（道路与铁道工程专业论文）专家系统在高速公路事件管理中的应用研究.pdf

摘要 摘要 交通事件管理中得知事件发生后的反应决策环节，很大程度上影响着事件管理的救援方案、 处理时问、事件作用范围、经济时间及其他各种损失量等关键因素，目前在此环节多用人工办法， 问题尤为突出。 专家系统，一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能应付的复杂问题， 一种流行的、高效的决策支持手段，有着许多人工办法无法与之比拟的特征，在事件发生后反应 决策这一环节中能够高效、快捷、准确地提供强大的辅助功能，有着极大的优越性。因此。专家 系统在我国高速公路运营和事件管理工程中有着广泛的应用前景。 本文首先进行了专家系统实现方案的探讨，确定了在高速公路事件管理中专家系统的基本结 构、处理流程。再分别对知识收集、知识表示、推理方式、控制策略的几种可能的实现方式在事 件管理专家系统中的应用进行了比较分析，并确定了相应的方案。 随后进行了专家系统数据库设计，针对事件管理的特点，分为交通运行数据、交通事件数据、 道路条件数据、应急资源数据、外场设备与管理处资源数据、社会经济数据、应急策略数据、应 急预案数据和规则集数据九大类数据，对每一类数据库中数据项的建立和描述方法进行了阐述。 对于确定性推理，主要分为基于事件类型的和基于其它条件的确定性推理( 事件确认、派遣 救援资源种类和数量等) ，对应于不同的条件情况提出了具体规则。对于不确定性推理，首先对 确定交通管制的等级的方法进行了研究，采用了基于m y c n q 系统的不确定推理方法进行判断。 而后对交通分流进行了研究，主要在准备交通分流路线、确定是否需要交通分流、确定交通分流 路线三个方面叙述了实现的方法、难点、重点。 关键诃；高速公路事件管理；专家系统；智能决策；基于规则；确定性推理；不确定性推理 a b s t r a c t a b s t r a c t r e s p o n s ea n dd e c i s ! o n - m a k i n gi ni n c i d e n tm a n a g e m e n tg r e a t l ya f f e c t ss o m ek e yf a c t o r sl i k e r e s p o n s ep l a n , i n c i d e n td u r a t i o nt i m e ，e f f e c tr a n g e ，e c o n o m ya n dt i m el o s s i nd e c i s i o n - m a k i n go u r c o n m r ym a i n l y 嘲t h em a n u a lw a ya n dt h ep r o b l e mi sp r o m i n e n t t os o l v et h ea b o v ei s s u e s , e x p e r ts y s t e m , 。ak i n do f i n t e l l i g e n tp r o g r a m m e , u s i n g k n o w l e d g ea n d r e a s o n i n gl os o l v et h ec o m p l e xp r o b l e mt h a to n l ye x p e r t sc a nw o r ko u t ，ap o p u l a ra n de f f i c i e n t d e c i s i o n - s u p p o r t m e a l t s ，h a s m a n y a p p e a l i n g f e a t u r e s t h a t m a n u a l w a y c a l l r l t c o m p a r e w i t ha n d o f f e r s am o d e ms c i e n t i f i cm e a s u r ei ni n c i d e n t m a n a g e m e n le x p e r t s y s t e mc a np r o v i d eh i g h - e f f i c i e n c y , r a p i d ， e x a c ta n dp o w e r f u la s s i s t a n c ei nd e c i s i o n - m a k i n g s ot h ee x p e r ts y s t e mh a se x t e n s i v ea p p l c a f i o n p r o s p e c t t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e dt h ei m p l e m e n t a lp l a tf i r s t , d e s i g n e dt h eb a s i c a ls t r u c t u r ea n dd r e w t h ef l o wc h a r t t h e ni