我國地貌形態(tài)多樣、地質(zhì)構(gòu)造復雜,地殼斷裂活動普遍,加之人類活動影響,是世界上地質(zhì)災害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等受地質(zhì)作用影響的地質(zhì)災害隱患多、分布廣。受極端氣象、地震、工程建設加劇等因素的影響,近年來我國地質(zhì)災害頻發(fā)群發(fā),人民群眾生命財產(chǎn)遭受了嚴重的損失,對社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,大規(guī)�；A設施建設與水資源和礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的影響仍在持續(xù),而且本世紀前期氣候變化和地震均趨于活躍期,因此從引發(fā)地質(zhì)災害的內(nèi)外因來看,我國地質(zhì)災害的發(fā)生還將呈現(xiàn)出災害種類多、分布地域廣、發(fā)生頻率高的趨勢。在地質(zhì)災害應急管理與決策過程中通過采取有效的信息化手段,提高對突發(fā)地質(zhì)災害事件的快速反應能力,從而盡量降低災害造成的損失,具有重要的理論意義和實用價值。 地質(zhì)災害應急行動過程通常涉及跨區(qū)域、跨領域的多個部門,需要部門之間的相互協(xié)調(diào)與合作,而信息資源的共享與協(xié)同服務是應急決策支持系統(tǒng)的基礎支撐。地質(zhì)災害應急管理的信息化水平在不斷提升,空間信息技術也已經(jīng)深入地質(zhì)災害應急管理與決策支持的各方面。但是,作為應急決策的重要依據(jù)和知識載體,由各級部門制定的地質(zhì)災害應急預案目前仍然主要以自然語言描述的靜態(tài)文本形式存在,在地質(zhì)災害應急響應與決策過程中存在以下問題。(1)應急響應與決策過程需要多個部門的信息共享與協(xié)同服務,而目前很多決策所需信息是在災害事件發(fā)生后通過人工方式向有關部門詢問獲得,不僅浪費了大量的寶貴時間,而且難以實現(xiàn)快速的信息融合與決策支持分析。(2)靜態(tài)文本預案是非結(jié)構(gòu)化文檔,為應急決策過程提供的信息有限,而且無法實現(xiàn)預案知識的共享和重用,難以有效支持應急決策方案的制定。(3)預案是根據(jù)處置突發(fā)事件的經(jīng)驗預先制定的處置方法,而災害的發(fā)生通常是不可預測的,在應急處置過程中出現(xiàn)應急資源不充足、應急力量變動、信息不確定等情況時,基于文本預案的決策形式具有很大的局限性。 本文的研究旨在為突發(fā)地質(zhì)災害應急決策提供高效、智能、直觀的知識支撐,輔助決策者迅速做出決策,目標是通過有效的技術手段在正確的時機以適當?shù)男问綖閼惫芾砘驔Q策人員提供合適的知識。首先,在出現(xiàn)地質(zhì)災害災情或險情時,面對復雜的應急態(tài)勢,能夠快速獲取決策所需信息并進行智能化的分析,有針對性的為決策者提供可用的決策支持信息。其次,利用GIS的信息分析與展示優(yōu)勢,為決策者提供友好的人機交互界面與直觀可視化的信息,確保決策過程高效、有序進行,但是計算機決不能代替人做出決策。 本文在查閱與調(diào)研國內(nèi)外相關文獻與資料的基礎上,圍繞地質(zhì)災害應急管理與決策過程中信息融合與協(xié)同服務不足、基于文本預案決策形式不足等問題,通過研究應急管理體系與機制、應急決策知識以及決策體系,設計了面向服務的地質(zhì)災害智能化應急決策支持體系。重點研究了基于本體建模理論的地質(zhì)災害應急決策知識表達方法,對基于預案的地質(zhì)災害應急決策所需知識作了形式化表達。