应急响应决策与仿真演练
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1.1 应急响应决策
应急行动方案制定决策问题是指应急决策者基于当前态势，根据应急领域知识，为完成识别的应急任务目标集合所制定的落实到各具体职能部门和执行单位的操作层面的行动方案，描述了各具体任务的执行单位、执行时间和资源。
1.2 应急响应决策特征
应急决策的决策主体：由来自和代表不同单位的，具有应急管理经验的专家组成应急指挥团队。
决策主体特征：
人员动态组成，随着突发事件发展，团队成员动态变化；
团队成员来自与不同单位，具有应急决策知识和经验；
团队成员具有不同的角色，决策权限和职责；
决策环境特征：
时间紧迫――必须在突发事件造成灾难后果前，制定应急行动方案，并组织实施；
高度动态性――应急环境动态变化；
资源稀缺――相对与完成的任务，应急资源不足；
心理压力――非常规突发事件后果严重，导致决策者具有心理压力。
2 层次任务网络规划―HTN规划
2.1 HTN规划
HTN规划体现了目标驱动的决策行为，能够建模问题领域过程性知识，是一种用以解决大规模问题的有效技术。
HTN规划模型是应用最为广泛的一种自动规划模型，应用领域包括：生产线调度、危机管理和后勤规划、航天器规划和调度等。
输入：
系统初始状态：描述规划初始时刻系统实体状态。
初始任务网络：描述应完成的任务集合，及其逻辑关系。
输出：
行动方案：完成初始任务网络的行动序列。
任务分解网络：搜索行动方案过程的任务分解网络，描述了规划过程和路径。
领域知识：
操作符模型：与原子任务对应，描述完成该原子任务的行动的执行前提条件，以及执行完成后对规划状态进行转换的执行效果。
方法模型：与复合任务对应，描述当规划状态满足不同条件时，完成复合任务的不同途径。
公理模型：描述对规划状态信息进行推理的规则，能够对当前状态信息进行分析，推理规划过程中的导出谓词。
规划过程：
递归地将抽象的复合任务分解成越来越具体的子任务，直到可以通过执行规划动作就能完成的原子任务为止。
规划求精步骤包括：
分解复合任务： 当任务网络中存在复合任务时，利用方法模型对复合任务进行分解，从而扩展当前任务网络；
执行原子任务：当任务网络中存在原子任务时，选择操作符模型，执行该任务，对规划状态进行更新；
现有HTN规划器基于特定的领域特征进行设计，包括：UMCP，SHOP，SHOP2，SIADEX，SIPE2，O-Plan2和IxTeT；
HTN规划已经被用以制定应急疏散方案、森林灭火行动方案、防汛应急行动方案、地震救援方案等应急管理领域。
2.2 HTN规划与应急决策
HTN规划的适用性：
应急行动方案制定决策问题是一种典型的复杂非结构化问题，传统的建模优化方法难以在应急决策实践中应用。
HTN规划是一种根据预定目标推理并生成动作序列的方法，能够很好用于求解应急行动方案制定决策问题。
HTN规划模型在应急决策中应用的问题：
现有HTN规划器基于特定的目的进行设计，属于静态规划方法，很难适应应急响应领域特征。具体包括：
由于应急决策的时限性，往往具有复杂时态特征；
未考虑规划过程中的资源调度问题，只能将规划过程与资源调度过程分成两个独立的过程；
如何利用HTN规划支持多部门共同参与、协同制定行动方案；
应急决策执行、环境的不确定性。
3 基于HTN的应急行动方案制定
3.1 考虑复杂时态特征的HTN规划
应急领域复杂时态特征：
应急任务之间存在着定量时间约束条件；
应急任务之间存在着时间依赖关系，用偏序关系进行表达和处理，即定性时间约束关系；
应急任务执行具有过程性特征；
事件目标具有时限条件。
应急决策方式： 在规划过程中利用偏好信息指导行动方案搜索过程展开；同时，在规划过程任意时刻作出响应，输出当前优化的行动方案。
3.2 考虑资源约束的HTN规划
现有研究将HTN规划和资源调度独立成两个连贯的过程。先选择和组织出应急行动方案中的任务序列，再通过数学模型完成资源和时间上的分配。
