基于案例推理的危險化學品事故警戒范圍研究

●吳聯(lián)忠

(福州市消防支隊，福建福州 350005)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，危險化學品的使用和運輸日益增多，危險化學品災(zāi)害事故逐年上升。給消防部隊應(yīng)急救援帶來了巨大的挑戰(zhàn)。總結(jié)原因，一方面是由于危險化學品本身具有很大的危害性，另一方面主要由于在事故處置過程中，警戒區(qū)內(nèi)出現(xiàn)點火源導(dǎo)致危險化學品發(fā)生爆炸或者未能對危險區(qū)域內(nèi)的人員有效疏散，造成嚴重后果。在危險化學品事故的處置過程中，如何有效劃定警戒范圍是決定事故能否造成重大損失的關(guān)鍵因素。

目前，我國消防部隊在處置危險化學品事故確定警戒范圍時，主要有兩種方法。一種方法是根據(jù)危險化學品性質(zhì)，依據(jù)氣體擴散理論和模型，通過查表的方法，確定警戒范圍。這種方法理論性強，查表快速簡單，但是對現(xiàn)場環(huán)境考慮不足，與實際情況相去甚遠［1］。另一種主要依靠決策者主觀經(jīng)驗劃定警戒范圍，這種方法能夠充分考慮現(xiàn)場態(tài)勢，但是主觀性較強，沒有理論或法規(guī)依據(jù)，需要決策者積累大量的事故處置經(jīng)驗，對決策者要求較高。針對以上問題，本文利用案例推理技術(shù)，參考以往成功處置的類似案例，依據(jù)以前案例的警戒范圍劃定辦法，對當前案例提供輔助決策。

1 案例推理技術(shù)概述

基于案例的推理(Case-Based Reasoning，簡稱CBR)是人工智能領(lǐng)域的一個重要分支，旨在利用已有的經(jīng)驗和案例去解決新問題。案例推理技術(shù)廣泛應(yīng)用于診斷、設(shè)計、法律等諸多領(lǐng)域［2］。案例推理的主要流程是:(1)案例表示。案例表示就是指對以往發(fā)生過的案例內(nèi)容進行有效描述，所謂的有效描述就是指不僅能夠充分的表現(xiàn)案例中的內(nèi)容，而且通過對案例內(nèi)容的檢索，能夠?qū)Ξ斍八Ｍ_到的目的提供指導(dǎo)。(2)案例匹配。案例檢索就是遵循一定的規(guī)則從案例庫中選取與當前案例相似的案例，從而對災(zāi)害現(xiàn)場輔助決策提供指導(dǎo)。(3)輔助決策的實現(xiàn)。僅通過以上步驟，對于危險化學品泄漏警戒范圍的確定是沒有意義的。只有將檢索結(jié)果以具體方法的形式呈現(xiàn)在決策者面前才能達到指導(dǎo)決策的目的。本文將基于消防部隊的實際需求對輔助決策的實現(xiàn)進行研究。

2 危險化學品災(zāi)害事故的案例表示

2．1 危險化學品泄漏事故特征

危險化學品災(zāi)害事故的發(fā)生具有明顯的不確定性，這種不確定性主要表現(xiàn)在災(zāi)害環(huán)境不確定，承災(zāi)體不確定和災(zāi)害發(fā)展方向不確定。災(zāi)害環(huán)境包括自然環(huán)境和社會環(huán)境，災(zāi)害環(huán)境不確定是指危險化學品災(zāi)害事故往往事發(fā)突然，事發(fā)地點和時間都具有極大的不確定性。承災(zāi)體的不確定就是指泄漏物質(zhì)不確定。目前的偵檢手段是無法在毫不知情的情況下實現(xiàn)對危險化學品準確偵檢［3］。因此對于危險化學品災(zāi)害事故的案例表示的重點應(yīng)該是環(huán)境要素和承災(zāi)要素。

2．2 危險化學品災(zāi)害事故環(huán)境要素及屬性的表示

自然環(huán)境主要包括地理環(huán)境和氣象條件，具體分類和表示方法見表1。由于環(huán)境要素對警戒范圍的確定影響較大，在進行案例匹配時，各要素值不可缺省。