并提出了事件態(tài)勢驅(qū)動的地質(zhì)災害智能化應急決策支持模型,以實時應急態(tài)勢為驅(qū)動,將知識本體推理技術與空間輔助決策支持技術相結(jié)合,對地質(zhì)災害應急決策所需基礎空間數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)以及應急決策知識進行無縫融合,為基于應急預案的智能化決策支持提供一種可行的方案。主要開展了以下幾個方面的研究： (1)分析與研究了地質(zhì)災害應急管理與決策體系。首先明確了地質(zhì)災害應急管理的原則與目標以及應急管理的對象范圍,對地質(zhì)災害應急管理組織體系進行了研究,并從應急管理生命周期與工作階段兩個角度對應急管理機制做了詳細的分析,將應急管理生命周期中的預防、準備、響應和恢復的應急管理內(nèi)容與日常管理、汛期預警、臨災響應及災后恢復四個階段的工作進行映射。然后進一步對與地質(zhì)災害應急決策緊密關聯(lián)的地質(zhì)災害預防與預警、災險情速報與處理、應急響應與處置等三個應急業(yè)務過程作了詳細的分析。在分析應急管理體系與機制的基礎上,對地質(zhì)災害應急決策的特征及體系作了詳細分析。地質(zhì)災害應急決策需要大量知識的支持,因此對地質(zhì)災害應急決策所需知識的組成、結(jié)構(gòu)與特征進行詳細分析,指出應急預案中由人力知識與技能知識構(gòu)成的隱性知識是決策支持的重要依據(jù),提出利用本體建模理論對以預案為基礎的應急決策知識進行形式化表達的思路。最后提出了面向服務的地質(zhì)災害智能化應急決策支持體系,明確了本文的研究重點是：在該決策支持體系下,將應急決策知識本體與空間信息技術相結(jié)合,為應急響應與處置過程提供智能決策支持。 (2)利用本體建模理論構(gòu)建了基于預案的地質(zhì)災害應急決策知識本體模型PEOMG。首先對本體建模的相關理論、技術和方法基礎進行研究和了解,包括本體的定義和分類、本體描述語言、語義網(wǎng)規(guī)則語言以及本體構(gòu)建方法論,并且對本體在信息共享、信息檢索、知識服務及決策支持等應用場景的功能做了分析。通過分析國家級、省市級、縣級等多個不同級別的地質(zhì)災害應急預案文本,提取以預案為基礎的應急決策知識建模要素,包括應急管理實體、應急行動過程以及應急業(yè)務規(guī)則。以本體建模的相關理論、技術和方法為基礎,以ABC事件本體模型為頂層本體,通過重用其中的概念和屬性并結(jié)合地質(zhì)災害應急管理的特點對概念及屬性進行擴充,基于網(wǎng)絡本體語言OWL對應急管理實體和應急行動過程進行知識建模。在應急管理實體和應急行動過程本體定義的概念和屬性的基礎上,利用語義網(wǎng)規(guī)則語言SWRL對應急業(yè)務規(guī)則作形式化表達,為基于知識本體推理的地質(zhì)災害智能化應急決策支持奠定基礎。最后以某縣級地質(zhì)災害應急預案為對象進行知識本體建模,驗證了PEOMG的一致性和有效性。 (3)提出了事件態(tài)勢驅(qū)動的地質(zhì)災害智能化應急決策支持模型,重點對該模型中的應急態(tài)勢感知模型、決策知識服務模型以及決策推理與分析進行了研究。態(tài)勢感知是應急決策過程中的重要環(huán)節(jié),是決策者與應急環(huán)境之間的橋梁,為決策方案的制定提供實時應急態(tài)勢信息。首先提出了地質(zhì)災害應急態(tài)勢感知三層模型,包括感知應急情境中的元素、理解當前的應急態(tài)勢以及預測將來的應急狀態(tài),以實現(xiàn)應急決策事件態(tài)勢的實時感知。然后從事件態(tài)勢信息流的角度研究了應急決策知識服務的過程。地質(zhì)災害預警信息流與速報信息流是應急態(tài)勢感知的主要途徑,對于應急決策知識的動態(tài)獲取具有重要的驅(qū)動作用。