營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急保障方案仿真推演評(píng)估方法

張 寒, 黃炎焱, 耿 澤, 張 振

(南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇 南京 210094)

0 引 言

作戰(zhàn)部隊(duì)作為保護(hù)國(guó)家和人民利益的武裝力量,肩負(fù)著保衛(wèi)國(guó)家安全的重要職責(zé),部隊(duì)建設(shè)水平直接關(guān)乎國(guó)家安全。營(yíng)區(qū)作為部隊(duì)日常訓(xùn)練、工作和生活的主要場(chǎng)所,是部隊(duì)重要物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)于部隊(duì)建設(shè)發(fā)展具有重要的職責(zé)和使命:戰(zhàn)時(shí)部隊(duì)需要依托營(yíng)區(qū)進(jìn)行各項(xiàng)相關(guān)的軍事保障和調(diào)度,非戰(zhàn)時(shí)營(yíng)區(qū)為部隊(duì)各項(xiàng)相關(guān)的日常工作訓(xùn)練提供保障支持,因此營(yíng)區(qū)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)直接影響著部隊(duì)的戰(zhàn)斗力水平?！爸腔蹱I(yíng)區(qū)”建設(shè)的開(kāi)展使得部隊(duì)營(yíng)區(qū)在生活及安防水平上有所改善,但是在應(yīng)對(duì)復(fù)雜突發(fā)事件情景下應(yīng)急指揮管理能力依然較為薄弱,特別是缺乏針對(duì)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件快速響應(yīng)的行動(dòng)保障方案支持。復(fù)雜突發(fā)事件應(yīng)急管理問(wèn)題是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者圍繞突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)過(guò)程及應(yīng)急方案予以研究。文獻(xiàn)[3-4]針對(duì)地震、暴恐等非常規(guī)突發(fā)事件應(yīng)急保障方案開(kāi)展論證研究,主要采用基于作戰(zhàn)環(huán)思想建立應(yīng)急指揮模型,同時(shí)進(jìn)行應(yīng)急效能的仿真評(píng)估,取得了良好效果。

營(yíng)區(qū)應(yīng)急管理問(wèn)題,屬于應(yīng)急作戰(zhàn)的研究范疇,對(duì)于應(yīng)急保障方案評(píng)估及仿真推演的研究,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者更多的是立足于民生相關(guān)的自然災(zāi)害預(yù)防和應(yīng)急管理理論方法等層面的研究。新時(shí)期營(yíng)區(qū)生活水平以及安防建設(shè)取得了一定進(jìn)展,但對(duì)于營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急指揮管理和應(yīng)急保障行動(dòng)方案建設(shè)仍屬于較為薄弱的環(huán)節(jié)。隨著對(duì)外維和部隊(duì)的增加以及海外軍事基地建設(shè),迫切需要提升營(yíng)區(qū)應(yīng)急指揮管理水平?！胺彩骂A(yù)則立,不預(yù)則廢”。部隊(duì)營(yíng)區(qū)無(wú)論是在戰(zhàn)爭(zhēng)和非戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)都面臨著突發(fā)事件的挑戰(zhàn)與威脅。著眼于新形勢(shì)新使命,圍繞能打仗打勝仗為核心開(kāi)展?fàn)I區(qū)建設(shè)的研究,特別是構(gòu)建營(yíng)區(qū)綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng),加強(qiáng)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件狀態(tài)下的應(yīng)急管理水平,切實(shí)保障官兵人身安全以及軍事設(shè)施的安全,具有極大的現(xiàn)實(shí)意義與緊迫性。

為此,本文以營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急指揮與管理為背景,利用突發(fā)事件情景、案例推理、兵棋推演方法開(kāi)展對(duì)應(yīng)急保障行動(dòng)方案的生成與推演評(píng)估研究,旨在提升營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急管理水平。

1 營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案分析評(píng)估總體框架

本節(jié)將根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)特點(diǎn),結(jié)合OODA(observation, orientation, decision, and action)作戰(zhàn)環(huán)思想,建立突發(fā)事件應(yīng)急分析評(píng)估框架。

1.1 OODA作戰(zhàn)環(huán)理論與應(yīng)急響應(yīng)分析

決策環(huán)理論是美國(guó)空軍上校約翰·博伊德于20世紀(jì)70年代提出的,OODA分別表示為observer(觀察)、orient(判斷)、decide(決策)、act(行動(dòng)),博伊德最初是以空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用為目的創(chuàng)立了該理論,該理論的提出為決策的科學(xué)化提供了新的途徑和手段。立足于應(yīng)急響應(yīng)過(guò)程分析:應(yīng)急保障方案行動(dòng)響應(yīng)的快速響應(yīng)過(guò)程(見(jiàn)圖1)可以看作是準(zhǔn)確快速完成作戰(zhàn)環(huán)過(guò)程,能否獲得方案快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)地位通常由兩方面決定:第一是加快“齒輪”的轉(zhuǎn)速,也就是完成一次循環(huán)的速度;第二是加大“齒輪”的轉(zhuǎn)動(dòng)力量,也就是每次循環(huán)能達(dá)到的實(shí)際效果。

