CN111798355A - 一种城市公共安全事件链形式化组织方法及事件链数据库 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市公共安全事件链形式化组织方法及事件链数据库，本发明提供方法根据不同的灾害的先验专家知识及应急预案，建立城市公共事件链抽象元模型，并根据领域专家构建的事件关联矩阵确定步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系，最终得到事件链抽象元模型数据库，再根据事件链抽象元模型数据库建立目标城市的城市公共安全事件链数据库，优化了目标城市的城市公共安全事件链数据库中事件与事件的决策路径，能够迅速对事件链中次生、衍生和可能伴生的后续事件进行快速确定，提升了决策效率和应急响应效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市公共安全事件链形式化组织方法及事件链数据库。
背景技术
城市作为人口和经济的聚集区，灾害带来的损失更为严重，因此对城市公共安全的管理和认识成为重要的关注点。由于城市存在人口、设施密集的基本特点，城市公共安全事件往往会形成特定的灾害事件链，发生事故转化或形成次生灾害。目前，我国城镇公共安全的管理中，仍是孤立灾害管理，缺乏对事件与事件关联研究，对次生灾害等具有关联性的事件缺少提前预判。基于事件链模型进行事故转化和次生灾害的识别，可以大大提高应急响应的前瞻性，提前进行处置甚至防患于未然，具有很强的科研和实践价值。
突发事件类别多样，不同类型突发事件具有各自复杂的成因机理和演化过程，表现出来的个性特征存在着很大差异，应对策略与实施流程亦不尽相同。突发事件的发生发展与所处的环境密切相关，情境不同，突发事件之间的关联关系不同，同一突发事件将会出现不同的演化路径。在突发事件的应对过程中，应急管理者面对大量的、多源的、异构的信息，需要站在综合、总体的层面识别出突发事件的发展态势和演化方向，并在支持信息不完备的情况下快速、科学地进行决策。通过提炼突发事件的一般性规律，可以使人们更好地认知突发事件发生演化的过程，对突发事件的应对具有重要的意义；也有助于应急管理者从共性角度了解突发事件系统的层次结构和演化规律，进而采取切实可行的措施加以应对。近年来学者们在应用层面增强了衍生耦合、连锁反应的研究，在应急领域构建了知识级应用框架，能提供构建事件关系的专家经验。
为了提高城市公共安全和应急管理的预判能力和链式响应能力，对城市公共安全事件链进行研究至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市公共安全事件链形式化组织方法，该方法包括以下步骤：
步骤S01：建立城市公共安全事件链抽象元模型数据库，包括以下步骤：
步骤S011：根据不同的灾害的先验专家知识及应急预案，建立城市公共事件链抽象元模型；
步骤S012：根据事件关联矩阵，确定所述步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系；
步骤S013：将步骤S012确定关系后的城市公共事件链抽象元模型进行存储，建立事件链抽象元模型数据库；
步骤S02：基于步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库建立城市公共安全事件链数据库，包括以下步骤：
步骤S021：获取具体城市公共安全事件，根据获取得到的具体城市公共安全事件的结构化信息构建实体模型，所述具体城市公共安全事件包括事件A和所述事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件；
步骤S022：在步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库中搜寻是否存在符合所述步骤S021中具体城市公共安全事件要求的城市公共事件链抽象元模型，如有则执行步骤S023，反之则结束；
步骤S023：用所述步骤S022搜寻到的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系连接所述步骤S021实体模型中事件A和所述事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件，构建成城市公共安全事件链模型；
步骤S024：将所述步骤S023构建的城市公共安全事件链模型进行存储，建立城市公共安全事件链数据库。
