（环境工程专业论文）基于案例推理的突发环境事件应急预案系统.pdf

摘要 摘要 近年来随着我国工农业生产和经济建设的快速发展，突发环境事件越来越 多，给生态环境、社会经济和人民生命财产造成了重大损失。目前，我国多数 城市的突发环境事件应急体系仍处于初级应用阶段，且多为针对已知的环境问 题展开研究和治理，在风险甄别、处理处置技术及应急响应等方面存在着不足， 尚缺乏以知识为支撑的应对突发环境事件的应急预案和预案技术手段，人海战 术仍然是目前应对紧急情况时的主要处理手段。 c b r 推理技术是人工智能中新崛起的一项重要推理方法。在解决新问题时， c b r 不需要进行完整的推理，只需要“回忆”过去发生相似案例的解决方案， 在一定程度上克服了知识获取的瓶颈，且兼有推理和学习两种功能，能够满足 无法通过知识表达和机理不完全清楚的突发环境事件的应急响应，实现快速准 确的获得有效的应急预案。基于此，本论文将c b r 技术引入到突发环境事件应 急预案中，开发适合突发环境事件应急需求的预案系统。 本文在现有资料的基础上，归纳总结了突发环境事件的分类、特点与危害， 分析了突发环境事件的应急需求，确定了突发环境事件应急预案所应包含的信 息内容；研究了基于c b r 推理的突发环境事件应预案技术：采用了基于框架的 案例表示方法和基于h e o m 相似函数的案例检索方法，并对案例的适配、案例 学习、案例库管理进行了构思和探讨；在突发环境事件应急预案系统需求分析 的基础上，设计了系统的结构和工作流程，重点阐述了系统案例数据库的设计、 组织和开发实现，最后详细描述了系统三大功能模块：预案信息查询、案例编 辑与维护、地图辅助功能的开发实现与操作。 最后，本论文以上海市某行政区突发溢油事件为例开发了基于案例推理的 突发环境事件应急预案的原型系统。系统实现了采用c b r 方法从数据库中检索 最相似的案例，并给出解决方案，以及对于案例的编辑、修改与删除等操作； 在地图辅助功能上实现了地图的放大、缩小、移动、选择、危险区域划定、地 图信息查询、地图标注以及地图图层管理等功能。 关键词：突发环境事件，基于案例推理，应急预案 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hr a p i dg r o w t ho fo u ri n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，a n da c c e l e r a t e du r b a n i z a t i o n , u n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t sa r ei n c r e a s i n g ，w h i c hp o s e sg r e a t e rd a n g e ra n d l o s et oe n v i r o n m e n t ，o u rs o c i e t ya n dp e o p l eh e a l t h h o w e v e r , t h ee n v i r o n m e n t e m e r g e n c ys y s t e m so fm o s tc i t i e si nc h i n aa tp r e s e n ta r es t i l la tp r i m a r ys t a g ew h i c h h a ss h o r t a g e si nr i s ki d e n t i f i c a t i o n ，t r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n de m e r g e n c yr e s p o n s e m o s to ft h e mf o c u so nt h ek n o w - p r o b l e m so fe n v i r o n m e n t ，n ok n o w l e d g e - b a s e d t e c h n o l o g ya n dp r e p a r e d n e s sa r e a v a i l a b l ei nt h et r e a t m e n ta n dr e s p o n s eo f u n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t s ，b u th u m a n - w a v es t r a t e g ya r eo f t e nu s e d c a s e b a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) i san e wr e a s o n i n gt e c h n o l o g yi nt h ea r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，w h i c hs o l v e sn e wp r o b l e m sb ya d a p t i n gp r