种可能实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，
所述第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；
所述将能够表征物质流或信息流动积累效应所述第一属性和/或第二属性确定为状态变量，具体包括：
将所述第一输出属性作为单位时刻下的输出率，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率；
根据输入率和输出率构建微分方程、差分方程以及积分方程中任意一种；
其中所述微分方程、差分方程以及积分方程用于表征物质流或信息流动积累效应。
结合第一方面的第六种可能实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，
所述微分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；
所述差分方程满足：x(t)＝x(t-Δt)+Δt[IR(t-Δt)-OR(t-Δt)]；
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；Δt表示时间的变化量；
所述积分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；t0表示初始时间。
结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，
当所述速率变量为第一属性时，
所述第一属性包括：第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；所述第一属性携带有第一输出属性和第一输入属性的第一映射关系以及第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；
所述速率变量满足：v＝fv1(fa,fr)；
其中：v表示速率变量；fv1(·)表示第一速率函数；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；
当所述速率变量为第二属性时：
所述第二属性包括：第二属性包括：第二输入属性、第二输出属性；所述第二属性携带有第二输出属性和第二入属性的第二映射关系以及第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；
所述速率变量满足：v＝fv2(fb,fn)；
其中：v表示速率变量；fv2(·)表示第二速率函数；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系。
第二方面，本申请实施例还提供了一种非常规突发事件的仿真建模装置，包括：
获取模块，用于获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对所述承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和所述第二属性之间的关联关系；所述第一属性和所述第二属性均有多个；
变量确定模块，用于根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，所述状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；所述速率变量用于表征所述状态变量变化快慢；所述辅助变量包括构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；所述外生变量包括：第二属性中的输出属性；
模型构建模块，用于根据所述第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和所述第二属性之间的关联关系，构建所述状态变量、所述速率变量、所述外生变量以及所述辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
本申请实施例提供的一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置，采用对非常规突发事件的相关历史信息、实时信息进行分析、筛选，得到非常规突发事件的承载实体以及外界因素，对承载实体与外界因素的特征进行整合，提取第一属性与第二属性，建立第二属性和第一属性之间具有关联关系；根据第一属性以及第二属性的特征属性，从中筛选出对非常规突发事件发展有决定作用的属性特征作为事件的状态变量，表示状态变化快慢的特征属性作为事件的速率变量，以及外界因素的第二输出特性的特征属性作为外生变量，状态变量与速率变量之间的逻辑和数学关系的中间变量作为非常规突发事件的辅助变量，构建非常规突发事件的动态仿真模型，与现有技术中的只能局限于某个具体领域对非常规突发事件演化干预的动态模拟仿真研究，或只能表达突发事件中知识元之间的静态关系相比，其能够高效、动态地反映非常规突发事件和不同决策的影响对非常规突发事件演化干预的动态模拟仿真研究。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种非常规突发事件的仿真建模方法的流程图；
图2示出了本申请实施例所提供示例的特征属性关系图；
图3示出了本申请实施例所提供示例的特征属性的系统流图；
图4示出了本申请实施例所提供的一种非常规突发事件的仿真建模的结构示意图；
