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基于层次任务网络的应急响应决策方法及其应用

  【摘 要】应急响应决策时应对突发事件的关键。基于层次任务网络规划(Hierarchical Task Network planning,HTN)的应急响应决策方法能够有效地利用应急领域专家知识,生成完成应急任务目标的应急行动方案。文本提出了基于HTN的应急响应决策方法体系,探讨了基于HTN的智能规划所面临的关键问题及解决方法,并将这些研究成果应用于三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统,验证其有效性。

  【关键词】突发事件;应急响应对策;HTN;智能规划

  目前,我国各类突发事件时有发生,且呈上升趋势。2003年SARS事件、2008年南方地区雨雪冰冻灾害、“5.12”汶川特大地震、2010年玉树地震和舟曲特大泥石流、2012年北京“7.21”特大暴雨灾害等重大突发事件给人民生命财产带来巨大损失和严重的社会影响,对如何采取有效的应对处置手段和措施提出了挑战。

  一、应急响应决策面临的困难及解决思路

  应急响应是应对处置突发事件的关键,应急处置措施正确与否直接影响突发事件的演变,而应急响应决策是应急响应的核心问题。应急响应决策问题是一种典型的复杂非结构化决策问题。对于这类问题,一方面,无法完全采用数学建模和优化方法,因为这类方法需要将复杂任务还原为大量单个行动来处理,对大规模问题,这完全不切实际;另一方面,也不能完全依赖人脑,因为在应急过程中会产生大量动态、不确定的信息,再有经验的决策人员也无法及时收集、整理、分析和综合全部相关信息而做出选择决定。非常规突发事件属于小概率事件,随机和未知因素比一般的突发事件更加繁杂,决策环境始终在迅速变化,往往无法预知,甚至超出常规想象。应急决策人员受自身水平和条件所限,对应急响应过程中可能面临的问题很难考虑周全。因此,要做出科学的应急响应决策,不但要有能够处理复杂问题的高速自动化的信息收集、处理、分析、综台的系统支持,还需要充分利用本领域专家的知识。此外,只有通过构建逼真的突发事件应急协同决策过程综合模拟环境,对应急决策过程进行模拟,用以评估应急响应决策效果、训练决策人员,才能使应急管理人员熟悉应急决策过程,提高决策方案的科学性,提高决策人员对突发事件,特别是非常规突发事件的应对能力。除了需要对事件发展态势和应急行动过程进行模拟,还需要考虑决策过程所涉及的规划过程和协调过程,以及决策过程与应急行动过程的相互影响。

  智能规划是人工智能方法中通过动作推理自动选择和组织动作序列从而实现给定的任务目标集合的研究领域。其中,层次任务网络规划(Hierarchical Task Network planning,HTN)是一种应用最广泛的智能规划方法。HTN规划方法的基本思想是基于知识将复杂抽象的任务进行逐层分解,直到可以通过执行规划动作就能完成的原子任务为止。这种思想与应急响应决策过程相一致,能够有效辅助应急决策人员根据复杂应急态势制定应急响应决策,开展应急响应工作。HTN规划方法能有效模拟决策人员的认知过程,在任务分解的过程中能很好地描述和利用领域知识,非常适合用以建模和求解大规模决策问题。

  二、基于HTN的应急响应决策方法体系

  (一)应急响应决策过程分析

  应急响应决策贯穿整个应急响应过程,是一个动态的决策过程,主要包含4个阶段。其一,在突发事件突然发生或出现某种征兆时,在有限的时间内收集处理有关环境、资源和事件现场等信息,分析和预测应急态势;其二,根据应急领域知识、相关案例和专家意见,明确决策问题与目标;其三,协调各应急组织成员的行动,制定人员救援、资源调度和险情处置等应急行动方案;其四,组织实施应急行动方案,跟踪检验执行效果,纠正应急响应决策的偏差,直到完成应急处置工作。概括起来,应急响应决策过程包括应急态势感知、任务目标识别、行动方案制定和行动方案执行等,如图1所示。

  1.应急态势感知。应急响应决策过程开始于信息获取,搜集、整理、分析和预测突发事件、承灾载体、应急组织及资源等相关信息,包括突发事件的位置、程度、规模和复杂性,承灾载体的当前状态,应急组织及其所有资源的状态,以及态势发展的趋势。应急态势感知是开展应急响应决策工作的前提和基础。

  2.任务目标识别。应急决策实体根据应急态势和应急领域知识,在各自任务目标的基础上,通过协商形成应急组织认可的任务目标集合,确定任务目标的优先级。应急任务目标决定了应急组织的行动方向,引导应急行动方案的制定。应急任务目标识别过程中应当重点考虑应急响应的时限条件和资源的约束条件。

  3.行动方案制定。为了完成应急任务目标,根据应急态势、应急管理规章制度、标准化操作程序和专家经验知识等,应急决策实体制定能够落实到各应急执行实体的操作层面的行动方案,描述各具体任务的执行单位、执行时间和资源等。由于应急响应决策具有时效性,一般来说希望能尽快得到可行的应急行动方案,但如果时间允许,更希望在可行方案的基础上能够获得更好的应急行动方案。

  4.行动方案执行。应急决策实体将制定的应急行动方案作为应急指令进行签署和发布,并监督应急执行实体执行相关应急行动。应急行动执行过程具有动态性和不确定性,一方面需要对执行情况进行跟踪评估并反馈到应急决策实体。另一方面,应急行动方案的执行将作用于承灾载体,引起应急态势的变化,应急决策实体需要适时调整或重新制定应急行动方案。

  应急行动方案制定是应急响应决策过程的核心环节。它涉及众多应急组织、错综复杂的应急任务、动态变化的应急态势、种类繁多的应急资源以及不完备的应急领域知识,且需要考虑时限性条件。因此,应急行动方案制定是一个典型的复杂非结构化决策问题。对于这类问题,无法完全采用数学建模和优化方法,主要原因是:其一,难以事先确定并描述每项具体的应急行动,无法建立数学模型;其二,应急响应决策中往往存在信息缺失和传递失真现象,导致难以获取模型所需的准确数据;其三,应急态势的动态变化要求对数学模型进行适时调整,难以适应应急响应快速决策的需求。另一方面,在应急管理实践中,应急预案、应急管理规章制度、标准化操作程序、案例以及专家经验是应急行动方案制定的主要依据。因此,需要研究利用领域知识制定应急行动方案的方法。具体来说,以应急态势、任务目标和领域知识作为输入,考虑应急响应决策的特征和方案执行过程中的动态性及不确定性,生成具体的应急行动方案。

  (二)基于HTN的应急响应决策方法体系的基本架构

  HTN规划是一种分层的智能规划方法,采用任务分解的思想,利用领域知识,在层次任务网络中进行搜索,具有较高的规划效率。与经典规划类似,其系统状态用原子命题集台表示,原子动作对应于确定的状态转换。HTN规划中设计了任务分解过程,其目标描述和规划过程均与经典规划有所区别。HTN规划的目标不是要达到某一目标状态集合,而是要完成某一任务集合,从而解决实际规划领域难以给出系统目标状态的问题。HTN规划的输入不仅包含任务集合和操作符集合,还包含方法集合,其以“处方”(prescription)的形式描述如何将某一任务分解为更小的子任务。规划过程的主要思想是递归地将复合任务分解成越来越具体的子任务,直到可执行的原子任务为止。

  在应急响应决策过程中,非结构化的应急领域知识是应急行动方案制定的主要依据,而HTN规划能够有效地描述和使用这些领域知识。另一方面,HTN规划针对任务目标集合的分解过程体现了目标驱动的决策行为,符合应急响应决策的层次性特征。因此,利用HTN规划能够有效辅助应急决策人员面对复杂应急态势生成应急行动方案。具体来说,基于HTN规划的应急响应决策方法的主要优势包括4个方面。其一,具有较强的表达能力,能够对应急决策问题进行有效的知识建模和表示;其二,求解过程具有目标导向的特征,将问题求解过程分解为确定目标的完成途径和选择实现目标的最佳方法两个相对独立的子过程,与决策者进行应急响应决策的思考过程具有相似性;其三,过程生成的分层任务网络表达了目标与子目标之间的分解关系,提供了应急行动方案制定过程中涉及的决策点及其上下文信息,反映了具有层次性的应急响应决策过程;其四,使用了方法集合,可以利用方法模型描述应急领域的过程性知识,表达不同应急态势条件下完成给定任务目标的多种途径,可以很好地表示和利用已有的经验和知识,提高规划的速度以及应急响应决策的速度。

  以应急态势、任务目标和领域知识作为输入,以具体的行动方案作为输出,描述了基于HTN的应急响应决策方法体系,如图2所示。该方法体系的各环节对应于应急响应过程中的各决策阶段,其核心是基于HTN的应急行动方案制定方法,即应急任务规划方法。态势信息、领域知识、任务目标是基于HTN的应急行动方案制定方法的输入。方案执行情况的监控及反馈则体现了应急决策过程的高度动态性和不确定性的特征。

  虽然HTN规划具有强大的规划能力,适用于解决复杂规划问题。然而,应急领域的特殊性列其提出了新的要求。应急任务规划是在应急响应决策的特殊约束条件下,多个参与单位共同协作,快速制定应对方案,并根据动态变化的应急态势对方案进行实时调整,从而有效组织和实施突发事件应急处置工作。要建立基于HTN的应急响应决策方法体系,需要深入研究解决以下几个关键问题。

  1.应急响应决策的本质是一种组织决策,识别应急任务目标是制定应急行动方案的前提。有关应急任务目标制定问题,大多是从定性的角度开展研究,其目标描述方法和目标处理方式相对简单,但应急任务目标不仅带时间窗而且具有时间约束和资源约束,不能采用拒绝采纳或放弃目标的简单处理方式,需要研究组织背景下考虑时间约束和资源约束的应急任务目标制定方法。

  2.现有HTN规划没有充分考虑时间和资源等约束条件对任务规划过程的影响,而应急响应决策中,应急任务间存在着依赖关系、并串行执行关系和同步关系等复杂时态特征。同时,方案制定过程和资源分配过程高度耦合,方案制定过程中选择不同的任务执行方式会产生不同的资源需求,资源因素又会影响应急决策者的决策行为。因此,需要在HTN规划过程中刑时间和资源进行管理,考虑时间约束和资源的合理分配。

  3.现有的HTN规划主要以快速产生可行解为主要目的,对可行解性能优化的相关研究相对较少。在应急响应决策中,应急行动方案性能的好坏直接影响应急响应决策的效果。应急决策者通常不满足于获得一个可行的行动方案,而是希望得到性能更好的应急行动方案。而且,应急行动方案的评价还往往涉及多个性能指标。在应急任务规划中,需要研究如何根据多个性能指标评价应急行动方案,并将评价的结果应用于规划过程中,以搜索质量更好的应急行动方案。

  4.应急响应决策往往涉及多个参与单位,由于难以做到信息完全共享,各单位基于局部应急态势制定行动方案,行动方案之间往往存在冲突。传统的HTN规划处理这类问题的主要思路是先生成局部行动方案,然后再按照协调机制消解局部行动方案间的冲突,最终形成全局行动方案。然而,这种方法很可能会以决策时间为代价,不符合应急环境下快速决策的要求。因此,需要在规划过程同时考虑协作问题,研究HTN协作任务规划的新方法。

  三、关键问题的解决方案

  首先,针对应急目标制定的问题,使用基于BDI(Belief,Desire,Intention)的模型来描述应急任务目标制定过程,并将目标采纳问题转化为增量式CSP(Constraint Satisfaction Problem)问题进行求解。其次,对于应急响应决策问题中存在复杂时间和资源约束的特点,分别设计考虑复杂时态特征的HTN规划方法、资源增强型HTN规划方法和资源缺陷处理方法进行处理。而且,为了生成质量更好的解,提出考虑多评价指标的HTN规划方法,并基于Anytime搜索框架设计两种算法。最后,为了解决应急响应决策过程中多个部门共同参与并且信息互不共享的特点,提出多部门分布式协作HTN规划方法。

