应急事件Ontology语义模型及其应用

资源类型:pdf 资源大小:500.00KB 文档分类:工业技术 上传者:言志信

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【作者】 王文俊  刘昕鹏  罗英伟  汪小林  许卓群 

【关键词】应急事件模型 应急联动系统集成 Ontology ABC模型 

【出版日期】2005-05-20

【摘要】应急联动系统IERS是综合各种应急服务资源,采用统一号码,用于公众报告紧急事件,统一接警与指挥,联合行动,为市民提供应急服务的大型时空信息应用动态集成系统。IERS面临多领域集成的挑战,基于应急事件Ontology语义模型E2M集成是有效的手段。E2M有事件、过程、动作3个层次。E2M提供信息交换的通用模型和词汇表,是各业务达成一致的关键基础和共同理解。

【刊名】计算机工程

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在我国,南宁市建立了国内第一套IERS,北京、上海、天津、广州等城市正在建设IERS(Integrated Emergency Response System)。当发生各种人为或自然紧急情况时,政府统一协调、统一调度相关部门协同工作,不同警种与联动单位配合协调工作,从而对一些特殊、突发和重要事件作出有序、快速而高效的反应。IERS具有分布性、异构性、海量性和动态实时性等特点。IERS面临许多挑战:(1)需要集成多个行业或部门的业务:IERS需要集成公安、消防、交管、120、供电、市政和政府等部门的应急业务。各应急服务系统间通信会存在多词一义、一词多义等语义冲突。(2)需要动态实时集成不同业务领域的已有或新建应急服务,它们是分布、异构的,集成规模大;集成的业务流程会动态增删修改。(3)GIS是应急指挥的重要手段,IERS需要实现时空信息集成。Ontology能有效解决语义冲突,事件模型是实现时空集成的途径之一。我们将试图基于应急事件Ontology语义模型E2M来实现应急联动的系统集成。1相关研究工作1.1Ontology及其研究Ontology是描述语义模型的重要手段,是“共享概念模型的明确的形式化规范说明”,它提供领域知识的共同理解,确定领域内共同认可的词汇,并从不同层次的形式化模式上使用属性、限制、公理。Ontology给出这些词汇(术语)和词汇之间相互关系的明确定义。1.2事件模型研究(1)时空模型研究IERS要求GIS数据模型能将时间信息存入空间数据库,有4个基本的时空模型[1,2]:时空CUBE,Snapshot快照模型,ST-composites,时空ST对象模型。这些模型基于位置和特征,不适合分析事件的时间关系和空间数据间相关的变化。(2)事件模型事件是一个客观存在,由其时空边界所定义的区域中的每一部分都包含在整个事件中。Hoare开发了描述事件间时序关系和原因的模型。Bestougeff等按分类层次描述事件,事件由过程组成,过程由行动组成。Dublin Core的事件定义是基于时间的非永久事情,事件包含了目标、位置、持续时间和Agent的描述信息。Peuquet等(1995)提出了基于事件的ESTDM模型[4]解决系统的小规模集成。由于Ontology具有能让不同应用系统间进行通信以及进行形式化的知识表述和应用集成等功能,许多研究项目进行了基于Ontology的事件模型的研究。(3)事件Ontology模型CYC将事件看作“世界状态的改变”,每个事件包括一系列“行动”;SHOE[3](Simple HTML Ontology Extension)项目的SHOE通用Ontology给出的事件定义为:特定地点特定时间发生的情形。由NSF等支持的Harmony数字图书馆项目的成果ABC Ontology模型[5]给出了一个有关事件处置的通用概念模型(因篇幅有限,图略)。它不仅适合应用于网上信息资源的事件处置,还可以将它作为基础,在语义上予以扩展,使之适用于跨管理域、多粒度的事件处置语义。ABC事件模型描述了事件、情形、动作、Agent等与事件event相关的概念及其关系。