圖1 應(yīng)急保障方案響應(yīng)過(guò)程Fig.1 Emergency security program response process

對(duì)于營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急指揮過(guò)程中,借助多途徑信息融合及基于歷史案例匹配的應(yīng)急方案決策能夠在作戰(zhàn)環(huán)中提高系統(tǒng)感知和決策的質(zhì)量和速度,使得應(yīng)急保障方案響應(yīng)的判斷、決策、行動(dòng)、觀察環(huán)節(jié)速度加快,從而可以使“齒輪”轉(zhuǎn)速提升,進(jìn)而在方案響應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生迅速性先機(jī)優(yōu)勢(shì);同時(shí)對(duì)應(yīng)急方案集的推演評(píng)估,合理選擇對(duì)當(dāng)前突發(fā)事件應(yīng)急推演效果較好的方案,能夠提高應(yīng)急部分環(huán)節(jié)處置的效能,使得應(yīng)急保障方案響應(yīng)循環(huán)效果更加有效。

兵棋是戰(zhàn)爭(zhēng)中的實(shí)踐產(chǎn)物,也是研究與模擬戰(zhàn)爭(zhēng)的有效工具。兵棋主要由算子、地圖、規(guī)則、隨機(jī)數(shù)生成器、想定等因素構(gòu)成。結(jié)合兵棋對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行推演分析,能夠?qū)ξ磥?lái)戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程和結(jié)局進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè),對(duì)軍事領(lǐng)域進(jìn)行輔助決策,有效提升戰(zhàn)場(chǎng)指揮能力。

1.2 應(yīng)急響應(yīng)分析評(píng)估框架

營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急決策不同于常規(guī)決策問(wèn)題,方案條件通常具有事件情景信息不對(duì)稱或者失真、時(shí)間有限等特征;此外由于突發(fā)事件具有的突發(fā)性以及造成或者可能造成嚴(yán)重社會(huì)安全等特點(diǎn),應(yīng)急保障行動(dòng)方案分析評(píng)估對(duì)于危機(jī)控制及突發(fā)事件破壞性影響有較大關(guān)系。

應(yīng)急方案評(píng)估方法是對(duì)應(yīng)急方案集合進(jìn)行評(píng)估并獲得綜合結(jié)論的有效工具。目前常用的綜合評(píng)價(jià)方法主要可以分為定性評(píng)價(jià)方法、定量評(píng)價(jià)方法和基于統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)價(jià)方法等。其中,定性評(píng)價(jià)方法立足于評(píng)價(jià)對(duì)象分析觀察基礎(chǔ),通過(guò)邏輯分析等步驟,運(yùn)用文字或者語(yǔ)言來(lái)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行描述。常見(jiàn)定性評(píng)價(jià)方法有專家評(píng)分法等。定量評(píng)價(jià)方法是根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象特征,利用數(shù)據(jù)或者語(yǔ)言等信息對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行綜合分析和處理,并獲取評(píng)價(jià)結(jié)果,常見(jiàn)的定量評(píng)價(jià)方法有層次分析法和模糊綜合評(píng)判法等。基于統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)價(jià)方法采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)形式,對(duì)相關(guān)變量之間的相關(guān)性或相似性進(jìn)行分析排序,其評(píng)估結(jié)果的可行性與有效性分析需要借助大量數(shù)據(jù)樣本。

由于營(yíng)區(qū)突發(fā)事件的發(fā)展具有較大隨機(jī)性和模糊性,使用單純定性、定量分析評(píng)估方法無(wú)法考慮到應(yīng)急方案在應(yīng)急過(guò)程中受到突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)性影響,由于定量評(píng)價(jià)方法如模糊綜合評(píng)判方法人工介入環(huán)節(jié)較多,評(píng)判結(jié)果易受到主觀因素影響。上述評(píng)價(jià)方法能夠?qū)v史案例中應(yīng)急方案集合進(jìn)行有效評(píng)價(jià),但無(wú)法對(duì)應(yīng)急方案應(yīng)用在當(dāng)前突發(fā)事件的效果進(jìn)行科學(xué)有效評(píng)估。營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案評(píng)估過(guò)程中對(duì)外部因素進(jìn)行感知與判斷,對(duì)于相關(guān)突發(fā)事件情景與因素特點(diǎn)進(jìn)行分類,進(jìn)一步形成營(yíng)區(qū)突發(fā)事件的歷史案例庫(kù)。采用案例推理方法獲得與當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件情景相匹配的多個(gè)相似歷史案例,構(gòu)建可行方案集合,進(jìn)而對(duì)多個(gè)應(yīng)急方案進(jìn)行評(píng)估分析。按照評(píng)估分析結(jié)果,對(duì)應(yīng)急方案進(jìn)行排序,呈現(xiàn)給決策指揮人員優(yōu)選方案以供選擇分析,流程框架如圖2所示。