  (一)应急任务目标确定

  识别应急任务目标是制定应急行动方案的前提。同时考虑应急组织背景和应急任务目标带有的时间约束与资源约束,采用基于BDI的模型来描述应急任务目标制定过程:

  (1)形成应急组织目标集合;(2)形成候选应急组织目标序列。根据紧急程度对应急组织目标集合进行排序,确保紧急程度高的目标优先考虑;(3)形成采纳应急组织目标序列。按候选应急组织目标序列的顺序,依次将候选目标转化为采纳目标;(4)形成意图目标。

  然后,可将目标采纳问题转化为增量式CSP问题进行求解,并分阶段考虑时间约束和资源约束,如果一致性检验中获知该约束存在冲突,则分析冲突的具体原因,然后通过获取冲突时的启发式信息加速冲突消解过程。

  (二)考虑复杂时态特征的HTN规划

  应急领域具有复杂时态特征,包括数值特征、预测信息以及持续型行动,并且具有大量的定量时间约束条件和定性时间约束条件,在规划过程中需要对以上时间约束条件进行处理,从而生成满足给定复杂时间约束条件的行动方案。针对应急领域的复杂时态特征设计了相应的HTN规划算法,主要是对原HTN领域描述进行了时态扩展:(1)建立持续行动模型,在PDDL2.1持续行动模型的基础上,建立应急持续性行动模型,用以描述应急行动,包括带时间标记的瞬时前提条件、带时间标记的持续前提条件和带时间标记的执行效果;(2)描述复杂时间约束关系,利用简单时态网络的标准定量时间约束关系描述模型刻画应急任务之间的定量时间约束关系。其中,应急任务的时限条件描述为应急任务开始时间或结束时间与规划过程的参考时间点之间的定量时间约束条件。

  然后,使用基于简单时态网络的复杂时间约束条件的表达和处理,将任务网络模型与简单时态网络相关联,利用简单时态网络表达规划过程中产生的复杂时间约束条件。在规划过程中执行复杂任务分解和简单任务执行产生时间约束条件,将相应的约束条件添加进入与当前任务网络相关的简单时态网络,并利用PC-2算法判定该简单时态网络的一致性,如果不一致,则说明当前的搜索分支是不可行的。

  HTN规划中的资源管理

  在资源稀缺环境下应急决策中,存在着应急行动方案制定过程和应急资源调度过程高度耦合的特征,应急方案制定过程中选择不同的任务执行方式会产生不同的资源需求,资源因素又反过来影响应急领域专家选择应急任务目标、战略、战术和操作等决策行为。针对HTN规划方法中层次资源推理问题,提出一种资源增强型HTN规划模型:(1)对于层次任务网络中的资源约束和时间约束,不论是属于同一个复合任务分支的约束,还是属于不同分支任务之间的约束,均被描述为基于资源时间轴的资源函数,随着HTN规划的任务分解过程,这些资源函数被传播至原始任务;(2)对于每个原始任务,通过统一的资源分配和检验过程将基于资源时间轴的资源函数转化为规划模型中的全局资源状态;(3)通过设计资源约束传播加速器对层次资源推理进行加速处理。

  资源增强型HTN规划方法的基本思路如图4所示,它在HTN规划方法的基础上扩展了两个功能,即资源状况管理器和资源约束传播加速器。资源状况管理器用于对规划过程中的层次资源推理进行集中管理,关注的是任务与资源之间的交互过程,按照任务的资源需求,可将容量型资源分为消耗性资源(Consumable Resources)和可重用性资源(Reusable Resources)分别进行处理。资源约束传播加速器负责对层次资源推理进行加速处理,为了更好地与约束可满足技术相结合,可将容量型资源分为单容量资源(Single-capacity Resources,资源可用量及任务的资源需求仅为1)和多容量资源(Multiple-capacity Resources,资源可用量及任务的资源需求不仅为1)分别进行处理。