te x p o u n d e dh o wt 0c o l l e c ta n dr e p r e s e n tt h ek n o w l e d g e ，h o wt oc h o o s et h e r e a s o n i n gm o d e la n dt h ec o n t r o ls t r a t e g y a f t e rt h a t , t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n e dt h ed a t a b a s eo fn l ce x p e r ts y s t e m , i n c l u d i n gt h ec l a s s i f y i n go f t h ed a t a b a s e ( 9k i n d s ：t i a f l ! i cr u n n i n gd a t a , t r a f f i ci n c i d e n td a t a , r o a dc o n d i t i o nd a t a , e m e r g e n c yr e s o l l r c e d a t a , o u t f i e l de q u i p m e n td a 饥s o c i e t ye c o n o m y d a t a , e m e r g e n c ys t r a t e g yd a t a , e m e r g e n c yp l a nd a t aa n d r u l ed a t a ) ，t h ec o n s t r u c t i o na n dd e s c r i p t i o no ft h ed a t ai t e m o nt h es i d eo fc e r t a i nr e a s o n i n g , t h i sp a p e rs u g g e s t e dt h ei d i o g r a p h i cr o l e sb a s e do nt h et y p eo f i n c i d e n t o r o t h e r c o n d i t i o n o n t h es i d e o f u n c e r t a i nr e a s o n i n g , t h i s d i s s e r t a t i o n g a v e t h e w a y o f c o n f i r m i n g w h e t h e r t h e t r a f f i c m a n a g e m e n t d e p a r t m e n t s h o u l d i m p l e m e n t t r a f f i c c o n t r o l o i t r a f f i c d i v e r g i n ga n dh o wt oa c c o m p l i s ht h a t , p u m n ge m p h a s e sm lt h em e t h o d ，t h ed i f f i c u l t ya n dt h ek e yp o i n t o f c o n s t m c t l o n 。 k e yw o r d s ：e x p r e s s w a yi n c i d e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ；e x p e r ts y s t e m ；i n t e l l i g e n td e c i s i o n ； r u l e - b a s e d ；c e r t a i nr e a s o n i n g ；u n c e r t a i nr e a s o n i n g 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：极日期：垒蝉 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生签名：日期：丝王型：型 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求不正常升高的非周期性发生的情况，事件 主要分为可预测的和不可预测的两种【1 2 1 ：( 1 ) 可预测的交通事件，包括道路养护、道路修筑、大 型活动( 体育比赛、音乐会等) ；( 2 ) 不可预测的交通事件，包括交通事故、车辆抛锚、恶劣天气( 雨、 雪、冰、雾) 、桥梁或道路的坍塌、货物的散落等。其中尤以不可预测的交通事件的不良影响和 处理难度较大，也是本文研究的主要内容。事件相关阻塞所带来的重大经济和社会影响使得在 世界范围内的交通管理部门都加大对事件管理系统( i n c i d e n tm a n a g e m e n ts y s t e m s m s ) 研究 的力度，以试图减轻事件的影响1 3 1 事件管理中在得知事件发生后的反应决策环节，很大程度上影响着事件管理的救援方案， 处理时间，事件作用范围。