圖2 應(yīng)急響應(yīng)評(píng)估理論方法框架Fig.2 Theoretical framework of emergency response evaluation method

本文采用基于兵棋的營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急保障行動(dòng)方案評(píng)估方法,首先對(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)部地理環(huán)境、應(yīng)急資源和突發(fā)事件態(tài)勢(shì)進(jìn)行建模,同時(shí)增加環(huán)境隨機(jī)影響模型進(jìn)行營(yíng)區(qū)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境隨機(jī)性模擬,進(jìn)一步構(gòu)建出計(jì)算機(jī)兵棋推演系統(tǒng),針對(duì)待評(píng)估的應(yīng)急方案集合在該兵棋推演平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際推演分析,結(jié)合實(shí)際推演結(jié)果給出較為客觀的綜合效能評(píng)估度量結(jié)果,同時(shí)兵棋推演系統(tǒng)可視化界面提供實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)顯示和實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)評(píng)估過(guò)程。

基于兵棋的營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急保障方案評(píng)估方法在營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案評(píng)估中的應(yīng)用相較于傳統(tǒng)評(píng)估方法優(yōu)點(diǎn)主要有:

(1) 兵棋推演系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急方案推演的可視化功能可以查看應(yīng)急方案的實(shí)際處置流程,決策指揮人員可以在方案實(shí)施之前進(jìn)行針對(duì)性修改,同時(shí)在推演過(guò)程中能夠隨時(shí)調(diào)整和修改算子,進(jìn)一步強(qiáng)化推演的應(yīng)對(duì)性。

(2) 使用隨機(jī)數(shù)模擬突發(fā)事件發(fā)展的不確定性,取代單純的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量分析,能夠更加準(zhǔn)確地反映應(yīng)急方案的處置效果。

(3) 非突發(fā)事件狀態(tài)下結(jié)合應(yīng)急兵棋推演系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急推演,并對(duì)推演數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、總結(jié)、歸納,對(duì)于更新歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù),增加營(yíng)區(qū)綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng)的應(yīng)急指揮能力具有重要作用。

2 基于兵棋的營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急保障方案建模與評(píng)估技術(shù)

2.1 基于兵棋的營(yíng)區(qū)戰(zhàn)場(chǎng)描述

營(yíng)區(qū)戰(zhàn)場(chǎng)的兵棋表示主要體現(xiàn)在算子與地圖環(huán)境,為便于推演應(yīng)急大本營(yíng)及周邊地圖環(huán)境需要兵棋網(wǎng)格化,故采用六角格地圖代表營(yíng)區(qū)環(huán)境,同時(shí)采用不同棋子代表對(duì)戰(zhàn)雙方力量,依據(jù)預(yù)先設(shè)定規(guī)則及想定場(chǎng)景,并利用骰子模擬真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)上多變性及偶然性,以回合制或?qū)崟r(shí)制方式進(jìn)行模擬推演。

在圖3所示的某營(yíng)區(qū)兵棋推演模擬地圖中,紅色粗線為營(yíng)區(qū)邊界,黑色線為營(yíng)區(qū)內(nèi)道路,相關(guān)設(shè)施采用不同的樣式圖標(biāo)表示在六角格中。

圖3 H營(yíng)區(qū)兵棋推演地圖設(shè)計(jì)Fig.3 Simulation map of wargaming in H camp

在該兵棋推演的系統(tǒng)規(guī)則中,所有應(yīng)急資源單位在機(jī)動(dòng)的時(shí)候必須沿著道路行駛,并且算子初始位置不在道路上的可以直接到達(dá)相鄰的路上;為了便于對(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)外部環(huán)境進(jìn)行描述,營(yíng)區(qū)內(nèi)部每個(gè)六角格距離設(shè)定為50 m,營(yíng)區(qū)外部每個(gè)六角格距離設(shè)定為500 m;營(yíng)區(qū)內(nèi)應(yīng)急資源由事先編制應(yīng)急小隊(duì)組成,在基于兵棋推演應(yīng)急方案評(píng)估環(huán)境中表示為相應(yīng)的應(yīng)急棋子,在任務(wù)管理器中對(duì)應(yīng)急棋子下達(dá)任務(wù)之后,應(yīng)急棋子移動(dòng)路徑由推演系統(tǒng)生成。

2.2 營(yíng)區(qū)應(yīng)急兵棋算子建模

在營(yíng)區(qū)綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng)中,應(yīng)急資源棋子是營(yíng)區(qū)應(yīng)急救援力量的統(tǒng)稱,主要用來(lái)表示應(yīng)急救援力量組成情況。例如,表示不同應(yīng)急分隊(duì)相關(guān)能力數(shù)值:人員數(shù)量值、救援力量值、救援裝備值和機(jī)動(dòng)值等。針對(duì)特定的營(yíng)區(qū)環(huán)境,應(yīng)急棋子由事先編制的應(yīng)急救援力量抽象生成,形成應(yīng)急棋子庫(kù),在進(jìn)行應(yīng)急評(píng)估時(shí),針對(duì)不同的應(yīng)急方案,抽調(diào)相應(yīng)的應(yīng)急棋子進(jìn)行推演。

