基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策系統(tǒng)研究

張廣平，謝 忠，羅顯剛，張晨曉

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)信息工程學院，湖北 武漢 430074;2.欽州學院數(shù)學與計算機學院，廣西 欽州 535099;3.欽州學院海洋學院，廣西 欽州 535099)

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基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策系統(tǒng)研究

張廣平1,2，謝 忠1，羅顯剛1，張晨曉3

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)信息工程學院，湖北 武漢 430074;2.欽州學院數(shù)學與計算機學院，廣西 欽州 535099;3.欽州學院海洋學院，廣西 欽州 535099)

針對當前較少涉及的風暴潮災(zāi)害中如何因地制宜地安全轉(zhuǎn)移人員，如何科學合理地調(diào)度物資服務(wù)救災(zāi)，如何進行受災(zāi)地區(qū)的工情實時監(jiān)測，以及缺乏與受災(zāi)具體地點相聯(lián)系的小尺度風暴潮災(zāi)害中可視化預(yù)警問題，本文提出了一種基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策的實現(xiàn)過程機制，在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了風暴潮災(zāi)害地區(qū)工情情況實時監(jiān)控、合理調(diào)度物資、就地安排搶險隊伍、指導漁船回港避險等小尺度的處理決策，解決了與受災(zāi)具體地點相聯(lián)系的小尺度防風救災(zāi)決策中面臨的實際問題。通過海南省防風減災(zāi)應(yīng)用結(jié)果表明，該決策系統(tǒng)可為政府職能部門防風救災(zāi)工作提供科學的、有效的、可視化的輔助決策支撐。

事件驅(qū)動；風暴潮災(zāi)害；輔助決策系統(tǒng)

風暴潮是指由于強烈的大氣擾動如強風和氣壓劇變等引起海水異常升降，使受其影響的海區(qū)潮位大大超過平常潮位的一種巨大的災(zāi)害現(xiàn)象。風暴潮引起的災(zāi)害通常表現(xiàn)為其增水災(zāi)害，如淹沒土地、海灘侵蝕、航道及港池驟淤、沖毀堤壩、毀壞房屋、奪人生命等。同樣，風暴潮減水災(zāi)害也會給國民經(jīng)濟帶來嚴重損失，其表現(xiàn)為航運受阻、電廠取水困難、港口碼頭作業(yè)不便等[1]。海南省是我國風暴潮災(zāi)害發(fā)生最為頻繁、最為嚴重的省份之一[2]，氣候多變等特有的自然地理因素經(jīng)常會遭遇極端天氣，如長時間特大暴雨、超強風暴潮等，導致風暴潮、干旱和水澇等自然災(zāi)害頻繁。面對風暴潮嚴重的影響，近年來我國學者開展了廣泛的研究工作，也取得了比較顯著的成果。如滕駿華等[3]提出了基于Oracle和GIS技術(shù)的風暴潮減災(zāi)信息化、網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)框架，概述了風暴潮減災(zāi)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、風暴潮數(shù)值預(yù)報模型集成、基于GIS的減災(zāi)輔助決策分析、基于3S技術(shù)的災(zāi)害監(jiān)測和調(diào)查以及基于GIS的災(zāi)損評估等風暴潮減災(zāi)輔助決策信息系統(tǒng)；張俊香等[4]根據(jù)1949—2005年廣東沿海地區(qū)臺風暴潮災(zāi)害資料，分析了這50多年臺風暴潮災(zāi)害情況及臺風暴潮災(zāi)害的地理特征；王建軍[5]利用ArcGIS系列軟件，研發(fā)了B/S模式的風暴潮災(zāi)害預(yù)報與疏散系統(tǒng)，實現(xiàn)了查詢風暴潮災(zāi)害發(fā)生時的風暴增水值、淹沒區(qū)域圖、風險評估圖以及疏散路徑圖；甘申東等[6]系統(tǒng)總結(jié)了我國南海沿海臺風風暴潮的生成特點、災(zāi)害損失發(fā)生規(guī)律、災(zāi)害特征、災(zāi)害成因及強度影響因素，指出近些年來南海沿海臺風風暴潮發(fā)生頻率及其強度均有增加的趨勢，特大臺風風暴潮發(fā)生的頻率及損失強度也有所加大；此外，還有學者[7—10]對風暴潮的預(yù)防策略及災(zāi)害評估進行了研究，特別是針對海洋風暴潮災(zāi)害預(yù)報和預(yù)警進行了深入研究，即在風暴潮來襲時，提前給出風暴潮行進路線范圍以便提前預(yù)警告知人們。黃毅宇等[11]在分析我國應(yīng)急預(yù)案編制過程中存在的問題的基礎(chǔ)上，探討了如何利用情景分析的方法實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的有效編制的程序，所搭建的理論框架對于形象模擬災(zāi)害現(xiàn)場、合理指導應(yīng)急工作的展開具有一定的意義。總之，目前風暴潮災(zāi)害輔助決策系統(tǒng)一般可實現(xiàn)路徑查詢、風暴潮信息發(fā)布、風暴潮模擬、歷史災(zāi)害資料查詢以及災(zāi)情評估，但較少涉及災(zāi)害中如何獲取氣象、水文、人員、物資、工情的信息，如何因地制宜地安全轉(zhuǎn)移人員，如何科學合理地調(diào)度物資服務(wù)救災(zāi)，如何進行受災(zāi)地區(qū)的工情實時監(jiān)測，也缺乏與受災(zāi)具體地點相聯(lián)系的小尺度的風暴潮災(zāi)害中可視化預(yù)案等。為此，本文在整合風暴潮災(zāi)害中數(shù)據(jù)資源和功能資源基礎(chǔ)上，建立了基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了風暴潮災(zāi)害中實時地監(jiān)控受災(zāi)地區(qū)的氣象、水文、工情的情況，科學選擇風暴潮預(yù)案，合理調(diào)度物資，就地安排人員搶險，通知指導漁船回港避險等小尺度的預(yù)案輔助決策可視化，解決了政府減災(zāi)防災(zāi)機構(gòu)及部門在風暴潮災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)過程中特別關(guān)注的怎樣科學地采取措施減少人員傷亡降低財產(chǎn)損失的問題，可為政府相關(guān)的職能部門防風救災(zāi)工作提供重要的輔助決策支撐平臺，為做好海南省及同類地區(qū)防風減災(zāi)工作，最大限度地減少災(zāi)害損失提供有力保障。

