CN111784191A - 一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统，包括信息更新功能模块、GIS地图显示、调度计算、调度方案显示以及智能化应急预案决策。其中，信息更新功能模块，即信息接入，主要为实时信息的接入以及应急资源的信息接入；GIS地图显示功能模块，包括电子地图操作、卫星地图操作、数据挖掘与编辑以及网络分析与监控。调度计算功能模块，包括应急调度任务的统计分析、历史数据的存档、智能应急资源调度与算法。调度方案显示功能模块，包括应急人员调度、资源分布情况、资源需求种类、资源需求数量、应急车辆最优行驶路线。智能化应急预案决策，包括应急预案动态设计、历史预案存档、数字预案库。此外，还包括其他辅助性功能，如消息推送和灵活报告。
Description
技术领域
本发明属于智能辅助决策系统，本发明涉及资源调度计算、智能化预案设计等方法。
背景技术
目前，大多数国内企业所做的应急指挥或者管理平台，更注重前期数据的采集，将采集的数据交给决策者，用人脑进行分析。基于工业智能的安全管理辅助决策系统采用数据分析，可以代替人脑，帮助决策者选择合规处理。
化工园区安全事件具有事发突然、事态复杂、高度不确定性、涉及范围广等特点，使其应急决策过程存在决策时间短、应急预案少、决策复杂度高等问题。明显地，传统的基于预案的应急决策方法无法很好地满足重大安全事件应急决策的需求。因此，如何基于安全事件发展过程中所获取的信息，对其进行充分有效的分析，用以研究和发现安全事件的演化趋势和规律，为应急方案的快速准确的建立提供技术支持，是当前安全事件应急决策管理领域面临的关键问题。
在信息化理论和技术飞速发展的新时期，将工业智能和相关技术与安全事件应急决策支持方法相融合，在对事件数据进行处理和分析的基础之上，预测安全事件的演化趋势，评估安全事件的演化状态，估计应急资源，是为安全事件应急决策提供有效支持的重要方法之一。工业智能作为人工智能研究领域的一个重要发展方向，能够以一种自然的方法表示因果信息，具有丰富的概率表达能力、不确定性问题处理能力、多源信息表达与融合能力。因此，将工业智能与安全事件应急决策相融合，建设基于工业智能的安全管理辅助决策系统具有十分重要的意义。
发明内容
发明目的
针对可能的安全事故（件）或灾害，保证迅速、有序、有效地开展应急与救援行动、降低事故损失。在辨识和评估潜在重大危险、事故类型、发生的可能性及发生过程、事故后果及影响严重程度的基础上，对应急人员、技术、装备、设施、物质、救援行动及其指挥与协调等方面进行辅助决策。
技术解决方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统：
1、所述一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统包括信息更新功能模块、地图显示模块、调度计算模块、调度方案显示模块、智能化应急预案决策模块以及辅助功能模块。
2、所述信息更新功能模块包括气象站信息更新、传感器监测点信息更新、交通状况信息更新、事件事故预测信息更新、应急资源需求信息更新。
3、所述地图显示模块包括电子地图操作、卫星地图操作、数据挖掘与编辑以及网络分析与监控。
4、所述调度计算模块包括应急调度任务的统计分析、历史数据的存档、智能应急资源调度与算法。
5、所述调度方案显示模块包括应急人员调度、资源分布情况、资源需求种类、资源需求数量、应急车辆最优行驶路线。
6、所述智能化应急预案决策模块包括应急预案动态设计智能算法、历史预案存档、数字预案库。
7、所述辅助功能模块包括消息推送和灵活报告。
8、所述应急预案动态设计智能算法包括三个部分：基于历史案例推理以及现有智能运算数据的应急预案处置设计功能、基于三层架构的应急案例表示模式以及突发事件演化关键参数分析。
9、所述基于历史案例推理以及现有智能运算数据的应急预案处置设计功能是通过将人工智能领域中的基于案例推理的方法引入到应急预案处置方案的辅助设计中。应急案例需设计成统一的存储模式。系统通过案例检索算法快速查找到案例库中与当前发生的突发事件最相似的案例及其处置方案，进而设计出当前的应急预案处置方案。
