基于情景演变的非常规突发事件应急决策的关键支撑技术研究申请书(37页).docx
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1、-基于情景演变的非常规突发事件应急决策的关键支撑技术研究申请书-第 36 页申请代码: G0112 受理部门: 收件日期: 受理编号: 国家自然科学基金 申 请 书 (2009版)资助类别:重大研究计划 亚类说明:培育项目 附注说明:非常规突发事件应急管理研究 项目名称:基于情景演变的非常规突发事件应急决策的关键支撑技术研究 申 请 者:张文生 电话: 01082614489 依托单位:中国科学院自动化研究所 通讯地址:北京市海淀区中关村东路 95号邮政编码:100190 单位电话:010-82614467 电子邮件:wensheng.zhang 申报日期: 2009年4月20日 国家自然科学
2、基金委员会 基本信息项目组主要参与者(注: 项目组主要参与者不包括项目申请者,国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。) 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 10 6 2 1 1 0说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报(含申请者),总人数自动生成。 第 3 页版本 1.010.158经费申请表(金额单位:万元)科目 申请经费 备注(计算依据与说明) 一.研究经费 38.50001.科研业务费 29.0000(1)测试/计算/分析费 10.5000实验模型的分析与大规模计算、实例系统的构建和验证费用 (2)能源/动力费 4.5000按照学校规定执行,
3、预计每年 15000元 (3)会议费/差旅费 8.0000国内会议注册费、交通费、协作单位交流费等 (4)出版物/文献/信息传播费 6.0000论文版面费、资料印刷费、学术资料订阅和查阅费、成果制作等费用 (5)其它 0.00002.实验材料费 4.5000(1)原材料/试剂/药品购置费 4.5000实验耗材每年 15000元 (2)其它 0.00003.仪器设备费 3.0000(1)购置 3.0000仿真实验仪器的购置、高性能运算计算机购置费用(2)试制 0.00004.实验室改装费 2.0000实验室专修和安装空调 5.协作费 0.0000二.国际合作与交流费 7.50001.项目组成员出
4、国合作交流 4.5000参加国际会议 3人次,每人次 15000元 2.境外专家来华合作交流 3.0000拟每年邀请一次境外专家加流,每次费用 10000元,包含交流费和住宿费 三.劳务费 1.50003年内没有工资性收入的参研研究生补贴 四.管理费 2.5000总费用的5 合 计 50.0000国家其他计划资助经费 0.0000与本项目相关的 其他经费来源 其他经费资助(含部门匹配) 0.0000其他经费来源合计 0.0000 报告正文(一)立项依据与研究内容 1、立论依据,包括研究意义、国内外研究现状及分析 1.1研究意义日益快速的全球化背后,隐藏着多种危机。世界紧密联系的同时,社会复杂性
5、、关联性和相互依存性随之增强。近年来,危险来源和诱因日益多元化和复杂化,难以预测和控制的各类非常规突发事件频频爆发,给人类带来沉痛的灾难和巨大的经济损失,有些影响巨大而深远(图 1)。2001年美国“9.11”恐怖袭击事件造成 2998人罹难和数百亿的财富损失,而且引发美国政府政治、经济、军事和外交政策的系列调整、引爆了阿富汗战争和伊拉克战争,极大地改变了当今世界的地缘政治,带来了全球性影响延续至今 1。2003年“非典”疫情和 2005年禽流感病毒的爆发,措手不及地打击了我国经济和社会稳定2,3。2004年印度洋海啸冲击印度、斯里兰卡、马来西亚等沿海国家,夺走 3050万人的生命4。图 1