1 事件驅(qū)動問題描述及過程機制

當前應(yīng)用于風暴潮減災(zāi)防災(zāi)決策系統(tǒng)大多是按照數(shù)據(jù)類型和業(yè)務(wù)功能模塊來管理組織應(yīng)用業(yè)務(wù)及使用信息數(shù)據(jù)流，諸如數(shù)據(jù)采集傳輸模塊、風暴潮監(jiān)測管理模塊、風暴潮預(yù)警模塊、工情管理模塊、雨水情管理模塊、預(yù)案管理模塊、防風物資管理模塊、搶險隊伍管理模塊、災(zāi)害統(tǒng)計管理模塊、災(zāi)后評估模塊等。這種按照功能驅(qū)動的應(yīng)用系統(tǒng)，功能模塊之間是被動的激活調(diào)用，孤立地存在于功能菜單中，并不能以風暴潮這一事件觸發(fā)而驅(qū)動相關(guān)聯(lián)的操作，決策者、使用者需要在不同的功能模塊菜單中反復(fù)尋找可能有用的功能。而實際應(yīng)用決策中，相關(guān)的防風救災(zāi)管理者往往是在風暴潮這一事件發(fā)生后，重點關(guān)注的是怎樣圍繞該事件而展開的一系列過程活動并形成科學有序的決策方案?；谑录?qū)動的架構(gòu)可以解決這一問題，實現(xiàn)將決策需求同各功能單元按服務(wù)于風暴潮災(zāi)害中救災(zāi)這一主線形成一個聯(lián)動的有機整體。