图5示出了本申请实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有技术中，建立非常规突发事件模型建立的手段，导致在对非常规突发事件演化干预的动态模拟仿真研究仅局限于某个具体领域，以及基于知识元对非常规突发事件的动态模拟仿真研究跨领域、跨学科知识综合诠释，但只能表达突发事件中知识元之间的静态关系。
基于此，本申请实施例提供一种非常规突发事件的仿真建模方法及装置，能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
参见图1所示，本申请实施例提供一种非常规突发事件的仿真建模方法，该方法包括步骤S101-S103,具体如下：
S101：获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对所述承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和所述第二属性之间的关联关系；所述第一属性和所述第二属性均有多个。
在具体实施中，在获取承载实体第一属性与外界因素的第二属性的时候，可以是通过查询非常规突发事件的历史数据库、案例库、信息库的方式，获取非常规突发事件的相关历史信息，相关信息包括参与非常规突发事件中的人、物、环境的信息；也可以是通过非常规突发事件的监测系统，获取非常规突发事件的实时信息，实时信息也包括参与非常规突发事件中的人、物、环境的信息；对所获取的参与非常规突发事件的相关历史信息和/或实时信息进行分析、筛选，进而提取出非常规突发事件的承载实体以及外界因素。
其中，承载实体是指非常规突发事件作用的对象，能够具体体现非常规突发事件的一些客观事物，例如：建筑物，设备机器、山、河流等。
外界因素是指自然灾害和人为的干预活动，例如：地震、火山喷发、滑坡泥石流、台风以及自然灾害的相关应急部门的指挥决策等。
提取承载实体以及外界因素后对承载实体的特征进行整合后作为承载实体的第一属性，以及对外界因素的特征进行整合后作为承载实体的第二属性。
例如：在污水泄漏事件中，承载实体为水厂、城区居民、商店，外界因素为应急部门，其中水厂的正常供水速率、自来水库存量、污水处理能力以及污染物浓度皆为水厂的特征，因此，可以将正常供水速率、自来水库存量、污水处理能力以及污染物浓度作为第一属性。应急部门的应急响应时间、物资调度效率、信息公布效率为应急部门的特征，因此将应急响应时间、物资调度效率、信息公布效率作为外界因素的第二属性。
具体的，第一属性包括第一输入属性以及第一输出属性
第一输入属性是指用于能够干预承载实体发展的输入项。能够作为输入量，计算其他特征属性对事件的作用，例如，污水泄漏事件的承载实体的为水厂，水厂自来水的库存量作为水厂的第一输入属性，得到自来水的供水量，便可以计算出水厂正常供水速率。
第一输出属性是指承载实体的特征属性，第一输出属性和第一输入属性之间具有映射关系，也即第一输入属性发生变化时，会导致第一输出属性发生变化，由于非常规突发事件的承载实体的属性有多个，因此，第一输出属性能够作为输出量，计算承载实体中的其中一个属性对承载实体中的另一个属性的作用。例如：在暴雨事件中，承载实体堤坝有水位以及承受能力两个属性，水位的高低经过第一映射关系fr(·)转化为堤坝的承受能力。
在确定第一输入属性和第一输出属性后，还需要确定第一输入属性和第一输出属性之间的关系。
根据第一输入属性以及第一输出属性确定出第一输入属性和第一输出属性的第一映射关系fr(·)；
当承载实体自身随时间发展时，可以表现为第一输出属性随着时间的变化，将第一输出属性随时间变化而发生变化作为第一时间演化函数，表示为fa(·)；但随着时间的变化，承载实体在变化的过程中，会发生突变。
使用Ac(t)表示第一输出属性的任意一个属性值，t表示时间，则第一输出属性随时间变化而发生变化的第一时间演化函数fa(·)满足公式：
Ac(t)＝fa[Ac(t-1),t]；
第一输出属性有一个稳态区间，当第一输出属性的任意一个属性值超出这个稳态区间时，则承载实体发生突变。
第一输出属性的稳态区间表示为[ac′，ac″]，ac′与ac″分别取自第一输出属性的任意一个属性值中的任意一个。
即：当时，承载实体发生突变；
第一输入属性和第一输出属性的第一映射关系fr(·)满足公式：
根据第一映射关系fr(·)以及第一时间演化函数fa(·)，构建第一输出属性随第一输入属性和时间t发生变化的变化关系；将第一输出属性随第一输入属性和时间t发生变化的变化关系确定为第一属性随时间发生变化的变化关系。
其中，第一输出属性随第一输入属性和时间t发生变化的变化关系满足公式：
当时，承载实体发生突变；
表示第一输出属性；表示第一输入属性；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；Ac(t)表示第一输出属性的任意一个属性值；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；t表示时间；[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
例如，在暴雨事件中，承载实体为堤坝，堤坝的承受能力作为承载实体的第一输入属性，通过第一映射关系fr(·)可将堤坝的承受能力转化为相应的水位作为承载实体的第一输出属性，而堤坝的承受能力是有一个规定的承受范围[ac′,ac″]，而堤坝的承受能力会随着时间的推移，自身的承受能力会发生一定的变化，通过第一时间演化函数fa(·)得到承载实体的第一输出属性值Ac(t)，若第一输出属性值Ac(t)的值超出了堤坝规定的承受范围[ac′,ac″](即稳态区间)堤坝则产生崩塌，也即，承载实体发生突变。