  HTN规划中的资源缺项处理

  应急响应决策中应急资源往往是短缺的,需要在充分利用现有资源尽可能地完成应急任务目标的同时,通过资源缺项识别方法来分析那些由于资源受限而暂时无法完成的应急任务目标,及其所需补充的资源数量、时间和地点等相关信息。针对资源缺项问题,需要对HTN规划方法作进一步扩展,以辅助决策者找出补充应急资源的方案,避免由于分析不当导致应急任务目标无法完成或资源过度动员,从而提高HTN规划在应急决策中的适用性。基于资源增强型HTN规划方法,进一步设计应急资源缺项问题的处理机制。将HTN规划的规划目标建模为软任务目标,在PDDL语法中的两种目标类型,即可达成目标(Achieved Goals)和不可达成目标(Unachieved Goals)的基础上,新增加有条件达成目标(Conditional Achieved Goals)。对HTN规划中的任务增加资源缺项标记,通过带资源缺项标记的任务来完成有条件达成目标。

  应急资源缺项的处理流程如图5所示。为了更加有效地支持应急行动方案制定决策问题,应急资源缺项问题处理算法中需要在确认放弃目标前,先分析目标不可达成的原因是否是资源缺项导致的,并将因为资源缺项导致的暂时无法达成目标列为有条件达成目标加以处理,当增加资源也无法完成目标时,则将这些目标列为不可达成目标。算法中采用资源缺项识别方法来处理那些由于资源缺项而产生的有条件达成目标,并通过引入Anytime启发式算法来实现包含有条件达成目标规划方案的快速搜索。

  考虑多评价指标的HTN规划

  应急行动方案性能的好坏将直接影响应急决策的效果。应急行动方案的评价往往涉及多个性能指标,而这些性能指标往往不一致甚至相互矛盾,这给多性能指标评价规划问题的求解带来很大的困难。考虑多性能指标的前提下,为了使HTN规划能给出更高质量的规划方案,在Anytime搜索框架下,设计基于权重和基于支配关系评价的HTN搜索算法:(1)对HTN操作符进行扩展,使其能够表达操作符的多个评价指标,进而可以计算行动方案的多个评价指标值。(2)设计基于权重的搜索算法(PSA)和基于支配关系的搜索算法(DSA),它们使用Anytime搜索框架,使规划器能够随着规划时间的延长生成更好的行动方案,同时能够随时中断返回结果,以适应应急响应决策中决策时间不确定的特点。PSA可实现在给定权重下快速找到符台决策者偏好的应急行动方案,DSA则可实现无偏好信息情况下的非支配行动方案集合生成。

  考虑多评价指标的HTN规划过程如图6所示。该过程主要包含3个关键环节:(1)行动方案的评价,在规划过程中应随时对生成的部分或完整的行动方案进行评价,比较不同行动方案的优劣;(2)削减策略的设计,通过削减策略将不可能产生更好的行动方案的搜索空间削减掉,使HTN规划集中搜索能够产生质量更好的行动方案的搜索空间;(3)中断机制的设计,针对应急决策时间难以预先确定的特点,设计有效的柔性中断机制,在规划过程中特定或者任意时刻可以终止搜索过程,并返回当前时刻得到的最佳行动方案。

  多部门分布式协作HTN规划

  应急响应决策过程一般会涉及多个部门,由于难以做到信息完全共享,各参与部门需要基于局部应急态势完成自身的任务规划,同时还需要通过合理的协调方式实现整个应急组织内所有任务规划过程的协调运作,这实际上是一个分布式协作任务规划问题。在分布式协作任务规划中,应急态势信息往往会随着响应过程随时变化,规划和执行过程中均可能调整方案,而由于方案之间可能存在依赖关系,这些调整会使不同部门的本地方案造成冲突,无法按原有规划正常执行。