1.1 事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策的問題描述

事件驅(qū)動系統(tǒng)的各個組件和服務(wù)是相互獨立的，事件產(chǎn)生者時刻監(jiān)視事件的發(fā)生并發(fā)布相關(guān)的消息,而各個相互獨立的組件和服務(wù)得到消息后,自動完成各自的業(yè)務(wù)[12]。風暴潮災(zāi)害中輔助決策就是實時監(jiān)視災(zāi)情事件，以風暴潮災(zāi)情發(fā)生事件為系統(tǒng)驅(qū)動源，針對風暴潮災(zāi)害中輔助決策的每一步流程來設(shè)計標準化的功能模塊，依據(jù)預(yù)案中場景描述提取判定規(guī)則及相應(yīng)的響應(yīng)功能服務(wù)。響應(yīng)功能服務(wù)主要以事件(諸如查詢、報警、匹配、處理等)為驅(qū)動，圍繞事件過程而推進并處理操作，其主要內(nèi)容就是政府相關(guān)職能部門獲取該地區(qū)氣象、水文、工情的信息，分析災(zāi)情發(fā)展態(tài)勢，依據(jù)災(zāi)情等級情況選擇決策方案并啟動對應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，合理安排風暴潮災(zāi)害中搶險隊伍人員就近救災(zāi)，組織風暴潮災(zāi)害中的防風物資調(diào)度，指揮風暴潮災(zāi)害中受災(zāi)人員安全轉(zhuǎn)移等措施。

1.2 基于事件驅(qū)動的過程機制

基于事件驅(qū)動的業(yè)務(wù)流程可實現(xiàn)主動式的事件驅(qū)動的服務(wù)響應(yīng)。執(zhí)行系統(tǒng)功能模塊的觸發(fā)是基于事件的，而規(guī)則是由事件、條件、動作構(gòu)成的。使用事件規(guī)則可以描述基于事件觸發(fā)規(guī)則的執(zhí)行過程。該規(guī)則的表達形式如下：

WHEN Event

IF Condition THEN

Action

END IF

END WHEN

其中：Event代表事件模式;Condition代表滿足的條件集;Action為響應(yīng)功能模塊服務(wù)集。

一個事件可以定義為

e=f(id,type,a,t)

式中:id為事件唯一標識碼；type為事件類型，包括時間性事件E_TIME、程序性事件E_PROGRAM、用戶自定義事件E_USER；a為事件的屬性；t為事件發(fā)生的時間。

復(fù)雜事件由簡單事件組合或通過事件聚合算子聚合而成，可表示為

e=f(id,type,a,fz,ts,te)

式中：fz為事件向量的集合{e1,e2,…,en};ts為復(fù)雜事件開始時間;te為復(fù)雜事件結(jié)束時間。

復(fù)雜事件由多個簡單事件組合，在時間上由子事件有序延續(xù)?；谑录?qū)動的過程機制如圖1所示。

在風暴潮持續(xù)變化過程中，每個事件的觸發(fā)就表示發(fā)生了一次變化。本文以觸發(fā)風暴潮災(zāi)害中搶險隊伍調(diào)度事件為基本事件來進行描述，該事件可描述表達為如下公式：

e={teamID,teamTYPE,(teamJW,teamLOCATION,teamNUMBER,teamLEADER,teamTEL),t}

式中:teamID為搶險隊伍調(diào)度事件編號;teamTYPE為搶險隊伍調(diào)度事件類型；teamJW為搶險隊伍位置的經(jīng)緯度;teamLOCATION為搶險隊伍的行政區(qū)位置;teamNUMBER為搶險隊伍人數(shù);teamLEADER為搶險隊伍的負責人;teamTEL為搶險隊伍聯(lián)系方式，它們共同構(gòu)成搶險隊伍調(diào)度事件屬性集合;t為事件發(fā)生的時間。

本文以風暴潮災(zāi)害中搶險隊伍調(diào)度事件為例，解析事件驅(qū)動的執(zhí)行機制。當風暴潮災(zāi)害預(yù)警產(chǎn)生，防風救災(zāi)決策職能部門分析受災(zāi)地區(qū)相關(guān)信息數(shù)據(jù)，將搶險隊伍調(diào)度事件eTEAM分解成若干簡單事件,如esearch查詢隊伍信息事件、ematching處理規(guī)則匹配事件、eaction執(zhí)行處理事件、eGUI顯示隊伍信息事件等。按照風暴潮應(yīng)急處理預(yù)案的處理業(yè)務(wù)流程及規(guī)定的措施，按照事件觸發(fā)規(guī)則，觸發(fā)相應(yīng)的Action系統(tǒng)執(zhí)行模塊實施救災(zāi)行為操作。