10、所述基于三层架构的应急案例表示模式包括六个部分：应急案例特征分析、建立应急概念树、建立突发事件本体模型、建立突发事件元模型、应急案例的表示层次、应急案例的通用表示与存储模式。
11、所述应急案例特征分析将把历史上基于文本的非结构化形式的案例表达为结构化形式的规范化案例，以便于计算机的存储、识别与检索。
12、所述建立应急概念树是一个分类和主题一体化的词表。其参照《中国分类主题词表》建立一个“应急管理——突发公共事件”二级类目的概念树，每一类都参考的“事物——种类部分——成分——性质——过程——操作——施动者或工具”分面方法，向下依次按照类别枚举概念。
13、所述建立突发事件本体模型构建突发事件的本体模型来描述各种类别的应急案例的共性特征。突发事件的本体模型是一个基类。它抽象了整个应急领域事件的共性要素，并提取了每个要素的共性属性列表。通过对突发事件的深入分析，本系统采用系统论的方法将事件的本体定义为下列的集合结构：
E=<X,S,Y>
E表示事件的本体；X表示输入集，代表系统界面的一部分，外部环境通过它作用于系统。X可进一步定义为：诱因输入、自然环境诱因输入、社会环境诱因输入、人为控制输入。S表示在时刻t事件的状态集合，事件的状态可以是表征事件的特征向量，可以包括事件的空间信息，资源消耗，相关的技术参数等。Y表示输出集，具体指由状态变化所引起的另一个事件，或事件的另一种状态。Y包含于S，是S中与事件外界（或环境）存在相互作用的状态的集合。
14、所述建立突发事件元模型是在突发事件本体模型的基础上，继承了本体模型中的共性属性后加入该元事件领域的个性化属性而得到的。所有的元事件将覆盖应急案例的整个领域。每个事件元模型在继承了本体模型中的共有属性外也是通过输入、输出、状态、三元组来表示。
15、所述应急案例的表示层次更为全面的描述应急案例的全部信息：案例基本信息——元事件——状态——属性。
16、所述突发事件演化关键参数分析采用系统动力学对突发事件演化进行关键参数分析分析已有的贝叶斯网络模型参数学习方法，采用面向突发事件应急决策支持的实时增量式最大期望参数学习方法。其涉及的关键参数可划分为如下四个部分：环境参数、装备参数、人为参数以及应急参数。
17、所述突发事件演化关键参数分析中的环境参数分析将突发事件演化的环境因子看作大系统下的一个子系统，其包含四个影响因素：环境监测数据、环境受损、危险源形成、突发事件触发。
18、所述突发事件演化关键参数分析中的装备参数分析将突发事件演化的装备因子看作一个子系统，其包含五个影响因素：装备设计缺陷、防护装备、基础装备故障、危险监测系统、质检管控失误
19、所述突发事件演化关键参数分析中的人为参数分析将突发事件演化的人为因子看作一个子系统，其包含五个影响因素：人为不安全行为、负面心理作用、负面生理作用、个体素质、信息宣传。
20、所述突发事件演化关键参数分析中的应急参数分析将突发事件演化的应急因子看作一个子系统，其包含六个影响因素：应急管理、安全投入、监督检查、机制创新、管理创新、资助。
21、所述智能应急资源调度与算法包括四个部分：针对多事故点的多应急救援资源动态配置决策方案、应急救援资源估计决策方案、应急救援资源识别与整合决策方案、基于主体交互与行为博弈论的应急救援人员调度决策技术方案。
22、所述针对多事故点的多应急救援资源动态配置决策方案为多事故点问题建立理想化调度模型与鲁棒模糊优化模型，并利用时间公平性和事故损失程度两种不同规则对关键资源进行方案调度决策。
23、所述应急救援资源估计决策方案包括八个步骤：
（1）需求估计区域及基本需求单元确定；（2）需求资源所需数据及资料收集整理；（3）主要致险因子及承险体辨识；（4）致险因子致险程度估计；（5）承险体脆弱性估计；（6）单灾种灾害风险损失估计；（7）多灾种灾害风险损失估计；（8）应急救援资源需求估计。
24、所述应急救援资源识别与整合决策方案对各出救点进行识别的基础上进行有效的资源整合。其包括四个部分：（1）利用信息融合技术从时间、空间、数量等方面对应急资源进行特征分析；（2）需求识别；（3）分级识别；（4）动态结构应急资源的整合。
