作者：王颜新,黄敏芳
出版社：电子工业出版社
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基于情境重构模型的非常规突发事件应急管理研究试读：
前言
随着全球经济一体化的深入发展以及我国工业化进程的明显加快，城市的发展越来越成为促进我国经济社会发展、参与国际竞争的载体。与此同时，城市的发展也正面临着基础设施、资源环境、人口流动、区域协调、组织行政等方面日渐明显的各种矛盾，各类突发事件逐渐成为普遍性问题。能否处理好突发事件引发的危机将直接关系到中国的政治稳定和经济发展，直接关系到社会主义和谐社会的构建。对于破坏性巨大的非常规突发事件的应急管理比普通灾害事件的管理更为困难。首先，从应急管理客体（突发事件）上看，城市中社会流动性和复杂性空前提高，突发事件的衍生、次生事件日益上升，且突发事件的原生事件与各级衍生事件逐步形成链式破坏效应。某些情况下，突发事件的链式破坏效应造成的危害程度已远超过原生事件本身。例如，2005年哈长城市群发生的松花江水体污染事件，起因为吉林市中石油吉林石化公司101厂爆炸，导致了松花江水体污染；随后导致了哈尔滨全城停水事件，引发市民集体恐慌；进而又导致中俄两国的外交事件。突发事件的链式破坏效应使应急管理工作不仅要面临突发性和紧迫性的困难，而且也面临着极度不确定性，给应对组织工作带来巨大挑战。其次，从应急管理主体（应急管理组织）上看，非常规突发事件常常是包含多主体的系统。突发事件应对过程涉及多方主体的利益，主体的决策偏好导致了决策行为的多样性，而主体决策目标差异则导致应对决策上的矛盾冲突。因此，应急过程中多主体之间的协同与博弈并存，需要研究减少主体间的冲突与矛盾、促进协调合作的协同机制与方法支持。综上所述，一旦发生非常规突发事件，在时间和空间双维度上的级联破坏效应较一般突发事件更为明显，对任何一个环节的控制、应对不力都可能演变成大范围的危机。针对这一现象，应急管理工作的视角需要从被动应对逐步转换到主动应对。如何通过建立健全非常规突发事件协同治理机制，加强城市各级政府之间、政府和社会之间的协同治理，从而提高政府应急处理能力，已成为社会可持续发展的关键和难点问题。
本书以作者近几年在灾害应急研究中的认识结论为主，从非常规突发事件的情境重构角度展开论述。在对国内外相关研究成果进行梳理和总结的基础上，以非常规突发事件应急管理理论、灾害系统工程理论、情景分析和情境演算理论等作为理论基础展开介绍。从深入剖析非常规突发事件情景、情境和情境重构等重要概念着手，采用信息学、本体论、演化分析、定量与定性相结合等多种方法，介绍面向“情景-应对”的非常规突发事件情境重构表达框架、情境表达要素分解模型、情境形式化描述方法、多层次情境网络模型、非常规突发事件情境重构模型方法，以及可视化仿真分析等关键问题。本书介绍的情境重构模型方法，为“情景-应对”范式下建立事件情景、分析事件的动态情境演化、研究面向情景的应对决策建立了理论基础，也为应急管理中事件态势的展示和决策者对事件的认知与交互开辟了一条新的途径。
全书共7章，第1～第5章及第7章由王颜新博士撰写，第6章由黄敏芳博士撰写，全书由黄敏芳博士校对。第1章 非常规突发事件与情境重构1.1 非常规突发事件应急管理的现状
非常规突发事件（Unconventional Emergency）是指前兆不充分、难以预测、复杂性特征明显、存在潜在次生衍生危害、一旦发生后导致严重破坏的突发事件。从内在本质上看，非常规突发事件是一类极端重大的不确定性事件；从外在表现形式上看，非常规突发事件常常形成一系列危害极其严重的灾害事件链；从应对方式上看，非常规突发事件的应对处置大多需要涉及持续演化的复杂系统或过程，采用常规应对方式的效果不佳，因此需要采用非常规的处置方式。由于自然、地理条件等客观原因，我国一直都是一个灾难多发的国家，各类非常规突发事件时有发生。据统计，“十五”期间我国每年因自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件造成的损失严重，相当于GDP的6%左右。我国每年因自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件造成的非正常人员死亡数量超过 20万人，非正[1]常死亡率约为26‰，伤残超过200万人，经济损失超过6000亿元。表1-1列举了中国2008年以来发生的典型自然灾害类非常规突发事件。其中最为典型的非常规突发事件是2008年的汶川大地震，波及了四川、甘肃、陕西和重庆等地的16个省（直辖市、自治区）、417个县，灾区总面积达44万平方公里，共计8.7万人死亡，受灾人口逾4500万人，造成8400余亿元的经济损失。这场由大地震引发的巨大灾害导致地震灾区范围内的基础设施网络（包括电力、供排水、燃气、热力、供油系统以及通信、交通等公用设施网络）全部中断，给人民社会生活带来了极其严重的危害。通过对此次灾害进行总结可以发现，这次巨大灾害破坏的形成除了地震这一原发致灾事件之外，电力基础设施破坏导致的大面积断电是灾难扩散的重要原因，加剧了关键基础设施网络的破坏和失效，给管理者的应对决策以及灾害救援等工作造成了极大的困难。国内外类似灾害事件已经表明：由自然灾害等突发事件形成和引发的关键基础设施网络体系内的技术和功能性失效都极易扩散到其他领域或设施部门，灾害的负面后果被成倍放大，从而形成灾害链条式扩散的“连锁效应”，造成常规应对方式的失效，并加剧抗灾救灾应对的混乱局面和应对决策上的困难，进而引发社会性灾难。这类突发事件给人类社会带来了巨大的潜在威胁，也促使全世界的专家学者加速启动了全面、系统研究非常规突发事件应急管理理论与方法的进程。