e v i o u s l ys u c c e s s f u ls o l u t i o n s t os i m i l a rp r o b l e m s c b ri sa t t r a c t i n ga t t e n t i o nb e c a u s ei td o e sn o tr e q u i r ea ne x p l i c i t d o m a i nm o d e la n ds oe l i c i t a t i o nb e c o m e sat a s ko fg a t h e r i n gc a s eh i s t o r i e s i tc a n m e e tt h er e q u i r e m e n to fc o m p l e xo ru n k n o w nm e c h a n i s me m e r g e n c yr e s p o n s es u c h a su n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t sb e c a u s eo fi t sl e a r n i n ga n dr e a s o n i n gf u n c t i o n e f f e c t i v er e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s sc a l lb eq u i c k l yr e t r i e v e dw i t h o u tp a s s i n gt h r o u g h t h ek n o w l e d g ee l i c i t a t i o nb o t t l e n e c k t h e r e f o r e ，t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ec b r m e t h o dt ot h eu n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t sr e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s s o nt h eb a s eo ft h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n ts t a t u so fu n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a l a c c i d e n t s ，t h i st h e s i si n d u c e sa n ds u m m a r i z e si t sc l a s s i f i c a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c sa n d h a r mt oe n v i r o n m e n ta n dp e o p l eh e a l t h ，t h e na n a l y s i st h er e q u i r e m e n ta n a l y s i so f e m e r g e n c yr e s p o n s ea n dp r e s e n tt h ec o n t e n t st h a tt h ee m e r g e n c yp r e p a r e d n e s ss h o u l d b ec o n t a i n e d t h e nt h ec b rm e t h o df o ru n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t s r e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s sw a ss t u d i e d ，i n c l u d i n gaf l a m e - b a s e dm e t h o do fc a s e r e p r e s e n t a t i o na n dh e o mr e t r i e v es i m i l a r i t y f u n c t i o n s c a s ea d a p t a t i o n ，s y s t e m l e a r n i n ga n ds y s t e mm a n a g e m e n tw e r ea l s oc o n c e i v e da n dd i s c u s s e d b a s e do l lt h e d e s c r i p t i o no fd a t a b a s e sd e s i g n i n g ，o r g a n i z a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，t h ef r a m e w o