通過建立決策知識本體服務目錄提供對應急決策知識的服務描述與獲取方式。通過解析預警信息流或速報信息流中的特征元素,獲得事件信息、態(tài)勢信息以及時空信息,與知識本體概念進行動態(tài)映射,提取所需知識項。在此基礎上,以事件實時態(tài)勢信息為驅(qū)動,研究了基于應急決策知識本體與空間信息技術的地質(zhì)災害應急決策推理與分析方法。一方面,通過知識本體推理使決策者在宏觀上明確應急響應級別、應急響應與處置的任務,根據(jù)預案中的人力知識和技能知識指導決策者組織相應的機構(gòu)開展應急行動；另一方面,在時間緊迫、資源緊缺的情況下,考慮到預案知識不能為具體的指揮調(diào)度過程提供直觀的依據(jù),將空間輔助決策分析融入預案智能執(zhí)行的過程,在微觀上以直觀可視化的形式為指揮調(diào)度與態(tài)勢標繪提供技術支持,形成優(yōu)勢互補、宏觀和微觀結(jié)合的智能化決策支持技術體系。 (4)設計并實現(xiàn)了突發(fā)地質(zhì)災害應急預案智能化原型系統(tǒng),對突發(fā)地質(zhì)災害智能應急決策支持模型的理論方法進行驗證。通過梳理應急預案執(zhí)行流程,對區(qū)域地質(zhì)災害預警響應和單體地質(zhì)災害應急響應的流程進行分析與設計�；诿嫦蚍⻊盏募軜�(gòu)思想對系統(tǒng)作了體系結(jié)構(gòu)設計,并以預案執(zhí)行的流程為依據(jù)對系統(tǒng)功能進行合理的組織,實現(xiàn)了基于預案的應急管理與決策支持過程的數(shù)字化、智能化與可視化,驗證了基于知識本體推理與空間輔助決策技術進行智能化應急決策支持的理論方法和技術體系的可行性。 通過論文研究,主要的創(chuàng)新和特色在于：(1)在綜合各級地質(zhì)災害應急預案內(nèi)容的基礎上,通過分析基于預案的地質(zhì)災害應急決策所需知識和技術框架,基于網(wǎng)絡本體語言OWL和語義網(wǎng)規(guī)則語言SWRL建立了基于預案的地質(zhì)災害應急決策知識本體模型PEOMG。通過PEOMG可以在人與人之間以及人與計算機之間實現(xiàn)應急決策知識共享、重用與互操作,為地質(zhì)災害應急決策過程提供了一種語義協(xié)調(diào)機制。以PEOMG為模型基礎,利用本體推理技術為預案流程的智能化執(zhí)行提供了一種方法。(2)提出了事件態(tài)勢驅(qū)動的地質(zhì)災害智能化應急決策支持模型。以事件態(tài)勢信息流為驅(qū)動,通過Jena與Pellet組合進行決策知識推理,使決策者在宏觀上可以明確應急響應級別、應急響應與處置的任務,同時將空間輔助決策支持技術融入知識本體推理過程,在微觀上以直觀可視化的形式為指揮調(diào)度與實時標繪提供支持,從而形成優(yōu)勢互補、宏觀和微觀結(jié)合的智能化決策支持技術體系。
【學位單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：P694;P208
【部分圖文】：

(Preparation)、響應（Response)和恢復（Recovery)四個階段[85],這四個階段形成一個閉環(huán)（如圖2-3),上一階段的出口是下一階段的入口，每個階段都有不同的管理目標和措施，但是各階段的執(zhí)行效果會對下一階段的實施產(chǎn)生影響。

響應的重要信息來源與處置依據(jù)。根據(jù)《國家突發(fā)地質(zhì)災害應急預案》的相關內(nèi)容以及國土資源部關于地質(zhì)災害速報制度的相關要求，突發(fā)地質(zhì)災害分級速報與響應過程如圖2-5所示。I級：應急調(diào)g按

本文編號：2826399