非常规突发事件的应对涉及多个领域，在应对体系构建、组织架构管理、决策管理模式及技术支持手段等方面都需要有相应的改变。在非常规突发事件的特殊约束情境下，如何突破风险管理的“预测-应对”传统模式，针对非常规突发事件的预测难题，创造并完善 “情景-应对”的应对响应模式，这是一项艰巨的历史性科学理论创新任务。从事件的情景状态和动态情境变化两个角度进行分析，研究非常规突发事件的情境网络描述和情境重构就是其中极为重要的原创理论研究任务之一，需要多学科研究者共同攻关，开展创造性的工作。表1-1 中国2008年以来发生的典型自然灾害类非常规突发事件续表
非常规突发事件的类型众多，其发生发展过程中的情景特征也各异。本书重点关注自然灾害类的非常规突发事件，针对其发生发展规律展开研究。这类非常规突发事件是指给人类生存带来危害或损害人类生活环境的自然现象，包括洪涝、干旱灾害，台风、冰雹、雪、沙尘暴等气象灾害，火山、地震灾害，山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，风暴潮、海啸等海洋灾害，森林草原火灾和重大生物灾害等自然灾害。非常规突发事件的应对决策本质上属于应急响应决策范畴，应对的基本瓶颈难题是突发事件的灾难情境难以在短时间内被有效、稳定识别。由于非常规突发事件具有历史罕见性、突然爆发性、致灾因素复杂性、极度破坏性、时效紧迫和极端不确定性等特征，非常规突发事件的演化发展过程中存在大量的次生、衍生及耦合等各种非线性动力学关系。非常规突发事件的应对处置大多需要涉及持续演化的复杂系统或过程，结构化、半结构化、非结构化的决策问题交织在一起、应对动员状态多样、应对中的阶段性决策结果通常不可逆，这三点决定了应对决策的高度复杂性。在应对实践中，面对罕见的、突然爆发的、成因关系复杂的非常规突发事件，决策者的应对知识经验匮乏，无法或不能完全获取充分完备的信息。在这种非常规态势情况下，包含静态情景状态的动态情境是界定应对决策任务的基本识别要素，要描述并展现非常规突发事件情境及其未来演化趋势，需要适应的非常规突发事件情境描述和情境重构模型的基础理论、方法、技术和应用模式。1.2 情境重构研究对应急管理的意义1.2.1 情境重构的研究目的
本书将从突发事件应急管理理论出发，结合情境信息理论及情景分析方法，探求非常规突发事件的“情景-应对”应急范式中情境重构体系构成及实现途径。在现有研究成果的基础上，本书将界定非常规突发事件情景、情境和情境重构的内涵，建立情境描述研究的理论基础，构建突发事件情境描述和重构表达的模型方法，并对所涉及的关键理论方法和可视化仿真实现技术进行详细研究。本文涉及的研究领域尚缺乏系统性的成熟研究以及较为有效的集成方法。因此，本书研究目的在于：（1）厘清非常规突发事件中的情景、情境和情境重构等概念内涵，分析非常规突发事件情境要素的构成，建立非常规突发事件情境描述和情境重构体系。尽管当前对非常规突发事件应急已形成了“情景-应对”方式的共识，但针对这一应对体系中的情景、情境构成要素和相关属性等基础问题还缺乏严格的界定与分析。本研究拟通过对非常规突发事件情景、情境和情境重构等概念内涵的界定，分析非常规突发事件的多阶段情境演化特征，构建“情景-应对”范式中从数据信息集成到情境要素构成分析，到构造情境描述方法，再到形成情境演化网络表现，最后完成情境重构表达的完整体系。为非常规突发事件的情境重构表达研究探索实现途径、流程和模型方法。（2）分析非常规突发事件情境要素的多渠道信息来源，提出情境要素的多源信息融合途径和方法，并研究非常规突发事件情境库的建立。在信息融合方法的支持下，建立基于本体的情境描述方法，构建因子-状态-事件链的三层情境构成的集成情境网络表达方法。面向情境网络，分析适合非常规突发事件情境重构的描述语言和描述流程。（3）在“情景-应对”体系下，提出非常规突发事件情境重构途径和重构流程机制，以情景和情景序偶为事件单元，以包含情景序列的多层次情境网络为表现形式，建立基于模糊情境规则推理和逻辑情境演算算法的非常规突发事件情境重构过程和方法。研究在基础设施关联依赖情境下的重构规则。（4）探讨情境网络的可视化表现方法，研究可视化模型的设计思路和网络布局算法，构建非常规突发事件情境重构表达的仿真模拟平台结构及其关键实现技术。（5）将非常规突发事件的情境重构体系应用到自然灾害引发的复杂电网基础设施失效等非常规突发事件分析中，对研究成果形成验证和案例应用。1.2.2 研究意义
本书面向非常规突发事件和中国环境的特定情境，开展探索性工作，丰富“情景-应对”范式的理论研究和实践探索，提供原创性的情境重构表达理论、模型和方法。本研究以适合中国情境的集成化的非常规突发事件应对决策理论形成为目标，具有十分重要的理论和实践意义。（1）完善“情景-应对”中的系统研究理论，提供情境描述和情境重构的相关实现方法。通过情境重构对非常规突发事件的发生、发展和演化过程进行描述，揭示非常规突发事件系统中事件链式响应行为的过程和事件内部状态的变化过程。预期研究成果将在一定程度上拓展非常规突发事件情境识别的理论研究空间，为应对决策提供基础性的工作，促进非常规突发事件应急管理这一新兴科学研究领域的理论进展。（2）研究非常规突发事件的情境描述方法有助于为应急准备、预案建立和实时决策等应对过程提供通用性的描述方法，避免不同决策组织的不同决策人员对事件和决策问题认知的歧义性。为“情景-应对”体系中的情境识别等问题提供可操作的研究参考。（3）探讨情境描述和情境重构的可视化技术可为非常规突发事件决策工具的研究提供参考实现，提升非常规突发事件演练模拟、反馈学习的手段和方法，丰富这一领域的理论联系实际的新途径，提升应急管理决策层对应急指挥客观规律的科学认识。1.3 研究现状及评述
本书的研究主要涉及非常规突发事件应急决策和灾害情境分析两个领域，并选择复杂电网的基础设施级联崩溃作为灾害链的典型破坏情境。因此，如图1-1所示，本书将按照应急管理基础性研究、专业角度的应急理论和决策方法、应用系统研究三个层次，围绕如下主题展开相关文献的梳理和评述：突发事件应急管理研究、重大灾害情境及演化分析和重大灾难模拟仿真系统。◎ 图1-1 非常规突发事件情境重构相关研究1.3.1 突发事件应急管理研究现状