第一属性与第二属性在非常规突发事件中相互影响，相互作用，进而推动非常规突发事件的发展与演化。因此，在确定非常规突发事件的第一属性与第二属性后，第二属性的变化可能会导致第一属性发生变化，最终导致事件发生突变。这就要求第二属性和第一属性之间具有关联关系。
当外界因素发生变化，也会引发承载实体发生突变，外界因素引发承载实体发生突变可以通过外界因素的第二输出属性值超出稳态区间表现出来，此处，并不是所有的第二属性值超出稳态区间都会引发承载实体发生突变。承载实体的第一输入属性与外界因素第二输出属性存在交集，当第一输入属性与第二输出属性的交集超出稳态区间时，则认为外界因素引发承载实体发生突变。
具体的，第二属性包括第二输入属性以及第二输出属性并根据第二输入属性以及第二输出属性确定出第二输入属性和第二输出属性的第二映射关系fn(·)。
第二输入属性是指用于能够干预外界因素发展的输入项。能够作为输入量，计算其他特征属性对事件的作用。
第二输出属性是指外界因素的特征属性，第二输出属性和第二输入属性之间具有映射关系，也即第二输入属性发生变化时，会导致第二输出属性发生变化，由于非常规突发事件的外界因素的属性有多个，因此，第二输出属性能够作为输出量，计算外界因素中的其中一个属性对外界因素中的另一个属性的作用。
确定第二输出属性与第一输入属性的交集，表示为：AM。对比第二输出属性与第一输入属性的交集AM与第一输出属性的稳态区间[ac′,ac″]，检测第二输出属性与第一输入属性的交集AM是否超出第一输出属性的稳态区间[ac′,ac″]，当第二输出属性与第一输入属性的交集AM超出第一输出属性的稳态区间[ac′,ac″]，则外界因素引发承载实体突变，也即：
当时，所述承载实体发生突变；
使用As(t)表示第二输出属性的任意一个属性值，t表示时间，则第二输出属性随时间变化而发生变化的第二时间演化函数fb(·)满足公式：
As(t)＝fb[As(t-1),t]；
根据第二映射关系fn(·)、第二时间演化函数fb(·)，构建第一输入属性随第二输出属性和时间t发生变化的变化关系；将第一输入属性随第二输出属性和时间t发生变化的变化关系确定为第一属性和第二属性之间的关联关系。
第一属性和所述第二属性之间的关联关系，满足：
且当时，所述承载实体发生突变；
其中，为第二输出属性；为第一输入属性；为第二输入属性；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系；As(t)表示第二输出属性的任意一个属性值；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；t表示时间；AM表示第一输入属性和第二输出属性的交集；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
例如，在暴雨事件中，承载实体为堤坝，外界因素为暴雨，降雨量为外界因素的第二输入属性，通过外界因素的第二映射关系fn(·)可将降雨量转化为相应的水位作为外界因素的第二输出属性，而堤坝的第一输入属性中也有水位属性，即第一输入属性和第二输出属性的交集AM为水位属性值，通过承载实体的第一映射关系fr(·)得到堤坝的第一输出属性值fr(AM)，若fr(AM)的值超出了堤坝规定的承受范围[ac′,ac″](即稳态区间)堤坝则产生崩塌，也即，承载实体发生突变。
S102：根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，所述状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；所述速率变量用于表征所述状态变量变化快慢；所述辅助变量包括构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；所述外生变量包括：第二属性中的第二输出属性。
在具体实施中，非常规突发事件随着时间的推移，并同时受到各种因素的影响而不断的发生变化，在这个过程中关于非常规突发事件的发展态势，通常可以表现为物质流以及信息流的积累；非常规突发事件发展态势的快慢，可以表现为物质流以及信息流的积累速度的快慢；此外，外界因素的输出属性也会影响非常规突发事件的发展态势。
在模型建立的过程中，将第一属性以及第二属性中能够表征物质流或信息流动积累效应的属性确定为非常规突发事件的状态变量；将第一属性以及第二属性中能够表征物质流以及信息流的积累速度的快慢确定为非常规突发事件的速率变量；将第二属性中的输出属性确定为外生变量；在模型建立中，状态变量与速率变量之间存在一定的逻辑和数学关系的中间变量，将这些状态变量与速率变量之间的逻辑和数学关系的中间变量作为非常规突发事件的辅助变量。
具体的，状态变量可以通过构建微分方程、差分方程以及积分方程表示：
(1)当使用微分方程来表示状态变量的时候，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率IR，将第一输出属性作为单位时刻下的输出率OR，则表示状态变量的微分方程为：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间。
(2)当使用差分方程来表示状态变量的时候，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率IR，将第一输出属性作为单位时刻下的输出率OR,则表示状态变量的差分方程为：
x(t)＝x(t-Δt)+Δt[IR(t-Δt)-OR(t-Δt)]。
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；Δt表示时间的变化量；