r k a n dw o r k i n gf l o wo fc a s e - b a s e dr e a s o n i n gf o ru n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t s n a b s t r a c t e m e r g e n c yr e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s ss y s t e m ( c b e e e r p s ) w e r ed e s i g n e db yt h e i n t r o d u c i n go ft h em a i nt h r e ef u n c t i o nm o d e l s ，r e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s sr e t r i e v e ， c a s em a n a g e m e n ta n dm a i n t a i n c ea n da u x i l i a r ym a pf u c t i o n a tl a s t ，ap r o t o t y p es y s t e mb a s eo nt h eu n e x p e c t e do i ls p i l la c c i d e n t sf o ra d i s t r i c ti ns h a n g h a iw a sd e v e l o p e d t h ef u n c t i o no ft h es y s t e mi n c l u d e st h em o s t s i m i l a r i t yc a s er e t r i e v e ( i n c l u d i n gi t ss o l u t i o no rp r e p a r e d n e s s ) ，e d i ta n dm a n a g e m e n t t h ea u x i l i a r ym a pt o o l sc a nb eo p e r a t e db yi t sz o o mi n ，z o o mo u t ，m o v e ，s e l e c t i o n ， d a n g e r z o n ep l o t ，i n f o r m a t i o nq u e r y , m a p l a b e l ，l a y e r sc o n t r 0 1 k e yw o r d s ：u n e x p e c t e de n v i r o n m e n t a la c c i d e n t ；c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ；e m e r g e n c y r e s p o n s ea n dp r e p a r e d n e s s i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：函雹叼 砷年乡月佑日 同济大学学位论文原创性声明 年人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 妊墚日 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着我国工农业生产和经济建设的快速发展，突发环境事件越来 越多，尤其有毒有害、危险化学品在生产、运输、储存、使用、处置过程中发 生的环境污染事件尤其突出。目前，我国已经步入突发环境事件高发期【l 】。“十 五期问，全国各类突发环境事件的数量共8 4 5 3 起，直接经济损失达6 7 亿元 ( 未包括松花江污染事件损失) ；2 0 0 7 年是突发环境事件高发的一年，国家环保 总局直接调度处理的突发环境事件共4 6 2 起，其中水污染1 7 8 起、大气污染1 3 4 起、海洋污染4 起、固体废弃物污染5 8 起【2 j ，比2 0 0 6 年增加了3 0 3 ：潘岳在“生 态文明可持续发展”论坛上指出我国平均每两天就发生一起突发性环境事件【3 】。 突发环境事件向政府部门提出了严峻的要求，能否有效防范、及时处置突发环 境事件，关系到党和政府为人民服务的基本宗旨，也是对环境保护主管部门行 政能力的严格检验。 突发环境事件不仅破坏生态环境，造成经济损失，还极大地威胁着人民生 命健康和财产安全，甚至危及城市生命线。如1 9 8 0 年1 2 月3 日发生的印度博 帕尔农药厂环境污染事件，由于地下储罐应急控制阀门失灵，使罐内液态异氰 酸甲酯以气态形式迅速外泄约3 0 吨，扩散面积达4 0 平方公里，造成2 0 0 0 多人 死亡，5 万人失明，2 0 多万人被迫转移，引起世界各国的震惊【卅；2 0 0 4 年川化 集团违法排污使沱江发生特大氨氮污染事件，致使沿岸百万群众饮用水中断近1 个月，直接经济损失约3 亿元，生态环境恢复需5 年时间1 4 , 5 j ；2 0 0 5 年1 1 月1 3 日中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事件，造成大量的硝基苯、苯胺等污染 物进入松花江水体，形成长达8 0 k m 的污水团，致使下游沿江大城市停水多日， 严重破坏了水体环境质量和生态体系，并造成了严重的国际影响h ；另外，广东 北江重大水污染事件、重庆开县井喷污染事件、江苏淮安液氯泄漏事件等一系 列特大环境突发事件频发，引起了党中央、国务院领导同志的高度重视，并在 社会上引起广泛关注。 