25、所述基于主体交互与行为博弈论的应急救援人员调度决策技术方案运用系统动力学知识分析不同行为主体间的交互，结合行为博弈理论构建二层规划模型，借鉴模拟植物生长算法，求解问题。
技术效果
本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统可以产生如下的技术效果：
1、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，可以智能地为调度或安全管理队伍提示采取的应急方案，预案包括事件名称、当前每一步行动预案、要求的反应时间，采用的预案满足：T探测+T反应<T延迟的要求。
2、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，可以集中管理所需要的数据。一旦有危险发生，系统对数据进行综合分析后，会立即得出一个最佳的应急资源调度方案。
3、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，具备应急资源调度决策模型管理功能，提供模型维护、扩展、修改和关键参数配置功能。
4、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，运用GIS地图优势，安全管理队伍能够更好地了解安全防护区域和跟踪资源。
5、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区安全管理队伍的工作场景下，提供自动化生成报告功能。
6、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，将警报发送给现场的工作人员。
7、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，采用操作员分级管理，设置不同权限以保证软件操作的安全并能完全控制每一个操作员在系统中的行为能力。
8、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，提供了完善的数据维护工具，除了能及时备份数据库外，还能有效地修复与重建数据。同时，系统会自动检查数据的完整性，如果系统非正常退出，再次启动时，系统会自动对数据库进行自动维护。
9、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，集成现有安全管理系统，整合至一个平台实现运作；24×7小时不间断运行；能够关联多个数据源的报警信息；为安防事件响应计划提供符合规定的工作流程。
10、将本发明的一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统应用在化学园区应急指挥场景下，为将来的系统网络预留充足的网络容量和数据接口。
附图及附图的简单说明
图 1 是基于工业智能的安全管理辅助决策系统结构图。说明：基于工业智能的安全管理辅助决策系统结构包括如下六个部分：（1）信息更新功能模块；（2）GIS地图显示功能模块；（3）调度计算功能模块；（4）调度方案显示功能模块；（5）智能化应急预案决策；（6）其他辅助性功能。
图 2 是调度计算模块结构图。说明：调度计算功能模块包括如下三个部分：（1）应急调度任务统计分析；（2）历史数据存档；（3）智能应急资源调度与算法。
图 3 是智能化应急预案决策结构图。说明：智能化应急预案决策模块包括三个部分：（1）应急预案动态设计；（2）历史预案存档（3）数字预案库。
图 4 是调度方案显示功能模块结构图。说明：调度方案显示功能模块包括五个部分：（1）应急人员调度；（2）资源分布情况；（3）资源需求种类；（4）资源需求数量；（5）应急车辆最优行驶路线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达的更加清楚明白，下面对具体实施本发明做进一步的说明。