经济时间及其他各种损失量等关键因素，就像事件管理的总指挥棒， 决定着事件管理的方向正确与否，有着举足轻重的地位我国在事件管理方面已经有了很大改 进，实行统一管理，法规不断得到完善，但整体管理水平与国外相比差距仍较大其中在此环 节多用人工办法，问题尤为突出1 4 l 。 对应于上述问题，专家系统，。一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家 才能应付的复杂问题”唧。作为人工智能中的一个重要发展方向，一种流行的，高效的决策支持 手段，有着许多吸引人和人工无法与之比拟的特征，在事件管理的应用中提供了十分有效的现 代科学技术手段，专家系统在事件发生后反应决策这一环节中能够高效、快捷、准确地提供强 力的辅助功能，有着极大的优越性。 事件管理技术的使用始于2 0 世纪6 0 年代，国外已经进行了较多的探索，并且建设了一些 实验性质的项目，取得了一定社会经济利益。在我国，高速公路建设刚刚获得了较大的进步， 在高速公路的事件管理方面则还刚刚起步，国内在这方面的工作还处在初级阶段，主要集中在 高速公路的监控系统的研究上( 且高速公路的监控系统已经初具规模) ，但也带来较大的社会经 济效益。随着我国高速公路交通的快速发展，对高速公路的智能化需求也越来越高，在这个阶 段，结合快速发展的高速公路基础设施建设开展高速公路事件管理的研究开发，具有广泛的社 会需求和应用前景【6 j 。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国外研究现状及发展趋势 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 是一门新兴的学科，是人工智能( a 倘c i a li n t e l l i g e n c e ) 技术与具体应 用学科相结合的产物。作为人工智能领域最为活跃的分支之一的专家系统，在近2 0 年中的发展 非常引人注目。专家系统的产生是a i 从理论研究转向应用领域的一个转折点，它和自然语言理 解、机器人一起并列为a i 研究的三大领域1 7 1 。 2 0 世纪6 0 年代中期，化学家勒德贝格( j l e d e r b e r g ) 与费根鲍姆等人经过近3 年的研究，在 1 9 6 8 年建成著名的d e n d r a l 专家系统，它能根据化合物的分子式及其质谱数据帮助化学家推 断分子的结构。这一系统的出现标志着人工智能的一个新的研究领域，即专家系统的诞生。 2 0 世纪7 0 年代中期。专家系统进入了成熟期，其观点逐渐被接受，先后出现了m y c i n , p r o s p e c t o r , c a s n e t 等卓有成效的专家系统。 2 0 世纪舯年代以来，专家系统的研制开发趋于商品化，直接服务于生产企业。产生了明显 东南大学硕士学位论文 的经济效益。专家系统的开发技术也取得了长足的进步，初期多为解释型和故障、疾病诊断型。 7 0 年代后期出现了其它类型的专家系统，体系结构也由最初的单知识库以及单一推理机发展 为多知识库及多推理机，由集中式专家系统发展为分布式专家系统，以及和神经网络相结合的 专家系统。近些年来，在专家系统的半自动知识获取，知识表示及推理等方面取得了较大的进 展。此外，还开展了专家系统开发工具的研究，建立了多种不同功能、不同类型的开发工具， 为缩短专家系统的研制周期，提高系统的质量起到了重要的作用。 目前，专家系统应用最活跃的领域有化学、计算机系统、电子、工程、地质、医疗和军事 等，其中医疗领域最为普遍，其次是化学领域，而专家系统理论研究的最新动向包括专家系统 开发工具、非精确性推理和学习理论等的研究。专家系统的发展趋势：一方面是知识获取方面 的研究，例如数据挖掘。另一方面是传统的专家系统与神经网络、遗传方法、决策支持系统、 模糊技术等结合的新型专家系统 年末9 0 年代初，决策支持系统p s s ) 与专家系统a 巨s ) 结合起来，形成了智能决策支持系 统( n 3 s s ) 1 8 1 。专家系统是定性分析辅助决策，它与定量分析辅助决策的决策支持系统相结合， 进一步提高了辅助决策的能力。智能决策支持系统是决策支持系统发展的一个新阶段。 在交通领域事件管理方面，美国正式投入使用并且获得了一定成功的系统有：加利福尼亚 的高速公路实时快速系统( f r e d ，用于防止市区交通拥挤时的实时管理) ，马萨诸塞州的收费 公路也针对事件管理开发了专家系统进行决策支持。专家系统在此方面提供决策的类型主要有： 事件的检测与确认、事件的分类、事件的通知、交通分流等。 另外，根据巴黎的经济合作与发展组织的1 2 个成员国对9 0 项专家系统在公路方面的具体 应用情况调查结果，用于交通管理与控制的项目达到1 5 项，涉及的决策类型与美国基本相同 1 2 2 国内研究现状及发展趋势 我国的高速公路建设虽然发展迅猛，但相应的监控和管理基础设施建设远远不够，现任国 家i t s 中心主任王笑京曾撰文指出我国“仅有不到半数的公路为安全、通信、监控、收费装备 了相对完善的管理系统和服务设旆。由于管理原因和相连支路尚未连成完整的网络，这些投资 巨大的工程在提高系统容量和服务水平上仍有很大余量”即。 