进一步的，所述步骤S012中的事件之间的关系包括因果关系、同源关系、重现关系、互斥关系、偶排关系和/或模糊关系。
进一步的，所述步骤S023构建的城市公共安全事件链模型为超图模型。
本发明在此的另一个目的在于提供一种城市公共安全事件历史事件链数据库，该数据库由本发明提供的方法创建，所述步骤S02建立的城市公共安全事件链数据库中的具体城市公共安全事件为具体城市公共安全历史事件。
本发明的有益效果：
1)本发明提供方法根据不同的灾害的先验专家知识及应急预案，建立城市公共事件链抽象元模型，并根据领域专家构建的事件关联矩阵确定步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系，最终得到事件链抽象元模型数据库，再根据事件链抽象元模型数据库建立目标城市的城市公共安全事件链数据库，优化了目标城市的城市公共安全事件链数据库中事件与事件的决策路径，能够迅速对事件链中次生、衍生和可能伴生的后续事件进行快速确定，提升了决策效率和应急响应效果。
2)事件之间的关系包括因果关系、同源关系、重现关系、互斥关系、偶排关系和/或模糊关系，多种关系同时考虑，建立得到的数据库事件链数据更全面，更有利于提升了决策效率和应急响应效果。
3)引入超图(Hypergraph)模型后，进一步可将复杂系统建模、拓扑性质分析和知识传播方法等对接，增强了该方法的应用性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在附图中：
图1为本申请记载的一对一事件城市公共事件链抽象元模型图；
图2为本申请记载的一对多事件城市公共事件链抽象元模型图；
图3为本申请记载的多对一事件城市公共事件链抽象元模型图；
图4为利用本申请方法的原理图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
灾害链(郭增建,1987)是基于灾害的发生、发展、演化、减缓、消除过程的规律,支持各类灾害机理(史培军,2014；Wang,2007；Cheng et al.,2005)。灾害链理论及其应用已经在地震灾害链、地质灾害链、台风灾害链、雨雪冰冻灾害链等自然灾害链得到应用。范海军(2006)等人的研究工作运用系统理论观点,从数学层面上分析了自然灾害系统的链式关系结构,建立了自然灾害链式效应数学关系模型。文传甲(2000)提出了广义灾害和广义灾害链的概念,在此基础上公共安全领域将灾害链延申得到事件链。提高城市公共安全和应急管理都需要提高预判能力和链式响应能力，因此需要对灾害链和事件链在机理、建模和应急预案结构化三个方面开展现状分析。
公共安全领域事件链的分析和研究仍然以灾害链演化方法为主，将研究对象扩展到公共安全领域的其他非自然灾害领域，并在应用层面增强了衍生耦合、连锁反应的研究，在应急领域构建了知识级应用框架。Buzna(2006)等分析了灾害扩散的动态性特征,构建了动态网络模型,并对网络的结构特性进行了研究,对灾害传播的级联效应和效率等问题进行了研究(PetersK.2008),建立了系统动力学模型；方志耕(2009)等运用Bayes推理方法建立了灾害演化的GERT网络,对灾害演化状态的概率进行了动态预测和评价；杨保华等(2012)针对非常规突发事件演化过程中的衍生耦合问题,基于GERTS网络,分别构建了事件间情景推演的互利耦合模型和共力耦合模型；荣莉莉等(2012)结合了公共安全三角形理论归纳出四类孕灾环境,提出了连锁反应模型；在事件链应用研究方面，裘江南(2009,2012)依据应急处置的知识需求,运用知识地图研究事件间关系,构建了事件链的知识导航模型；运用贝叶斯网络构造了不确定突发事件模型,并根据各突发事件模型间的关联关系,提出了突发事件链的贝叶斯网络模型；李进(2011)更是基于突发事件链模型,设计了多资源多受灾点的应急调度模型；王永明(2011)分析了突发事件链影响下的交通组织特性,运用元胞传输模型构造了区域疏散能力评估模型，并建立了多层加载式的路网调整模型；赵奕奕(2012)分析了群体性突发事件的影响因素和演化过程,提出了舆论传播的非一致有界信任模型；刘德海(2010)针对基层政府、上级政府和社会弱势群体存在的不同心智模型,建立了群体性突发事件博弈的演化模型；Shi(2012)对具有信息循环的灾害链演化过程进行了分析,建立了单个灾害在灾害链中发生机制的概率模型；李从东(2012)指出了概率理论在事件链知识表达和演化推理问题上应用的不足并基于本体、SURL和Jess等技术,提出了链式演化推理框架；Ma(2013)通过分析灾害的历史演化过程和影响因素,运用本体论挖掘灾害链信息,构造了本体驱动的灾害预测信息系统。