6、各类非常规突发事件爆发日益频繁2006年“卡特里娜”飓风重创墨西哥湾沿岸地区,造成 1800多人死亡,数百万人无家可归,产生严重的社会震动,是美国历史上最严重的自然灾害之一5。2008年“汶川地震”造成 69226人死亡、17923人失踪,涉及面积 13万平方公里,直接经济损失 8451亿元人民币,次生灾害致 1/3损失6。2005年吉林石化双苯厂苯泄漏覆盖大部分松花江流域、明显污染延续 30天,引起外交纷争,后继生态影响难以判断7。1975年板桥水库溃坝,相继引起石漫滩水库等多座大小水库发生连锁性溃坝,是有记载、毁坏最大的水库垮坝灾难8。非常规突发事件(infrequent fatal em
7、ergency)是一类前兆特征不充分、具有明显的复杂性和潜在次生衍生危害、破坏性严重、采用传统管理方式难以应对处置的罕见重大突发事件。概括而言,非常规突发事件具备罕见性、突然性、诱因多、极度破坏、迫切性、社会性、复杂性和不确定性等特征。罕见性表现为事件发生的时间间隔长、难以遇到的重大事件,或由于环境变迁而突然爆发的无先例事件。突然性表现在事前没有症兆或症兆隐蔽,发生事件短暂,难以察觉和限制。诱因多体现为这类事件通常防不胜防,很难预测或预警。诱发因素日益多元化,这类事件的形式各种各样,其不良后果大多具有连带性、辐射性、多样性和行进性等特点,影响领域也愈加广泛。极度破坏体现为尽管非常规突发事件发生
8、的可能性虽然很小,但一旦发生瞬间冲击力强、短期破坏性大、次生和衍生危害非常恶劣,造成的损失超过常见的重大突发事件,深刻的社会影响长期难以消除。迫切性体现在急需快速的响应和应对能力。社会性体现在非常规突发事件的严重危害和次生、衍生影响往往造成巨大的社会心理伤害,严重打击民众信心,持久影响社会生活的许多方面。必须快速地遏制和化解非常规突发事件造成的严重灾难,将危害降低到最小,才可以减少以至阻止不良后果的蔓延、放大,保持社会心理健康和公民信心,加快恢复进程。复杂性一方面体现在所需处理的非常规突发事件大多涉及持续演化的复杂系统,另一方面也体现在这类事件演化中存在次生、衍生及耦合的非线性动力学关系。不确
9、定性既表现为能够借鉴的历史经验匮乏或能够获取的信息不充分,又表现为明确非常规突发事件演变态势的不易性。非常规突发事件应急决策需要具备敏捷能力和适应能力。敏捷是指处理快速变化事件态势的应对能力,强调动态适应而非事前预见。适应是指能在短时间内得出分析基本的态势情况,形成应对计划,通过多回路迭代过程逐步获得反馈,以适合不断变化的态势演化。具备对于非常规突发事件的应急能力,必须将传统处理突发事件的“预测-应对”应急方式转变为敏捷的“情景-应对”应急方式,用于非常规突发事件应急。非常规突发事件应急和常规突发事件应急的最大差异在于:非常规突发事件的罕见性决定了很难、甚至是没有可以依赖的历史数据或经验案例,
10、用来直接响应和处理非常规突发事件;而常规突发事件的应急预案主要依赖历史数据或经验案例,依照系统分析方法组织应急预案和实施方案。所谓系统分析方法,即从系统论的角度,主要依赖历史数据和类似案例,研究突发事件系统各次生事件的相互关系和时空演变规律,揭示事件演化规律。情景是决策主体面对的突发事件发生或发展的态势描述或假设14。“态”是指突发事件当前所处的状态,是事件在过去时段里发展到现在的结果,反映的是“发生了什么 ?”。未来时间点上的事件状态序列构成“势”,是基于当前状态的未来发展结果,反映了“如果按某种趋势发展情形会如何?”。情景是形成应急决策的重要要素。非常规突发事件的罕见性决定了事件应急响应与
11、处理的可靠依据往往限制在对于事件当前情景的辨识,以及对其未来发展趋势的判断。在此基础上,还需经过全局性地考量和筹谋之后,通过非常规、非传统和非程式化的手段(例如数据驱动的、基于计算实验的等敏捷性复杂建模理论与方法)做出快速果决的决断和行动。非常规突发事件的迫切性决定了对具体的事件情景需要实现快速的决策响应。传统处理突发事件的“预测 -应对”方式,它的严格结构和对历史数据的依赖,降低了自身的动态适应性,不适用于这种态势不明和动态演化情况。非常规重大突发事件应急中,必须在充分认识当前“态”的基础上对未来的“势”进行充分分析和评估。针对复杂问题面临的巨大不确定性空间,通过对当前情景的充分分析,有可能