就事件管理系统而言，我国在该领域的研究和实施都处于刚刚起步的阶段。 1 9 9 3 年，中国公路工程咨询监理总公司和辽宁省交通勘测设计院联合承担了“深圳市高速 公路网交通工程总体规划一其中之一的研究工作就是规划和设计深圳市高速公路同事故处理系 统。该项工作从设计的系统目标出发，建立了事故处理系统的组织结构，制定了事故处理的业 务流程。并建立了一套事故检测方法。这一研究工作是我国高速公路事件管理的较早应用。 2 0 0 0 年，为加强首都机场高速公路的事件管理，i t s c ( 国家智能交通系统工程技术研究中 心) 为其开发了紧急事件管理系统，开发的指导思想是在充分利用现有交通设施的基础上提高 事件管理的效率该系统试运行的结果证实可减少三分之一的事件响应畦间，取得了较好的运 行效果。 这样的现状虽然远远落后于发达国家，但是我们已经认识到高速公路管理特别是事件管理 是保障高速公路安全、快速、高效、舒适、方便运行的重要手段f 】q 。在不久的将来，事件管理 一定会像高速公路道路建设那样迎来快速发展的新时期。另外，北京、上海等大城市已经开始 着手安装现代化的高速公路系统交通流检测、监视设备，这将为事件管理系统的建立打下良好 的基础。专家系统，作为事件管理的强力支撑技术，必将为这领域的发展带来新的蓬勃生机1 2 第一章绪论 1 3 主要研究内容 研究依托于“宁连高速公路北段运营调度应急指挥系统”项目的开展，拟在以下几个方面 进行探索和研究： ( 1 ) 事件管理决策中的专家系统总体实现方案，包括基本结构、处理流程，知识收集、知 识表示、推理方式、控制策略等。 ( 2 ) 专家系统数据库的设计，包括数据库的分类，数据项的建立和描述方法等。 ( 3 ) 事件管理决策中所要用到的推理的方法、相关规则和参数，包括确定性推理和不确定 性推理。 3 东南大学硕士学位论文 2 1 专家系统简介 第二章专家系统简介与引进 2 1 1 专家系统的定义 专家系统作为专家的功能主要是应用了人工智能( a i ) 领域的相关技术。人工智能主要研究人 们如何思考、推理、和学习，而且人工智能是横跨计算机学科和认知心理学的交叉学科。人工智 能试图发现并发展一种可用的机制，这种机制使计算机能够模仿人们在解决特定问题时所使用的 推理方法。尽管这些人工智能机制并不完全等同于人类的思维机理，但是，他们能得到与人类决 策者相似而且有用的推理结果i l x l 。 专家系统早期先导者之一，斯坦福大学的e d w a r df e i g e n b a u m 教授，把专家系统定义为“一 种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题”。专家系统是一 种在相关领域中具有专家水平解题能力的智能程序系统，它能利用领域专家多年积累的经验与专 门知识，模拟人类专家的思维过程，求解本需专家才能解决的困难闯题。这里的专家具有不为大 多数人所知或所利用的专门技能。专家能够解决大多数人所不能解决或是不能高效地( 而不是低劣 地) 解决的问题。快速高效地解决问题很重要，在很多领域里有相关知识的技术人员一般都能解决 一些常见问题，但借助便捷的专家系统，可以很大程度地提高效率。 也就是说，专家系统是一种模拟( e m u l a t e ) 专家决策能力的计算机系统，模拟一词表明专家 系统要在所有方面部做得象专家一样模拟比模仿更进步、模仿只要求在某些方面做得像真正 的事物一样1 1 2 1 虽然现今仍未找到一种通用的解决问题的方法，然而专家系统在其受限制的领域里做得很成 功。今天，正如所有书籍、期刊会议和产品所描述的那样、专家系统在商业、医学、科学以及工 程等领域已得到了广泛的应用。 2 1 2 专家系统的特点 专家系统作为一种通用的人工智能技术，有着许多吸引人的特征： 适应性强。专家知识在任何计算机硬件上都是可以利用的。实际上，专家系统是专家知 识的集合体。 成本低提供给用户的专家知识成本非常低。 危险性低。专家系统可以用于那些可能对人有害的环境。 持久性。专家知识是持久的，不像专家那样会休息、退休，专家系统的知识会无限持续。 复合专家知识。专家系统可以综合不同方面专家在各个领域的知识和经验，且在一个领 域可以集合多个专家的意见，不同领域之间的知识也可以相互交织补充，综合水平较高， 一般会超过单个人类专家的水平。 可靠性强。专家系统可增强正确决策的信心这是通过向专家提供一个辅助观点而得到 的；而此外，专家系统还可以协调多个专家的不同意见不过，如果专家系统是由某一 个专家编程设计的，那这个方法就不能奏效。如果专家没有犯错误的话，专家系统应该 始终与专家意见一致。但是，如果专家很累或有压力就可能犯错误 解释、说明。专家系统能明确、详细地解释导出结论的推理过程。一个人可能会太厌烦， 不愿意或是没有能力去这样傲，但明确，详细的解释有利于得出正确的决策。 专家系统的知识库采取开放式设计，可以不断的修改完善以及补充各类信息，使得系统 第二章专家系统简介与引进 有良好的发展性。它可使人类的经验不再受时问和空间的限制而永久保留。事实上，一 套成功的事件管理专家系统等于造就了千万个有无限寿命的事件管理专家。 具有灵活性。