其中Agent可能是人、仪器或组织等,是具象类(Actuality)的子类;其它几个是时象(Temporality)类的子类:·事件Event,一个Event标志了场景(Situation)之间的转换,这通过两个属性precedes和follows将Event和Situation关联起来。事件与在现场者、动作、动作参与者密切相关,Agent是使状态发生变化的主体;·情形Situation,一个Situation就是一个上下文(context),是对Actuality的可存在(existential)方面的断言,是与时间相关的;·动作Action,一个动作在一个Event的上下文中由某个或某些Agent来完成。Action对客观世界改变是与时间相关的。2应急事件的Ontology语义模型应急事件是指从发现警情到接警、调度、警情汇总移交的过程,它是贯穿整个IERS的概念。应急事件需要刻画事件内部的细节,而ABC事件模型强调的是事件与事件的关系。ABC事件模型在IERS中有以下不足:无法刻画应急的业务过程;无法描述变化的连续性;未表示事件因果关系;没有对动作作进一步的细化。2.1应急事件Ontology模型E2M E2M有事件、过程、动作3个层次;事件有前态、终态,它含多个过程,前态经过一系列过程转入终态,事件间关系有先后、同一、因果3种关系,事件有多个时间和空间属性;每个过程包含多个行动,会产生变化状态集,过程间可有先后关系;动作有动作的主体、受体、时间、空间,会产生变化状态,动作间有先后、因果关系(因篇幅有限,E2M示意图略)。E2M有以下基本术语:(1)应急事件Accident应急事件是从接警开始到处理或移交完毕的过程。事件前态经过该事件后进入事件后态。前态和后态是一种情景(Situation)。事件是一个时空模型,它包括事件发生时间、接警时间、结案时间等时间以及事件现场等地理因素。事件间的关系有以下3种:1)同一关系:事件需要多个联动单位进行调度,各联动调度中心的事件间关系就是同一关系;2)因果关系:一个事件由另一个事件引起,则这两个事件的关系是因果关系,E2M中用术语“引起事件”来表述;3)时序关系:一个事件在另一个事件后发生,则这两个事件的关系是时序关系,E2M中用术语“上一事件”来表述。应急事件由接警过程、第一出动过程、多个增援过程和结案移交过程组成。(2)过程Process过程是在某一时空范围内,为达到特定目标所采取一系列行动(Action)的业务领域活动。如接警过程,就是接警员为获取事件发生的准确位置和事件情况所采取的业务活动,它包括接警员向报警者询问、从系统信息库中查询等行动。过程对应于业务领域的一项活动,如接警过程、第一出动。事件经过一个过程,会使状态产生一系列变化,这个变化的集合我们称之为变化状态集(Version)。这一系列变化是下一个过程的输入,或决定下一个过程。示意如下:事件初态→P1→V1→P2→V2→…→过程n→事件终态其中:P——Process过程V——Version变化状态集每个过程包含过程的开始时间、结束时间、发展地点以及若干个行动。—11—行动是某一个时刻、某一空间位置发生的动作。如消防局长指示调度员派10部黄河水罐车到现场。行动=行动名称+行动主体+行动受体+行动内容+行动时间+行动地点行动是模型中的最小单位。某些行动对状态产生影响,引起状态发生变化,即变化的状态(State)。如消防车的位置发生了变化,从消防中队到了现场。行动间的关系有如下几种:1)同一Agent的前后关系。同一Agent在一个过程中或过程间发生的行动有前后关系,如:消防编组1从“备勤”状态到报告“出车”状态,引起一个状态变化,再到报告“到场”状态,是另外一次状态变化。两次报告行动是前后关系的。2)不同Agent的行动有因果关系,如行动1引起行动2,用术语“引起”表述。如局长命令调度员调30队到现场。如:Act1:局长命令调度员Act2:调度员命令30队(4)情景Situation情景是指某一时刻现场的情景或应急处置力量的状态,包括空间的信息、伤亡信息和资源消耗等。如:应急实力(如消防车辆、巡警车)的状态,现场事态的状态(伤亡人数等),事件处理的接警机的状态等。情景是一种快照(Snapshot),反映了现场或所有应急处置力量在某一时刻的所有信息和全面状态。(5)变化状态集Version变化状态集是一个变化增量的集合,指现场在某一过程过后发生的所有变化,或所有有状态变化的处置力量的状态。