(3)当使用积分方程来表示状态变量的时候，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率IR，将第一输出属性作为单位时刻下的输出率OR,则表示状态变量的积分方程为：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；t0表示初始时间。
S103：根据所述第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和所述第二属性之间的关联关系，构建所述状态变量、所述速率变量、所述外生变量以及所述辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
速率变量是描述非常规突发事件发展快慢的变量，也即，是描述状态变量变化快慢的变量；因此，速率变量可以是第一属性，也可以是第二属性；
当速率变量为第一属性时，承载实体第一输入属性和第一输出属性变化快慢的描述是通过第一时间演化函数fa(·)和第一映射关系fr(·)共同体现的，因此，速率变量满足公式：v＝fv1(fa,fr)。
其中，v表示速率变量；fv1(·)表示第一速率函数；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系。
当速率变量为第二属性时，外界因素第二输入属性和第二输出属性变化快慢的描述是通过第二时间演化函数fb(·)和第一映射关系fn(·)共同体现的，因此，速率变量满足公式：v＝fv2(fb,fn)。
其中，v表示速率变量；fv2(·)表示第二速率函数；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系。
本申请实施例通过对非常规突发事件中的历史信息以及实时进行分析筛选，确定非常规突发事件的承载实体与外界因素，并将承载实体与外界因素的特征进行整合，得到承载实体的第一属性以及外界因素的第二属性，建立第一属性，第二属性分别于时间的关系，以及第一属性和第二属性之间的关联关系，进而动态的建立非常规突发事件的仿真模型，能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨学科、跨领域对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
示例：
在污水泄漏事件中，需要建立模型对其进行分析。明确建模对象：承载实体与外界因素。通过分析历史污水泄漏事件，以及监测系统获取的污水泄漏事件实时信息，提取污水泄漏事件的承载实体与外界因素；经过分析可以得到，污水泄漏事件的承载实体的为水厂、城区居民、商店；并将承载实体在污水泄漏事件中有影响的特征属性进行归纳，作为污水泄漏事件的第一输入属性，根据专业领域知识添加第一输入属性的属性量纲和属性变化的时变函数。污水泄漏事件的外界因素为应急部门，并将外界因素在污水泄漏事件中有影响的特征属性进行归纳，作为污水泄漏事件的第二输入属性，根据专业领域知识添加第二输入属性的属性量纲和属性变化的时变函数。
具体可以通过下述表1来表示水厂的特征属性：
表1水厂
| 属性名称 | 量纲 | 时变函数 |
| 正常供水速率 | 立方米/时 | 无 |
| 自来水库存量 | 立方米 | 无 |
| 污水处理能力 | 毫克/毫升 | 无 |
| 污染物浓度 | 毫克/毫升 | 无 |
下述表2来表示城区居民的特征属性：
表2城区居民
| 属性名称 | 量纲 | 时变函数 |
| 自来水消耗速率 | 立方米/时 | 无 |
| 谣言指数 | 无 | 无 |
下述表3来表示商店的特征属性：
表3商店
| 属性名称 | 量纲 | 时变函数 |
| 饮用水销售速率 | 立方米/时 | 无 |
| 饮用水库存量 | 立方米 | 无 |
下述表4来表示应急部门的特征属性：
表4应急部门
| 属性名称 | 量纲 | 时变函数 |
| 应急响应时间 | 小时 | 无 |
| 物资调度效率 | 立方米/小时 | 无 |
| 信息公布效率 | 无 | 无 |
将承载实体与外界因素的特征属性进行分类归纳，提取对污水泄漏事件起到主要影响作用的特征属性作为状态变量，在污水泄漏事件中，自来水库存量、应急供水量、饮用水库存量是影响指挥决策的重要特征属性，因此，自来水库存量、应急供水量、饮用水库存量为污水泄漏事件的状态变量，表示污水泄漏事件的整体变化。速率变量为自来水供水效率，自来水消耗效率，启动备用水源效率和饮用水销售速率。外界因素的特征属性为：信息公布效率，物资调度效率，污染处理效率；作为人在回路的人工干预因素影响系统参数，可看作系统外生变量。另外，谣言指数、弥补单位缺口所需时间、弥补缺口所需速率、污染物浓度、污染处理能力、正常供水速率、谣言指数、供水缺口不是承载实体以及外界因素的特征属性，是补充系统逻辑的辅助变量。
则状态变量，速率变量、外生变量以及辅助变量存在下述变量关系：
供水缺口＝max[0,(自来水库存量-应急供水量-饮用水库存量)]，比较(自来水库存量-应急供水量-饮用水库存量)差值和0的大小，取两者最大值作为供水缺口。
自来水库存量＝自来水库存量+(自来水消耗速率-自来水供水速率)*时间步长，自来水库存量为前一时刻库存量与(自来水消耗速率-自来水供水速率)在每个时间乘积并累加的和。
应急供水量＝应急供水量+应急供水速率*时间；
弥补缺口所需速率＝供水缺口/弥补缺口所需时间；
应急供水速率＝弥补缺口所需速率*应急响应时间；
饮用水销售速率＝谣言指数*弥补缺口所需速率-物资调度效率，谣言指数扩大弥补缺口所需速率进而影响饮用水销售速率；
谣言指数＝1-信息公布效率。
根据上述变量关系，建立特征属性关系图以及污水泄漏事件的模型图。
特征属性关系图参见图2所示，污水泄漏事件的模型图参见图3所示。