應(yīng)急資源棋子數(shù)學(xué)模型為

={,}

(1)

式中:表示棋子的屬性集,比如位置坐標(biāo)等信息;表示棋子的可用動(dòng)作集。

突發(fā)事件棋子用于描述當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件,通過(guò)對(duì)突發(fā)事件特性分析,在推演過(guò)程中扮演突發(fā)情況,對(duì)突發(fā)事件在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的活動(dòng)規(guī)則進(jìn)行描述,扮演兵棋推演中藍(lán)方與紅方應(yīng)急資源棋子進(jìn)行交互。在營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急兵棋推演中,兵棋規(guī)則主要對(duì)應(yīng)急資源棋子的機(jī)動(dòng)、應(yīng)急處置等進(jìn)行規(guī)則上的限制,通過(guò)規(guī)則的限制可以使應(yīng)急資源棋子行為趨近于現(xiàn)實(shí)情況。在營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案兵棋推演系統(tǒng)中的應(yīng)急棋子命令執(zhí)行之前,通常需要對(duì)該棋子即將進(jìn)行的命令進(jìn)行行動(dòng)合理性檢查,其校驗(yàn)規(guī)則為

=()|∈

(2)

式中:表示對(duì)棋子下達(dá)行動(dòng)命令,該命令應(yīng)當(dāng)是棋子當(dāng)前可用行動(dòng)集的子集;表示檢驗(yàn)函數(shù),其返回值為布爾類型,判斷當(dāng)前行動(dòng)命令是否符合規(guī)則,即兵棋推演系統(tǒng)的規(guī)則系統(tǒng)。

2.3 案例結(jié)合匹配模式

對(duì)于營(yíng)區(qū)突發(fā)事件來(lái)說(shuō),情景匹配可以有針對(duì)性地對(duì)突發(fā)事件情景狀態(tài)提供最有效的應(yīng)急方案。營(yíng)區(qū)突發(fā)事件參考知識(shí)元模型采用情景要素名稱和基本屬性描述集合、情景要素狀態(tài)描述集合進(jìn)行描述。

={,,},∈

(3)

式中:表示描述對(duì)象的集合;表示情景要素名稱及屬性描述集合;表示情景狀態(tài)要素描述集合;表示情景要素間關(guān)系描述集合。

由于營(yíng)區(qū)突發(fā)事件復(fù)雜性及不確定性,某些突發(fā)事件情景可能會(huì)存在要素屬性值缺失的情況,會(huì)導(dǎo)致使用傳統(tǒng)近相鄰算法時(shí)產(chǎn)生較大誤差。本文在情景相似度的計(jì)算過(guò)程中加入了計(jì)算結(jié)構(gòu)相似度步驟,采用結(jié)構(gòu)相似度和要素相似度相結(jié)合的全局相似度作為案例匹配標(biāo)準(zhǔn)。定義案例情景庫(kù)中所有情景特征要素集合為,對(duì)比情景的所有特征要素集合為,對(duì)比情景所有特征要素集合為。則情景和情景之間的結(jié)構(gòu)相似度為

(4)

式中:JGSim(,)表示對(duì)比情景和對(duì)比情景間結(jié)構(gòu)相似度;∩表示和交集要素權(quán)重之和;∪表示和并集要素權(quán)重之和。

若情景要素屬性較多,情景要素屬性間相似度可用單個(gè)要素屬性相似度加權(quán)代表。單一屬性間的相似度很容易判斷,內(nèi)容相同則相似度為1,否則就是完全不相似,相似度為0。對(duì)于多要素屬性情景需要使用單一要素屬性相似度組合進(jìn)行計(jì)算,之后進(jìn)行加權(quán)即可:

(5)

根據(jù)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急案例中情景要素取值和特征,將常見(jiàn)屬性類型劃分為3類:確定數(shù)值型要素、布爾型要素和模糊型要素。對(duì)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件情景進(jìn)行形式化表示時(shí),將所有營(yíng)區(qū)突發(fā)事件情景要素分為上述3類,便于對(duì)每種要素進(jìn)行相似度計(jì)算,分類如表1所示。

表1 營(yíng)區(qū)突發(fā)事件情景要素分類Table 1 Classification of elements of emergency situation in the camp

(1) 確定數(shù)值型要素。例如風(fēng)速、無(wú)人機(jī)高度等。使用歐氏距離對(duì)確定數(shù)值型要素的相似度進(jìn)行計(jì)算:

(6)