作为一个新兴的理论研究领域，对应急管理还没有形成一致的严格定义，但普遍认为应急管理是由风险管理发展而来，也是风险管理的高级阶段。现代社会的科技发展与人类生活方式的变革加剧了风险的多样性和风险发生的概率。风险的多样性表现为社会中包含大到各类金融风险、政治风险、大型恐怖袭击风险，小到各类交通事故风险、婚姻家庭风险、食品安全风险等，各式各样的风险随处可见且随时可能发生。根据风险后果影响程度的由低到高，可以将风险事件分为干扰事件（交通拥堵造成的物流配送延迟、天气原因造成的航班变动等）、危机事件（产品质量造成的企业生存危机等）和突发灾难事件三个层次。其中，干扰事件和危机事件通常可以通过鲁棒计划调节或根据预警及时启动预案等方式进行避免和及时处理，即可以通过干扰管理和危机管理进行控制。而突发灾难事件由于具有灾难影响范围广、破坏程度大、发生突然等特性，很难通过干扰管理和危机管理进行控制。因此，作为风险管理的最高阶段，应急管理由此诞生，并成为新[2]的备受关注的研究领域。
应急管理是一项综合研究，包含多学科交叉的理论内容。沿着突发事件应急管理的理论与实践发展轨迹，以下从应急决策研究和电网应急体系两方面综述这一部分的研究现状。
1.应急决策研究现状
非常规突发事件应对决策不同于一般的不确定性决策，它是在危害巨大的突发事件发生后，在情况紧急、时间有限、信息缺失（或短时间内信息海量）而又必须抉择的危急关头做出的决策，即在短时间内收集、处理相关信息，明确问题与目标，分析评价各种预案并选择使用的方案（更多情况下是没有适应性预案或预案执行性较低），组织实施应急方案，跟踪检验并调整方案直至事件得到控制为止的一个动态过程。对决策者而言，应对决策不当的后果将极其严重。这是一个逼不得已而采取应对方案的过程，它本质上是一种极端不确定性决策，是危难之际下为了尽快处置紧急状况而采取的带有权宜意义的处置程序。目前，国内外学术界的相关研究多集中在某一类事件的紧急[3，4][5][7，8]应对方面，如地震灾害、洪水灾害、恶劣气候[6]、核灾害、[9，10][11]传染疾病、恐怖袭击等。大量相关研究集中在类型化的运筹学求解问题。为解决突发事件应对中的专业性决策问题，大多数研究采用以下过程：追求全面或真实把握危急情境下的致灾因素，构建应对决策模型，优化求解，以期实现及时响应和损失最小化的目标[12]。（1）顶层应急决策方案选择
现实中的复杂决策存在事实上的分层决策。应对决策首先应有一个全局性的预防规划，以供实时备用。在重大灾难应急反应的第一时[13]间内，基于预案，研究如何选择可行性的整体决策方案。（2）多属性多方案大群体决策
多属性多方案大群体问题广泛存在于网络环境，可以将单方案大群体决策方法推广到基于多属性的多方案大群体决策者，获得大群体偏好矩阵，利用熵权法获得各个属性权重向量，将属性权重向量和大群体偏好矩阵进行合成，获得各方案的综合评价值向量，再导出综合[14]排序结果，可以较好地解决多属性多方案大群体问题。（3）大规模群体紧急疏散
大规模群体疏散是一个具有网络拓扑约束的典型紧急应对策略优化问题。目前，通常采用以下两类模型：一是简化人员行为约束，采用基于网络拓扑结构约束的网络优化（Network Optimization）方法，研究群体疏散的耗时和路径选择；二是基于马尔可夫链构建紧急状态下的疏散群体行为，研究马尔可夫链模型复杂度和近似求解，比较理[15]想状态与近似实际行动之间的关系。（4）应急资源调度和应急物流
这方面的研究问题包括应急物流规划、救援资源调度、救援物资合理储备、路径选择和交通调度、路径恢复等。目前，研究者更多关[16，17]注重大灾害应对响应中的紧急物资分配送达优化。其中，典型的应急运输优化问题的解决思路是：构建路径复杂网络，综合考虑时[18]间、路径和车辆因素，研究物流方案优化选择。更多的研究着眼于规划算法，例如，通过构建近似超立方体模型（Approximate [19]Hypercube Model）来解决应急交通调度问题。（5）应急出救点
重大灾害发生后，对应急物资的需求增大，需要有多家供应商的供应保证，要求在短时间内确定参与供应的供应商（出救点）及各自承担的供给量。这方面的研究包括：针对一次消耗应急系统和连续消耗应急系统，研究多出救点的组合优化问题，以实现应急活动开始时间最短和出救点数目最小两个目标。连续消耗是指应急活动一旦开始就有物资消耗，并且不能出现因物资供应不足引起应急活动停止[20]。典型的连续消耗系统包括连续性应急生产系统、电力供应系统、供暖供气系统等复杂社会系统，是明显受到非常规突发事件影响的系统。（6）应急预案启动时间
在完全没有突发事件持续时间信息的条件下，应该何时启动应急预案是应用预案应急的一个重要问题。可选择的一种方案是：利用援助机制，协调企业应对突发事件的预案启动，以避免分散决策会造成[21]启动预案时间的扭曲。
另一些研究是针对突发事件的信息模糊（目标、偏好、属性等的值或权重等）特点，关注应对的模糊群决策模型方法。其中有特点的研究如下。（1）目标选择
通过把模糊集理论与多目标决策方法结合起来。考虑到组织决策中分权的普遍存在和组织层间依靠信息沟通所发生的控制和协调行[22]为，可采用多人两层多目标协调模糊决策模型。（2）属性设计
基于方案间的赋值级别高于关系，可以得到一种符合决策者偏好的多属性决策分类方法，构建模糊互补判断矩阵；进一步研究建立的基于模糊等式的群体决策方法，将模糊等式转化为线性规划模型，通[23，过求解线性规划模型，得到决策群体关于备选方案集的排序向量24]。（3）模糊参数