突发环境事件污染不同于一般的环境污染，它没有固定的排放方式和排放 第1 章绪论 途径，突然发生、来势凶猛，往往在短时间内排放出大量的污染物质，而且种 类复杂，涉及的因素较多，危害强度大，后果严重【l 一，所以突发环境事件的防 治比一般的环境污染要复杂和困难的多，且突发环境事件会带来次生、衍生的 影响，以及污染物中长期的迁移扩散与转化对环境产生影响。重大污染事件不 仅对当地的环境和自然生态造成严重的污染和破坏，如污染物处置的不当不仅 可能造成污染物泄漏的进一步扩大，加重危险、危害后果，且可能因处置不当 造成新的二次污染，且会遗留下一些需要大量投资，需要长期整治和恢复，甚 至加剧人类目前面临的各种全球性环境问题的危机。 突发环境事件的危害一方面是由于事故本身造成的，但应急救援、处置不 当，以及预案响应不够快、不够准也是一个重要原因。如1 9 8 0 年印度博帕尔农 药污染事件，由于相关人员( 技术人员及医务人员等) 对m i c ( 甲基异氰酸酯) 应急救援、处理知识的缺乏，导致很多人死亡和双目失明；且1 2 月5 日美国联 合碳化公司打来电话称可用硫代硫酸钠进行抢救时，该厂怕引起恐慌而没有公 开这个消息，导致了未能及时展开有效的救援【4 】。2 0 0 5 年的松花江污染事件， 由于中石油吉林石化公司采用水灭火，导致大量含硝基苯、苯胺等毒物的水未 经截流直接排入松花江而造成污染【l 】，若对灭火用水进行拦截并经过处理后排 放，则对松花江的水体危害可能大大减小。因此，科学合理的应急预案系统是 突发环境事件应急处置的保障p , 7 】。另外，工业化国家的统计表明，有效的应急 系统可将事件损失降低到无应急系统的6 s , 9 1 。 但目前，我国多数城市的突发环境事件应急体系仍处于初级应用阶段，且 多为针对已知的环境问题展开研究和治理，在风险甄别、处理处置技术及应急 响应等方面存在着不足，应急决策指挥多数以通讯指挥为中心( 如2 0 0 3 年国家 环保总局的应急演习；2 0 0 6 年江苏省合扬子石化公司的联合演习) ，尚缺乏以知 识为支撑的应对突发性污染事件的应急预案和预案技术手段【1 , 7 , 1 0 】，人海战术仍 然是目前应对紧急情况时的主要处理手段。现有的应急信息系统大多是针对应 急管理某一方面或某种类型的突发环境污染事件，提供的信息不能满足应急处 理全部阶段信息服务的要求，未覆盖全部突发环境污染事件类型，存在管理分 割和信息资源分散的问题，尚缺乏全国统一的基础信息库，技术支撑体系还比 较落后，没有一套完整的、通用的决策支持系统。 本研究来源于国家科技部8 6 3 计划资源环境技术领域重大项目特大城市 重大环境污染事件应急技术综合示范( 项目编号：2 0 0 7 a a 0 6 a 4 0 1 ) 之子课题“突 2 第1 章绪论 发环境事件应急决策支持系统研究”。基于上述情况分析，本文针对突发环境事 件应急预案的需求，研究适合突发环境应急的预案技术和案例管理方法，开发 能满足“快而准”要求的突发环境事件应急预案库原型系统，为突发环境事件 应急处理处置提供有力工具，辅助决策者现场决策。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外研究现状 国外对突发事件的应急预案研究起步较早，应用的覆盖面广，并有许多针 对具体紧急预案的专论，已经完成由单项防灾向综合防灾，再转向预警应急管 理的渐进性发展历程【l 。预案的查询和生成主要是借助计算机的强大计算和事 务处理能力，并结合其他技术。这些技术主要包括：数据库、g i s 、r s 、数学模 型、专家系统等。 如s c o t t 等1 1 2 j 挑选了2 1 个有代表性的化学品污染事件开发出一个环境事件 指数的数据库，并用另外4 2 个事件进行了补充，使得覆盖的化学品范围更广。 c h a n gn b 等【1 3 】利用g i s 技术，设计了一个基于g i s 的城市化学事件应急 预案决策支持系统；g h e o r g h e t l 4 】等介绍了瑞士的一个基于g i s 的危险品运输安 全管理系统，该系统开发了一个贮存有7 0 0 余种化学品特性的数据库。此外， 在一些预案系统中，还采用了r s ( r e m o t es e n s i n g ) 技术【l5 1 6 】。 在突发污染事件应急预案的研究中，数学模型技术也被大量应用，这其中 又以污染物在环境中的迁移转化预测模型为最多。例如，r a m a n 1 7 】提出使用事件 树模型说明应急响应的动态过程；h a q u e 1 8 】开发了一个包括供水在内的社区预案 和响应模型，为当地政府提供决策支持信息。 在数据库和模型计算的基础上，人工智能( 专家系统) 的技术也被应用于 预案的产生和查询使用中。