一般都采用知识库与推理机分离的构造原则，可以在系统运行时根据不同 的要求分别选取合适的知识构成不同的求解序列，实现对特定问题的求解。 具有透明性专家系统一般都设置了解释机构，用于向用户解释它的行为动机及得出的 某些答案的推理过程，可以使用户能比较清楚地了解系统处理问题的过程及使用的知识 和方法，从而提高系统的可信程度。 具有交互性。可以与领域专家或知识工程师进行对话以获取知识，同时可以通过与用户 对话，获得求解问题时所需的知识以及回答用户的询问。 响应快。迅速或实时的响应对某些应用来讲是必要的。依靠所使用的软件或硬件，专家 系统可以比专家反应得更迅速或更有效。 始终稳定。理智和完整的响应在实时和突发情况下，专家可能由于压力或疲劳而不能 高效地解决问题。 开发专家系统的过程也会有一个间接的益处，由于专家知识必须以精确的形式输入到计算机 中，所以知识要明确的了解而不是被隐含于专家的脑海中，这样，就必须对知识进行正确性，一 致性和完整性检查，这就提高了知识的质量。 2 1 3 专家系统的基本结构 不同领域的专家系统，功能、结构都不尽相同一个专家系统，应该具备以下几个基本功能： 1 存储问题求解所需的专家知识 2 存储具体领域内的初始数据和推理过程中所涉及到的各种信息，如中间结果、目标、子目 标、条件、假设等等。 3 根据当前输入的数据，利用已有的知识，按照一定的推理策略，去解决当前问题，并能控 制、协调整个系统。 4 能对推理过程，结论或系统自身做出必要的解释，如系统的解题步骤，处理策略，选择处 理方法的理由，系统求解某种问题的能力，系统如何组织和管理其自身知识等。这样既便于用户 的理解和接受，同时也便于系统的维护 5 提供知识获取、机器学习、修改、扩充和完善等其它维护手段只有这样才能更有效地提 高系统的问题求解能力及准确性 6 提供一种人机接口，既便于用户使用，同时又能分析、理解用户的各种请求 这些功能决定了专家系统的结构专家系统的结构大多是以m y c i n 系统为代表的基于规则 的专家系统( r u l e - b a s e de x p e r ts y s t e m ) 结构。 它包括六部分：知识库、推理机、综合数据库、人机接口、解释程序和知识获取( 图2 - 1 ) 。 5 东南大学硕士学位论文 1人机接口 t l：z 推理机解释接口 l 知识获取 田2 - 1 专家系统的一般结构 基于规则的专家系统是从更一般的计算模型即所谓产生式系统发展起来的。 ( 1 ) 知识库( k n o w l e d g e b a s e ) ： 知识的存储机构，用于存储领域内的原理性知识、专家的经验性知识以及有关的事实等。从 知识获取机构获取知识，同时为推理机提供问题求解所需的知识。知识库管理系统负责对知识库 中的知识进行组织、检索、维护等管理。一个专家系统性能的高低取决于知识库完善程度。因此 知识库的设计与建造是专家系统中的一个关键性的工作。 ( 2 ) 综合数据库( i n t e g r a t i o nd a t a b a s e ) ： 又称为“黑板”，它用于存放用户提供的初始事实、问题描述以及系统运行过程中得到的中 间结果、最终结果、运行信息等，表示了专家系统当前要处理对象的主要状态和特征 ( 3 ) 推理机( h l f e r e n c ee n g i n e ) ： 推理机是专家系统的核心部分。其任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求 解。它能根据当前己知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理， 求得问题的答案或证明某个假设的正确性 ( 4 ) 人机接口( u s e ri n t e r f a c e ) ： 是专家系统与领域专家或知识工程师及一般用户的界面，负责在输入或输出的过程中进行内 部表示形式与外部表示形式的转换。 ( 5 ) 知识获取( k n o w l e d g ea c q u i s i t i o nf a c i l i t y ) ： 用来从人类专家获取知识，然后通过知识编辑软件把知识输入到知识库中，并维持知识的一 致性及完整性，建立性能良好的知识库 ( 6 ) 解释接e l ( e x p l a n a t i o nf a c i l i t y ) 用来跟踪并记录推理的过程，当用户提出询问需要给出解释时，根据问题要求做出相应的处 6 第二章专家系统简介与引进 理，把解答通过人机接口输出给用户。 2 2 在事件管理中引进专家系统 2 2 1 事件管理简介 2 2 1 1 事件管理定义 事件管理系统是高速公路管理系统的一个重要子系统。对于事件管理的定义，现暂无统定 论，但基本概念相同。现在研究者认为对事件管理较适合的定义为“系统地、有计划地，协调地 使用人力、法规、救援设备和技术手段来减小事件的持续时间和它的影响，改善驾驶员、事件当 事入和事件处理人员的人身安全”n 砧3 1 2 2 1 2 事件管理持续时间 从以上的事件管理的定义来看，可以知道事件管理系统的主要目的是尽量缩短事件持续时 问。事件持续时间定义为从事件发生到清除，相关高速公路路段通行能力恢复到正常水平所延续 的时间【。