应急管理中方案制定和资源分配高度耦合，需要在HTN规划任务分析和推理的过程中动态的进行资源和时间的分配。
在HTN规划中，能够推理资源在时态上的变化过程，来实现资源规划。
层次资源推理机制：
采用多时间轴技术，为每个资源配置属性建立一个本地资源时间轴以实现HTN规划中的资源描述。
资源约束传播加速算法：
通过一致性检验，修剪HTN规划中资源变量和时间变量的值域来加快层次资源推理的处理速度；
验证当前任务相关变量集合与所有变量之间的一致性；
对于单容量资源，检验时间一致性；对于多容量资源，检验时间一致性和资源一致性。
3.3 多部门分布式协作规划问题
传统研究：各决策主体单独制定自己的方案，然后再统一协调。
特征：多应急任务；并行的规划过程； 实时资源冲突。
协作规划过程：处理应急资源冲突， 考虑应急任务截止时间。
特征： 合作（复合）应急任务； 串行的规划过程； 行动时间调度； 非全局累加的执行时间。
3.4 不确定环境下的HTN规划
应急领域知识不完备： 难以针对不同的突发事件的应急态势，快速描述完备的领域知识。
应急行动不确定：应急行动易受到多种不确定因素影响导致不确定的行动结果发生。
应急时态不确定： 应急行动易受到多种不确定因素影响导致应急行动的完成时间不确定。
应急方案执行过程不确定： 由于应急响应环境的开放性和风险性特征，应急行动方案的实际执行过程往往与方案制定过程原有的设定不相符。
应急行动的持续时间不确定：动作开始时间和结束时间之间的间隔无法提前确定。
考虑动作执行时间不可控和受限的资源，能够生成具有一定柔性的应急行动方案。
受灾环境的复杂性，存在部分应急环境信息事先是不可观的。
考虑不可控持续时间和部分可观情况下的条件时态规划方法。
4 应急演练仿真平台
应急演练是指各级人民政府及其部门、企事业单位、社会团体等（以下统称演练组织单位）组织相关单位及人员，依据有关应急预案，模拟应对突发事件的活动。应急演练是应急管理工作中的重要环节，是训练处置流程、提高组织协调能力、发现应急工作薄弱环节的重要手段。
应急演练形式：实战、桌面或实战桌面结合。
应急演练规模：局部、区域或全国。
应急演练内容：单项演练、综合演练。
应急演练对象：现场操作人员、现场指挥人员、高层指挥人员。
应急仿真演练可以根据不同类型的突发事件和训练需求，构建虚拟的应急情景，对应急处置人员进行常态化、多样化的应急演练，并对其应急指挥能力进行实时和动态的评估。
应急仿真演练是利用计算机模拟灾害发生、灾害演化等应急情景，并在计算机辅助下进行桌面练习和讨论，实现对应急指挥过程的演练，可以训练各级决策与指挥人员、事故处置人员，发现应急指挥或处置过程中存在的问题，检验和评估应急预案的可操作性和实用性，加强各部门协调能力和应急能力，使应急演练科学化、智能化。
5 结束语
应急响应决策是典型的非结构化决策问题，具有协作性、动态性和时效性等特点，很难用单一的数学建模和优化方法来解决。
HTN规划是一种通过任务分解的方法实现行动选择和组织的智能规划方法，它体现了目标驱动的决策行为，是解决应急响应决策问题的一种方法。
结合应急响应决策的特点，还需深入研究HTN规划方法，使之能够解决实际问题。
如何通过应急协同决策综合模拟训练，以提高应急决策人员的应对能力，需要研究人员进一步关注。
本文节选自十一期《交通安全讲堂（Transport Safety Forum）》作者演讲内容
链接：《交通安全讲堂（Transport Safety Forum）》由国家水运安全工程技术研究中心、武汉理工大学和中国水运报社主办，交通安全信息应急技术国家工程实验室、国家道路交通管理工程技术研究中心、交通运输部内河智能航运协同创新平台、交通运输部长江航运技术研发中心、长江黄金水道绿色与安全协同创新中心、中国远洋运输（集团）总公司技术中心、长江海事研究中心协办。每月举办一次，邀请国内外在交通安全领域具有较高学术影响和管理水平的学者、管理专家作为演讲专家。