通过输入不同的信息公布效率、物资调度效率和应急响应时间，可得到供水缺口、应急供水量、饮用水销售速率的变化。饮用水销售速率高代表居民抢购行为频发，在整个水污染突发事件中、应急部门澄清事实、公布有关信息、及时调度物资等措施对整个事件的演化起到不同的控制作用。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了与非常规突发事件的仿真建模方法对应的非常规突发事件的仿真建模装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请实施例上述非常规突发事件的仿真建模方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
参见图4所示，本申请实施例还提供一种非常规突发事件的仿真建模装置，包括：
获取模块10，用于获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和第二属性之间的关联关系；第一属性和第二属性均有多个；
可选地，获取模块还用于根据第一映射关系以及第一时间演化函数，构建第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系；
将第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系确定为第一属性随时间发生变化的变化关系。
可选地，第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系，满足：
其中，表示第一输出属性；表示第一输入属性；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；Ac(t)表示第一输出属性的任意一个属性值；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；t表示时间；
且当时，承载实体发生突变；
其中，[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
可选地，获取模块还用于，根据第二映射关系、第二时间演化函数，构建第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系；
将第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系确定为第一属性和第二属性之间的关联关系。
可选地，第一属性和第二属性之间的关联关系，满足：
其中，为第二输出属性；为第一输入属性；为第二输入属性；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系；As(t)表示第二输出属性的任意一个属性值；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；t表示时间；AM表示第一输入属性和第二输出属性的交集；
且当时，承载实体发生突变；
其中，fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
变量确定模块20，用于根据第一属性、第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；速率变量用于表征状态变量变化快慢；辅助变量包括构成状态变量和/或速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；外生变量包括：第二属性中的输出属性；
可选地，变量确定模块还用于根据第一属性、第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量，具体包括：
将能够表征物质流或信息流动积累效应第一属性和/或第二属性确定为状态变量；
将能够表征状态变量变化快慢的第一属性和/或第二属性确定为速率变量；
将第二属性中的输出属性确定为外生变量；
将构成状态变量和/或速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量作为辅助变量。
可选地，变量确定模块还用于将能够表征物质流或信息流动积累效应第一属性和/或第二属性确定为状态变量，具体包括：
将第一输出属性作为单位时刻下的输出率，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率；
根据输入率和输出率构建微分方程、差分方程以及积分方程中任意一种；
其中微分方程、差分方程以及积分方程用于表征物质流或信息流动积累效应。
可选地，微分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；
差分方程满足：x(t)＝x(t-Δt)+Δt[IR(t-Δt)-OR(t-Δt)]；
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；Δt表示时间的变化量；
积分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；t0表示初始时间。
模型构建模块30，用于根据第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和第二属性之间的关联关系，构建状态变量、速率变量、外生变量以及辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
可选地，模型构建模块还用于：
当速率变量为第一属性时，