如g u e r r i e rp 等【1 9 1 介绍了加拿大所开发的一些应对危 险化学品和溢油事件的专家系统；d e s i m o n e 等【2 0 】把人工智能和模式识别技术用 于溢油事件过程的模拟、应急计划和评估；g h e o r g h e 等【2 l 】所开发的应对核事故 的e t h n u k e r i s k 模型中也联结了专家系统，形成以知识为导向的决策支持系 统。 上述技术往往被集成在一起应用于突发性污染事件的应急，如h e i n o 等【2 2 】 3 第1 章绪论 把g i s 、环境监测、应急预案计划、事故模拟和通信等集成在一起，开发了一个 m e m b r a i n 系统，用于支持对紧急污染事件的管理；f e d r a 等拉3 j 将g i s 、专家系统 和数学模型结合起来，对环境事件风险进行管理。 另外，国外相继制定了一些突发环境事件应急预案法律法规。如1 9 8 6 年， 美国联邦政府通过了应急计划和公众知情权法，该法是美国国内应对突发性 环境事件的最高法律依据；1 9 8 9 年初，联合国环境规划署提出了“地区级紧急事 故的意识和准备”，即“a p e l l 计划”，应对一些令人难以防范而又可能对人类造 成严重影响的污染事件；“9 1 1 ”事件后，美国修改了安全饮用水条例，并于2 0 0 2 年通过了公共健康安全和生物恐怖主义预案和响应条例【2 4 1 ；2 0 0 4 年c c p s 在奥 兰多召开了主题为“紧急计划：预案、预防和响应”的第1 9 届年会【2 5 】；日本对其 海洋建立了以其内阁大臣在内的政府组织的完备预防和应急反映体系。 1 2 2 国内研究现状 我国突发环境事件应急管理起步较晚，预案工作更多的只是停留在行政部 门的工作范围内，比如召开一些会议、成立相应的指挥协调机构、制定一些原 则性措施、下发一些指导性文件等。部分学者从专业角度提出应急管理信息系 统建设的构想，但尚未形成较完整的应急预案系统【2 6 1 。国内突发环境事件应急 预案框架体系形成过程如下： 2 0 0 2 年5 月南宁市应急联动系统正式运行，成为我国最早的城市应急管理 体系；2 0 0 3 年上海市完成上海市灾害事故紧急处置总体预案编制工作；2 0 0 3 年5 月我国突发公共卫生事件应急条例公布，7 月国务院办公厅专门成立“建 立突发公共事件应急预案工作小组”；2 0 0 3 年1 0 月，启动了“十五”国家科技攻 关课题重大环境污染事故防范和应急技术体系研究；2 0 0 4 年5 月，国务院办 公厅将省( 区、市) 人民政府突发公共事件总体应急预案框架指南印发各 省：2 0 0 5 年1 月，国务院常务会议原则通过国家突发公共事件总体应急预案 和2 5 件专项预案、8 0 件部门预案，7 月国务院召开全国应急管理工作会议；2 0 0 6 年1 月2 4 曰国务院发布国家突发环境事件应急预案。 目前，国务院各有关部门已编制了国家专项预案和部门预案；全国各省、 自治区、直辖市的省级突发公共事件总体应急预案均已编制完成；各地还结合 实际编制了专项应急预案和保障预案；许多市( 地) 、县( 市) 以及企事业单位 4 第1 章绪论 也制定了应急预案，至此我国应急预案框架体系初步形成。 但国内对突发环境事件的应急预案技术的研究较少，缺乏对应急预案背后 的基础性支持技术的研究，尚未形成完整的应急信息系统【2 6 】。殷佩海等口刀开发 了用于海上船舶溢油事故控制指挥和技术咨询的应急反应专家系统，采用了辅 助决策、卫星遥感、计算机多媒体等技术；汪立忠【2 8 】提出了流域级水污染事故 风险管理由流域调查、风险评价、预防、应急响应和善后处理五个主要环节组 成；卞有生【2 9 】对北京城市环境安全及突发重大环境灾害应急救援行动预案进行 了研究；卜伟等【3 0 1 针对预防和控制突发环境污染事件提出建立包括重点危险源 信息库、化学危险品信息库、污染事故预案信息库、专家支持信息库等模块的 应急监测技术支持信息系统，为事件的控制提供全面的信息服务；张嵘嵘等【3 l 】 对突发环境污染事件应急预警系统进行了研究，提出构建预警系统的设计和开 发方法，分析了各子系统在事件发生不同阶段的作用及地理信息系统( g i s ) 技 术在这一领域的应用前景；上海市环境科学研究院编制了“上海市突发性环境 事故的影响与防范研究”。 现己开发并投入使用的信息系统有针对滇池湖下游区域的非点源污染监测 和管理的综合系统，该系统包括了污染扩散模型、独立的地理信息系统、测量 模型、数据库及专家系统【3 2 1 。与此类似的还有黄河流域的非点源污染管理信息 系统，用于黄河流域土壤和水污染评估( s o i la n dw a t e ra s s e s s m e n tt o o l s ，s w 盯) 【3 3 1 。 1 2 3 国内外常用预案推理技术比较 1 2 3 1 基于g i s 、r s 等的预案技术 g i s 作为管理工具用于环境事件的管理中已有许多实例【1 3 1 。基于g i s 的预 案技术主要是利用g i s 强大的空间数据管理功能与分析能力来进行应急管理与 预案的制定。 最近几年，随着计算机与g i s 技术的日趋成熟，国外将g i s 技术在环境管 理方面的应用越来越成熟。