按照事件管理的时间顺序，一般认为事件持续时间由以下几部分组成f 1 5 l ； ( 1 ) 检测确认时间这段时间指的是从事件发生到事件被发现和核实的时间间隔。通常， 在做出任何事件管理行动前都应该进行事件确认工作1 1 6 1 ( 例如，核实精确的事件发生地址，环境， 以及严重性并将所有的信息传送到一个事件管理中心) 。 ( 2 ) 初步决策和派遣救援资源时间。这段时间是指事件被发觉和核实以后，到做出第一套 决策，派遣第一批救援单位进行事件管理的时问 ( 3 ) 救援资源到达现场路途时间。指的是完成对救援单位的分配调度后，到它抵达事件现 场所需要的时间。 ： ( 4 ) 现场管理( 清理) 时间。从派遣救援单位到事件现场开始处理，到道路恢复通行能力 所需要的时间。这里需要着重指出的是这一段时间不仅仅指对事件本身进行处理的时间，它还包 括现场处理完毕后救援车辆的排队消散时间，疏导被堵车辆，恢复正常交通流等步骤的时问，总 之是要到事件的非正常影响基本消失了，这一阶段才算结束。 不确定时问的引入 以上4 个是简单的且比较理想化的事件管理过程中持续时间的组成部分，也基本反映了典型 的事件管理的流程。但实际中的事件，特别是大型的事件，往往是多变的，反复的，这就不可避 免的会产生难以确定的时间，它主要包括“现场与指挥中心交流时间”，“再决策再派遣时间”，。等 待上级指令时间”等。因为这部分时间在实际事件管理时间中很可能占有很大的部分，经过研究 认为有必要把这部分时间专门提出来，称之为“不确定时间”，而按照事件管理流程上的逻辑， 这部分时间是夹杂在上述4 个步骤中的。 2 2 1 3 事件管理功能模块及特征 事件管理系统按功能模块的作用范畴一般可分为三大部分：( i ) 事件检测和确认( j i ) 事件反 应部署( i i i ) 交透信息和交通管理【l ”。 ( 1 ) 事件检测和确认在事件管理中十分重要，如果能在事件的影响没有恶化和扩大之前就 及时检测并确认了这个事件。事件管理往往能收到事半功倍的效果。这个部分有以下特征： ( a ) 检测方式的多样性。常用的有线圈自动检测，闭路电视摄像头，紧急电话报警，手机 报警，巡逻车等。 ( b ) 检测过程的延时性。事件发生后，不可能立即被检测到，有时候这个延迟还会特别长 ( c ) 检测结果的不确定性例如在线圈自动检测中，算法问题一直是国内外研究的热点， 7 东南大学硕士学位论文 如何降低误检率和如何通过线圈数据确定事件的类型，具体位置和严重程度是一些关键难题。另 外，也没有非常好的办法来过滤恶意骚扰报警电话等无用信息 ( d ) 确认手段的多样性现在用的比较多的是线圈数据分析方法和摄像头直接观察方法， 此外还有派出确认车辆方法，遥感图像方法等。 c 2 ) 事件反应部署( i r l ) 是指对参与事件管理的部门和人力物力资源进行调度指挥，有如 下的特征： c a ) 多部门的参与：例如：路政部门、交警、火警、紧急医疗机构、消防队和修理厂等。 ( b ) 在动态的环境下，例如：路网中的交通条件随时间变化很快。 ( c ) 很大程度上依赖于来自很多不同空间的资源的实时信息，例如：被派遣到事件地点的 救援单位反馈的信息。 ( d ) 现场处理时需要很多人的合作和协调。特别是大型事件时这个问题比较复杂 ( 3 ) 交通信息发布和交通管理也是事件管理的重要组成部分，它很大程度上与已在路途上 的出行者或者未在路上但已有出行计划的入有直接的联系，它的特点如下： c a ) 信息发布途径的多样性有可变信息板，商业广播，手机短信，互联网等方式。 c b ) 信息发布的需求复杂。当发生了事件后，不同的人所要求的信息内容很可能大相径庭。 特别是在可替代路线的选择上，有的人只要求时间消耗最小，有的人希望路面的质量很好，有的 人喜欢走车速高的路线等。 c e ) 信息发布的到达率和有效性现在没有哪一种信息发布方式可以保证信息让每个人都 知道且能及时到达，而且有些信息发布方式本身就存在着不可靠性，比如手机短信方式。 ( d ) 信息发布的时段性和地段性强。在事件管理的不同阶段，发布信息的内容和数量都是 不尽相同的同理，在路网的不同相关位置，有的地方可能要发布禁止行驶的通知，有的可能不 受影响，不需要发布任何消息。 c e ) 信息内容的多样性。可能是路面状况信息，交通流信息，天气信息等。 c i ) 交通管理分地段性和时段性。在事件现场，事件较近的区域，以及非事件影响区域，收 费站，匝道的交通管制都有较大区别，并且在事件检测，派遣救援资源等阶段交通管制的侧重点， 方式和力度都是不同的。 ( g ) 交通管理参与的部门人员可能很多不只是交巡警，收费站工作人员。清障队等人员 在必要的时间和地点都将参与到对交通的管理中来，紧急时刻还很可能动员许多社会力量。 图2 - 2 表明了事件持续时间不同部分问的关系以及发生的先后顺序。同时也反映了事件管理 功能是在哪一部分持续时间里实现的。 图2 - 2 事件持续时同与事件管理功能对应图 8 第二章专家系统简介与引进 2 2 1 4 事件管理系统功能和职责 表2 1 概括了事件管理系统中需要的功能以及每个功能对应的具体职责【“。 