表1 自然環(huán)境要素屬性分類表

2．3 危險化學品災(zāi)害事故承災(zāi)要素及屬性表示

2．3．1 客觀承災(zāi)體及受災(zāi)人員的屬性表示

危險化學品事故主要發(fā)生于運輸和生產(chǎn)存儲兩個環(huán)節(jié)，其承災(zāi)要素主要有槽車、倉庫，具體見表2。被困人員(C)只對被困人員數(shù)量(C1)和被困人員行動能力(C2)兩個屬性進行表示。依據(jù)我國對災(zāi)害等級的劃分標準將被困人員數(shù)量分為:無人員被困(c11)、少量人員被困(0～10人)(c12)、部分人員被困(10～50人)(c13)、較多人員被困(50～100人)(c14)和大量人員被困(100人以上)(c15)。被困人員行動能力則分為無行動能力(c21)、有行動能力(c22)和在別人幫助下具有行動能力(c23)。

表2 客觀承災(zāi)要素及屬性表

2．3．2 重大危險源的表示

重大危險源屬于承災(zāi)要素的子項，重大危險源的分類有多種方法。但是對于危險化學品災(zāi)害現(xiàn)場決策，過于詳細的分類辦法會降低案例檢索的命中率。因此，本文參照《危險化學品重大危險源辨識》(GB 18218-2009)的辨識及分類方法，從危險化學品危險性和災(zāi)害現(xiàn)場決策的角度出發(fā)，對危險品進行了分類［4］。具體見表3。

表3 重大危險源及屬性表

2．3．3 危險化學品災(zāi)害事故狀態(tài)的表示

危險化學品災(zāi)害事故各個要素所處的狀態(tài)決定災(zāi)害現(xiàn)場決策者的決策，警戒范圍的劃分有所不同。因此深入分析要素狀態(tài)烈度有利于高效確定警戒范圍。具體分類見表4。

表4 要素狀態(tài)分類表

3 危險化學品災(zāi)害事故的檢索

危險化學品災(zāi)害事故的檢索就是檢索出與當前事故相似的案例，判定之前的案例與當前事故匹配的依據(jù)就是通過相似度計算［5］。

3．1 相似度算法概述

相似度計算就是指按照一定的算法計算屬性之間的相似度?；诰嚯x的算法是案例推理技術(shù)的基本算法。之后又出現(xiàn)了基于幾率模型、基于規(guī)律和基于對比模型的算法［6］。最鄰近算法是使用最廣泛的一種算法。它適用于難以定量研究的案例屬性的相似度計算。它將屬性的權(quán)重和相似度相結(jié)合，從而計算全局相似度［7］。“假設(shè)案例A有n個要素，給定一個查詢q和一個案例庫B，最鄰近算法在B中檢索最為相似的案例X?！眲t新案例q和歷史案例x的全局相似度定義為:

式中，wc是案例屬性c的權(quán)重;sim(xc，qc)是新舊案例屬性wc的相似度。

3．2 危險化學品災(zāi)害事故要素權(quán)重的確定

確定危險化學品災(zāi)害事故要素的權(quán)重是為了確定各個要素對事故影響的重要程度，為要素賦予一個精確的權(quán)值在一定程度上決定著檢索出的案例是否有效。由于危險化學品事故各要素之間層次結(jié)構(gòu)差異較大，因此很難從最末層對事故進行賦權(quán)，所以采用逆向賦權(quán)法，首先對組成危險化學品災(zāi)害事故的5個要素賦權(quán)。由于篇幅有限此處不討論層次分析法的具體步驟。采用1～9標度法，由10位專家依據(jù)對危險化學品警戒范圍的影響程度對5個要素打分。最終權(quán)重見表5。

表5 特征要素及要素屬性權(quán)重

3．3 危險化學品災(zāi)害事故的相似度計算

3．3．1 屬性類型分類

綜合分析危險化學品災(zāi)害事故的要素及要素屬性。其屬性類型主要有以下幾種:(1)數(shù)值型屬性:這種屬性可以是一個具體的數(shù)字也可以是一個函數(shù);(2)符號型屬性:符號性屬性可以理解為文本型屬性，這種屬性沒有閾值，只有是或否的選擇;(3)模糊屬性:模糊屬性和數(shù)值型屬性值相對應(yīng)，所謂模糊即不確定，對模糊屬性的表示只能通過屬性的劇烈程度。對比危險化學品災(zāi)害事故要素及要素屬性，可以對其屬性類型進行分類，具體見表6。

表6 危險化學品特征要素屬性類型分類表

3．3．2 屬性相似度計算

符號型屬性是客觀事物的直接表征方法，屬于區(qū)別度為1的案例特征要素。計算符號型屬性相似度，只有兩個結(jié)果就是完全相似或完全不相似，即相似度為0或1。這種特點符合布爾代數(shù)特點，因此符號型屬性的相似度可以表示為:

式中，xai是當前符號型屬性;qai是案例庫內(nèi)案例符號型屬性。

數(shù)字型屬性可以用案例推理技術(shù)最基本的基于距離的相似度計算方法。其相似度可以表示為:

式中，max(xai，qai)表示屬性值域中的最大值;min(xai，qai)表示屬性值域中的最小值。

模糊屬性依據(jù)定性的原則對屬性進行分類，相鄰屬性之間沒有明顯界限。因此，對于模糊屬性，其相鄰屬性之間亦存在相似性，而相間屬性相似度為0。利用兩個標度間的重疊面積計算兩個屬性間的相似度。計算公式如下:

4 基于案例的警戒范圍確定的實現(xiàn)

基于案例的警戒范圍確定需要建立在功能完善、內(nèi)容豐富的數(shù)據(jù)庫，由于本文只是理論分析，因此不模擬整個案例推理過程。本文以湖南郴州“11·8”液化石油氣槽罐車側(cè)翻泄漏事故為例，實現(xiàn)警戒范圍確定的輔助決策。案例數(shù)據(jù)庫以內(nèi)蒙古“10·22”天然氣槽車泄漏事故、北京“5·19”氯磺酸運輸槽罐車泄漏事故、京滬高速淮安段“3·29”液氯泄漏事故為例，對案例進行相似度排序，并依據(jù)相似度最高案例的警戒范圍劃定方法，對郴州“11·8”石油液化氣槽罐車泄漏事故提供輔助決策。根據(jù)上文中對案例特征要素的研究，現(xiàn)將該案例及案例庫案例特征要素進行抽取并對局部相似度進行計算，如表7所示。

表7 屬性相似度計算表

以60%作為案例是否相似的依據(jù)，比較案例庫3個案例與當前案例的全局相似度，內(nèi)蒙古“10·22”天然氣槽車泄漏事故的相似度與當前案例最高。內(nèi)蒙古“10·22”天然氣槽車泄漏事故警戒措施如下:現(xiàn)場指揮部決定成立警戒組、疏散組、交通管制組等，設(shè)立警戒區(qū)和安全觀察哨，在500 m范圍內(nèi)實施警戒，雙向封閉高速及國道，道上車輛全部熄火并切斷車載一切電路，疏散居民及司乘人員，撤離工作人員，利用加油站內(nèi)部滅火毯對加油機實施包裹，現(xiàn)場禁絕明火，禁止使用電氣設(shè)備，非防爆通信、攝像、照相設(shè)備一律不得進入警戒區(qū)。

參考以上警戒方法，根據(jù)現(xiàn)場情況，可以對郴州“11·8”液化石油氣槽罐車側(cè)翻泄漏事故的現(xiàn)場警戒提供輔助決策。決策內(nèi)容如下:(1)高速交警和路政對高速公路實施雙向交通管制。(2)由公安巡(特)警、交警、路政負責在上風方向500 m、下風方向1 000 m處設(shè)置警戒線，嚴格控制人員出入，禁絕火種。(3)進入重危區(qū)必須著避火服、攜帶防爆對講機、佩戴空氣呼吸器，經(jīng)指揮部批準后方可進入。(4)由疏散組負責事故地點1 km內(nèi)群眾的疏散和臨時安置工作。以上決策內(nèi)容在湖南郴州“11·8”事故中都有體現(xiàn)，事實證明基于案例推理技術(shù)對危險化學品事故現(xiàn)場警戒提供輔助決策是可行的。

5 結(jié)論

5．1 通過對案例推理技術(shù)應(yīng)用于災(zāi)害現(xiàn)場警戒范圍確定關(guān)鍵技術(shù)的探討，得到了危險化學品泄漏的案例表示的適用方法，并研究了適用于警戒范圍確定的案例匹配相似度計算方法。

5．2 基于對警戒范圍劃定提供輔助決策的目的，利用層次分析法對案例關(guān)鍵要素屬性賦權(quán)。但是這種權(quán)值能否作為達到其他決策目的的要素權(quán)值有待下一步研究。

5．3 以郴州“11·8”液化石油氣泄漏事故案例為例，利用案例推理技術(shù)，實現(xiàn)了案例匹配，將案例庫案例的警戒范圍劃定方法，應(yīng)用到當前案例，通過與實際對比，證明是可行的，有實際借鑒意義。

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