2 應(yīng)用實例

本文以臺風風暴潮“山神”影響海南省為例，使用基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策過程來進行分析。2012年10月27日第23號臺風風暴潮“山神”形成，27日到達海南省三亞市以南海面，凌晨“山神”開始在三亞市近海海面強度迅速加強。受“山神”影響，10月26—30日，海南省南部大面積出現(xiàn)降雨，平均降雨量為100～220 mm，局部地區(qū)降雨量超過250 mm。據(jù)初步統(tǒng)計，“山神”造成海南省126.6萬人受災(zāi)，因災(zāi)死亡1人，因災(zāi)失蹤6人，緊急轉(zhuǎn)移安置人口5.2萬人，農(nóng)作物受災(zāi)面積4.47×104hm2，直接經(jīng)濟損失達12.7億元。針對該風暴潮災(zāi)害，基于事件觸發(fā)規(guī)則及相應(yīng)的執(zhí)行功能模塊，該決策過程可分解為：政府相關(guān)職能部門的指揮人員掌握災(zāi)害地區(qū)的工情信息，如避風港漁船回港情況、潮位站潮位高度、雨量站降雨情況、河流水庫水位情況、堤防水閘的淹沒水位等信息；針對災(zāi)害情況制訂抗風救災(zāi)的計劃，即合理安排救災(zāi)隊伍實施救災(zāi)，就近調(diào)度防風救災(zāi)物資，確定受災(zāi)人員安全轉(zhuǎn)移線路，指導漁船回港避險。

2.1 掌握風暴潮災(zāi)害中工情信息

工情信息是指在防風暴潮過程中的水庫、河流、堤防、水閘、防洪樓、水文站、水位站、雨量站、潮位站、避風港等工程設(shè)施運行狀況及數(shù)據(jù)信息。實時掌握風暴潮災(zāi)害中相關(guān)的工情數(shù)據(jù)是進行科學分析決策的基礎(chǔ)。指揮調(diào)度人員在風暴潮災(zāi)害中可觸發(fā)定位查詢事件找到想要找的工程設(shè)施，觸發(fā)工情信息事件查看工程設(shè)施運行狀況、災(zāi)害相關(guān)的預(yù)案；防風指揮人員可觸發(fā)短信發(fā)送事件向漁船漁排發(fā)送信息告知漁港狀況信息及位置信息，觸發(fā)最優(yōu)路線事件搜索漁排漁船停靠合理的港口、可行的回港航線。圖2為瓊海市潭門漁港風暴潮災(zāi)害中的工情信息，包括漁港所在地瓊海市、漁港等級分類為中心漁港、漁港詳細信息、漁港周邊查詢、漁船回港路徑分析，并用不同的標記符號來標明漁港的三種不同的類別：中心漁港、一級漁港、二級漁港。

2.2 安排風暴潮災(zāi)害中搶險隊伍

風暴潮災(zāi)害中搶險隊伍操作主要提供指揮調(diào)度人員直觀簡潔查詢搶險隊伍，快速了解搶險隊伍的分布和人力情況，合理調(diào)動安排搶險人員。圖3為海南省松濤水庫可能淹沒的下游村莊以及涉淹村莊周圍的搶險隊伍情況。圖3中紅色標記符號‘隊’代表搶險小分隊，小紅旗符號標記為涉淹村莊周圍的安全轉(zhuǎn)移點，藍色標記符號‘淹’代表可能淹沒的下游村莊。圖中示例搶險小分隊位置為陽江農(nóng)場，地理坐標為東經(jīng)109.755 194、北緯19.298 395，搶險隊伍人數(shù)為500人。防風防災(zāi)相關(guān)部門可根據(jù)預(yù)案中松濤水庫周邊部署的搶險隊伍情況來合理調(diào)度人員，同時針對可能涉淹的下游村莊安排就近的搶險隊做好緊急預(yù)備工作。