第一属性包括：第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；第一属性携带有第一输出属性和第一输入属性的第一映射关系以及第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；
速率变量满足：v＝fv1(fa,fr)；
其中：v表示速率变量；fv1(·)表示第一速率函数；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；
当速率变量为第二属性时，
第二属性包括：第二属性包括：第二输入属性、第二输出属性；第二属性携带有第二输出属性和第二入属性的第二映射关系以及第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；
速率变量满足：v＝fv2(fb,fn)
其中：v表示速率变量；fv2(·)表示第二速率函数；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系。
对应于图1中的非常规突发事件的仿真建模方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备50，如图5所示，该设备包括存储器51、处理器52及存储在该存储器51上并可在该处理器52上运行的计算机程序，其中，上述处理器52执行上述计算机程序时实现上述非常规突发事件的仿真建模的步骤。
具体地，上述存储器51和处理器52能够为通用的存储器71和处理器52，这里不做具体限定，当处理器52运行存储器51存储的计算机程序时，能够执行上述非常规突发事件的仿真建模方法，从而能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
对应于图1中的非常规突发事件的仿真建模的方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器52运行时执行上述非常规突发事件的仿真建模方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述非常规突发事件的仿真建模方法，从而能够高效、动态地反映非常规突发事件，跨领域、跨学科对非常规突发事件演化干预进行动态模拟仿真研究。
本申请实施例所提供的进行非常规突发事件的仿真建模方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例所提供的非常规突发事件的仿真建模装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种非常规突发事件的仿真建模方法，其特征在于，包括：
获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对所述承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和所述第二属性之间的关联关系；所述第一属性和所述第二属性均有多个；
根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，所述状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；所述速率变量用于表征所述状态变量变化快慢；所述辅助变量包括构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；所述外生变量包括：第二属性中的输出属性；
根据所述第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和所述第二属性之间的关联关系，构建所述状态变量、所述速率变量、所述外生变量以及所述辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；所述第一属性携带有第一输出属性和第一输入属性的第一映射关系以及第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；
所述获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，具体包括：
根据所述第一映射关系以及所述第一时间演化函数，构建所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系；
将所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系确定为所述第一属性随时间发生变化的变化关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一输出属性随第一输入属性和时间发生变化的变化关系，满足：
其中，表示第一输出属性；表示第一输入属性；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；Ac(t)表示第一输出属性的任意一个属性值；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；t表示时间；
且当时，所述承载实体发生突变；
其中，[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第二属性包括：第二输入属性以及第二输出属性；所述第二属性中携带有第二输出属性和第二输入属性的第二映射关系，以及第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；