12、通过各种手段发展敏捷方式直奔主体,准确定位问题本质,实现对于海量信息的去粗取精,以最快的速度响应,把事件危害降低到最小。情景演化是支撑非常规突发事件应急决策的关键和挑战。对于情景演化机理的研究不仅需要理清事件情景产生、发展、消亡的演变规律,提出敏捷情景建模方法,还包括事件情景演化中事件情景演化(变异、传导)机理、对社会(稳定、经济)的短期和长期冲击方式,甚至还涉及非常规突发事件应对主体的应对方法(图 2)。尽管情景演化分析与非常规突发事件应急决策之间关联密切,但是应急决策更突出的是响应和应对非常规突发事件的控制能力。即应对主体在明确事件关键和掌握相关信息的基础上,能够快速辨识和决断,包括:预警
13、分析、事件的评级、应急方案的形成与重构、方案评估、方案选择、资源调度等处置实施活动。通过敏捷的“情景-应对”方式分析当前事件的情景,在对各种不确定性要素所产生结果进行整体研究的基础上,能够提炼形成事件状态的关键因素,理清目标事件的情景演化规律,能够增强非常规突发事件应急的掌控能力,能够及时、准确地做出合理的应急决策,将非常规突发事件引发的灾难后果限制在一个较低的水平,实现维护社会稳定的良好效果。图 2 情景演化研究对非常规突发事件应急决策的关键支撑情景演化是非常规突发事件应急研究的关键,在我国社会、经济和军事战略发展中有着迫切的需求。“9.11”事件后,美国为防止恐怖主义袭击合并20多个政府机
14、构,成立新国土安全部的“突发事件准备局(BPR)”,建立面向社会角色的大型情景模拟计算环境,用于处理由自然灾害、工业化环境和复杂社会结构引发的非常规突发事件 9。新国土安全部还提出“国家关键基础设施保护科学发展规划”,美国海军甚至发展了一套数据驱动的数据耕耘(data farming)方法用于军事上应对非常规突发事件的情景分析10。日本作为自然灾害频繁的岛国,近年成立了 “防灾省”,建立了从中央到地方的防灾减灾信息系统及应急反应系统11。自20世纪90年代以来,建立起了一套具有 “行政首脑指挥,综合机构协调联络,中央会议制定对策,地方政府具体实施”特色的应对突发事件的快速反应机制。扩大富士山周
15、边人工模拟地震的规模,将把地震和火山的观测和情景建模结合,形成“地震与火山研究合并”的研究风格。俄罗斯成立了安全减灾应急的“紧急事务和消除自然灾害后果部”,并且逐步建立以总统为核心,以联邦安全会议为决策中枢,政府各部门分工协作协调的危机管理机制12,下设12个常设跨部门委员会处理不同类型的危机,经常针对核设施的突发事件情景展开模拟试验或演习。我国2006年颁布了国家突发事件总体应急预案,建立了国家突发事件应急指挥中心13。“十一五”期间,国家自然科学基金委员就将“社会系统与重大工程系统的危机灾害控制”列入重点支持领域,尚未涉及情景支持决策。对于非常规突发事件应急,需求主要来源于技术和工程层面,
16、相应的科学问题研究较少;单一学科研究较多,跨学科研究相对薄弱,急需国家科技主管部门立项研究。对非常规突发事件的情景演化研究,给我国突发事件应急管理科学的发展带来新的机遇,应用前景广阔。情景演化作为非常规突发事件应急的关键14,15。近年全球经历了一系列的非常规突发事件之后,整个应急机制正在进行结构调整,是突发事件应急技术发展的重要机遇。其中,非常规突发事件应急将成为重大事件应急的重中之重,也是突发事件应急的发展方向。突发事件应急技术成熟周期长,也是我国缩短与突发事件应急技术发达国家差距的契机。如何通过研究情景演化来支撑非常规突发事件应急决策,缺乏非常规突发事件情景演化和敏捷建模的完整基础方法、
17、技术和应用模式14,15,16。需要理清相关机理,明确基本的建模方法,掌握敏捷情景建模的基本原则,发展新的方法和技术手段,确保应对非常规突发事件应急的快速响应和处置能力。上述需求、挑战与机遇凝练成一个根本的科学问题就是:非常规突发事件的情景演化机理和敏捷建模。在对非常规突发事件应急需求逐渐迫近的情况下,情景演化规律已成为深化非常规突发事件应急研究的瓶颈。研究情景演化规律、敏捷建模方法和关键技术,对解决上述国家重大需求意义重大,科学意义明显。 1.2国内外研究现状分析近年来,由于非常规突发事件爆发频繁,不同领域逐渐聚焦非常规突发事件应急,逐步脱离依赖静态历史数据或经验案例的被动预案方式,走向数据