2.3 調(diào)度風暴潮災(zāi)害中防風物資

防風物資操作實現(xiàn)對防風物資諸如指揮船、橡皮舟、沖鋒舟、救生衣、救生圈、編織袋、鉛絲、石方、砂石料等的增加、刪除、修改、查詢，以便于指揮調(diào)度人員查詢防風物資放置的地點、物資類型及數(shù)量，合理安排物資用于防風救災(zāi)。海南全省物資倉庫分布地點包括昌江縣倉庫、定安縣倉庫、東方市倉庫、戈枕水庫倉庫、樂東縣倉庫、瓊中縣倉庫、三亞市倉庫、松濤水庫倉庫、白沙縣倉庫、大廣壩水庫倉庫等。防風防災(zāi)相關(guān)部門可按照距離情況、道路情況等分析確定調(diào)用物資的倉庫及運送的線路，以達到高效科學防風救災(zāi)。圖4為2012年松濤水庫倉庫的位置分布及其防風物資儲備情況。圖4中綠色符號標記‘倉’代表防風物資儲備倉庫，防汛物資儲備情況：袋類為4 551條，土石布為3 341 m2，砂石料為3 646 m3，塊石為2 301 m3，樁木為45.13 m3，救生衣為1 007件，救生圈為83件，搶險救生舟1艘。

3 結(jié) 論

本文提出了一種基于事件驅(qū)動的風暴潮災(zāi)害中輔助決策的實現(xiàn)過程機制，在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了風暴潮災(zāi)害中輔助決策系統(tǒng)，并應(yīng)用于小尺度的防風救災(zāi)輔助決策預(yù)案可視化中，解決了如何進行受災(zāi)地區(qū)的工情實時監(jiān)測，如何合理地安排搶險隊伍，如何科學地調(diào)度物資服務(wù)救災(zāi)，如何因地制宜地安全轉(zhuǎn)移人員，如何與受災(zāi)具體地點相聯(lián)系的小尺度的防風救災(zāi)決策中面臨的實際問題，為防風減災(zāi)機構(gòu)及部門領(lǐng)導正確地輔助決策、科學地調(diào)度各種資源、隨時隨地在互聯(lián)網(wǎng)上簡單高效操作提供了可視化的管理支撐平臺。通過將該系統(tǒng)應(yīng)用于2012年影響海南省的風暴潮防風救災(zāi)中，實現(xiàn)了科學選擇緊急轉(zhuǎn)移預(yù)案，合理選定受災(zāi)地區(qū)災(zāi)民安全轉(zhuǎn)移安置場所，確定轉(zhuǎn)移危舊房屋及低洼、危險地段房屋等危險區(qū)域群眾路線，協(xié)助有關(guān)部門通知漁船回港、漁排人員上岸緊急避險，從而減少了人員傷亡，降低了直接和間接經(jīng)濟損失。

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Decision Support System of Storm Surge Disaster on Event-driven Basis

ZHANG Guangping1,2,XIE Zhong1,LUO Xiangang1,ZHANG Chenxiao3

(1.FacultyofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;2.SchoolofMathematicsandComputerScience,QinzhouUniversity,Qinzhou535099,China;3.SchoolofOceanScience,QinzhouUniversity,Qinzhou535099,China)

This paper presents an implementation mechanism for the decision support system of storm surge disaster on the event-driven basis which makes decisions about the treatment of the real-time monitoring,the reasonable scheduling of material,the arrangement of rescue teams, and safety guidance for fishing boats in storm surge disaster areas.It solves the practical problems in the disaster relief decisions associated with the specific disaster locations.The application results of the decision support system in the wind disaster reduction in Hainan Province show that this system provides scientific,effective and visual decision support to government departments.Key words:event-driven;storm surge disasters;decision support system

1671-1556(2015)01-0051-05

2014-03-03

2014-10-20

國土資源部公益性行業(yè)科研專項項目(201211055)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項

張廣平(1975—)，男，博士研究生，講師，主要從事災(zāi)害決策支持模型及GIS在災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警預(yù)報中的應(yīng)用等方面的研究。E-mail: zhang1344895364@gmail.com

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10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.01.009

羅顯剛(1980—)，男，博士研究生，講師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害及網(wǎng)絡(luò)三維方面的研究。E-mail:Billxg@126.com

資金項目(CUGL130259)；欽州市科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(2011813901)