决策者不能精确定义的参数、概念和事件等都可以被处理成某种适当的模糊集合，由此选择模糊决策模型和算法，例如，带模糊约束的多目标决策模型（模糊目的规划法、模糊全局优化法及模糊交互式规划法）、带模糊系数的多目标决策模型、带模糊系数的多目标线性[25]决策模型、带模糊系数的多目标非线性决策模型。
2.电网应急体系
电网是关系到国计民生的重要领域，作为一项基础服务，也是遭受突发事件灾害较多的一个领域。考虑到电网的重要性，多数国家都开展了对电网灾害应急响应处理的研究。其中，较早在这一领域开展研究的代表国家是日本。日本在地理上处于地震多发带，地震是国内常见的一种灾害。同时，地震引发的海啸等灾难也时常发生。为了应对类似事件，在政府主持下，日本已经建立了一整套灾害应急体系，其中就包含了针对电网的应急系统。该系统对大规模电网事故的应急预案、应急救援和应急能力储备等方面都建立了详细的实施规范和操作方案。
欧美国家在政府的引导和资助下开展了相关研究，其中，美国和加拿大的电网应急体系发展得较为成熟。加拿大的公共安全和应急准备部（PSEPC）领导了该国的关键基础设施保护规划，其中就包括了对复杂电网的非常规应急管理内容。美国则主要是由政府引导下的多个部门协同开展了电网应急的相关工作规划，其中包括北美电力可靠性委员会（NERC）、美国联邦能源监管委员会（FERC）、隶属于美国国土安全部的联邦应急管理署（FEMA）、隶属于能源部的电力输送和能源可靠性办公室（OE）等部门。这些部门共同制定了电网系统非常规应急的主要规划和标准，在实际应用中也起到了良好的效果。1.3.2 重大灾害及其情景表现理论
1.基于复杂网络的重大灾害研究
对突发事件内在规律的识别，首先要根据事件的各种外在表现形式、特征和发展趋势及可能的影响进行分析整理，构造出对事件情景和动态情境的描述。通过对情景和情境的分析，可以对事件未来的发展趋势进行预测“。情景（Scenario）”一词最早出现在1967年Kahn[26]和Wiener合著的《2000年》一书中，他们认为：未来是多样的，几种潜在的结果都有可能在未来实现；通向这种或那种未来结果的途径也不是唯一的，对可能出现的未来以及实现这种未来结果的途径也不是唯一的，对可能出现的未来以及实现这种未来的途径的描述构成一个情景。可见，情景是对事物的未来发展途径及发展态势的描述，既包括对各种态势基本特征的定性和定量描述，同时还包括对各种态[27]势发生可能性的描述。
非常规突发事件面对的是一个庞大、复杂的系统，事件的阶段性状态及发展过程受到众多方面因素的影响。这些因素涵盖了与突发事件紧密相关的地理和人文环境、组织结构、设施及分布、信息知识等，上述多种因素及相互之间的复杂关联共同构成了突发事件的复杂情境。根据复杂网络方法的研究思路，如果将情境中的构成元素作为节点，元素之间的关系视为连接，可以形成复杂网络。为保证网络节点的单纯性和一致性，可以将情境要素按组织要素、设施要素、信息知识要素等分类，将每一类要素构成的网络进一步集成，就形成了多个[28]复杂网络集合而成的复杂网络（超网络）。借助网络分析方法，从网络拓扑结构角度对突发事件自身及事件之间的关联进行分析，从而得到事件演化等内在规律。以下从网络拓扑表述和关联分析角度总结相关研究现状。（1）基础设施网络的普适性研究
关键基础设施是非常规突发事件中最为常见的主要承灾体。本书研究的自然灾害类非常规突发事件所涉及的关键基础设施包括电力、电信、交通、水供给与水处理、石油与天然气、医院和医疗系统、银行与金融系统、紧急响应部门等。目前，基础设施网络研究大多是以普适性为目标，即针对关电网、供水网、供气网、交通网、通信网等网络的一些共性特征，多采用复杂网络模拟的方法。典型的研究内容和成果包括：考虑网络节点的自修复功能、灾害蔓延机制和内部随机噪声的灾害蔓延动力学模型，研究自修复因子、延迟时间因子和噪声强度三个重要特征参数对三种网络（随机网络、无标度网络和小世界[29]网络）节点修复率和崩溃节点数的影响。存在冗余的基础设施网络系统可以延缓灾害的蔓延过程，并争取更多的应急补救时间，说明[30]基础设施的网络差异可以导致蔓延过程的差异。（2）电网
电网的重要性不言而喻，因此对电网网络结构的研究较多。研究中普遍采用将现实的电力供应节点（变电站、水电站等）作为网络节点，将电力传输线路定义为网络的边，将线路上的传输效率（阻抗等）作为线路权重，形成无向有权网络。研究方法是通过构建电力节点与传输线路构成的网络拓扑结构，研究平均传输距离、衡量节点的脆弱性和鲁棒性，描述并分析电力基础设施系统各组件之间失效的连[31]锁效应。（3）交通路网
对于交通路网，研究中多采用将道路交叉口视为节点而将道路视为网络边的拓扑构造方法，将车辆在道路上行驶所花费的行驶时间对应于边上的权重，构造出复杂加权交通网络。通过确定拓扑结构对交通承载能力的影响，研究影响交通的关键性道路节点和交通鲁棒性，[32]并寻找识别交通瓶颈和疏解拥堵的控制策略。基于开放道路网络的特征，有学者提出新的对象聚类方法（基于边和基于节点的聚类方法）及其算法，利用网络中节点和连边的信息来缩小搜索的空间，通过避免不必要的距离计算来提升效率。实验结果表明，算法对于真实[33]道路网络中的对象聚类是高效的。另一种方法是通过在路网中引进网络平均距离、节点度分布及簇系数等概念，研究城市路网映射后的复杂网络特征，进而尝试运用复杂网络理论探讨城市路网可靠性，进行路网选择性攻击和随机失效条件下的可靠性仿真分析，其结果表[34]明路网展现出完全不同的鲁棒性，为交通路网的应急修复策略等研究奠定了基础。（4）组织网、信息网和知识网