(6)变化状态State变化状态指现场经过某一行动后发生的变化增量,或某处置力量经过某行动发生了的变化。(7)轨迹Track轨迹描述了现场或同一Agent的两个前后行动所产生的变化状态间的连续变化的细节。如消防车从驻地到现场的轨迹、火势的发展等。2.2实例(1)假设场景假设“1998年3月15日09:45分,东方市应急联动中心接群众报警,称09:40一辆重型卡车撞向新新路40号临街1号居民楼,发生交通事故,命令交警出动;随后有群众报警同一居民楼因卡车事件,导致大火,并有重伤人员,卡车系被盗车辆,司机逃走。综合调度员命令消防调度员、医疗急救调度员、公安调度员进行调度;紧接着,有群众报警,在世纪路30号电线断了。”此事件的E2M示例图因篇幅有限,省略。(2)事件级的语义在以上假设场景下,有以下事件:E1:交通事故;E2:消防火警;E3:电力抢修事件;E4:公安局抓逃事件;E5:急救中心人员救护E1引起了E2、E4、E5,E3紧接着E2发生,E2、E4、E5为同一事件。E2的初始场景:现场有火3级、有重伤人员1人;E2的终态场景:现场火被扑灭、有重伤人员2人;(3)过程级的语义E2包含3个过程:接警过程,第一出动过程,归档过程。它们是按时间顺序发生:接警过程→Version1→第一出动过程→Version2→归档移交过程Version1:火灾为3级Version2:09队编组1和30队编组1到场战斗(4)行动级的语义行动的语义如表1。注:行动的细节用Track11、Track12、Track21、Track22表示。2.3应急事件Ontology模型的特点使用事件来集成空间与时间的方式将使空间系统包含更丰富的语义信息以表达现实世界的动态特性。(1)重点刻画事件内部变化的细节,也能表述事件间的关系。(2)分层次表述事件变化的连续性,能表述渐变的和连续的变化。Situation、Version和State3类状态只是用离散点的方式表示事件变化,可以在一定程度上表述事件变化的连续性。E2M引入了术语“轨迹(Track)”来表述同一Agent前后两个状态间的连续轨迹,如消防车从驻地到现场的运行轨迹。(3)能表述行动间的因果关系。E2M中有两类关系能表述行动间存在的因果关系:1)一个行动能“引起”另一个行动。如Action“请示领导”能“导致”Action“指令下达”,它表示了调度员在请示领导后进行了指令下达,让某中队到现场。这类关系的行动主体是不同的。2)一个行动可能“导致”一个状态变化,而一个状态变化的“后续”是另一个行动。这两个行动的行动主体是同一Agent。如某消防编组:Action“报告出车”→State“出车”→Action“报告到场”这些行动和状态的主体都是消防编组。2.4应急事件Ontology模型的作用应急事件Ontology模型在应急联动系统中有3方面的作用:(1)解决各子系统间的术语通信。能让不同领域的信息进行语义层的交换,即实现语义互操作。(2)实现各应用的集成。即实现同一事件的跨区跨警种的处理,即实现应急联动。(3)进行多源信息查询。包括基于时空的事件查询检索,或事件细节查询,或进行事件间关系的查询。3应急事件Ontology语义模型的应用建立E2M能有效地解决不同领域信息交换时产生的语义冲突;有效地进行不同应用系统的集成。具体到应急业务中,有3方面的应用:(1)事件发生前:用E2M表述应急预案,实现多业务预案的自动调度;(2)事件发生中:进行应急事件处理过程中的联动调度、应用集成;(3)事件发生后:系统对多个部门联合行动的事件的处置内容进行合并,并事后进行事件回放以便进行战评分析。3.1表述事件发生前的应急预案应急预案是IERS很重要的一环,为了应付突发事件,应急部门制定各种形势下的预案ERP(Emergency Response Preplan),如传染病的处理预案、地震处理预案、消防灭火预案等。当突发事件符合预案时,就启动ERP。目前预案都是文档或部署图,是供人员浏览的,但计算机系统不能理解这些预案,无法将这些预案应用到调度的自动处理中。用E2M描述ERP,生成形式化的应急预案表示,系统就能理解这些预案,并按预案自动调度。例如某单位消防灭火预案的重点部位的预案内容如表2。项目8、9需要形式化表述,其它以E2M中“现场汇报”的Act

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