基于案例推理的危险化学品事故警戒范围研究

2014-12-25吴联忠

中国人民警察大学学报 2014年4期

●吴联忠

(福州市消防支队，福建福州 350005)

0 引言

随着我国经济的快速发展，危险化学品的使用和运输日益增多，危险化学品灾害事故逐年上升。给消防部队应急救援带来了巨大的挑战。总结原因，一方面是由于危险化学品本身具有很大的危害性，另一方面主要由于在事故处置过程中，警戒区内出现点火源导致危险化学品发生爆炸或者未能对危险区域内的人员有效疏散，造成严重后果。在危险化学品事故的处置过程中，如何有效划定警戒范围是决定事故能否造成重大损失的关键因素。

目前，我国消防部队在处置危险化学品事故确定警戒范围时，主要有两种方法。一种方法是根据危险化学品性质，依据气体扩散理论和模型，通过查表的方法，确定警戒范围。这种方法理论性强，查表快速简单，但是对现场环境考虑不足，与实际情况相去甚远［1］。另一种主要依靠决策者主观经验划定警戒范围，这种方法能够充分考虑现场态势，但是主观性较强，没有理论或法规依据，需要决策者积累大量的事故处置经验，对决策者要求较高。针对以上问题，本文利用案例推理技术，参考以往成功处置的类似案例，依据以前案例的警戒范围划定办法，对当前案例提供辅助决策。

1 案例推理技术概述

基于案例的推理(Case-Based Reasoning，简称CBR)是人工智能领域的一个重要分支，旨在利用已有的经验和案例去解决新问题。案例推理技术广泛应用于诊断、设计、法律等诸多领域［2］。案例推理的主要流程是:(1)案例表示。案例表示就是指对以往发生过的案例内容进行有效描述，所谓的有效描述就是指不仅能够充分的表现案例中的内容，而且通过对案例内容的检索，能够对当前所希望达到的目的提供指导。(2)案例匹配。案例检索就是遵循一定的规则从案例库中选取与当前案例相似的案例，从而对灾害现场辅助决策提供指导。(3)辅助决策的实现。仅通过以上步骤，对于危险化学品泄漏警戒范围的确定是没有意义的。只有将检索结果以具体方法的形式呈现在决策者面前才能达到指导决策的目的。本文将基于消防部队的实际需求对辅助决策的实现进行研究。

2 危险化学品灾害事故的案例表示

2．1 危险化学品泄漏事故特征

危险化学品灾害事故的发生具有明显的不确定性，这种不确定性主要表现在灾害环境不确定，承灾体不确定和灾害发展方向不确定。灾害环境包括自然环境和社会环境，灾害环境不确定是指危险化学品灾害事故往往事发突然，事发地点和时间都具有极大的不确定性。承灾体的不确定就是指泄漏物质不确定。目前的侦检手段是无法在毫不知情的情况下实现对危险化学品准确侦检［3］。因此对于危险化学品灾害事故的案例表示的重点应该是环境要素和承灾要素。

2．2 危险化学品灾害事故环境要素及属性的表示

自然环境主要包括地理环境和气象条件，具体分类和表示方法见表1。由于环境要素对警戒范围的确定影响较大，在进行案例匹配时，各要素值不可缺省。

表1 自然环境要素属性分类表

2．3 危险化学品灾害事故承灾要素及属性表示

2．3．1 客观承灾体及受灾人员的属性表示

危险化学品事故主要发生于运输和生产存储两个环节，其承灾要素主要有槽车、仓库，具体见表2。被困人员(C)只对被困人员数量(C1)和被困人员行动能力(C2)两个属性进行表示。依据我国对灾害等级的划分标准将被困人员数量分为:无人员被困(c11)、少量人员被困(0～10人)(c12)、部分人员被困(10～50人)(c13)、较多人员被困(50～100人)(c14)和大量人员被困(100人以上)(c15)。被困人员行动能力则分为无行动能力(c21)、有行动能力(c22)和在别人帮助下具有行动能力(c23)。

表2 客观承灾要素及属性表

2．3．2 重大危险源的表示

重大危险源属于承灾要素的子项，重大危险源的分类有多种方法。但是对于危险化学品灾害现场决策，过于详细的分类办法会降低案例检索的命中率。因此，本文参照《危险化学品重大危险源辨识》(GB 18218-2009)的辨识及分类方法，从危险化学品危险性和灾害现场决策的角度出发，对危险品进行了分类［4］。具体见表3。

表3 重大危险源及属性表

2．3．3 危险化学品灾害事故状态的表示

危险化学品灾害事故各个要素所处的状态决定灾害现场决策者的决策，警戒范围的划分有所不同。因此深入分析要素状态烈度有利于高效确定警戒范围。具体分类见表4。

表4 要素状态分类表

3 危险化学品灾害事故的检索

危险化学品灾害事故的检索就是检索出与当前事故相似的案例，判定之前的案例与当前事故匹配的依据就是通过相似度计算［5］。

3．1 相似度算法概述

相似度计算就是指按照一定的算法计算属性之间的相似度。基于距离的算法是案例推理技术的基本算法。之后又出现了基于几率模型、基于规律和基于对比模型的算法［6］。最邻近算法是使用最广泛的一种算法。它适用于难以定量研究的案例属性的相似度计算。它将属性的权重和相似度相结合，从而计算全局相似度［7］。“假设案例A有n个要素，给定一个查询q和一个案例库B，最邻近算法在B中检索最为相似的案例X。”则新案例q和历史案例x的全局相似度定义为:

式中，wc是案例属性c的权重;sim(xc，qc)是新旧案例属性wc的相似度。

3．2 危险化学品灾害事故要素权重的确定

确定危险化学品灾害事故要素的权重是为了确定各个要素对事故影响的重要程度，为要素赋予一个精确的权值在一定程度上决定着检索出的案例是否有效。由于危险化学品事故各要素之间层次结构差异较大，因此很难从最末层对事故进行赋权，所以采用逆向赋权法，首先对组成危险化学品灾害事故的5个要素赋权。由于篇幅有限此处不讨论层次分析法的具体步骤。采用1～9标度法，由10位专家依据对危险化学品警戒范围的影响程度对5个要素打分。最终权重见表5。

表5 特征要素及要素属性权重

3．3 危险化学品灾害事故的相似度计算

3．3．1 属性类型分类

综合分析危险化学品灾害事故的要素及要素属性。其属性类型主要有以下几种:(1)数值型属性:这种属性可以是一个具体的数字也可以是一个函数;(2)符号型属性:符号性属性可以理解为文本型属性，这种属性没有阈值，只有是或否的选择;(3)模糊属性:模糊属性和数值型属性值相对应，所谓模糊即不确定，对模糊属性的表示只能通过属性的剧烈程度。对比危险化学品灾害事故要素及要素属性，可以对其属性类型进行分类，具体见表6。

表6 危险化学品特征要素属性类型分类表

3．3．2 属性相似度计算

符号型属性是客观事物的直接表征方法，属于区别度为1的案例特征要素。计算符号型属性相似度，只有两个结果就是完全相似或完全不相似，即相似度为0或1。这种特点符合布尔代数特点，因此符号型属性的相似度可以表示为:

式中，xai是当前符号型属性;qai是案例库内案例符号型属性。

数字型属性可以用案例推理技术最基本的基于距离的相似度计算方法。其相似度可以表示为:

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

模糊属性依据定性的原则对属性进行分类，相邻属性之间没有明显界限。因此，对于模糊属性，其相邻属性之间亦存在相似性，而相间属性相似度为0。利用两个标度间的重叠面积计算两个属性间的相似度。计算公式如下:

4 基于案例的警戒范围确定的实现

基于案例的警戒范围确定需要建立在功能完善、内容丰富的数据库，由于本文只是理论分析，因此不模拟整个案例推理过程。本文以湖南郴州“11·8”液化石油气槽罐车侧翻泄漏事故为例，实现警戒范围确定的辅助决策。案例数据库以内蒙古“10·22”天然气槽车泄漏事故、北京“5·19”氯磺酸运输槽罐车泄漏事故、京沪高速淮安段“3·29”液氯泄漏事故为例，对案例进行相似度排序，并依据相似度最高案例的警戒范围划定方法，对郴州“11·8”石油液化气槽罐车泄漏事故提供辅助决策。根据上文中对案例特征要素的研究，现将该案例及案例库案例特征要素进行抽取并对局部相似度进行计算，如表7所示。

表7 属性相似度计算表

以60%作为案例是否相似的依据，比较案例库3个案例与当前案例的全局相似度，内蒙古“10·22”天然气槽车泄漏事故的相似度与当前案例最高。内蒙古“10·22”天然气槽车泄漏事故警戒措施如下:现场指挥部决定成立警戒组、疏散组、交通管制组等，设立警戒区和安全观察哨，在500 m范围内实施警戒，双向封闭高速及国道，道上车辆全部熄火并切断车载一切电路，疏散居民及司乘人员，撤离工作人员，利用加油站内部灭火毯对加油机实施包裹，现场禁绝明火，禁止使用电气设备，非防爆通信、摄像、照相设备一律不得进入警戒区。

参考以上警戒方法，根据现场情况，可以对郴州“11·8”液化石油气槽罐车侧翻泄漏事故的现场警戒提供辅助决策。决策内容如下:(1)高速交警和路政对高速公路实施双向交通管制。(2)由公安巡(特)警、交警、路政负责在上风方向500 m、下风方向1 000 m处设置警戒线，严格控制人员出入，禁绝火种。(3)进入重危区必须着避火服、携带防爆对讲机、佩戴空气呼吸器，经指挥部批准后方可进入。(4)由疏散组负责事故地点1 km内群众的疏散和临时安置工作。以上决策内容在湖南郴州“11·8”事故中都有体现，事实证明基于案例推理技术对危险化学品事故现场警戒提供辅助决策是可行的。