突发事件应对的主体通常是各类应急组织，组织之间的信息流动和知识的传递也是应急决策效果的一个决定性因素。现有研究中，主要通过对组织网络的异质性、复杂组织网络的无标度行为、复杂组织[35]网络的演化等方面进行探索，将组织中的单元或团队抽象为网络节点，将组织单元或团队成员之间的互动关系抽象为网络的边，构造出立体多核（关键组织）来剖析组织网络结构及其内在嵌入机理[36]。将组织视为知识主体，通过分析组织（知识主体）之间的映射，可以形成两种知识网络模型及一个统一的集成加权超网络模型[37]。单纯的信息网研究多采用将信息源（路由器、页面、社区用户）建立为网络节点，将信息源之间的联系建立为边的方法构造网络拓扑结构。在信息网络内部存在大量的逻辑结构和虚拟社区现象，可以用[38]于分析信息拥塞机制，优化信息传播。（5）多网络关联分析及超网络集成
将上述各种分类网络进行集成，建立包含多种子网络的高层网络结构，就形成了多网络集成的研究思路。目前的研究主要从系统动力[39，40]学、网络控制等层面研究网络演化规律和优化控制。有学者围绕如何分析网络各组成部分之间以及网络和网络之间的关系的方法，[41][42]在交通分析、互联网应用等方面进行了超网络的探索性研究。已有的研究成果表明，模拟基础设施网络间的传播情况，可以得到基础设施系统的网络模型描述规则和关联响应因子，以比较基础设施网络在随机失效和蓄意攻击下关联因子的变化。例如，美国桑迪亚国家实验室开发了一个包括国家电网、石油和天然气系统、无线电通信，以及内陆水网之间相互连接的元模型，用以分析上游设施失效造成的[43]下游设施的连锁反应。研究中，需要针对具体突发事件建立连锁反应网络模型，普遍采用的模型建立过程为：收集突发事件案例；把每一例突发事件抽取为单一的节点；若一个事件的爆发引起了另一个次生事件，则两个事件之间建立连边；构建突发事件的连锁反应网络模型。这一类连锁模型可以提示决策者所面临的连锁反应路径及危害程度，使其对可能发生的各种连锁反应事先有一个充分的估计，并做[44]好应急准备，选择最佳应对策略。
2.重大灾害情景演化研究
对突发事件内在规律的识别，首先要根据事件的各种外在表现形式、特征和发展趋势及可能的影响进行分析整理，构造出事件的情境描述。通过对情境的分析，可以对事件未来的发展趋势进行预测，从而对不确定性问题给出确定性方案。情境既包括对各种情景态势基本特征的定性和定量描述，同时还包括对各种态势发生可能性的描述[45]。情景规划是研究中常采用的一种方法，它最早起源于美国军方的曼哈顿工程。当时，为了研究预测原子弹爆炸后可能产生的后果，科学家们利用计算机对爆炸后的不同情景和发展态势进行了模拟。很快，情景规划从单纯的军事领域应用进入商界的研究中。首先采用情景规划进行商业研究的是美国的兰德公司（RAND Corporation），之后不久，兰德公司的赫曼·卡恩（Herman Kahn）对情景规划进行了详细的诠释，将此概念和应用进一步发扬光大。与情景规划紧密相关的分析方法称为情景分析方法（Scenario Analysis），最早用于战争博弈分析。情景分析方法通过想定一系列未来情景以及对相关动因的分析，以帮助决策者制定出灵活有效的行动方案。情景分析的过程是一个拓宽研究者思路以考虑多种可能性的结构化的过程框架，有其特有的分析程序，将专家的知识经验融入其中，产生以前未曾想到的情景。在这一体系中，需要构建相应的情景表现、情景识别、情景构建、情景分析、决策优化等方法。与传统的预测方法相比，情景分析法注重事物发展的多种可能性、动态性、系统性和高智能性，将决策失误对预测造成的影响大大降低，对未来发展战略制定的可参考性更强。由此，情景分析被认为是探讨和制定未来发展战略、对策、规划、政策措施的比较有效的方法，在国际上被广泛应用于经济、能源、环境、社会、军事等领域。总体来看，国内外对情景分析法的理论研究侧重于对情景、情景分析、情景分析过程等基本概念和方法的研究，如Jutta和Martin提出利用JPT表（Joint Probability Table）来减少不一致性现象，从而有效地获取专家知识；还有专家在情景分析基础上引入概率理论，提出交叉影响确定情景概率技术方法对专家知识进行处理的定量分析模型。将情景分析应用到人工智能领域，产生了情境演算这一方法及其广泛应用。“基于模板的规划”方法（Planning with Templates）是属于情境演算的一种方法。所谓模板，是指用于解决[46]某类典型问题的标准化操作步骤，并作为解决新问题的出发点。主要的模板包括键值模板、标记主题模板、基于逻辑的模板、面向对象模板、图形化仿真模板和基于本体的模板等，其选择依据主要考虑[47]到情境特殊性与数据结构的不一致关系。研究者尝试各种方法以支持情景分析方法适用于描述实际问题。例如，在情景分析基础上引入概率理论，提出交叉影响确定情境概率技术方法对专家知识进行处理的定量分析模型。可以利用情景分析来提供拟实时情景模拟。模拟出拟实情境需要通过情境匹配的方法与真实情境进行比较和替代。情境匹配是模拟者期望情境与拟实情境之间完成匹配过程，通过计算时[48]空、任务和活动等情境要素的相似度，再加权计算匹配结果。
情景认知（Situation Awareness）方法同样源自军事行动领域的研究。其核心思想是：在特定的时间和空间内对环境中各种要素的知觉，构建对其意义的理解，针对可能的灾难情景规划其后续状态。军事行动时间弹性很小，行动后果生死攸关，行动中采用情景认知方法已有成功的验证。对于自然灾难、事故灾难而言，情景认知和情景识别的难度更为巨大。如何构建解决由知觉环境中的元素到理解现实情景再到预知规划未来状态的工作机制，以避免情景意识错误（不能准确地知觉情景；不能正确地理解情景；无法合理规划控制情景变化），这是基于情景的非常规突发事件应对模拟研究需要解决的核心科学研究问题之一。
