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基于0 f l 的地方应急决策支持系统设计与研究 中文提要 基于d f l 的地方应急决策支持系统设计与研究 中文提要 随着娩区经济酌发展和人口的捩速增长，成惫问题丑益突出，地方应急决策支持 系统( u 潞s s ) 的建设将大大提高地方应急管理的水平和决策效率。 由予l e d s s 孛存簌诲多动态模糊性瓣闲题弱知识，藏本文采嗣基手动态模糊逻 辑( d f l ) 的理论方法对l e d s s 进行设计和研究。 本文藏要研究内容和成果包括： l 。对l e d s s 进程7 癸板和设诗，劳建立了l e d s s 静缝毒鸯。 2 对l e d s s 的数据库子系统进行了设计，为决策者正确决策提供有力的参考依 据。 3 。设诗了l e d s s 瓣模鍪瘁及英管理系统，劳缭逡了摸燮黪串模型实瑗鳃舞法嚣 理。 4 慧干动态模糊逻辑( d f l ) 理论，对l e d s s 的知识岸进行设计，提出了动态 模凝产生浅瓣知识表零方法窝一秘赣弱实曩夔动态模凝度豹爨纯方法。 5 对传统的推理规则进行d f 化。 本文的研究工作也是对地方应急管理、抉镱支持系统和动态模糊逻辑的研究所做 熬弯益掇索，因越曩蠢较褰蘸建谂徐篷帮程会经洛效盏。 关键词：应急管理决策支持系统模型库知识库动态模糊逻辑 作者：张亚红 摇毒教鼯：李蔑长 t h ed e s i g na n ds t u d i e so fd f l b a s e dl o c a le m e r g e n c y d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m a b s t r a c t a l o n gw i mt h ep o p u l a t i o nf a s ti n c r e a s ea n de c o n o m i cd e v e l o p m e n to f a r e a ，e m e r g e n c yp r o b l e mi ss t r e s s e di n c r e a s i n g l y t h ec o n s t r u c t i o no fl o c a l e m e r g e n c yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( l e d s s ) w i l lr a i s et h el e v e la n d d e c i s i o n e f f i c i e n c yo fl o c a le m e r g e n c ym a n a g e m e n tg r e a t l y i ns y s t e m ，t h e r ei sal o to fk n o w l e d g ea n d p r o b l e me x i s t i n gd y n a m i c f u z z y ，s o ，i nt h i sp a p e rl e d s si sd e s i g n e da n ds t u d i e dw i t ht h e m e t h o d b a s e do nt h et h e o r yo fd y n a m i cf u z z yl o g i c t h em a j o rr e s e a r c hc o n c l u s i o no f t h i sp a p e ri n c l u d e ： ( i ) t h i sp a p e rh a sc a r r i e do u ta n a l y s ea n dd e s i g nf o rl o c a le m e r g e n c y d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，a n de s t a b l i s h e dp l a c et h ec o n s t r u c t i o no fl o c a l e m e r g e n c yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( i i ) t h i sr e s e a r c hh a sd e s i g n e dd a t