  针对这一问题,设计了面向HTN规划过程的协作任务规划框架,如图7所示。以两个部门的协作规划为例,将传统框架中相互分离的任务视图共享、任务协调的协作过程嵌入任务规划过程之中,使规划器在规划时能够及时剥原子行动进行协调,而且新的框架中不再需要任务调度部分,而是利用HTN规划器本身具有的节点返回与重规划功能将任务调整和修改的过程整合于规划过程中。

  四、应用示例--三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统

  三峡工程是世界级特大型水利工程,三峡区域洪水的有效应对对于三峡水库安全及周边地区的人民生命财产安全具有重要意义。三峡水库可能会由于超设计标准洪水、工程隐患、地震灾害、地质灾害等因素引发突发事件,造成重大的人员伤亡财产损失或生态环境破坏等恶劣后果。围绕三峡区域防洪应急响应过程中,有关洪水调度会商、堤防险情处置和分蓄洪区居民物资转移安置等应急响应决策问题,研制了三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统。该系统能够实现对三峡区域防洪的多部门协同应对流程、决策过程和运行过程的综合模拟,从而为基于HTN的应急响应决策方法提供验证和实验平台。

  系统功能

  三峡区域防洪应急决策模拟原型系统功能如图8所示。在原型系统中,应急行动方案由决策机构制定并实施,涉及到的主要组织机构包括国家防汛抗旱总指挥部(简称国家防总)、长江防汛总指挥部(简称长江防总)、中国三峡总公司应急指挥中心(简称三峡总公司)、现场应急指挥部、相关基层单位的应急指挥机构等。系统整体功能包括决策模型、应急响应模型、态势显示系统、仿真方案管理、分布式事件调度与仿真控制框架、仿真模型和辅助功能等。

  决策模型主要包括任务规划、协作规划、协商协调等决策支持模型。其中,应急任务规划是在一个开放的HTN规划系统SHOP2的基础上结合三峡区域防洪背景实现的。应急响应模型主要用于仿真各应急组织的决策过程和行动执行过程,包括各级应急指挥部门、现场指挥部、应急处置队伍等的决策、协调、指挥、处置等过程。态势显示系统主要提供各种外部环境和内部环境的仿真模型,比如水文模型、大坝模型、洪水模型和堤防模型等,综合反映各仿真模型间的关联及影响,并发布应急态势的实时信息。仿真方案管理提供基础数据管理、方案管理、脚本管理等功能。分布式事件调度与仿真控制提供分布式交互仿真接口和事件调度接口,实现仿真模型运行控制和应急组织间的信息交互。分析评估管理提供系统状态跟踪、信息集成、信息分类等功能。仿真过程管理提供仿真系统管理、仿真日志管理、权限管理等功能。

  案例分析

  这里仅以分蓄洪区居民物资转移安置应急响应决策问题为例,展示三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统的运行效果。分蓄洪区转移安置过程包括多部门之间的协作任务规划过程,涉及公安、交通和民政等部门。在进行HTN任务规划之前,区域转移安置部门根据上级部门下达的转移安置通知确定受灾群众转移和物资出库以及运输的计划起止时间,上报上级单位形成受灾群众运输和物资出库目标后,下达至交通和民政部门。公安部门根据转移安置通知制定道路警戒方案,并转交至交通部门。交通部门根据受灾群众运输目标和道路警戒方案,进行受灾群众运输任务规划与执行。民政部门根据物资出库目标,进行物资出库任务规划与执行,并形成物资运输目标发送转交至交通部门进行物资运输任务规划与执行。

  以湖北省荆江分蓄洪区为例,参与受灾群众转移安置的应急决策实体为荆江分洪前线指挥部,其组成单位包括区域转移安置部门、荆州市公安部门、荆州市交通部门和荆州市民政部门。为保证受灾群众的生命安全和日常生活,需要进行受灾群众转移和救灾物资出库运输。受灾群众转移涉及2个集结点、3个安置点和5支受灾群众运输队伍;安置点需要的救灾物资有帐篷、矿泉水、面粉和棉被共4种,分别存储在3个不同的储备点,各储备点配备有1支仓储队伍;为完成救灾物资运输,划拨4支物资运输队伍给荆州市交通部门。经过多部门协作HTN规划制定出响应决策方案。原型系统运行的主要过程包括:

  1.下达转移安置目标。荆江前线指挥部接国家防总下达的分蓄洪区启用通知,确定转移安置计划完成时间,形成转移安置通知,下达至区域转移安置部门。区域转移安置部门接到转移安置通知后,确定各集结点受灾群众集结人数和运输计划开始时间,以及各安置点所需物资的数量、出库计划起止时间和运输计划截止时间,并上报荆江前线指挥部审核。该转移安置是带有复杂的时态特征规划问题,受灾群众疏散的时间和各物资运输的时间如果安排不合理,则无法得到可行的应急方案。使用我们设计的应急任务目标确定的方法,使用基于BDI的模型来制定应急任务同标,从而制定出合理的转移安置目标。以便在较短时间内获得转移安置方案。

  2.受灾群众运输任务规划。荆江前线指挥部审核转移安置目标后下达至荆州市交通和民政部门。与此同时,荆州市公安部门根据转移安置部门计划制定道路警戒方案,荆州市交通部门根据受灾群众运输目标以及道路警戒状况,进行受灾群众运输任务规划,生成受灾群众运输方案。在受灾群众运输问题中,涉及到民政部门,运输部分和交通部门等多个部门,这些部门之间均有自己单独的应急领域知识以及决策偏好,需要通过合理的协调来实现整个应急活动的协调运作,使用我们设计的多部门分布式协作HTN规划方法则能够快速有效地制定出合理的物资运输任务规划方案,然后分发给各部门执行。

  3.物资运输任务规划。荆州市民政部门根据物资出库目标,进行物资库的任务规划,生成物资出库方案并执行。物资出库方案执行完毕后,荆州市民政部门形成物资运输目标,发送至荆州市交通部门。荆州市交通部门根据物资运输目标,进行物资运输任务规划,形成物资运输方案。该物资运输问题中,涉及较多的应急资源,如运输车辆、司机以及道路都是重要的应急资源,合理的应急运输方案必须满足各种资源约束,使用资源增强型HTN规划方法则能够有效地处理这些资源,在规划过程中验证各种资源的有效性并进行合理分配,从而快速地制定出运输方案。

  五、总结

  应急响应决策是应对突发事件的关键,本文围绕突发事件应急响应决策问题提出基于HTN规划的应急响应决策方法体系。该方法将态势信息、领域知识、任务目标作为输入,然后使用HTN规划技术制定出应急行动方案,并对应急行动方案的执行情况和态势演化导致的异常变化进行动态的监控并实时处理。针对应急响应决策问题的特殊性,本文还探讨了基于HTN的智能规划所面临的关键问题及其解决方法,包括应急任务目标的确定、考虑应急响应过程中的时态和资源约束的规划方法、资源缺项的处理、考虑多评价指标的HTN规划以及多部门HTN协作规划等。最后,以三峡区域洪水为背景,设计并开发了三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统,将上述研究成果在这个原型系统中进行验证。

  基于HTN规划的应急响应决策方法不仅能充分有效地利用应急领域专家的知识,针对突发事件快速制定出应急行动方案,而且能够适应突发事件应对中的目标复杂、资源约束、分布协作等特征。这些方法可用于实际的应急响应决策中,为科学有效地进行突发事件应对提供一种新的思路。三峡区域防洪应急响应决策模拟原型系统的设计与开发不仅能为基于HTN规划的应急响应决策方法提供实验环境,而且能够对突发事件演化和应急响应决策的过程和效果进行综合模拟,从而验证应急响应决策的有效性。在实际应用过程中,模拟系统还可以被用来训练应急管理人员,提高他们在复杂应急响应决策环境下的应对能力。

  作者简介:

  王红卫,华中科技大学自动化学院长江学者特聘教授。王剑,华中科技大学自动化学院副教授。祁超,华中科技大学自动化学院副教授。李明磊,华中科技大学自动化学院博士研究生。刘丹,华中科技大学自动化学院博士研究生。

  本文转载自《中国应急管理》

 

 

 

 

2017-04-27
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