一些自然灾害，特别是强度较大的自然灾害，在情景的形式和关系上存在一些共性。其中比较明显的一个共性是它们在发生和发展过程中常常诱发出一系列次生灾害和衍生灾害。这种灾害成串出现的现象称为灾害链（Chain-Styled of the Disaster，STD）。灾害链反映了灾害的成因联系，例如，台风-暴雨-洪涝-滑坡，地震-火灾，洪涝-农作物病害等。灾害链是非常规突发事件的一种主要表现形式。灾害链是将宇宙间自然或人为等因素导致的各类灾害，抽象为具有载体共性反应特征，以描绘多灾种的形成、渗透、干涉、转化、分解、合成、耦合等相关的物化流信息过程，直至灾害发生给人类社会造成损失和[49]破坏等各种连锁关系的总称。灾害链是一种灾害启动另一种灾害的现象。所谓启动是指前种灾害为致灾的部分原因（主、次、诱导或触发、外部等）。这里，我们称前种灾害为启动灾害链环（以下简称启动灾环），后种灾害为被动灾环，即灾害链至少由两种或以上灾环组成。灾环也是一种灾害，但它是构成灾害链的单位；而灾害不一定发展成灾害链，它可以单独存在。被动灾环又可启动他种灾害，即多级启动。被动灾环可以是地质、水文、生物和人类社会的一种或多种灾害。在自然灾害综合研究方面，根据我国学者所做的工作可以看到，有关自然灾害的研究由单类推向综合，出现了自然灾害系统和灾害科[50]学体系的研究新观念，描绘了我国的分区灾害链。经过数十年的体系研究，我国学者提出一系列灾害科学体系研究，深入探索灾害系统的性质、动力学机制、综合减灾范式、应对防范巨灾等方面，阐述了对“区域灾害系统”作为“社会生态系统”“人地关系地域系统”和“可划分类型与多级区划体系”本质的认识，区分了“多灾种叠[51～55]加”与“灾害链”损失评估的差异，获得了丰硕成果。史培军[51，52]提出了由“致灾因子、承灾体及孕灾环境共同组成的灾害系统”的概念和灾害链理论，指出灾害系统的要素包含了上述几个方面的详[56]细因子，描述了推动灾害发生、发展的系统性因素。周秉荣等通过对降水、低温、积雪等气象因子的分析，研究了雪灾中气象因子与灾害环境、受灾对象等要素之间的相互作用和关系。另外，也有学者[57，58]从事件的变量和因素角度分析了对事件的相关影响因素。
在灾害事件描述研究中，总体上可以分为形式化语言方法和图示化方法，以及两者相结合的研究方法。在形式化层面，产生了基于规[59，60][61，62][63]则策略、基于系统状态、基于时间序列、语言技术
[64，65][66]角度、事件序列及图示化。在图示化描述层面，发展了petri[67，68][69，70]网的应用，应急领域的其他图示化应用。综合来看，部分研究中的描述模型借鉴了离散动态系统描述模型，包括排队网络模型、有限自动状态机、序贯联系过程、马尔可夫链及广义半马尔可夫链、有限递进过程、综合仿真模型等。它们的共同局限是在描述上都没有充分直接体现事件情境的基本特征和基本参数，也未能有效地解决情境的实时性与事件的并发性等问题。在演化描述研究方面，范海[71]军等人采用数学方法，从灾害的链式结构角度对自然灾害系统进行了分析，用数学模型分析了在外部因素和内部结构共同作用下的灾[72]害链式复杂响应过程。季学伟等人运用基于演化动力学的风险评估方法、基于指标体系风险评估等方法针对关注的事件链进行定量的[73][74]风险评估。李藐提出了事件链的概率模型。李湖生重新划分了[75]事件多阶段的分析理论。在洪水灾害领域，韩传峰等以黄河中下游为研究对象，用系统动力学方法进行模拟仿真，研究了自然灾害的链式反应机制。
3.数据融合/集成方法及模型
非常规突发事件系统中的数据种类繁多，来源复杂，涉及各类数据库、文档、普通文件、半结构化信息等。数据处理是事件情境描述和重构的核心前提和重要步骤，其核心任务是将上述关联的分布式异构数据源融合、集成到一起，供应对决策系统和用户透明访问。当前数据集成的难点主要表现在数据的异构性、分布性和自治性等方面。现有的研究方法和成果包括：（1）数据集成方法[76]
通常采用的集成方法包括模式集成法和数据复制方法。模式集成法也称为虚拟视图法，主要通过构建全局模式与数据源数据视图间的映射关系；处理用户在全局模式基础上的查询请求。目前采用这一方法的两种典型形式是联邦数据库和中间件集成。前者是采用紧密耦合联邦数据库系统[77]，利用统一的全局模式，将各数据源的数据模式映射到全局数据模式上，从而解决数据的异构问题。其缺点是向全局数据模式映射的算法复杂，可扩展性差。后者是中间件集成方法[78]，虽然也同样使用全局数据模式，但中间件系统不仅能集成结构化的数据源信息，还可以集成半结构化或非结构化数据，因此在数据集成能力上有所增强。其缺点是其结构决定了对数据操作常常只能提供读取而不能提供数据写入操作。与模式集成法不同，数据复制方法，即将多数据源的数据复制到相关数据源上，从而提供集成性能。其中[79]比较典型的是数据仓库方法，将多源数据复制到数据仓库中供用户访问。该种方法的缺点是数据复制过程非常复杂，并且需要制定各种条件控制目标数据和源数据之间的同步问题。（2）电网数据融合
在应用层面上，国内在电网数据融合上建立了比较多的应用。国家电网公司在系统安全防护框架的基础上，提出了省级以上调度系统[80]数据整合方案。上海电力工程从面向电网整体的生产管理角度出发，在实时监控、输配电管理、电力营销等业务系统之上，通过建立一体化公共信息模型，实现了电网设备参数、电网网络拓扑、地理信[81]息、用户信息、用户信息、实时信息的共享访问。我国南方的部分电网公司也较早地实现了集数据、模型、图形等议题的综合数据集[82]成平台。（3）关系数据模型及扩展
University of Michigan Dearborn采用关系数据模型开发CORDS系[83]统，该系统实现了对多个异构关系数据库的集成；中国科学院软件研究所在1999 年开发的 IS-Global 系统实现了关系型多数据库系统[84]集成；AT&T Bell实验室采用扩展关系数据模型开发出Information [85]Manifold系统，对万维网上的结构化信息源进行集成。（4）面向对象数据模型