a b a s es u b s y s t e mf o rl o c a le m e r g e n c y d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，a st oo f f e rs t r o n gr e f e r e n c eb a s i sf o rp o l i c y m a k e r s c o r r e c td e c i s i o n ( i i i ) t h i ss t u d yh a sd e s i g n e dt h em o d e lb a s ea n d i t sm a n a g e m e n ts y s t e m f o rl o c a l e m e r g e n c yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，a n dg i v e n t h ea l g o r i t h m p r i n c i p l et h a tm o d e l r e a l i z e si nm o d e lb a s e t h e d e s i g na n ds t u d i e so f d f l - b a s e dl o c a le m e r g e n c yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma b s t r a c t ( i v ) b a s e do nt h et h e o r yo fd y n a m i cf u z z yl o g i c ( d f l ) ，t h ek n o w l e d g e b a s eo fl e d s si sd e s i g n e d ，a n dam e t h o do fk n o w l e d g ee x p r e s s i o nb a s e do n d y n a m i cf u z z yp r o d u c t i o na n dak i n d o fn e wa n dp r a c t i c a lq u a n t i f i c a t i o n m e t h o do fd y n a m i cf u z z yh a v eb e e np u tf o r w a r d ( v ) t h ec o n v e r s i o nf r o mt r a d i t i o n a lr e a s o n i n gr u l e st od fr e a s o n i n g r u l e si sc a r r i e so u t t h i sp a p e rw h i c hs h o w sh i g h e rt h e o r e t i c a lv a l u ea n ds o c i a l - e c o n o m i c b e n e f i t ，i sa l s oh e l p f u lt ot h er e s e a r c ho fl o c a le m e r g e n c y ，d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e ma n dd y n a m i cf u z z yl o g i c k e y w o r d ：e m e r g e n c ym a n a g e m e n t ；d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ；m o d e lb a s e ； k n o w l e d g eb a s e ；d y n a m i cf u z z yl o g i c i i i w r i t t e nb y z h a n gy a h o n g s u p e r v i s e db yl if a n z h a n g 基于d f l 的地方应急决簧支持系统设计与研究 1 绪论 1 绪论 1 。1 地方应急决策支持系统研究背景 突发事件是指社会生活中一类事前难以预测、作用范围广泛且对社会造成严重 威胁和危害的公共事件。自从有了人类历史以来，人类社会就不断受到各种各样的 突发事件的威胁。