所述获取所述第一属性和所述第二属性之间的关联关系，具体包括：
根据所述第二映射关系、第二时间演化函数，构建所述第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系；
将所述第一输入属性随第二输出属性和时间发生变化的变化关系确定为所述第一属性和所述第二属性之间的关联关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第一属性和所述第二属性之间的关联关系，满足：
其中，为第二输出属性；为第一输入属性；为第二输入属性；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系；As(t)表示第二输出属性的任意一个属性值；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；t表示时间；AM表示第一输入属性和第二输出属性的交集；
且当时，所述承载实体发生突变；
其中，fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；[ac′,ac″]为第一输出属性的稳态区间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量，具体包括：
将能够表征物质流或信息流动积累效应所述第一属性和/或第二属性确定为状态变量；
将能够表征所述状态变量变化快慢的所述第一属性和/或第二属性确定为速率变量；
将所述第二属性中的输出属性确定为外生变量；
将构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量作为辅助变量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；
所述将能够表征物质流或信息流动积累效应所述第一属性和/或第二属性确定为状态变量，具体包括：
将所述第一输出属性作为单位时刻下的输出率，将第一输入属性作为单位时刻下的输入率；
根据输入率和输出率构建微分方程、差分方程以及积分方程中任意一种；
其中所述微分方程、差分方程以及积分方程用于表征物质流或信息流动积累效应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述微分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；
所述差分方程满足：x(t)＝x(t-Δt)+Δt[IR(t-Δt)-OR(t-Δt)]；
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；Δt表示时间的变化量；
所述积分方程满足：
其中，x(·)表示状态变量；t表示时间；IR表示输入率；OR表示输出率；t0表示初始时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述速率变量为第一属性时：
所述第一属性包括：第一属性包括：第一输入属性、第一输出属性；所述第一属性携带有第一输出属性和第一输入属性的第一映射关系以及第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；
所述速率变量满足：v＝fv1(fa,fr)；
其中：v表示速率变量；fv1(·)表示第一速率函数；fa(·)表示第一输出属性随时间发生变化的第一时间演化函数；fr(·)表示第一输出属性和第一输入属性之间的第一映射关系；
当所述速率变量为第二属性时：
所述第二属性包括：第二属性包括：第二输入属性、第二输出属性；所述第二属性携带有第二输出属性和第二入属性的第二映射关系以及第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；
所述速率变量满足：v＝fv2(fb,fn)；
其中：v表示速率变量；fv2(·)表示第二速率函数；fb(·)表示第二输出属性随时间发生变化的第二时间演化函数；fn(·)表示第二输出属性和第二输入属性之间的第二映射关系。
10.一种非常规突发事件的仿真建模装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取非常规突发事件的承载实体的第一属性、能够对所述承载实体的发展造成影响的外界因素的第二属性，获取所述第一属性随时间发生变化的变化关系，并获取第一属性和所述第二属性之间的关联关系；所述第一属性和所述第二属性均有多个；
变量确定模块，用于根据所述第一属性、所述第二属性确定状态变量、速率变量、辅助变量和外生变量；其中，所述状态变量用于表征物质流或信息流动积累效应；所述速率变量用于表征所述状态变量变化快慢；所述辅助变量包括构成所述状态变量和/或所述速率变量之间逻辑和数学关系的中间变量；所述外生变量包括：第二属性中的输出属性；
模型构建模块，用于根据所述第一属性随时间发生变化的变化关系，以及第一属性和所述第二属性之间的关联关系，构建所述状态变量、所述速率变量、所述外生变量以及所述辅助变量之间的关联关系，以生成非常规突发事件的仿真模型。
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|---|---|---|---|---|
| CN112330004A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 合肥泽众城市智能科技有限公司 | 一种基于事件链的城市燃气泄漏突发事件推演方法及系统 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |