CN116562485A - 一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，属于情景构建技术领域。该方法通将抽象出来的演练节点定义为图的节点、将节点之间相互连接的关系定义为图的边，两个节点间边的长度通过评价数据库定义，构造出有向图，将演练过程转化为最短路径问题，通过解决最短路径问题形成评价方法，充分考虑到各演练节点或演练执行决策之间相互影响的关系，能够全面的对整个演练过程进行评估，进而得出更合理的演练流程方案。而且本申请通过构造有向图的方式，能够全面挖掘出突发事件中各环节之间的关系，尽量对突发事件中各种情况进行模拟，能够对未发生的事件进行模拟，通过相应的应急模拟演练可以针对任何突发情况进行有效应对。

Description

一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法

技术领域

本发明涉及一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，属于情景构建技术领域。

背景技术

在应急安全领域，应急模拟演练是提升人员应急能力的主要训练内容之一，通过应急模拟演练，不仅可以对应急人员的应急能力进行训练，还能够对应急预案本身进行测试和验证，从而确定更合理和有效的应急预案。

应急演练的形式主要分为桌面推演、实操演练和模拟演练。针对桌面演练和模拟演练，演练过程大致分为构造演练流程→执行演练过程→演练评估等几个步骤。目前随着虚拟现实(VR)技术的发展，作为中间步骤的执行演练过程可采用3D模型对实际场景进行仿真、结合数据库技术进行实现，本申请对此不做过多介绍。构造演练流程作为整个演练过程的第一个步骤，也是整个演练过程的基础，其重要性不言而喻，演练流程是否合理直接决定整个演练过程是否有效，而目前应急演练流程构造的方案多数为通过构造事件的数据库，进行单线条事故线演练，并通过穿插突发事件的形式对演练进行动态控制，这种构造方式构造的应急演练流程和实际场景会存在一些偏差，因为实际场景中各个环节之间存在着千丝万缕的联系，任何一个事件的发生都会对全局造成影响，因而目前应急演练流程构造方案还有一种是直接对现有的演练方案进行解析，形成线性的演练流程，基于每个流程节点，进行三维场景及事件的还原，但该方式只能对已发生的事件进行复盘，无法对未发生的事件进行模拟，而实际生活中应急事件的发生情形均不相同，因而该种方式也无法得出更合理的演练流程。

除此之外，针对演练评估这一步骤，目前的评价方法普遍采取两种方式，第一种即演练后领导讲评或专家点评的方式。很明显，此种方式对专家依赖程度较高，评价上主观因素较多，因而难以系统地发现应急能力具体缺陷，更无法直接应用于虚拟演练效果评价。第二种则是在演练过程中收集各个演练节点的执行数据，按照事先预定好的评价规则对单个节点进行打分评价，最后结合各个节点的评价数据形成最终评价结果。这种评价方式虽然能够采取较为客观的方式进行评价，但评价时不能充分考虑到各演练节点或演练执行决策之间相互影响的关系，对于评价结果不能够有效的进行分析和总结，因而也无法全面的对整个演练过程进行评估。

发明内容

为了解决目前存在的问题，本发明提供了一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，所述应急演练系统用于对可能发生的突发事件进行应急演练，所述方法包括：

步骤1，获取突发事件中的分支节点，以构造演练基础数据库；所述分支节点指突发事件中的各个环节，包括事故或应急处理措施；

步骤2，确定各分支节点之间的流向权重，以构成评价要素库；

步骤3，以所述演练基础数据库中各分支节点作为有向图的顶点，以各分支节点之间的关系作为有向图的有向边构造有向图，作为演练流程方案的图结构；其中，各分支节点之间有向边的长度根据流向权重确定；各分支节点之间的关系由实际演练过程触发；

步骤4，根据演练流程方案的图结构计算方案中各种路线的得分，以得分最低或最高的路线作为最优路线；

步骤5，以演练执行过程中采取不同决策形成的路线作为当前演练路线，计算所述当前演练路线的得分，与最优路线进行比较，得到评价结果。

可选的，所述步骤5包括：

根据下式计算得到演练评价得分：

其中，Po表示最优路线的长度，Pn表示当前演练路线的长度，Pl表示评价偏差标准。

可选的，所述步骤2中各分支节点之间的流向权重根据节点之间的关系发生后对演练结果的影响程度确定。

可选的，所述步骤2中各分支节点之间的流向权重的初值由专家进行评价打分得到，当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越低，包括负值；

或者，当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越低，包括负值。

可选的，所述方法还包括：

步骤6，通过专家点评或人为校准对评价结果中各分支节点之间的流向权重进行调整优化。

本申请还提供一种基于有向图的多线条应急演练方法，所述方法根据上述方法构建出的多线条应急演练系统进行模拟演练，演练之前，将突发事件中的各个环节与所述演练基础数据库中各分支节点进行关联，并嵌入演练场景库中对应的场景中进行三维演示。

可选的，若突发事件中的某环节与所述演练基础数据库中各分支节点均无法进行关联，则定义新的分支节点，并存储至所述演练基础数据库中。

本发明有益效果是：

通将抽象出来的演练节点定义为图的节点、将节点之间相互连接的关系定义为图的路径，两个节点连接长度通过评价数据库定义，从而构造出有向图，将演练过程转化为最短路径问题，通过解决图论中最短路径问题形成评价方法，该评价方法充分考虑到各演练节点或演练执行决策之间相互影响的关系，能够全面的对整个演练过程进行评估，进而得出更合理的演练流程方案。而且本申请通过构造有向图的方式，能够全面挖掘出突发事件中各环节之间的关系，尽量对突发事件中各种情况进行模拟，而且能够对未发生的事件进行模拟，通过相应的应急模拟演练可以针对任何突发情况进行有效应对。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1是本发明一个实施例公开的基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法示意图。

图2是本发明一个实施例公开的某演练流程对应的有向图。

图3是本发明一个实施例公开的某演练流程对应的带有评价要素的有向图。

图4是本发明一个实施例公开的某演练流程对应的演练路线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，所述方法包括：

步骤1，获取突发事件中的分支节点，以构造演练基础数据库；所述分支节点指突发事件中的各个环节，包括事故或应急处理措施；

步骤2，确定各分支节点之间的流向权重，以构成评价要素库；

各分支节点之间的流向权重根据节点之间的关系发生后对演练结果的影响程度确定；实际应用中，各分支节点之间的流向权重的初值由专家进行评价打分得到，打分规则为：

当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越低，包括负值；

或者，当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越低，包括负值。

步骤3，以所述演练基础数据库中各分支节点作为有向图的顶点，以各分支节点之间的关系作为有向图的有向边构造有向图，作为演练流程方案的图结构；其中，各分支节点之间有向边的长度根据流向权重确定；各分支节点之间的关系由实际演练过程触发；

步骤4，根据演练流程方案的图结构计算方案中各种路线的得分，以得分最低或最高的路线作为最优路线；

具体的，如果打分规则为当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越低；则以得分最低的路线作为最优路线。

如果打分规则为当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越低；则以得分最高的路线作为最优路线。

步骤5，以演练执行过程中采取不同决策形成的路线作为当前演练路线，计算所述当前演练路线的得分，与最优路线进行比较，得到评价结果；具体的，根据下式计算得到演练评价得分：

其中，Po表示最优路线的长度，Pn表示当前演练路线的长度，Pl表示评价偏差标准。

实施例二

本实施例提供一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，所构造得到的多线条应急演练系统包括：演练脚本数据库模块、演练脚本编辑模块、演练仿真执行模块以及演练仿真评价模块；各模块分别介绍如下：

演练脚本数据库模块：用于对演练的基本数据进行管理；管理的主要数据内容包括：模块化的演练节点、三维模型数据库、演练评价数据库等。其中，演练节点内容是根据业务内容或已有的应急预案抽象出来的分支节点，可以是事故，也可以是处置措施，演练流程由这些节点串联起来得到，将这些分支节点抽象出来的主要目的是为了能够快速的结合各个节点形成不同的演练流程方案。三维模型数据库是为了能够在演练脚本的制作过程中能够快速创建三维场景，是整个演练的主要表现形式。演练评价数据库中通过保存各分支节点之间的流向权重，从而确定演练流程流向的分值。

演练脚本编辑模块：主要功能是构建带有分支结构的演练流程以及基于流程结构的三维场景表现。

演练仿真执行模块：用户在该模块系统里进行仿真演练，其主要过程是按照演练流程进行三维操作，流程的主要变化因素是当用户进行了不同的决策时，会影响分支流程的走向。

演练仿真评价模块：根据用户决策形成的最终流程路线，结合评价数据库的权重，进行自动内容评价，其主要输出内容可以是得分，或者推荐的最优流程路线。

参见图1，构造及评价方法包括：

1)构建演练基础的数据库，其中演练的关键节点需要从现有的应急预案或演练方案中抽象提取出来，形成数据库内容，这些节点是独立的，表示演练过程中某个环节，可能是事故，也可能是处置措施。

2)构造演练场景库，基于三维的可视化方法，将演练场景要素独立抽象出来，场景库主要要素包括三维场景展示、事故展示、情景过场展示等。

3)构建评价要素库，评价要素库主要工作是定义关键节点之间连接关系的流向权重，流向权重的初值通常由专家进行评价打分，打分规则可以如下定义：当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越低；对整个演练产生正面结果的程度由专家确定。通过后期不断的进行演练过程的重复训练，使评价权值更加趋向合理性。

需要进行说明的是，打分规则也可以是当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越低；那么后续则以得分最高的路线作为最优路线。

4)构建演练脚本方案，通过以上三个数据内容的支持，以可视化的拖拽界面，即可以构建出演练脚本方案的图结构；在构造图的过程中，明确定义演练过程的起点和结束点，图的节点即为演练节点数据、演练节点数据和场景库关联，节点之间的关联关系通过评价要素库指定。

演练脚本方案构建出来后，以最短路径算法对图结构的解析计算出演练方案中各种路线的得分情况，由于本申请方案中定义图有可能产生负回路(即流向权值有可能为负)，此处可选择Bellman-Ford或SPFA最短路径算法。演练方案构建完毕后，可以保存在脚本方案库中形成模板，方便后续进行内容的拓展。

5)演练执行过程中，用户通过不同的决策，在已构建好的演练脚本方案中形成演练路线图，通过最短路径算法，将当前演练路线和最优路线进行比较，从而形成评价结果。

根据下式计算得到演练评价得分：

其中，Po表示最优路线的长度，Pn表示当前演练路线的长度，Pl表示评价偏差标准。

当评价偏差超过该评价偏差标准Pl时得分为0。

根据上述Score公式，当前演练路线和最优路线的偏差越大，得分越低。

6)演练结束后，可以通过专家点评或人为校准对本次演练过程和自动评价的结果进行校准，并将数据提交给数据库，通过机器训练对数据库中的各评价要素权重值进行优化。

为进一步对本申请方法进行说明，以构建某次演练脚本为例，通过业务专家对本次应急演练的业务分解，其演练过程主要分为A、B、C、D、E、F这几个关键节点，A、F节点为事故节点，其他节点为应急处置节点，即应急处理措施对应的节点，那么基于本方法的应急演练及评估构建过程如下：

1)根据A、B、C、D、E、F节点的关键业务描述，在演练基础数据库中查找是否有符合的相关节点，如果数据库中存在，则直接调取复用，如果没有，则通过可视化的编辑界面新建该节点，并存入数据库中。

2)将演练开始与结束也定义节点，通过业务解析并则以各关键节点发生的逻辑关系将演练流程描述为有向图，如图2所示。

3)主要流程构造结束后，为每个节点关联三维场景演练要素，如事故A、F节点可以在演练场景库中查找是否有相对应的三维动画展示或者视频展示，如果有，则直接关联，如果没有，则通过其他工具如视频制作工具、三维动画制作工具进行制作并导入数据库中进行关联；应急处置节点也使用类似的方法进行情景关联，关联的内容按照处置要求可以是交互性的动画、问答、或视频等。

4)以各个节点发生后对整个演练结果的影响确定各个路径之间的长度，在此过程中，通过每两个相互关联的节点之间的影响关系确定评价值，数值大小的确定以节点关系发生后对演练结果影响越严重值越大为准。在影响值的确定过程中，首先需要在评价要素数据库中查询是否在此演练类型情况下两点之间的评价值，如果存在则直接在数据库中提取数据，同时对于不存在的或者偏差较大的也可以手动对该数据进行调整以使其符合当前演练的要求。