从自然灾害研究发展而来的灾害链，以及延伸到城市公共安全领域的事件链研究目前已经取得初步成果，多数研究已经可以对历史发生的安全事件进行形式化描述和影响推演。
在事件链的建模方法与灾害链建模方法类似，主要建模方法主要包括：
一、多层级概率模型，采用4个要素描述突发事件:致灾因子、承灾体、孕灾环境和相互作用形式。1)原致灾因子发生变化,如作用时间、作用空间、作用强度等；2)原承灾体发生变化,如承灾体破坏、变异等；3)产生新致灾因子,作用于新的承灾体，从而导致新的次生、衍生事件发生,形成事件链。对于事件链的每一个元素，首先确定初始事件的概率通常可以采用德尔菲法、因果分析图法、事件树、事故树、Markov链等定性和定量的方法；如果初始事件是某一具体事件自发发生的,如地震、洪水等,确定初始事件的概率通常需要结合具体的事件类型采用统计分析、物理模型计算等方法获得。
二、贝叶斯网络建模方法：包括以下五个步骤1)统一抽象表示突发事件模型，根据事件内部各要素间关系建立输入、状态和输出三层结构统一抽象表示的突发事件模型。2)构建单一突发事件贝叶斯网络，确定网络中各变量的先验概率和条件概率集合；3)形成突发事件链贝叶斯网络结构，事件链内各突发事件间关联模式，合并具有关联关系的事件之间共有变量形成突发事件链贝叶斯网络结构；4)突发事件链贝叶斯网络概率的重新指派，在已关联合并的突发事件链贝叶斯网络结构上，对网络中的变量重新进行概率指派，生成突发事件链贝叶斯网络参数。5)突发事件链连锁反应过程的推理预测，实现对突发事件引发的连锁反应过程的预测和分析。
三、基于超图(Hypergraph)的超网络模型：首先将非常规突发事件定义为一系列属性的集合，包括事件类型、关键属性、从属属性、环境属性、危害评估属性等，重点将属性作为事件和事件链的基本构成单元，研究的重点关注市对事件间的类型可能存在差异，事件间的属性组成可能存在差异；以及不同事件的属性间具有交叉关系等方式，采用“超图(Hypergraph)”模型构建方法，描述节点间的异质性和多节点间的关系，同时关注事件间的属性关联关系，在关联关系方面对事件链的结构进行刻画和推演。
除此之外，还有将城市运行、导航模型、推荐系统、知识图谱等方式对事件链进行建模和分析，突出了事件链在预测、应急资源调配、自动推理等应用方面的延伸。
基于对事件链的研究，本文提供的技术方案是一种城市公共安全事件链形式化组织方法，该方法包括以下步骤：
步骤S01：建立城市公共安全事件链抽象元模型数据库，包括以下步骤：
步骤S011：根据不同的灾害的先验专家知识及应急预案，建立城市公共事件链抽象元模型；
步骤S012：根据领域专家构建的事件关联矩阵，确定所述步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系；
本文在此将事件链中事件与事件的关系确定为如表1所示的关系。
表-1事件与事件的关系类型表
步骤S013：将步骤S012确定关系后的城市公共事件链抽象元模型进行存储，建立事件链抽象元模型数据库；事件链抽象元模型数据库中的城市公共事件链抽象元模型用于对事件链中不同类别的事件之间的发生次序或者前后关系的情况进行表达，作为城市公共安全事件链的基础逻辑单元；
该步骤建立的数据库节点采用图数据库的节点定义，即Node，包括名称，节点标签和节点属性；事件关系采用图数据库的关系定义，即Relationship，包括关联名称和关系属性
以干旱与火灾的关系为例，作为一个关联关系，其关联名称为[:关联]，节点属性中只包括该关系的具体属性，如次生。
本文中事件节点属性可以采用表2所示的模式设置，事件关联关系逻辑结构可以采用表3所示的结构设置。
表-2事件节点属性表
表-3事件关系逻辑结构表
步骤S02：基于步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库建立城市公共安全事件链数据库，包括以下步骤：
步骤S021：获取具体城市公共安全事件，根据获取得到的具体城市公共安全事件的结构化信息构建实体模型，具体城市公共安全事件包括事件A和与事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件；此处的结构化信息用于描述具体城市公共安全事件，其一般涵盖事件描述，产生时间，空间属性，行政属性，所属专业属性；例如发生了一起车祸，需要具体地记录车祸的时间、地点、事件信息等结构化信息