表2 1 事件管理系统功能及具体职责 功能说明具体职责 ( a ) 用各种仪器检测事件( 线圈，视频，声频等) 事件检测 ( b ) 人工办法检测事件( 巡逻车、司机报告、收费站报告等) ( a ) 确定事件是否发生 ( b ) 确定事件的具体位置 事件确认 ( c ) 确定事件的具体类型 ( d ) 确定事件的其他具体条件，如事件车辆类型数目，伤亡人数等 派遣救援( a ) 确定处理特定类型事件的救援单位的类型 资源 ( b ) 为事件分配救援单位数量 路径安排给出救援单位到事件现场的最佳路径 ( a ) 提供消防，救护等服务 现场处理 ( b ) 维修和牵引事故车辆 ( a ) 确定现场恢复交通能力决策 交通管理 ( b ) 确定宏观交通管理决策( 封道，分流等) 交通信息 ( a ) 确定并实施对可变信息牌的控制 ( b ) 确定并实施对限速标志的控制 发布 ( c ) 确定并实施对互联网信息发布，手机信息发布的控制等 【注j 高级的事件管理系统应当能根据各方面的条件高效率地预见潜在的可能发生的事件，并采取有力措 施阻止事件的发生，这里限于篇幅仅在确实已经发生了的事件的条件下进行讨论 2 2 1 5 以事件决策为中心的事件管理结构 上文遵循了现今世界上流行的研究习惯，对事件管理功能模块特征及职责进行了阐述，这里 运用的分类方法基本上是按照事件管理的发展步骤即时间顺序来进行，前后逻辑清楚，连贯性好， 较易于理解。但是这种方法在以事件决策支持为核心研究目标的本文中却不是特别适用，通过研 究分析在这里提出以事件决策为中心的事件管理结构，把事件管理中各项工作分为三大部分，分 述如下： 1 收集事件信息 这里不仅仅是通常意义上所指的在事件检测阶段对相关交通数据的收集，而是对事件管理任 何一个环节里中对所有有用的条件信息的收集，包括仪器自动获取的和人工报告所得的，而收集 这些信息主要是为事件决策提供尽可能全面丰富的条件 事实上，在事件管理中必须采取尽可能的方式保持对事件状态的不问断的监测，对于事件检 测所用的相关仪器和方法来说，不能只是检测到有事件发生的可能性并加以证实就完成了任务， 在传统意义上后续的事件管理阶段，它所获得的事件信息对其它事件管理的操作有重大的意义 所以这里提出广义的事件检测信息，泛指在事件管理整个过程中，用传统意义上事件检测所用的 仪器和方法所获得的信息 2 进行事件决策 对所获得的事件相关信息进行汇总、分析、推理，以得到事件决策。 3 实麓事件管理 9 东南大学硕士学位论文 向相关单位或者个人发布事件决策所得到的命令，对事件决簧所做出的调度进行实际的实 施，并注意实施管理后的事件发展状态，继续获得事件信息 表2 2 列出了这三大部分在事件管理中所对应的具体功能： 表2 2 以事件决策为中心的事件管理系统功能及具体职责 功能说明功能分类 具体职责 ( a ) 对道路相关自然条件的了解( 地形地 貌、人文水域、天气状况等) 道路基本信息( 非实时数据)( b ) 对道路历史交通数据的了解( 包括历 史交遥事件记录及分布规律，历史交通流 数据等) ( a ) 整个事件管理过程中从各种事件检测 仪器得到的交通数据( 线圈，视频，声频 广义的事件检测信息( 不只是局限于传等) 统的事件检测阶段1 ( b ) 整个事件管理过程中从人工办法得到 事件的信息( 巡逻车、司机报告、收费站 收集事件 报告等) 信息 ( a ) 整个事件管理过程中各部门之间的交 流通信 ( b ) 事件实施过程中现场人员对事件管理 交流及反馈信息人员的信息反馈。包括在救援路径上的人 员，进行交通管理的人员，现场进行事件 处理的人员等 ( c ) 实施事件管理动作后，事件状态发生变 化所可能带来的新的信息 c a ) 补充处理特殊事件的相关知识( 如对 其它特殊信息危险品的处理) ( b ) 从其它单位或者媒体获得的信息 ( a ) 确定是否用一定的算法对交通数据进 进行事件 行处理而判断 决策 确定事件确认的手段 ( b ) 确定是否用摄像头直接观察的办法进 行判断 ( c ) 确定是否派出确认车辆进行确认 ( a ) 确定处理特定类型事件的救援单位的 类型 ( b ) 为事件分配救援单位数量 。 确定救援资源 ( c ) 确定要到场的负责人或者领导 ( d ) 确定事件所需要的特殊单位或专业人 才类型 l o 第二章专家系统简介与引进 ( a ) 初步确定救援单位到达现场的最佳路 径 确定路径安排 ( b ) 在救援资源已经在路途上的情况，根 ! 据实际情况及时调整路线 ( a ) 确定是否提供消防，救护等服务 确定现场处理手段 ( b ) 确定是否维修和牵引事故车辆 ( a ) 确定现场恢复交通能力决策( 现场摆 置交通标志，交通疏导方案等) 确定交通管理办法 ( b ) 确定宏观交通管理决策( 封道，分流， 匝道控制等) ( a ) 确定对可变信息牌的控制 ( b ) 确定对限速标志的控制 确定交通信息发布方案 ( c ) 确定对互联网信息发布，手机信息发 布的控制等 ( a ) 对事件管理过程中出现的其它情况进 其它决策 行决策 ( a ) 采用算法对交通数据进行分析 进行事件确认工作( b ) 用摄像头查看现场情况 ( c ) 派出确认车辆 ( a ) 通知相关救援单位，告知事件概况、 建议出动资源类型、数量，建议出行路径 通知并派遣救援资源等 ( b ) 通知相关负责人和领导 ( c ) 通知特殊单位或者专业人才 进行现场处理 ( a ) 提供消防、救护等服务 实施事件 ( b ) 对车辆进行维修、牵引或是其他 管理( a ) 实行现场恢复交通能力决策( 现场摆 实行交通管理置交通标志，交通疏导方案等) ( b ) 实行宏观交通管理决策( 封道，分流， 匝道控制等) ( a ) 实行并实施对可变信息牌的控制 发布交通信息( b ) 实行并实旋对限速标志的控制 ( c ) 实行并实旌对互联网信息发布，手机 信息发布的控制等 其它( a ) 实施其它事件管理操作 从以上的分析可以看出。