18、驱动的动态适应和敏捷处置方式。国际上,在突发事件演化概念方面,在 1975年 Mileti较早地提出了灾害演变的反应、恢复、准备、减灾四阶段生命周期17。Park基于这些概念,分析了切尔诺贝利核电站事故演变的发展过程18。Stallings 等以灾害演化的时间序列为基础,研究了灾害发生的前、中、后期影响19。典型的突发事件演化模型有:Turner的灾害阶段模型、 Turner的灾害前阶段模型、Ibrahim- Razi模型、系统失误和文化重新调整模型、工业危机模型、紧急事件演进模型、危机阶段模型等。在突发事件的应急决策支持研究方面,各方从计算机技术、通信技术、心理学、伦理学、管理学等等自然科学
19、和社会科学领域开展了相关研究。工程领域研究主要集中在设计突发事件应急决策辅助支持系统、利用已有的工程技术保障救援实施;心理学领域更强调心理压力对决策个体、决策团体、决策组织的作用,从心理学角度提出提高个体的心理承受能力、分散心理压力、加强个体与团体的学习等措施;管理学领域强调运用管理理论讨论突发事件的决策问题,另外还借用其它领域的知识对突发事件应急决策进行分析。John Cosgrave在描述了突发事件决策和决策问题的特性的基础上,运用弗鲁姆和耶顿的领导规范模型构建了突发事件中决策的理论模型20。Kelian将军事战斗的经验决策模型引入突发事件决策之中,允许下属在充分理解任务和目标的情况下,根
20、据先前经验对当前环境进行评估,依据经验找出类似经验做法,利用已有的经验,对决策行动过程进行修订。L. Jenkins针对有毒物质泄漏处置预案的制定,建立了如何选取特定场景使预案最具代表性的整数规划模型21。在应急处置中的动态博弈网络技术研究方面,G Barbarosoglu、Y Arda讨论了救灾物资运输计划编制中的两阶段随机规划框架22。 M.Pidd等学者建立了一个应急疏散的仿真模型23。U Klein则建立了基于高层体系结构的应急管理分布式仿真系统24。在应急辅助决策的定量研究方面,一些学者利用应用数学和风险管理领域的效用分析、敏感性分析、概率分析等方法,对突发事件的应急决策进行了分析。
21、 Noel Pauwels等人运用效用分析和敏感性分析方法对核泄漏事件发生后的撤退决策进行了分析 25。 Hiroyuki Tamura等人运用决策树分析方法对灾害风险进行了分析26。此外,还有些学者运用运筹学的方法,对突发事件发生后的人员的疏散和撤退进行了分析。上述分析方法主要基于经典决策理论,借用应用数学或风险管理理论的方法,从成本和风险的角度对已有的决策进行定性分析,解决某一具体突发事件爆发后的应急决策问题。突发事件应急决策的动态博弈网络的研究将突发事件的管理从静态转化到动态,它以方案保障率和方案成本作为事件决策者的支付函数,以期望成本最小决策准则来选择方案。然而由于突发事件,尤其是非常
22、规突发事件发生过程中,决策者对事件类别的判断有一个先验概率,随着事件的进展和信息的补充决策者需要重新判断或修正先验概率以做出新的决策。基于贝叶斯法的应急管理动态博弈的研究中分析了决策者根据阶段结果和信息变化调整决策的过程。在计算机辅助应急决策支持研究方面,突发事件应急管理领域中广泛运用了灾害决策支持系统,在此基础上利用新的计算技术对决策支持系统进行改进和完善。在我国,上世纪90年代开始提出突发事件这一概念,针对突发事件成因机理进行描述和分析。分别从法学、管理学、公共关系学、新闻传播学、心理学等的角度对突发事件的内涵及成因机理进行了研究。研究包括从人、列车、轨道及行车环境之间的耦合效应上分析事故
23、发生机制27;对火灾中的耦合燃料详细反应机理给出计算模型28;对经济突发事件成因机理的研究, 对公路交通灾害、铁路交通灾害、水运交通灾害、民航交通灾害的成因研究,建立交通灾害预警系统的思路和方法29。研究还包括对地震灾害的发生机理和扩散影响、洪灾发生后的疾病等次生灾害,以及气象灾害的形成机理 30,主要采用中尺度物理模型、 GIS技术、调查统计、计算模拟等方法,找到事件爆发的可能性、影响强度、演化过程。一些学者借鉴其它领域的模型,对非常规突发事件应急决策进行了研究,包括:干扰管理理论;应急设施选址模型、时间约束条件下应急设施点选择、单资源调度中的出救点选择问题、给定限制期条件下的最小风险路径的
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