步骤S022：在步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库中搜寻是否存在符合所述步骤S021中具体城市公共安全事件要求的城市公共事件链抽象元模型，如有则执行步骤S023，反之则结束；
步骤S023：用步骤S022搜寻到的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系连接所述步骤S021实体模型中事件A和事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件，构建成城市公共安全事件链模型，如图4所示；
步骤S024：将步骤S023构建的城市公共安全事件链模型进行存储，建立城市公共安全事件链数据库。
本文建立的城市公共安全事件链数据库中包括事件节点，节点采用图数据库的节点定义，即Node，包括名称，节点标签和节点属性。以火灾为例，作为节点，其名称为(火灾)，标签为(Fire)，节点属性包括了事件id，事件描述，发生时间、所在地点等信息。此处的事件节点(Node)：具体城市公共安全事件的节点，当指标数据由于客观因素难于直接获得，可以将准则状态也作为事件，其中准则状态可由专家经验给出。
本文中具体城市公共安全事件节点属性可以表示如表4所示。
表-4公共安全事件节点属性设计
本文中，城市公共事件链抽象元模型包括以下几种类别：
1.如图1所示，一对一事件链元模型；事件—事件的关联关系，例如暴雨会产生局部洪涝。
2.如图2所示，一对多事件链元模型；事件到多个事件的关联关系，例如台风会导致其他暴雨、内涝、滑坡等自然灾害以及城市道路建筑损坏等。
3.如图3所示，多对一事件链元模型；多个事件对一个事件的关联关系，例如在安全事故领域中一个安全事故往往由多种因素共同作用，如包括气象因素、安全防护和培训不到位、日常检查遗漏、操作人员身体状况等共同作用产生某件安全生产事故。
在步骤S021中的具体城市公共安全事件的结构化信息获取步骤为：对具体城市公共安全事件进行相关属性抽象规则抽象，得到具体城市公共安全事件的结构化信息。相关属性抽象规则是指抽象规则，如发生了具体城市公共安全事件，无需将其所有信息均记录，对于需要记录的信息如事件的发生事件、发生地点、行政属性、专业属性等则按照一定的规则进行提取，这个过程即是对具体城市公共安全事件进行相关属性抽象规则抽象。其中行政属性即事件所发生的行政位置，例如北京市海淀区燕园街道；专业属性即事件所属的处置领域，如车祸属于交通领域；专业属性为了后续快速确定职能部门而设定。
本文中步骤S023构建的城市公共安全事件链模型为超图模型。采用“超图(Hypergraph)”模型构建方法，描述节点间的异质性和多节点间的关系，同时关注事件间的属性关联关系，在关联关系方面对事件链的结构进行刻画和推演。采用超图(Hypergraph)模型，进一步可将复杂系统建模、拓扑性质分析和知识传播方法等对接，增强了该方法的应用性。
在此以建立城市公共安全历史事件链数据库为例进行说明，但应当理解是，本文提供的城市公共安全事件链形式化组织方法还可以用于其他数据链数据库的建立。
步骤1：按照上述步骤S01建立城市公共安全事件链抽象元模型数据库；
步骤2：基于步骤1建立的城市公共安全事件链抽象元模型数据库建立目标城市的城市公共安全历史事件链数据库，包括以下步骤：
步骤21：获取目标城市的具体城市公共安全事件，该具体城市公共安全事件为历史事件；根据获取得到的具体城市公共安全事件的结构化信息构建实体模型，具体城市公共安全事件包括事件A和与事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件；如在17年9月20日-23日目标城市连续降雨，在此期间目标城市某段路发生滑坡，另一地方产生了洪涝。
步骤22：在步骤S1建立的事件链抽象元模型数据库中搜寻是否存在符合所述步骤21中具体城市公共安全事件要求的城市公共事件链抽象元模型，如有则，例如事件链抽象元模型数据库中存在城市公共事件链抽象元模型，表示降雨与滑坡之间为因果关系，降雨与洪涝之间为因果关系，执行步骤23；反之则结束。