惠普实验室数据库技术部采用面向对象数据模型开发 Pegasus [86]系统，能集成本地和外部的多个自治数据库；东北大学提出了面[87]向对象的信息集成系统SCOPE/CIM；意大利Universit a di Roma Tre研究小组在开发的ARANEUS系统中提出的面向Web页面的模型ADM都是基于ODMG的面向对象的数据模型；德国 GMD-IPSI 的 KODIM 开发的原型系统ViewSystem中采用的数据模型是典型的面向[88]对象的数据模型。（5）基于有向图的数据模型
美国斯坦福大学数据库研究组开发出著名的 TSMMIS 异构信息源集成系统，该系统中采用了基于有向图的自描述数据模型 OEM；东南大学Versatile项目提出了基于有向图的OM数据模型，在定义OM对象模型的基础上，提出了OM对象代数；华中科技大学Panorama项[89]目提出了一种基于XML的XIDM模型集成数据模型；路燕等提出了一种新的Web数据模型，采用直观自然的图结构，将 WWW 表示为有标注边的有向图，该数据模型能同时支持XML和HTML文档等半结[90]构化数据建模；金海等提出了基于本体标记表达异构数据模式的语义模型，并利用语义模型对非结构化的医学图像网格信息进行集成。（6）动态的不确定性数据集成模型[84]
申德荣等提出了一个面向多领域的、支持动态数据集成方法及数据库的网格系统，采用一种P2P多Chord网格体系结构，实现数[91]据资源的分布存储、查询处理和动态数据集成；Green T J.等对不确定性的数据建立了可能世界数据模型，在该模型中，各元组的任一合法组合均构成一个可能世界实例。（7）其他数据集成模型[85]
刘伟和孟小峰等提出了一个DeepWeb数据集成的系统架构，依据这个系统架构对Deep Web数据集成领域中若干关键研究问题进[88]行了阐述和总结。金蓓弘等对实时数据的集成技术进行了研究，提出了面向消息的中间件的分布式体系结构和相关的实现技术，采用全局模式并通过模式转换和模式集成屏蔽了实时数据库的异构性。1.3.3 灾害模拟仿真系统研究
灾害模拟仿真系统是对已有理论研究成果的验证和再现，在灾害应急的预防准备和演练、反馈等阶段都具有重要的作用，现有的研究成果如下。（1）多技术集成应用的模拟系统[92]
Xu采用一个集成了GIS、CAD和虚拟现实技术所开发的城市[93]地震模拟系统，模拟了城市建筑抗震和人群在地震中的行为。文献[94]采用将Grid和HLA技术结合形成的分布式模拟仿真框架，构建[95]一种灾害响应过程训练系统。Uno基于Agent和地理信息系统所构建的灾害应急疏散模拟系统，通过对建筑损毁和人员损伤的评估，模拟了合适的疏散路线。（2）基于GIS的洪灾模拟系统
将GIS技术应用于洪灾模拟，形成了三维动态行驶的洪水模拟系[96]统，形象地展示了灾难在立体空间中的演化过程。该系统的三维技术缩短了决策用户全方位了解灾害情况的时间，提升了决策的效率。（3）探索与实用并行的模拟系统
就电网系统而言，国网电力科学研究院研发的电力市场及电力系统动态交互仿真平台（PMPSDS）是一个兼顾支持研发和适用演练的模拟系统。江苏省电力公司等电力网企业已经将这一系统并入其广域[97]防御平台。（4）关注演练的模拟系统
模拟演练系统注重为实际运行指挥人员提供模拟平台。这类平台既可以验证应急预案的可实施性并进行修正，也能够训练相关人员的应急能力。例如，针对相关应急物资和人员调度问题的综合演练系统，针对特定的应急场景，对某个或多个突发性的灾害事件引发的电网停电状态，利用预先编制好的应急预案进行电网恢复和调度仿真、应急[98]物资调度、应急人员与车辆调度的模拟。1.3.4 研究述评
综合来看，过去学者多从地理学（包含地质学和气象学）和社会学（包含社会心理学和社会行为学）两个学科的角度去研究灾害成因和灾后缓解，但现在有更多学者已经意识到，除涵盖上述两个学科的交叉之外，应急管理研究更应涉及管理学、信息科学等更多学科的交叉，且涵盖学科的数量会随着社会机制的发展和人类认知水平的提高而不断增加。从近两年来我国重大灾害事件的应对来看，我国的应急管理已经取得了瞩目的成绩，尤其是在应急动员、应急指挥组织等方面具有特殊的优势，但在理论研究上仍然暴露出一些不足，具体体现在以下几个方面。
1.在应急决策研究方面（1）现有研究成果主要涉及地震、洪水等自然灾害和核事故等事故灾害的实际应对决策，为非常规突发事件的应急管理决策研究提供了基础性的研究成果。研究者更多关注突发事件应急决策算法。（2）目前，较多的应对决策研究都设定（或隐含）一定假设条件，而研究者却多未给出其合理性的解释（例如，对疾病传播模型中常常假设感染者恢复后即具有终生免疫能力）。
2.在重大灾害及其情境表现研究方面（1）在基础设施网络的出错和遭袭研究方面，大多数研究出发点基本立足于探讨网络的稳定性与脆弱性层面，对基础设施网络的级联崩溃机制和测定的研究目标仅限于一般性的规律探讨。如何在相对普适的理论研究基础之上，使这些理论成果成为可以用于实践工作的支持工具，对这一问题应给予更多关注。（2）在关键基础设施研究领域，有关研究主要面向某一类基础设施网络，基本上均为一类网络研究方法，较少关注关键基础设施复合网络的整体系统性，在多个网络之间的集成化研究方面尚存较大空间。在研究方法上，针对网络之间关联影响分析，仅是在经济学基础之上的依赖关系研究，也是普适类的研究，无法支撑非常规突发事件复杂情境的具体描述和分析需求。（3）对于非常规突发事件应对这样一个复杂巨系统而言，其相关复杂网络的层次之间、级别之间关系有待揭示。如何由多类基础设施网络构建一个集成的复杂网络（或简称超网络），如何利用超网络去研究跨网络的节点映射和边映射，用以描述跨网络的相继故障，是一个较为困难而又可能有效的解决问题的思路。（4）在情境演化研究领域，基于情境的分析方法在重大突发事件应急管理领域尚未形成独特的、成熟的描述和分析体系。