针对该包含A、B、C、D、E、F几个关键节点的演练过程，假设根据各节点发生后对整个演练结果的影响确定各个路径之间的长度如下表1所示：

表1，包含A、B、C、D、E、F几个关键节点的演练过程对应的评价要素库

	开始	A	B	C	D	E	F	结束
									开始		1	-	-	-	-	-	-
A			2	2	30	-	-	-
									B				-	-	10	-	-
C					-	-	8	-
									D						5	-	-
E							12	5
									F					5			3
结束

根据上述演练过程对应的评价要素库构造出如下带有长度的有向图，如图3所示；根据图3可知，AD两节点发生关系对整个演练结果的负面影响较大，相对来说，AC、AB两节点发生关系对整个演练结果的负面影响则较小，说明在模拟演练过程中，事故A发生后，如果采取应急处理措施B或C会对整个演练结果的负面影响较小或者说可能会产生好的影响。对于B、C两个节点的选择，由于其影响权重一致，从当前状态下判断选择任何一个都可以，但是从整体上判断，由于选择B向的分支由于其后续节点的发生会导致其最终对整个演练负面影响较大，所以相对的选择AC走向对演练的事故处理更加正确。

在此阶段，通过最短路径算法，即可确定演练的的最短路径，由于路径的长度是以对演练结果影响的严重程度定义的，则最短路径则为最演练严重程度影响最低的演练方案。

5)演练执行阶段，进行应急演练的实际训练，通过演练参与者选择不同的处置措施使演练的实际流程走向某个确定的分支路线。演练结束后，通过将参与者选择的路线与演练最短路径进行对比，形成演练评价结果，该评价结果能够定量化的给出演练实际过程与最短路径发生的偏差。本例中定义偏差值超过Pl超过10时，得分为0，则图4中标注出了最优路线以及此次演练路线对应的演练路线，其中，最优路线长度Po＝1+2+8+3＝14，当前演练路线的长度Pn＝1+2+10+5＝18。

根据下述公式计算演练实际过程的演练评价得分：

6)演练总结阶段，还可以对4)中的各节点之间的长度进行优化调整，最终存入或更新评价要素库，为以后的演练脚本构建做支撑。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于有向图的多线条应急演练系统构造及评价方法，所述应急演练系统用于对可能发生的突发事件进行应急演练，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，获取突发事件中的分支节点，以构造演练基础数据库；所述分支节点指突发事件中的各个环节，包括事故或应急处理措施；

步骤2，确定各分支节点之间的流向权重，以构成评价要素库；

步骤3，以所述演练基础数据库中各分支节点作为有向图的顶点，以各分支节点之间的关系作为有向图的有向边构造有向图，作为演练流程方案的图结构；其中，各分支节点之间有向边的长度根据流向权重确定；各分支节点之间的关系由实际演练过程触发；

步骤4，根据演练流程方案的图结构计算方案中各种路线的得分，以得分最低或最高的路线作为最优路线；

步骤5，以演练执行过程中采取不同决策形成的路线作为当前演练路线，计算所述当前演练路线的得分，与最优路线进行比较，得到评价结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：

根据下式计算得到演练评价得分：

其中，Po表示最优路线的长度，Pn表示当前演练路线的长度，Pl表示评价偏差标准。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中各分支节点之间的流向权重根据节点之间的关系发生后对演练结果的影响程度确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2中各分支节点之间的流向权重的初值由专家进行评价打分得到，当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越低，包括负值；

或者，当两个节点之间发生关系对演练结果产生正面影响越大时，其权值越高，两个节点之前发生关系对演练结果产生正面影响越小时，其权值越低，包括负值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤6，通过专家点评或人为校准对评价结果中各分支节点之间的流向权重进行调整优化。

6.一种基于有向图的多线条应急演练方法，其特征在于，所述方法根据权利要求1-5任一所述的方法构建出的多线条应急演练系统进行模拟演练，演练之前，将突发事件中的各个环节与所述演练基础数据库中各分支节点进行关联，并嵌入演练场景库中对应的场景中进行三维演示。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若突发事件中的某环节与所述演练基础数据库中各分支节点均无法进行关联，则定义新的分支节点，并存储至所述演练基础数据库中。