式中:表示當(dāng)前應(yīng)急案例中第個(gè)要素的值;表示歷史案例中第個(gè)要素的值;max表示第個(gè)要素取值范圍中最大的值;min表示第個(gè)要素取值范圍中最小的值。

(2) 布爾型要素。例如使用明確文本或字符等術(shù)語(yǔ)表示,一般可以比較兩者的屬性值來(lái)比較該要素相似度。即當(dāng)屬性值相同時(shí),二者相似度為1,不同時(shí)相似度為0:

(7)

(8)

(9)

在最近相鄰算法基礎(chǔ)上,采用情景結(jié)構(gòu)相似度與情景要素屬性相似度相結(jié)合的計(jì)算方法,避免了突發(fā)事件情景中某些要素屬性值缺失造成匹配結(jié)果差異較大問(wèn)題,計(jì)算公式為

sim(,)=JGSim(,)·YSSim(,)=

(10)

2.4 應(yīng)急方案推演評(píng)估流程

基于應(yīng)急兵棋推演系統(tǒng)的營(yíng)區(qū)應(yīng)急方案評(píng)估是指揮決策人員在應(yīng)急兵棋推演系統(tǒng)模擬的突發(fā)事件情景環(huán)境和處置過(guò)程中,按照應(yīng)急方案集中應(yīng)急任務(wù)實(shí)施流程,提取和細(xì)化應(yīng)急方案評(píng)估指標(biāo),采用兵棋復(fù)盤關(guān)聯(lián)進(jìn)行應(yīng)急算子實(shí)際推演,整理離散營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù),結(jié)合兵棋推演系統(tǒng)推演結(jié)果進(jìn)行應(yīng)急方案整體風(fēng)險(xiǎn)效益評(píng)估,從而對(duì)比篩選最優(yōu)的應(yīng)急方案。應(yīng)急方案評(píng)估流程如圖4所示。

圖4 基于兵棋推演的應(yīng)急方案評(píng)估流程框圖Fig.4 Emergency plan evaluation process based on war gaming

兵棋推演環(huán)境構(gòu)建部分按照以下3個(gè)步驟進(jìn)行:

根據(jù)實(shí)際地圖環(huán)境構(gòu)建兵棋推演地理環(huán)境;

根據(jù)突發(fā)事件信息,如事件類型、事件位置和事件發(fā)展程度等設(shè)置地圖特定位置屬性值以及突發(fā)事件仿真實(shí)體;

導(dǎo)入營(yíng)區(qū)所有應(yīng)急棋子以及推演規(guī)則等,兵棋推演環(huán)境的構(gòu)建是進(jìn)行基于兵棋推演的應(yīng)急方案評(píng)估的前提。

其中,兵棋推演地圖是根據(jù)特定的營(yíng)區(qū)地理環(huán)境抽象而成,應(yīng)急棋子根據(jù)特定營(yíng)區(qū)實(shí)際應(yīng)急力量編制抽象而成,推演規(guī)則由通用規(guī)則和某些特定營(yíng)區(qū)規(guī)則組成,推演地圖和應(yīng)急棋子通常為預(yù)先編制,需要用到什么樣式的地圖或者哪種應(yīng)急資源仿真實(shí)體,直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用相應(yīng)內(nèi)容即可。為了對(duì)上文生成的營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案集進(jìn)行評(píng)估,需要先向基于兵棋推演的應(yīng)急方案評(píng)估系統(tǒng)導(dǎo)入應(yīng)急方案集,后續(xù)按照順序載入應(yīng)急方案進(jìn)行仿真推演。

2.5 應(yīng)急效能評(píng)估指標(biāo)

應(yīng)急效能評(píng)估指標(biāo)集是對(duì)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案進(jìn)行能力評(píng)估的基礎(chǔ),是應(yīng)急決策能力各方面特性的體現(xiàn)。結(jié)合營(yíng)區(qū)突發(fā)事件兵棋推演系統(tǒng)的特點(diǎn),本文構(gòu)建了如表2所示的應(yīng)急方案評(píng)估指標(biāo)體系和指標(biāo)權(quán)重。

表2 應(yīng)急方案評(píng)估指標(biāo)集Table 2 Emergency plan evaluation index set

在建立應(yīng)急方案評(píng)估指標(biāo)集后,對(duì)兵棋推演戰(zhàn)報(bào)的相關(guān)數(shù)據(jù)與該指標(biāo)集進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析。其中,應(yīng)急響應(yīng)能力采用各個(gè)應(yīng)急資源單位到達(dá)指定任務(wù)地點(diǎn)的回合數(shù)描述,緊急救援能力使用急救單位、救援單位等對(duì)被困和傷亡人員的營(yíng)救回合數(shù)描述,應(yīng)急處置能力使用應(yīng)急資源棋子與突發(fā)事件棋子之間發(fā)生的行動(dòng)回合數(shù)描述。