如爱尔兰国立大学都柏林学院水资源研究中心研发 的流域水管理决策支持系统( d s s c w m ) ，它通过g i s ( 基于a r c i n f o 平台) 与 流域水质、水量、地形等模型的有机结合，提供查询、分析、预测流域内各主 要河段的水质、水量状况的功能【3 4 1 ；j a m e se d o b b i n 等人【3 5 1 开发了内和航运突发 第1 章绪论 性污染事件的决策支持系统，系统通过一些先进的及时通讯、定位、监测、模 拟技术，对管辖区域实行数据库管理，事发后通过互联网通知各应急单位，实 施快速应急救援，对敏感区重点考虑和保护；c h a n g 等人【l3 】设计了一个在城市环 境中基于g i s 的化学事故应急预案决策支持系统，用于分析和显示化学品的特 征特性，模拟和评价泄露事故，并在风险评价的基础上生成应急措施和方案； g h e o r g h e 1 4 l 等介绍了瑞士的一个基于g i s 的危险品运输安全管理系统，该系统 开发了一个贮存有7 0 0 余种化学品特性的数据库。此外，在一些预案系统中， 还采用了r s ( r e m o t es e n s i n g ) 技术【1 5 , 1 6 】。 在国内，陈蓓青等人【3 6 】利用“3 s ”、数据库和网络通信等技术，建立了三峡 水库突发性水污染事故应急的地理信息系统；何进朝、李嘉【37 j 分析了利用g i s 技术建立突发性水污染事故预警应急系统的可行性和意义；阮仁良、张勇【3 8 j 对 水源地突发性污染事故应急的内容进行了分析，以上海市黄浦江水源地为例， 探讨了突发性污染事故应急处置体系的构建，并提出了相应的政策建议；陈玲 3 4 1 研究了基于g i s 的湖泊水源地突发性污染事故应急预案自动生成技术，阐述了 g i s 技术应用于应急预案自动生成的方法和应用途径，提出了基于g i s 技术的应 急预案自动生成方案。 基于g i s 的环境应急预案技术，可以快速定位事故地点，获取事故地点周 边的敏感目标信息，能获取各监测点的污染物浓度以及随时间的变化情况，以 及确定应急抢险的最短路径等。 但基于g i s 的应急预案系统没有记忆和自我学习功能，且预案的生成往往 需要专业人员的参与，无法满足智能决策的要求。 1 2 3 2 基于模型推理的预案技术 基于模型推理( m o d e l b a s e dr e a s o n i n g ，m b r ) 的预案方法，是利用待解决 问题的系统结构或组成要素等特性、原理或原则，建立一个数学模型，然后再 利用这一数学模型结合问题条件，对系统作出推理、判断而生成应急预案的方 法【3 9 1 。在突发环境事件的应急中，此方法被广泛地应用于污染物的迁移转化和 预测。 例如，d e r m a 4 0 】系统是一个采用混合随即粒子扩散方法的三维拉格朗日大 气模型( s o r e n s e n ，1 9 9 8 ；s o r e n s e ne ta 1 ，1 9 9 8 ；b a k l a n o va n ds o r e n s e n ，2 0 0 1 ) ，模 型描述了大气传输、扩散、沉降以及放射性衰减。d e r m a 模型同a r g o s 6 第1 章绪论 ( a c c i d e n tr e p o r t i n ga n dg u i d a n c eo p e r a t i o n a ls y s t e m ，h o ee ta 1 ，19 9 9 ，2 0 0 2 ) 决 策支持系统相结合，用于丹麦核事故紧急预案，同时也可以用于模拟危险化学 品物质、生化武器和火山爆发的灰尘在大气传播( s o r e n s e ne ta 1 ，2 0 0 7 ) ，系统可 以快速获得有效的泄露处理措施资料。r a m a n l r 7 j 提出了利用事件树模型建立应急 响应的动态过程，为危险化学品的应急提供支持；h a q u e 1 8 】开发了一个包括供水 在内的社区预案和响应模型，为当地政府提供决策支持信息。 在国内，廖光煊等人【4 l 】研究了典型城市重大突发事故的动态模拟的模型和 方法，模拟了城市不同功能区典型重大事故的动态过程，并在此基础上构建了 城市不同功能区、不同事故类型的应急预案库。姜卫星 4 2 1 利用m i k e 2 1 模型模 拟了黄浦江二维水动力模型和二维溢油模型，在模拟了不同气象条件、不同上 游径流量、不同潮型及不同事故发生地点的工况后，建立了黄浦江溢油预案速 查手册。 基于数学模型生成的预案信息相对可信，数据精度较高，但模型计算耗时 长，对于时间紧迫得应急决策，难以满足其快速应急的需求。 1 2 3 3 基于规则推理的预案技术 基于规则推理( r u l e b a s e dr e a s o n i n g ，r b r ) 是目前最为成熟的知识推理模 式。基于规则的系统是将专家的领域知识、信息等抽象为规则、公式( 通常为 i f - t h e n 结构) 等，然后利用这些规则、公式去重新计算、推理求解当前问题【4 引。 具体来说，基于规则的专家系统将一个问题分解为着干独立的规则，每一条规 则可以解决问题的一部分，将规则组合起来则可以解决整个问题1 4 4 。