从情境分析关注的时点看，当前有关情境的研究要么驻足过去，要么关注未来，其中以关注未来为重，缺乏对从历史情境到未来情境的演变规律的研究，而对突发事件实时决策的指导性不充分，难以形成连贯的体系。演化分析方面的研究多为在单因素致灾论下的单类型指标的演化分析，有一定的局限性。并且，对于演化过程中的描述和分析结果，由于缺乏通用性的描述语义和方法，使得人们的认识存在模糊性，导致不同的部门、群体得出完全不同的灾害评估和抗灾措施。现有研究未能充分反映突发事件在自然特性和应急措施的综合作用下的演化分析，从而在应急响应的定量分析与评价等方面还缺少进展，而模糊数学模型在这一方向的优势应该被有所应用。（5）在数据集成的相关研究方面，已经在集成方法和现实应用层面取得了很多的成果。但对于多源异构数据集成的完整性、一致性和实时性，尤其是在类似电网应急恢复等对时间要求极为苛刻的应急反应中，还需要深入研究提高数据集成性能、建立应用标准。数据模型及集成方法只是对某一种数据类型的多源集成，无法解决非常规突发事件的多数据类型、多数据源的集成和融合问题。前述的数据集成模型只是把提取的数据集成在一起，对数据的重要性、充分性和不确定性没有加以考虑。在非常规突发事件的有些场景，数据是海量的，这对数据存储和集成是灾难性的，这些数据集成模型无法有效地对数据进行归类、约简，无法进一步提取决策者关心的重要情况和事件信息。
3.在灾难模拟仿真研究方面（1）在面向高层架构（High Level Architechrue，HLA）仿真架构和Agent仿真应用方面的研究都取得了广泛的研究成果。也有一些研究开始关注HLA和Agent的结合在仿真中的应用，但大多集中在两者结合的框架设计和流程上，对于仿真系统的应用设计还缺乏机制和可操作层面的研究。例如，Agent的自主通信和HLA中联邦通信协议的集成、Agent的多回合协商机制与HLA周期规范的有效结合、Agent通信原语和HLA的通信内容的编码转换等问题还需要设计与验证。（2）目前，计算实验理论研究多在形式化的建模方面，研究重点放在单纯的计算机系统模拟上，而在基于智能代理的系统和真实系统之间的平行互动关系方面的研究进展较小，这样就影响了仿真系统对现实系统的指导作用。对于非常规突发事件应对决策，不存在平时的真实性系统。如何构建仿真执行系统成为这一领域的难题。1.4 本书研究内容采用的研究方法和技术路线1.4.1 研究方法
非常规突发事件的情境描述和情境重构研究涉及社会、技术、管理、信息等多个学科领域，研究中需要融合多学科理论和方法。本文将综合采用灾害理论、情景分析、信息融合及计算机仿真模拟等综合模型和技术，整体研究方法如下：（1）借鉴“预测-应对”模式中的相关应急管理研究方法，采用系统理论，分析情境重构表达的相关因素，界定情景、情境和情境重构等概念内涵，分析情景与情境之间的关联关系；定性分析非常规突发事件的演化机理和特征，研究非常规突发事件的情境描述和情境重构表达体系的构成。（2）采用信息科学的相关方法，分析非常规突发事件系统中的信息来源和构成，研究多源信息的融合方法；运用灾害链理论和情景分析方法，分析非常规突发事件系统中的情境要素的构成，研究利用历史案例信息和实时事件信息构造事件情境的形式化表达和网络构造。（3）结合图论和规则推理的理论方法，研究非常规突发事件情境重构体系的途径、流程和实现方法。（4）采用计算机技术，研究情境网络可视化仿真的表现方法和需要的拓扑及整体网络布局算法。（5）采用理论与实际相结合的研究方法，研究情境描述和情境重构表达在复杂电网破坏中的应用实例，为复杂电网的非常规突发事件应急管理提供应用验证。1.4.2 技术路线
图1-2描述了本书研究的技术路线。在界定了非常规突发事件“情景-应对”模式下的情境演化和情境重构问题、总结相关研究成果的基础上，借鉴情景分析理论，应急决策理论，以及灾害链理论等相关学科的研究成果，首先研究非常规突发事件情境演化和情境重构体系构建，建立由信息到情境构成要素，到情境描述，再到情境演化，最终实现情境重构的研究框架，提出情境重构体系的关键途径，对情境表达要素和描述方法、多源信息的融合、情境重构方法和可视化仿真技术等关键问题进行深入分析，从而全面展开本书研究。◎ 图1-2 本书研究的技术路线1.5 研究内容与研究框架1.5.1 主要研究内容
非常规突发事件的情境重构过程是指根据非常规突发事件的实时信息和可参考的历史信息，构造事件情景和多层次情境，并通过重构情境层次和情景序列展现事件发生、发展的过程。情境重构是辅助决策者了解非常规突发事件状态，掌握事件演化过程的重要方法，是“情景-应对”范式中的重要基础组成部分。本书的主要研究内容包括：（1）建立非常规突发事件情境重构体系。界定非常规突发事件情景、情境及情境重构等基本概念内涵和关联关系，分析非常规突发事件的情境构成要素和要素特征属性，研究非常规突发事件中的情境演化的特征和内在机理，从而确认非常规突发事件情境重构表达需要解决的问题和相关实现途径，为后续深入的研究奠定体系基础。（2）分析非常规突发事件中的信息需求，研究非常规突发事件中多源异构信息融合的相关方法和情境案例库的建立；构造事件情境的形式化抽象表达，研究基于情景序列和情境网络的非常规突发事件情境描述方法，选择适合非常规突发事件情境描述和情境重构表达的描述语言并构建描述流程。（3）研究非常规突发事件情境重构表达的途径和流程，并研究在信息不完全的情形下，以情景和情景序偶为事件单元、以包含情景序列的多层次情境网络为表现形式，通过情境规则推理和逻辑情境演算算法进行情境重构的模型方法。并研究在基础设施关联依赖情境下的重构规则的建立和描述。（4）研究情境描述及情境重构表达的可视化实现的任务、模型和相关算法，设计面向GIS服务接口的原型系统，支持对非常规突发
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