从产生根源看，突发事件主要包括五类：一是自然灾害及公共卫 生事件，如地震、干旱、洪涝及各种传染病等；二是人为技术因素引致的灾害事件， 如环境污染、煤矿爆炸、飞机失事等；三是政治暴力事件，如群众集体上访、民族 冲突等；四是生化恐怖事件，如“9 1 1 ”事件，炭疽病菌病毒事件等；五是国家 或国家集团之间的武装冲突，如第二次海湾战争等。 在现代生活中，突发事件的发生已经成为社会生活中的一种常见现象。一般情 况下，其发生具有突发性、公共性、严重的社会危害性等特点，而且往往与违法行 为有着直接关系。特别是随着现代化的进程，经济全球化及世界政治经济格局的变 换，社会结构的转型，资讯手段的发达以及人类精神文化的失范等多种动因的影响， 突发事件的发生变得更加频繁和复杂，其社会危害性越来越大，也逐渐呈现出一种 全球化的趋势。 对社会来说，突发事件造成的最大危害在于社会正常秩序遭到破坏并由此带来 社会心理的脆弱。突发事件会引发社会生活中的一系列涟漪效应。以“非典”为例， 疫情的蔓延不但会对人们正常的工作、学习、生活造成影响，而且会使社会公众的 心理层顽上产生普遍的恐慌、不安全感，学校停课、“五一”长假取消，人们不敢 正常外出消费、旅游，从而导致人们对未来预期减弱，社会有效需求下降，进一步 会减缓社会经济的发展，还可能导致公众对政府管理社会的能力的怀疑等。特别是 现代通讯手段的发达，经济联系更加紧密无疑会使突发事件的危害性传染更加迅 速、可怕；全球化的趋势使一国发生的突发事件往往不再只是一个国家的内部事务， 对世界范围内也会造成很大的影响( “非典”在世界范围内的迅速扩散就是个典型例 l 绪论基乎d f l 的地方应急决策支持系统设计岛研究 子) 。突发事终靛严重毒圭会怒寒挂已弓l 熬骞国致癣静黉潺重疆。鸯芙寝急懿管璎褥翻 了前所未有的加强和重视。 因此，政府的管理职能，不仅包括常态管理，还包括应急管理。 我国和地方的应急管理刚刚起步。虽然我国很早就建立了公安、交管、医疗卫 生等部门的应急系统，但它们处于各自独立、分散管理的状态，未能形成一个应急 的联动系统，特别是在出现重大的突发事件时，如遇地震、s a r s 病毒传染、恐怖 活动等时，其应急能力就显得很弱。这些系统的分散管理，一方面导致了资源的浪 费，另一方面也降低了应急系统的反应速度和效率。 在灾害高发的今天，建立统一、高效的应急系统，不仅能有效地保护人民的生 命安全、减少灾害造成的财产损失、合理配置有限的资源，而且有利于国家的安全 和稳定。 欧美一些发达国家很早就拥有比较完善的应急系统，尤其是在美国，几乎每个 州都建立了应急管理或指挥中心等专门机构，能够对重大突发事件作出快速响应。 我国一些地方政府也已建立起了应急机制和初步的应急系统，有效地减轻灾害 所造成的损失。2 0 0 2 年1 0 月，南宁市在全国范围内率先将现有的1 1 0 、1 2 0 和1 1 9 等系统整合在一起，成立了城市应急联动指挥中心，尽管该系统还处于过渡阶段， 但其模式将在5 年内逐步向全国推广。常州市也于2 0 0 3 年3 月成立了特大安全事 故应急处理指挥中心，并颁发了特大安全事故应急处理预寨、化学事故应急救援办 法和政府安全生产职责暂行规定等行政法规。在我国各级政府的“十五”可持续发 展规划中，均明确提出了防灾减灾目标。 特别是在2 0 0 3 年的“非典”后我国应急的管理和研究被重新审视，国家和地 方的应急系统建设被提上议事日程。 应急系统( e m e r g e n c ys y s t e m ，e s ) 主要是针对自然灾害、安全事故、危险物 泄漏、街头骚乱、恐怖活动等事件发生后所采取的一系列应急措施和行动而建立的 系统。主要目的是在最短的时间内最大限度地减轻灾害所造成的损失。 而在此系统中，应急部门起着至关重要的作用，应急部门决策能力的高低，直 接影响了对突发事件的处理效果，将直接关系到人民生命财产的安全和国家的稳 定。为了提高应急部门的决策效率，减少决策的盲目性，不仅要掌握第一手的信息 基于i ) f l 的地方应急决策支持豢梳设计与研究l 绪论 嶷糕，还嚣癸氆动予先遂懿谤雾撬技零来辕魏决繁，霉决策支耱系统d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ，简称d s s ) 。 1 2 应急决策支持系统研究进展 目前，欧美一些发达国家对应急管理方面的研究比较广泛，而我国有关应急管 理的研究才刚刚起步，应急决策支持系统方面的研究更少，有关的研究也主要是针 对具体种类的突发事件方面的研究，如：防洪减灾决策支持系统研究、突发性环境 污染事故应急监测支持系统建设框架、城市交通拥挤特征及疏导决策分析、城市供 水运行调度决策支持系统的开发与应用、交通事故处理智能决策支持系统、抗旱决 策支持系统建设初探、救灾防病应急反应专家管理信息系统的开发与应用等。 