步骤23：用步骤22搜寻到的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系连接步骤21实体模型中事件A和事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件，从而得到事件A与一系列事件之间的关系，如用因果关系连接降雨和滑坡构成一对一事件链，或是用因果关系分别连接降雨与滑坡、降雨与洪涝构成一对多事件链。当然该关系根据事件的具体情况可以是因果关系、同源关系、重现关系、互斥关系、偶排关系和/或模糊关系；构建成城市公共安全历史事件链模型。
步骤24：将步骤23构建的城市公共安全历史事件链模型进行存储，建立城市公共安全历史事件链数据库。
当发生安全事件时，在建立的城市公共安全历史事件链数据库进行检索，得到与发生的安全事件有关的城市公共安全历史事件链模型，根据检索得到的城市公共安全历史事件链模型可以实现公共安全事件链推理，实现了事件转移的判断，迅速对事件链中次生、衍生和可能伴生的后续事件进行快速确定，提升了决策效率和应急响应效果。
本文提供的方法可以通过计算机程序实现，编写相应的计算机程序，并将其存储于介质硬件上，上电运行即可。
本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S01：建立城市公共安全事件链抽象元模型数据库，包括以下步骤：
步骤S011：根据不同的灾害的先验专家知识及应急预案，建立城市公共事件链抽象元模型；
步骤S012：根据事件关联矩阵，确定所述步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系；
步骤S013：将步骤S012确定关系后的城市公共事件链抽象元模型进行存储，建立事件链抽象元模型数据库；
步骤S02：基于步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库建立城市公共安全事件链数据库，包括以下步骤：
步骤S021：获取具体城市公共安全事件，根据获取得到的具体城市公共安全事件的结构化信息构建实体模型，所述具体城市公共安全事件包括事件A和所述事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件；
步骤S022：在步骤S01建立的事件链抽象元模型数据库中搜寻是否存在符合所述步骤S021中具体城市公共安全事件要求的城市公共事件链抽象元模型，如有则执行步骤S023，反之则结束；
步骤S023：用所述步骤S022搜寻到的城市公共事件链抽象元模型中事件之间的关系连接所述步骤S021实体模型中事件A和所述事件A在相同或连续时间、空间下的一系列事件，构建成城市公共安全事件链模型；
步骤S024：将所述步骤S023构建的城市公共安全事件链模型进行存储，建立城市公共安全事件链数据库。
2.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S011建立的城市公共事件链抽象元模型包括一对一事件链元模型、一对多事件链元模型和/或多对一事件链元模型。
3.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S012中的事件之间的关系包括因果关系、同源关系、重现关系、互斥关系、偶排关系和/或模糊关系。
4.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S013建立的事件链抽象元模型数据库的节点采用图数据库的节点定义，包括事件名称、节点标签和节点属性；事件关系采用图数据库的关系定义，包括关联名称和关系属性。
5.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S021中的具体城市公共安全事件的结构化信息获取步骤为：对具体城市公共安全事件依据相关属性抽象规则进行抽象，得到所述具体城市公共安全事件的结构化信息。
6.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S023构建的城市公共安全事件链模型为超图模型。
7.根据权利要求1所述的城市公共安全事件链形式化组织方法，其特征在于：所述步骤S024建立的城市公共安全事件链数据库采用图数据库的节点定义，包括具体城市公共安全事件名称、节点标签和节点属性。
8.一种城市公共安全事件历史事件链数据库，其特征在于：该数据库由权利要求1-7任意一项所述的方法创建，所述步骤S02建立的城市公共安全事件链数据库中的具体城市公共安全事件为具体城市公共安全历史事件。
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