1、基于工业智能的安全管理辅助决策系统接入相应数据：气象站信息、传感器信息、交通状况信息、应急资源信息、应急人员信息、车辆信息、历史预案信息以及地图信息。
2、利用数据更新模块对气象站实时信息、传感器实时信息、交通状况信息进行数据展示并自动存库。
3、利用地图模块对园区的地理位置信息、应急资源分布信息进行展示，同时提供相应的电子地图操作和卫星地图操作功能。
4、利用应急预案表示模块将历史应急案例表示成“案例一元事件一状态一属性”的层次表示形式并将其存储到关系数据库当中形成案例库。
5、当出现突发事件时，智能化应急资源调度算法模块结合各种资源的分布情况对当前突发事件的情况进行智能规划并通过调度方案显示功能模块对应急人员的调度情况、资源的分布情况、资源种类的需求情况、最早应急响应时间以及应急车辆的最优行驶路线进行可视化展示。
6、当出现突发事件时，智能化应急决策功能模块首先利用案例检索算法查找案例库中与当前发生的突发事件最相似的案例。
7、其次，智能化应急决策功能模块对突发事件演化关键参数：环境参数、装备参数、人为参数以及应急参数进行分析；同时，分析已有的贝叶斯网络模型参数学习方法，并采用面向突发事件应急决策支持的实时增量式最大期望参数学习方法，根据突发事件演化的系统动力学总流图以及因子分析中设置的变量，可以得到突发事件的系统动力学模型。
8、智能化应急决策功能模块通过对与当前突发情况最相似案例的推理以及当前突发事件的系统动力学模型进行整合，自动生成最适合当前突发事件的应急预案；同时将所生成的应急预案进行存档。
9、当应急事件发生时，智能化应急决策功能模块自动将警报发送给现场的工作人员。
Claims (25)
1.一种基于工业智能的安全管理辅助决策系统，其特征在于，包括信息更新功能模块、地图显示模块、调度计算模块、调度方案显示模块、智能化应急预案决策模块以及辅助功能模块。
2.根据权利要求1所述信息更新功能模块，其特征在于，包括气象站信息更新、传感器监测点信息更新、交通状况信息更新、事件事故预测信息更新、应急资源需求信息更新。
3.根据权利要求1所述地图显示模块，其特征在于，包括电子地图操作、卫星地图操作、数据挖掘与编辑以及网络分析与监控。
4.根据权利要求1所述调度计算模块，其特征在于，包括应急调度任务的统计分析、历史数据的存档、智能应急资源调度与算法。
5.根据权利要求1所述调度方案显示模块，其特征在于，包括应急人员调度、资源分布情况、资源需求种类、资源需求数量、应急车辆最优行驶路线。
6.根据权利要求1所述智能化应急预案决策模块，其特征在于，包括应急预案动态设计智能算法、历史预案存档、数字预案库。
7.根据权利要求1所述辅助功能模块，其特征在于，包括消息推送和灵活报告。
8.根据权利要求6所述应急预案动态设计智能算法，其特征在于，包括三个部分：基于历史案例推理以及现有智能运算数据的应急预案处置设计功能、基于三层架构的应急案例表示模式以及突发事件演化关键参数分析。
9.根据权利要求8所述基于历史案例推理以及现有智能运算数据的应急预案处置设计功能，其特征在于，是通过将人工智能领域中的基于案例推理的方法引入到应急预案处置方案的辅助设计中，应急案例需设计成统一的存储模式，系统通过案例检索算法快速查找到案例库中与当前发生的突发事件最相似的案例及其处置方案，进而设计出当前的应急预案处置方案。
10.根据权利要求8所述基于三层架构的应急案例表示模式，其特征在于，包括六个部分：应急案例特征分析、建立应急概念树、建立突发事件本体模型、建立突发事件元模型、应急案例的表示层次、应急案例的通用表示与存储模式。
11.根据权利要求10所述应急案例特征分析，其特征在于，将把历史上基于文本的非结构化形式的案例表达为结构化形式的规范化案例，以便于计算机的存储、识别与检索。
12.根据权利要求10所述建立应急概念树，其特征在于，是一个分类和主题一体化的词表，其参照《中国分类主题词表》建立一个“应急管理——突发公共事件”二级类目的概念树，每一类都参考的“事物——种类部分——成分——性质——过程——操作——施动者或工具”分面方法，向下依次按照类别枚举概念。