从应急系统整体角度，研究应急决策支持系统才将成为应急管理研究的新的方 向和热点。 1 3 决策支持系统的概念和基本理论 1 3 1 决策支持系统的概念 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，简称d s s ) 是综合利用大量数据，有机 组合众多模型( 数学模型与数据处理模型等) 。通过人机交互，辅助各级决策者实现 科学决策的系统。 决策支持系统是8 0 年代迅速发展起来的新型计算机学科。7 0 年代初由美国 m s ，s c o t tu o f t o n 在管理决策系统一文中首先提出决策支持系统的概念。d s s 实质上是在管理信息系统( m i s ) 和运筹学基础上发展起来的。管理信息系统重点 是对大量数据的处理，运筹学在运用模型决策体现在单模型决策上。随着新技术的 发展，所需要解决的问题会越来越复杂，所涉及的模型会越来越多，模型的类型也 从数学模型扩展到数据处理模型。模型数量不仅是几个而是十多个，几十个以至几 百个。这样对于多模型辅助决策问题，在决策支持系统出现之前是靠人工方法实现 模型间的联合和协调，决策支持系统的出现是要解决由计算机自动组织和协调多模 型的运行，对大量数据库中数据的存储和处理，达到更高层次的辅助决策能力。 1 3 2 决策支持系统的结构 传统d d s 的结构是一种两库结构，即数据库和模型库，如图l - l 所示。 1 绪论基予b f l 的地方应急决策支持系统设计与研究 d s s 袋入凝交互，攘藤瘁系绞( 耩翮s ) ， 数据库系统( d b m s ) 三者有机结合，锻大大 扩充了数据库功能和模型库功能，使d s s 的 发震出譬毽螓惠系统上舞到决策支褥畚绕魏 新台阶上。 目前，人们对决策支持系统已提出了三 津、疆痒、轰痒等的结构，其孛较势蕊荸霸 实用的是三麾( 即数据库、模型库、规则库) 结构。本文l e d s s 的设计就采用了三库结 构。 1 3 - 3 结构化决策与非结构化决策 用户 决策问题按照结构化程度分类，可分成三类：结构化决策、半结构化决策、非 结构化决策。 对问题的结构化程度可用下面三个因素来区分： f 1 ) l h 题形式化描述的难易程度。 ( 2 ) 解决方法的难易程度。 ( 3 ) 解题中所需要计算量的多少。 1 - 3 4 决策支持系统的开发过程 下面以两库结构说明决策支持系统的开发过程，对于多库结构的开发过程与两 库结构类似。 决策支持系统的开发，是围绕决策支持系统的特点和组成而进行的。d s s 系统 开发的主要步骤为：d s s 系统分析；d s s 初步设计； | d s s 详细设计；各部 件程序编制与集成；d s s 的集成。决策支持系统的开发流程如图1 2 所示。 1 3 5 决策支持系统的发展趋势 在科学技术迅猛发展的今天，各种新技术都可能为d s s 的发展开辟新的田地。 例如通信技术、光存储器、a j 、分布式系统、面向对象技术、现代数据库技术，这 些技术与d s s 的有机融合，形成了新的d s s 发展方向，主要有以下几方面： 1 群体决策支持系统( g d s s ) 。 4 基于d f l 的地方成急决策支持幕绒设计与研究l 绪论 2 。分毒茂决策支持系绫( d d s s ) 。 饕卜2 粥s 舞发渡程黼 3 智能决策支持系统( d s s ) 。 4 基于w 曲的决策支持系统( w d s s ) 。 5 决策支持中心( d s c ) 。 6 3 i 决策支持系统( 3 i d s s 即i n t e l l i g e n t , i n t e r a c t i v ea n di n t e g r a t e dd s s ) 。 1 4 本文研究工作 基于动态模糊逻辑( d y n a m i cf u z z yl o g i c ，以下简称d f l ) 对地方应急决策支 持系统( l o c a le m e r g e n c yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，简称l e d s s ) 进行分析和设计， l e d s s 采用三库结构，即数据库、模型库和知识库，并对它们分别进行了设计。 