2.6 推演數(shù)據(jù)評(píng)估

在營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急處置中,對(duì)單個(gè)應(yīng)急方案的推演結(jié)果均以戰(zhàn)報(bào)的形式給出,應(yīng)急處置效果可以通過(guò)查詢戰(zhàn)報(bào)獲得本次推演的結(jié)果,以及應(yīng)急分隊(duì)在應(yīng)急處置過(guò)程中的損失情況。戰(zhàn)報(bào)主要分為應(yīng)急處置戰(zhàn)報(bào)和裁決戰(zhàn)報(bào)。

應(yīng)急處置戰(zhàn)報(bào)主要是應(yīng)急算子執(zhí)行應(yīng)急任務(wù)之后取得的應(yīng)急效果,包括本次推演應(yīng)急算子執(zhí)行的所有任務(wù)、任務(wù)的目標(biāo)位置、應(yīng)急算子的損失以及該任務(wù)對(duì)當(dāng)前突發(fā)事件的影響等。

通過(guò)推演過(guò)程中產(chǎn)生的戰(zhàn)報(bào),分析應(yīng)急方案與突發(fā)事件之間的態(tài)勢(shì)變化,評(píng)估各個(gè)方案取得的應(yīng)急效果的大小綜合權(quán)衡,并對(duì)多套應(yīng)急方案進(jìn)行比對(duì),選出應(yīng)對(duì)當(dāng)前突發(fā)事件的輔助應(yīng)急方案。

推演過(guò)程棋子任務(wù)行動(dòng)過(guò)程可表示如下:

={,,…,},≥1

(11)

式中:表示當(dāng)前應(yīng)急方案對(duì)應(yīng)急棋子發(fā)出的第個(gè)任務(wù)指令,單一應(yīng)急方案通常由一個(gè)或者多個(gè)任務(wù)指令組成。

對(duì)于當(dāng)前應(yīng)急方案評(píng)價(jià)結(jié)果描述為

(12)

式中:表示當(dāng)前任務(wù)指標(biāo)權(quán)重;為對(duì)應(yīng)急方案執(zhí)行過(guò)程中的應(yīng)急子任務(wù)效果評(píng)價(jià)函數(shù),()=1-,其中表示任務(wù)執(zhí)行最長(zhǎng)回合數(shù),表示當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行回合數(shù)。在基于兵棋推演的應(yīng)急方案評(píng)估過(guò)程中,該評(píng)價(jià)效果在對(duì)當(dāng)前方案進(jìn)行推演后,由兵棋推演系統(tǒng)戰(zhàn)報(bào)數(shù)據(jù)給出。

針對(duì)多個(gè)應(yīng)急方案進(jìn)行推演評(píng)估時(shí),采用應(yīng)急方案任務(wù)集在推演過(guò)程中完成回合數(shù),作為任務(wù)完成時(shí)間評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),分別從應(yīng)急響應(yīng)能力、危機(jī)處置能力及應(yīng)急救援能力等3個(gè)方面對(duì)應(yīng)急方案、應(yīng)急效能進(jìn)行評(píng)估。

3 案例分析

3.1 基于兵棋的營(yíng)區(qū)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)體系想定

本文將圍繞H營(yíng)區(qū)體系面對(duì)外敵突發(fā)襲擾背景下遂行應(yīng)急指揮與管理決策研究?；谠搹?fù)雜應(yīng)急場(chǎng)景,采用基于兵棋推演方法輔助營(yíng)區(qū)應(yīng)急保障聯(lián)動(dòng)決策。

具體想定:H營(yíng)區(qū)概況如圖5所示,該營(yíng)區(qū)基本面積約為1 km,營(yíng)區(qū)內(nèi)建有指揮所、醫(yī)院、生活區(qū)、訓(xùn)練區(qū)、碼頭、倉(cāng)庫(kù)、儲(chǔ)油罐、軍械庫(kù)、雷達(dá)及消防設(shè)施等用于日常生活訓(xùn)練及在突發(fā)事件下進(jìn)行應(yīng)急處置。營(yíng)區(qū)西部和南部臨近海洋,東部和北部為山。