采取这样的结构以后，3 大部分的内容都是在事件管理的整个过程 东南大学硕士学位论文 中互相交织互相穿插的，没有明显的时间界限，但是作为事件管理每个分操作来说都是遵循“获 得信息一做出决策一实施管理”这样完整的步骤。如对于派遣救援资源来说，首先获得事件的地 点、火险伤亡等情况，然后做出救援资源类型和数量的决策，最后通知相关单位部门。这样的结 构更符合于事件管理实际操作中不断的获得事件条件信息，不断的做出或者调整决策，不断的实 施事件管理这样的状态。下图是以事件决策为中心的事件管理结构与传统的事件管理阶段的对应 图，描述了这3 大部分工作在传统的四个时间阶段所占的比例。 lll 乙 图2 - 3 以事件决策为中心的事件管理结构在传统的事件管理阶段所占昀比例 2 2 2 在事件管理中引进专家系统 事件管理中事件决策部分运用人工办法的的一些主要缺点表现在i 坞均： 1 事件管理人员素质参差不齐，很多时候出于个人习惯，不一定对事件做具体系统的分析， 比较依赖于一般的经验。由于交通事件本身种类比较多，其中有很多细小简单但是多发的事件( 如 机械故障，抛锚等) ，容易让值机员产生麻木厌倦感，影响效率及敏感性，难以得到最佳决策。 z 由不同的人来处理同一起事件，很可能得到的决策反应不尽相同，随之处理方案的效率也 有高低之分。这是由于交通事件管理人员的经验、知识水平和掌握的材料不同，对有关规定的理 解不同，致使处理上产生差异。 3 事件管理在现行的体制下，除了个体差异外，还有时间上的差异，因为事件管理人员难以 保证自己一天2 4 小时精神状态都能处于处理事件的最佳水准，研究证明，在凌晨且缺乏睡眠的 情况下，人类处理事件的水准是最差的，而有关于交通事件时间分析的报告指出印】，这个阶段正 是重、特大事件的高发时段。 4 事件管理人员应该对事件发生地段的地形、道路、可用资源等情况有较高程度的了解才能 更迅速准确地辅佐做出事件决策响应，但一般事件管理人员特别是新上岗的人员很难有这样的 知识，且如果事件管理人员要负责比较大的区域时，繁多的部门种类和各个部门负责的区域等细 节让人难以保证记忆的准确性和反应的敏捷性。随着地形，道路，可用资源等一些外部情况的不 断变化发展，人们有时候也很难保证自己知识的更新速度。 5 如果在较短时段内出现了多起并发事件，事件管理人员很容易手忙脚乱，顾头难顾尾，影 第二章专家系统简介与引进 响思维的清晰性和连贯性。在这种情况下，处理时间也难以得到保障。 6 当发生特重大交通事件，或者平时不怎么出现的交通事件时，这时所需要的解决能力往往 是一些专业人才才会具备的，很可能超出一般事件处理人员的知识范围。 结合本文在2 1 2 中所提到的专家系统本身所具有的一些特点，可以发现专家系统正是解决 以上问题的合适手段，具体分析如下： 1 专家系统综合了不同方面专家在各个领域的知识和经验，且在一个领域可以集合多个专家 的意见，这就相当于集中了很多拥有不同专业知识的事件管理人员一起出j 墓划策，组成了一个全 面的大型智囊团。 2 对所有事件，无论大小严重程度，都进行必要的严格合理的推理步骤而不存在个体差别待 遇，这样在很大程度上保证了每个事件管理都能得到较为优化的处理方案。 3 专家系统处理事件不会产生疲倦感，这样就没有事件管理人员对太多太杂的事件产生麻痹 感这个问题。 4 状态稳定，在任何工作时段都能一如既往地进行自己的工作，不会受周围环境( 自然天气， 社会条件，值机员自身心情感觉等) 的影响。 5 可以直观显示和查询地形地貌，道路信息等各种资源，采取人性化并且简易的操作，无论 老用户新用户都能很快熟悉情况，十分方便迅速地上手， 6 能同时快速地处理多起事件，且各个事件管理问相对独立，不会有太大影响。系统针对每 个事件都能按照指定的进程分别完成任务，确保了效率 7 专家系统的知识库采取开放式设计，可以不断地修改完善以及补充各类信息，使得系统有 良好的发展性，这样不但利于系统的更新，还可以不断积累事件管理决策方面的知识，使得决策 支持技术水平不断提高 8 当数据量达到一定的程度，通过专家系统强大的学习功能，可以根据事件历史纪录进行判 断分析，并自我总结出经验规则，这也是研究事件管理的一个实用的技术手段。 专家系统的决策者一般必须处理由于病态结构问题、动态状况或者多方操作引起的认知超负 的问题。就交通和事件管理而言，专家系统可以提供高水平的推荐方案给操作员。它将给出优选 和一致的交通管理策略、紧急反应方案，因此可以减少驾驶延迟和其他相关的损失。 可见，事件管理专家系统的开发，对全面增加交通事件管理中的高科技含量，提高现代化管 理水平有着深远的意义，在实际应用中必将发挥巨大的效应。 2 3 本