1 绪论基于d f l 的地方应慧次策支持系统设计与研究 鎏予l e d s s 孛存在专夸多动态攘赣羧豹遗嚣帮翔浚，嚣藏奁瓣l e d s s 遴嚣浚诗 时，采用了蒸于动态模糊逻辑( d y n a m i cf u z z yl o g i c ，以下简称d f l ) 的方法对系 统中遇到的动态模糊性的问题和知识进行了处理和研究。 由予盛惫系统、凌繁支薅系统表d f l 理谂都楚燕子发震孛熬疆究领域，鼗鼗零 课题的研究是一个有益的尝试和探索。 6 基于d f l 的地方成急决策支持系统 ! 乏计与研究2 动奄模糊逻辑( d f l ) 理论简介 2 动态模糊逻辑( d f l ) 理论简介 自1 9 6 5 年l a z a d e h 教授首次提出模糊集的概念以后，模糊数学在理论和应用 上都得到了长足的发展，取得了很多成果。但是，在客观世界中经常遇到“动态模 糊性”( c h a r a c t e ro fd y n a m i cf u z z y ) 的问题，面对这些问题，如果用模糊数学来 解决还是显得很困难。因此，李凡长教授等人提出了动态模糊集( d f s ) ，在此基础 上进一步提出了动态模糊逻辑( d f l ) 等理论，在理论和应用上都取得了初步的成果。 但还有许多问题需要人们进一步研究和探讨。这里简要介绍有关动态模糊逻辑 ( d f l ) 的理论知识，并将逻辑推理中常用的推理规则引入到动态模糊逻辑( d f l ) 中去。 2 1 d f l 命题逻辑 定义1 一个具有动态模糊性的陈述句称为d f 命题，用大写字母a 、b 、c 表示。 例如：“张三渐渐地变老了。”就是一个d f 命题，“变”体现了动态性，“老” 体现了模糊性。 又如：“他的病情在恶化。”也是一个d f 命题，“恶化”体现了“动态性”，而 “病情”是模糊的。 定义2 用来度量一个d f 命题真假用d f 数( 舂，面) e 【0 ，l 】来表示。称为该命题的 真假度，常用小写字母( 瓦厅) 晤，5 ) ，( 瓦手) 表示。其中( 石，厅) = 厅或a ， m a x ( 石，厅) = 厅，m i n ( h ，厅) = 厅。 定义3 一个d f 命题可以看成在区间【0 ，l 】上取值的变量，称为d f 命题变量。 对于d f 变量( 舅，章) ， ，歹) e 【o ，l 】规定如下运算： 一z l 否定“一”：( 舅，i ) 的否定记为( 童，i ) ，且( 童，i ) = ( ( 1 一膏) ，( 1 一i ) ) ( 萤析取“v ”：( j ，j ) v ( 歹，萝) = m a x ( ( 膏，i ) ，( 户，歹) ) 2 动态模糊逻辑( d f l ) 理论简介 基于d f l 的地方应急决策支持系统设计与研究 合取“ ”：( i ，i ) ( 歹，歹) 兰m i n ( ( 2 ，量) ，( 夕，萝) ) 条件“一”：( 童，贾) 一( 萝，萝) 甘西历v ( 萝，萝) 兰m a ) 【( 丽) ，( 夕，歹) ) 双条件“”：( i ，i ) ( 萝，歹) 兰m i l l ( i r m x ( ( i 两，( 歹，歹) ) ) ，m a x ( ( i j ) ，( 歹，歹) ) 定义4d f 命题合式公式可定义为： 单个d f 命题变元本身是一个合式公式； 如果( 舅，i ) p 是一合式公式，那么( i 更乒也是合式公式； 如果 ，i ) p 和 ，i ) q 是合式公式，那么 ，i ) p v ( 夕，多) q 。( 章，i ) p ( 萝，萝) q ， ，置) p 一( 歹，萝) q ，何，i ) p h ( 歹，歹) q 都是合式公式。 当且仅当有限次地应用、所得到的命题变元联结词和括号的符号串 是合式公式。 d f l 的主要公式有： 幂等律：( 舅，i ) 4v ( 章，i ) 爿= ( 章，i ) 4( 舅，i ) 一 ( 舅，贾) 爿= ( i ，i ) 爿 交换律：( 舅，i ) 4v ( 歹，萝) b = ( 箩，萝) bv ( 膏，i ) 一 ( 舅，x ) aa ( 萝，萝) b2 ( 萝，萝) b ( 舅，i ) a 结合律：( 膏，贾) 彳v ( ，萝) bv ( 言，三) c ) = ( ，j mv ( 只歹) bv ( 三，三) c ( 膏，i ) 爿a ( 够，萝) b ( 毛芽) c ) = ( g 曩i ) vv ( 萝，歹) 鞋 萝，梦) 一j o 爨重，囱隶属度傻壤大方肉变缘，其僮越大增大速度越快；当d ：3 t 5 - 3 2 蛰 ( 1 4 ) 李凡长基于d f s 的协调