圖5 H營(yíng)區(qū)平面示意模擬地圖Fig.5 Simulation map of H camp

20**年12月8日13時(shí)30分,天氣晴朗,風(fēng)力2級(jí),無(wú)降雨/雪,能見(jiàn)度高。H營(yíng)區(qū)雷達(dá)在日常戰(zhàn)備運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)測(cè)到有若干不明飛行物從西南方向海面接近營(yíng)區(qū),且距離營(yíng)區(qū)約10 km,飛行高度約3 km,營(yíng)區(qū)應(yīng)急系統(tǒng)迅速反應(yīng),指揮兩組防空應(yīng)急分隊(duì)迅速進(jìn)行防空作戰(zhàn),雖然營(yíng)區(qū)防空應(yīng)急分隊(duì)反應(yīng)及時(shí),但是仍有1架某型無(wú)人機(jī)4 min后進(jìn)入我營(yíng)區(qū)上空,距離約3 km,高度約1 km,目前位于坐標(biāo)(17,22),并投下某型制導(dǎo)炸彈,導(dǎo)致?tīng)I(yíng)區(qū)內(nèi)碼頭的一處油料庫(kù)(14,27)發(fā)生爆炸并進(jìn)入燃燒狀態(tài),燃燒面積大概100 m。同時(shí),位于(15,27)的一處油料庫(kù)因被爆炸破片擊中出現(xiàn)泄露情況,油料庫(kù)存儲(chǔ)的油料類型均為軍艦用燃料油,受到油料庫(kù)爆炸的影響油料庫(kù)周邊存在受傷人員4名,傷員位置位于(16,27)。根據(jù)分析,該情景下,敵方無(wú)人機(jī)已對(duì)我軍營(yíng)區(qū)造成實(shí)質(zhì)性傷害,并發(fā)生了火災(zāi)以及泄露情況,可以將該突發(fā)事件定性為敵特侵襲、火災(zāi)和泄露混合的突發(fā)事件,需要同時(shí)進(jìn)行防空、消防、搜救和急救等多種應(yīng)急措施。

3.2 應(yīng)急決策方案生成

根據(jù)上面相似度較高的兩組歷史案例,HS對(duì)應(yīng)的歷史案例應(yīng)急方案任務(wù)集的主要任務(wù)為進(jìn)行防空作戰(zhàn)、阻止油料庫(kù)泄露、滅火消防、人員搜集與救治等,在歷史案例庫(kù)中,該案例的應(yīng)急方案任務(wù)集如表3所示。

表3 HS3歷史案例應(yīng)急方案任務(wù)集Table 3 HS3 historical case of the emergency plan task set

其中,HS應(yīng)急方案任務(wù)集中任務(wù)間的邏輯關(guān)系如圖6所示。

圖6 HS3應(yīng)急方案任務(wù)集關(guān)系圖Fig.6 Task set relationship diagram of HS3 emergency plan

HS對(duì)應(yīng)的歷史案例應(yīng)急方案的主要目的為防空作戰(zhàn),阻止油料庫(kù)泄露以及燃燒,人員搜救與救治等,在歷史案例庫(kù)中,該案例的應(yīng)急方案任務(wù)集如表4所示,其中,HS應(yīng)急方案任務(wù)集中任務(wù)間的邏輯關(guān)系如圖7所示。

圖7 HS5應(yīng)急方案任務(wù)集關(guān)系圖Fig.7 Task set relationship diagram of HS5 emergency plan

表4 HS5歷史案例應(yīng)急方案任務(wù)集Table 4 HS5 historical case of the emergency plan task set

由于當(dāng)前突發(fā)事件情景與匹配到的歷史突發(fā)事件情景中的某些要素屬性并不完全相同,所以需要利用應(yīng)急方案修正知識(shí)庫(kù)和突發(fā)事件情景中某些要素屬性的不同程度,對(duì)應(yīng)急方案任務(wù)集進(jìn)行修正。

對(duì)于HS突發(fā)事件案例的應(yīng)急方案任務(wù)集,通過(guò)自動(dòng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),在當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件中,不存在人員被困的情況,因此刪除任務(wù)集中的人員搜救相關(guān)任務(wù);由于當(dāng)前突發(fā)事件中的泄露量較大,因此將阻止泄露中的消防需求增加至30。

針對(duì)HS突發(fā)事件案例的應(yīng)急方案任務(wù)集,通過(guò)自動(dòng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),在當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件中,不存在人員被困等情況,因此刪除任務(wù)集中的人員搜救相關(guān)任務(wù)和。

經(jīng)過(guò)對(duì)歷史案例應(yīng)急方案任務(wù)集的基本修正,基于營(yíng)區(qū)應(yīng)急資源對(duì)生成的針對(duì)當(dāng)前突發(fā)事件的兩個(gè)應(yīng)急方案任務(wù)集進(jìn)行任務(wù)分配,結(jié)合營(yíng)區(qū)應(yīng)急資源集進(jìn)行任務(wù)分配求解,可以得到兩個(gè)應(yīng)急方案任務(wù)集的任務(wù)分配與調(diào)度甘特圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 HS3應(yīng)急方案任務(wù)集任務(wù)分配甘特圖Fig.8 Task allocation for task set of HS3 emergency plan via Gantt chart

圖9 HS5應(yīng)急方案任務(wù)集任務(wù)分配甘特圖Fig.9 Task allocation for task set of HS5 emergency plan via Gantt chart

3.3 應(yīng)急方案推演評(píng)估

根據(jù)上文使用任務(wù)分配方法對(duì)應(yīng)急方案任務(wù)集結(jié)合當(dāng)前營(yíng)區(qū)應(yīng)急資源進(jìn)行任務(wù)分配,將生成的3個(gè)任務(wù)方案任務(wù)集依次導(dǎo)入到兵棋推演方案評(píng)估環(huán)境中,其在兵棋環(huán)境中的行動(dòng)概圖分別如圖10和圖11所示。