13.根据权利要求10所述建立突发事件本体模型，其特征在于，构建突发事件的本体模型来描述各种类别的应急案例的共性特征，突发事件的本体模型是一个基类；它抽象了整个应急领域事件的共性要素，并提取了每个要素的共性属性列表，通过对突发事件的深入分析，本系统采用系统论的方法将事件的本体定义为下列的集合结构：E=<X,S,Y>
E表示事件的本体；X表示输入集，代表系统界面的一部分，外部环境通过它作用于系统；X可进一步定义为：诱因输入、自然环境诱因输入、社会环境诱因输入、人为控制输入；S表示在时刻t事件的状态集合，事件的状态可以是表征事件的特征向量，可以包括事件的空间信息，资源消耗，相关的技术参数等；Y表示输出集，具体指由状态变化所引起的另一个事件，或事件的另一种状态；Y包含于S，是S中与事件外界（或环境）存在相互作用的状态的集合。
14.根据权利要求10所述建立突发事件元模型，其特征在于，是在突发事件本体模型的基础上，继承了本体模型中的共性属性后加入该元事件领域的个性化属性而得到的，所有的元事件将覆盖应急案例的整个领域，每个事件元模型在继承了本体模型中的共有属性外也是通过输入、输出、状态、三元组来表示。
15.根据权利要求10所述应急案例的表示层次，其特征在于，更为全面的描述应急案例的全部信息：案例基本信息——元事件——状态——属性。
16.根据权利要求8所述突发事件演化关键参数分析，其特征在于，采用系统动力学对突发事件演化进行关键参数分析分析已有的贝叶斯网络模型参数学习方法，采用面向突发事件应急决策支持的实时增量式最大期望参数学习方法，其涉及的关键参数可划分为如下四个部分：环境参数、装备参数、人为参数以及应急参数。
17.根据权利要求16所述突发事件演化关键参数分析中的环境参数分析，其特征在于，将突发事件演化的环境因子看作大系统下的一个子系统，其包含四个影响因素：环境监测数据、环境受损、危险源形成、突发事件触发。
18.根据权利要求16所述突发事件演化关键参数分析中的装备参数分析，其特征在于，将突发事件演化的装备因子看作一个子系统，其包含五个影响因素：装备设计缺陷、防护装备、基础装备故障、危险监测系统、质检管控失误。
19.根据权利要求16所述突发事件演化关键参数分析中的人为参数分析，其特征在于，将突发事件演化的人为因子看作一个子系统，其包含五个影响因素：人为不安全行为、负面心理作用、负面生理作用、个体素质、信息宣传。
20.根据权利要求16所述突发事件演化关键参数分析中的应急参数分析，其特征在于，将突发事件演化的应急因子看作一个子系统，其包含六个影响因素：应急管理、安全投入、监督检查、机制创新、管理创新、资助。
21.根据权利要求4所述智能应急资源调度与算法，其特征在于，包括四个部分：针对多事故点的多应急救援资源动态配置决策方案、应急救援资源估计决策方案、应急救援资源识别与整合决策方案、基于主体交互与行为博弈论的应急救援人员调度决策技术方案。
22.根据权利要求21所述针对多事故点的多应急救援资源动态配置决策方案，其特征在于，为多事故点问题建立理想化调度模型与鲁棒模糊优化模型，并利用时间公平性和事故损失程度两种不同规则对关键资源进行方案调度决策。
23.根据权利要求21所述应急救援资源估计决策方案，其特征在于，包括八个步骤：
需求估计区域及基本需求单元确定；（2）需求资源所需数据及资料收集整理；（3）主要致险因子及承险体辨识；（4）致险因子致险程度估计；（5）承险体脆弱性估计；（6）单灾种灾害风险损失估计；（7）多灾种灾害风险损失估计；（8）应急救援资源需求估计。
24.根据权利要求21所述应急救援资源识别与整合决策方案，其特征在于，对各出救点进行识别的基础上进行有效的资源整合，其包括四个部分：（1）利用信息融合技术从时间、空间、数量等方面对应急资源进行特征分析；（2）需求识别；（3）分级识别；（4）动态结构应急资源的整合。
25.根据权利要求21所述基于主体交互与行为博弈论的应急救援人员调度决策技术方案，其特征在于，运用系统动力学知识分析不同行为主体间的交互，结合行为博弈理论构建二层规划模型，借鉴模拟植物生长算法，求解问题。
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