r b r 系统 推理如图1 1 示： m e r e m e a n 心a t h e n b 图1 1r b r 推理过程 基于规则的推理已经大量应用于各学科的专家系统预案中。如d i a r e s i p m 系统h 引，将农业有害物( 昆虫、疾病、营养缺乏，以及益虫) 与农作物病理特 征之问的关系转化为简单易懂的规则，辅助非专业人员确认农业有害物( 昆虫、 7 第1 章绪论 疾病、营养缺乏，以及益虫) ， i f t h e n 的方式，如下图示： i f 并给出适当的处理措施。该系统的知识表示采用 t h ec r o pi st o m a t o a n dt h es y m p t o m sa p p e a ro nl e a v e s a n dt h el e a v e ss h o ws m a l lh o l e s ( s h o t - h o l e s ) a n dt h ep e s ti sa t i n yd a r k - c o l o r e db e e t l e t h e n f l e ab e e t l e ( e p i t r i xh i r t i p e n n i s ，m e l s h e i m e r ) 在国内，罗杰文等【4 6 】综合运筹学、人工智能技术，使用规则推理工具o k p s ( 一种专家系统开发工具，由知识库和推理机两部分组成) 产生预案，实现了 抗洪抢险应急处理的实时性。温亮宝等【4 7 】将基于规则推理技术引入到林木病害 诊断专家系统中，研究了林木病害德知识表示推理机制，并整合了数据库技术， 为林木病害的诊断提供预案支持。 同其它推理方法相比，r b r 具有以下特点m 】： 规则或公式容易理解； 规则或公式可以封装成块，全部规则组合起来则形成一个复杂的模型； 规则或公式之间相对独立； 规则或公式的排放顺序不影响系统的运行。 但r b r 系统也有一些难以克服的缺点【4 8 j ： 对于r b r 系统来说，一般领域知识规则难以提取，知识的获取往往成 为难以克服的瓶颈； r b r 系统的使用需要一定的专业知识，多有专业人员操作； r b r 系统每次使用都要重新利用规则或公式进行推导，没有记忆能力； r b r 系统没有学习能力，且维护难度大。 因此，r b r 方法对任何问题都需要进行完整的推理而求解，适用于易于知 识表达或规则容易提取的推理，多应用于理论知识比较规范、严谨的知识领域 1 4 8 , 4 9 1 。但当规则和知识与待处理的问题不完全一致时，r b r 将无能为力，且r b r 无法处理一些知识无法表达、规则难以提取的推理：r b r 另外一个突出特点是 知识获取困难，且无记忆和学习能力。 1 2 3 4 基于案例推理的预案技术 基于案例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 是人工智能领域中新崛起的一 8 第1 竹绪论 项重婴的推p l 。方法，于1 9 8 2 年荧幽学者r o g e rs c h a n k 柞d y n a r n i cm e m o r y a t h e o r ) 一o f r e m i n d i n ga n dl e a r n i n g i n c o m p u t e r a n dp e o p l e ) 一书1 1 汁次提川4 8 ”j 。 c b r 足丝+ 过去求斛类似柚题的经验而获得啪f i 问趔求解的种丰| i 理模式，即 在解决问题时，狰案例库叶 、找千u 似的、成功的过去案例，直接复用或经过修 改后复过古案例的解决方案，得到新m 题的解决方案并j 眵成新的实例允实案 例席”0 , 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 i 。 c b r 系统的构处基j ：两个d 提似设 5 5 5 6 i ： ( 】) 柏同或相似的情况柯帽川或州似的解法； ( 2 ) 十日蚓或州似的t 况会重复发啦； c b r 的推驯址一个循环的过f i ，目d 一循环的i i i 时具仃自我学爿的功能，典 型的c b r 过程【叮以描述为“4 r e ”过h i d 4 , 4 9 l ，如| 荨| l2 所示。 1 ) 榆索( r e t r i e v e ) ：运川十u 似性从寨侧库t i i 椅索最j f 1 似的案例； 2 ) 复用( r e u s e ) ：利川检索案例的解决方案或解决方式处理当时柚题； 3 ) 适配( r e v i s e ) ：如果十h 似案例的解决方案小能满足要求，则进 了适：。竹q 修改以解决 甜问题； 4 ) 保存( r e t a i n ) ：将新的解决力案保存剑案例中。 闰【2 c b r 的般i ：卅r 新l 羁 c b r 一般只订一个通_ j 的求解步骤，而少有县体的争_ r | 技术，j 二足存这个 意义hc b r 町以说是一种方法非技术，但一般的c b r 都包括案例的表示j 自l 织、窠例榆索、案例的适配和修改，以及案例的学爿保存儿个方面的i 。作俐。 c b r 作为人工智能t ，新峨起的项重要摊i i ，力法，h 前c b r 已。泛应用到 第1 章绪论 法律案例、医疗诊断、故障诊断、设计、信贷管理、决策系统等【5 引。 同传统的基于规则推理等传统的知识处理系统相比，基于案例推理克服了 知识获取的瓶颈问题，即基于案例推理的系统不需要完全获取知识的规则，只 需要从案例中搜索最相似的已有案例 4 8 , 5 2 。在问题求解效率方面，由于基于规则 的推理无记忆功能，对于一个决策问题，第一次输入时调用的各种规则进行推 理，得出结论，以后即使同样情况的问题重新输入，系统仍要重新进行规则匹 配，而不能直接调用上次的推理结果。c b r 的系统则无需从头做起，具有记忆 功能，具有快速查询和求解的能力d 9 , 5 0 。因此，c b r 适合于规则难以提取获机 理不清楚的推理，如突发性事故应急管理【删。 另外，c b r 也有自身的缺点，如c b r 的演绎能力不强；在推理时，也可能 存在由于表面的相似性导致本质的相似性检索错误【6 l 】。 1 2 3 5 其它方法 其它常用的预案技术包括人工神经网络技术、统计、数据库等方法【5 引。人 工神经网络技术是一种模仿生物高级神经活动方式处理问题的推理方法，适合 于数据性信息，但不能对其提供的结论做任何解释或证明；统计是对大量案例 进行统计分析，以获得相应的规律，用以指导突发事件的应急管理和预案，只 适用于大量清晰的数据、表述清晰的假设；数据库方法是通过将收集起来的数 据信息有效的组织起来( 以最小的冗余提供尽可能多的应用) ，通过查询、检索 等操作提供预案信息( m c f a d d e n ，h o f f e r , & p r e s c o t t ，2 0 0 0 ) 。如s c o t t 等【1 2 j 挑选了 2 1 个有代表性的化学品污染事故开发出一个环境事故指数的数据库，并用另外 4 2 个事件进行了补充，用于紧急情况下的化学品应急处理的查询和管理。d b m s 即是利用应用程序进行组织数据、提供数据查询等操作的系统( l a u d o n ，2 0 0 2 ) 。 但数据库预案方法一般需要和其它软件或系统结合使用( 如同g i s 结合) ，数据 库本身多为提供后台服务( 如s q l 查询) ，且数据库的构建需要对领域知识有较 详尽的了解。 另外，上述应急预案技术也可以融合使用。如将r b r 同c b r 结合【5 2 , 6 1 , 6 2 , 6 3 , 6 4 】， 即能克服r b r 规则难以提取的缺点，也能弥补c b r 推理的演绎能力的不足【6 l j ； 另外，如温亮宝等【4 7 】将基于规则推理技术和数据库技术，开发了为林木病害的 诊断提供预案支持专家系统；刘闯等人【6 5 j 将人工神经网络( a n n ) 和基于案例 推理相结合，构建了用于故障诊断的系统：y i k a ij u a n 等人【删开发的将c b r 与 1 0 第1 章绪论 遗传算法( g a ) 相结合用于住房用户化设计的决策系统；p e i c h a n nc h a n g 等人 6 7 1 将模糊数学的方法引入c b r 系统中，构建了模糊案例库用于预测电路板工业 的销售额；f e d r a 等】将g i s 、专家系统和数学模型结合起来，对环境事件风险 进行管理；h e i n o 等【捌把g i s 、环境监测、应急预案计划、事故模拟和通信等集 成在起，开发了一个m e m b r a i n 系统，用于支持对紧急污染事件的管理。 1 2 3 6 讨论 突发性环境事件具有反应时间短、信息水平低、控制成本高等特点，且发 生的事件、地点、形式等均具有不确定性，发生机理复杂或者不清楚【3 7 】，而爆 发后最初一段时间的处置措施得力与否，往往能决定整个事件全过程处置的成 败，因此，突发环境事件应急预案系统必需满足快而准的要求，且预案系统对 信息水平的依赖度不能太高。 而对比上述预案技术可以发现，传统预案技术( g i s 、r b r 、神经网络、统 计等) 不能很好地满足突发环境事件的应急需求。g i s 的应急预案系统没有记忆 和自我学习功能，且预案的生成往往需要专业人员的参与，无法满足智能决策 的要求；r b r 对任何问题都需要进行完整的推理而求解，但当规则和知识与待 处理的问题不完全一致时，r b r 将无能为力，且r b r 无法处理一些知识无法表 达、规则难以提取的推理；神经网络方法( n e u r a ln e t w o r k ，简称n n ) 适合数 据性信息，但不能对其提供的结论做任何解释或证明；统计方法只适用于大量 清晰的数据、表述清晰的假设；c b r 比较适合于开发机理不完全清楚和十分复 杂不适合建立规则的突发环境事件的应急预案库系统。c b r 系统虽然有自身缺 点，但可以通过自我学习和专家调整的方法进行纠正。 另外，突发环境事件发生的机理往往模糊不清，无法通过专家领域知识进 行完整的逻辑推理而制定应急预案，且类型多样，第一时间获得的事件信息数 据往往较少。因此，本研究选用c b r 方法，开发突发环境事件应急预案系统。 1 3 研究目标与内容 1 3 1 研究目标 本文采用基于案例推理的方法的方法，研究突发环境事件应急预案技术和 l l 第1 章绪论 案例管理方法，开发能满足“快而准要求的