圖10 HS3應(yīng)急方案任務(wù)執(zhí)行概圖Fig.10 HS3 emergency plan task execution overview

圖11 HS5應(yīng)急方案任務(wù)執(zhí)行概圖Fig.11 HS5 emergency plan task execution overview

圖10為基于HS歷史案例并經(jīng)過(guò)修改后的應(yīng)急方案任務(wù)集在兵棋推演系統(tǒng)中的應(yīng)急資源單位任務(wù)執(zhí)行概圖,其中U11和U12消防分隊(duì)執(zhí)行阻止泄露任務(wù);U13等分隊(duì)執(zhí)行滅火消防任務(wù);U21和U22等分隊(duì)執(zhí)行防空作戰(zhàn)任務(wù);U61和U62急救分隊(duì)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)救治和傷員轉(zhuǎn)移任務(wù)。

圖11為基于HS歷史案例并經(jīng)過(guò)修改后的應(yīng)急方案任務(wù)集在兵棋推演系統(tǒng)中的應(yīng)急資源單位任務(wù)執(zhí)行概圖,其中U11和U12消防分隊(duì)執(zhí)行阻止泄露任務(wù);U13等分隊(duì)執(zhí)行滅火消防任務(wù);U21、U22、U23和U24等防空分隊(duì)執(zhí)行防空作戰(zhàn)任務(wù);U61和U62急救分隊(duì)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)救治和傷員轉(zhuǎn)移任務(wù)。

可以看出,基于HS歷史案例并經(jīng)過(guò)修改后的應(yīng)急方案任務(wù)集相較于HS歷史案例的應(yīng)急方案任務(wù)集,增加了現(xiàn)場(chǎng)保障、防空偵察和防空作戰(zhàn)等子任務(wù)。

針對(duì)每種應(yīng)急方案推演結(jié)束后,統(tǒng)計(jì)推演結(jié)果數(shù)據(jù),可以將每種應(yīng)急方案的應(yīng)急效果按照回合數(shù)表示,如表5所示。從表5可以看出,HS應(yīng)急方案相較于HS應(yīng)急方案,在撲滅火源、阻止泄露和防空作戰(zhàn)3項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)的任務(wù)完成回合數(shù)較少,根據(jù)上文應(yīng)急方案評(píng)估指標(biāo),計(jì)算出HS應(yīng)急方案任務(wù)集對(duì)當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件的應(yīng)急效能為0.829 7,HS應(yīng)急方案任務(wù)集對(duì)當(dāng)前營(yíng)區(qū)突發(fā)事件的應(yīng)急效能為0.839 3。通過(guò)橫向?qū)Ρ?HS應(yīng)急方案的應(yīng)急效能相對(duì)于HS應(yīng)急方案的應(yīng)急效能更好。

表5 應(yīng)急方案處置效能Table 5 Emergency plan handling efficiency

綜上所述,在對(duì)營(yíng)區(qū)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急推演模擬中,結(jié)合歷史案例并加以修正之后的應(yīng)急方案,能在突發(fā)事件的應(yīng)急推演評(píng)估中取得較好的應(yīng)急效能,同時(shí)在復(fù)雜的推演執(zhí)行回合中,采取HS應(yīng)急方案執(zhí)行推演的回合數(shù)也相對(duì)于HS應(yīng)急方案更少,意味著效率更佳。這說(shuō)明,使用本文所設(shè)計(jì)推演評(píng)估方法對(duì)應(yīng)急方案的決策評(píng)估具有較好的借鑒意義。

4 結(jié) 論

采用上述營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案評(píng)估分析方法,以某營(yíng)區(qū)發(fā)生敵特侵襲、火災(zāi)和泄露的混合突發(fā)事件為背景,完成的研究工作及結(jié)論如下:① 能夠根據(jù)突發(fā)事件情景并基于案例推理的方法生成應(yīng)急方案的準(zhǔn)確性;② 利用營(yíng)區(qū)突發(fā)事件應(yīng)急方案任務(wù)分配方法,針對(duì)匹配的應(yīng)急方案任務(wù)集,結(jié)合營(yíng)區(qū)內(nèi)應(yīng)急方案任務(wù)集進(jìn)行任務(wù)分配進(jìn)而形成針對(duì)當(dāng)前營(yíng)區(qū)可執(zhí)行的任務(wù)-資源分配方案;③ 采用基于兵棋推演的應(yīng)急方案評(píng)估分析,驗(yàn)證了兵棋推演分析方法對(duì)多種應(yīng)急方案進(jìn)行推演評(píng)估的有效性。研究結(jié)果表明在完成應(yīng)急任務(wù)的前提下,方案執(zhí)行推演的回合數(shù)少、應(yīng)急處置效率高,在應(yīng)急保障方案制定過(guò)程中需要合理優(yōu)化應(yīng)急行動(dòng)步驟。