基于灰色关联分析的突发事件案例检索研究*

郭 翔

(南京信息工程大学 公共管理学院，江苏 南京 210044)

基于灰色关联分析的突发事件案例检索研究*

郭 翔

(南京信息工程大学 公共管理学院，江苏 南京 210044)

突发事件的案例检索是将案例推理技术应用于应急管理领域的关键环节。通过对案例表达结构体系的重新设计，建立了包括自然社会属性、事件属性、管理属性等三个方面的突发事件案例表达的框架体系，并进一步规范了每一类属性的描述规则以及属性的数据形态，最后应用灰色关联分析方法进行了基于案例属性的案例检索，最终的案例检索实证验证了该案例表达框架体系的合理性以及灰色关联分析的分辨力。这对于突发事件案例检索的应用以及应急管理能力的提升具有借鉴意义。

案例检索；案例表达；属性；灰色关联分析

一、引 言

近年来，各类突发事件出现频率明显增加，探索更好的应急管理手段与技术已成为无论学界、政府部门乃至社会公众都极其关注的问题。案例推理的基本思想是通过历史案例来解决现实问题。就突发事件应急管理而言，案例推理技术使得利用以往处置突发事件的历史经验与措施来应对当前的突发事件成为可能。因此，将案例推理技术来进行应急决策与应急指挥是当前学界推动突发事件应急管理研究的一个重要方向。

在案例推理过程中，首先需要将突发事件案例表达为计算机可识别的形式，其次需要进行一定的算法实现案例的检索。对此，需要迫切回答的问题就是：如何将突发事件案例分解为计算机可识别的结构化的形式？以及通过何种方式能够更好地实现案例检索？本研究尝试在建立突发事件案例结构化表达的框架的基础上，提出基于灰色关联分析的突发事件案例检索模型，以期为突发事件应急管理提供借鉴。

二、文献回顾

案例推理包含四个环节——案例检索(retrieve)、案例重用(reuse)、案例修正(revise)、案例保存(retain)。其中，案例检索则是整个案例推理系统关键的环节，其质量直接关系到案例推理应用的实际效果。围绕案例检索在突发事件应急管理的应用，目前学界大致从两个方向来展开。

首先是通过对案例的结构化表达，将案例结构化为计算机能识别的符号，然后在此基础上进行案例检索。其通常采用的检索方法有最近相邻法、归纳推理法和知识引导法[1]。具体而言，研究者多围绕案例的属性值来展开研究，试图在案例结构化的过程中，建立案例的属性值体系，然后通过属性值的相似度来判断案例整体的相似度。如，刘双印和徐龙琴提出了案例属性权值自适应算法和改进的灰色关联度案例相似度算法[2]，钱静等人提出了基于多维情景空间表达的二阶检索算法以提升突发事件案例的检索效率[3]，梁曼等人提出了基于粗糙集的航路飞行冲突智能解脱系统的案例检索方法[4]，宋英华等人提出了结合归纳索引法和基于证据推理的置信规则库推理方法(RIMER)的应急案例索引技术[5]，董宪元等人则是应用二阶聚类算法建立案例检索库并开发出交通事故案例检索系统[6]，王宁等人则提出了基于知识元的应急案例检索方法[7]，在更早些时候，周凯波等人也提出了基于案例属性特征的相似度计算模型[8]。

其次是直接对突发事件的案例文本进行语义分析，通过计算语义相似度来实现案例检索。目前已有大量的文献涉及对文本的语义相似度计算，但是用于突发事件案例文本的语义分析却不多，其中，Lenz等人提出了基础性的文本案例推理的案例匹配网络模型[9]，张琪等人则提出了基于本体的中文案例相似度计算方法[10]，沙勇忠和史忠贤也从语义相似度的角度对文本案例的检索进行了研究[11]，黄超和佘廉则利用潜在语义索引和奇异值分解的方法建立了文本案例推理的方法[12]。

根据上述的突发事件案例检索的两大研究方向，对案例进行结构化表达是案例检索过程中的关键环节。由于突发事件的不可重复性，每一次突发事件都会在不同程度上表现出自身的独特性，且同类型突发事件案例样本缺乏，这无疑加大了案例检索的难度。对此，本研究尝试利用灰色关联分析方法来进行突发事件案例检索的研究，该方法相对于其他分析方法来说，优势在于对数据的要求比较低，可以很大程度上减少信息缺乏带来的损失，非常符合突发事件应急管理中信息相对缺乏的现实特点，同时却又无损研究的精度。

在本研究中，重点关注突发事件案例结构化表达，提出了案例结构化表达中的属性描述准则，然后应用灰色关联分析来实现突发事件的案例检索，最后以相关突发事件案例来进行验证，以期为突发事件应急管理提供借鉴。

三、突发事件案例结构化表达

(一)突发事件案例表达的属性描述准则

在案例的表现形式上，突发事件案例具有三种形式：汇编案例、结构案例和网络舆情案例[13]。最初是Gilboa提出了问题描述—解描述—效果描述的案例表达结构[14]；仲秋雁等人提出了基于知识元的突发事件情景模型，利用对知识元的抽取及其属性的取值来实现对突发事件情景的描述[15]；张英菊等人则提出了用于案例推理的突发事件案例通用表示与存储模式[16]，该模式包括应急概念树—突发事件本体模型—事件元模型的三层架构；李勇建等人也从案例属性的角度出发提出了事件类型、关键属性、从属属性、环境属性和危害评估属性的案例集合形式[17]；佘廉等人也提出了基于“情景—事件—管理”三维度的案例结构化框架[18]。

根据佘廉等人的案例结构化模式，突发事件案例可以分为情景维度、事件维度和管理维度，每个维度下又包括不同的属性。

情景维度主要涉及突发事件的发生地的诱发或触发环境信息，可能承载损害后果的社会环境等。情景维度以描述案例发生环境的性质及特征为主，主要目标是界定案例性质类型、外在表面特征等。其主要描述内容包括地理、水文、气象等自然属性，也包括人口、交通、经济等社会属性，还包括危险源、承灾体等风险属性。

事件维度主要阐述的是事件起止的全过程的客观信息，包括其发生、演化、应急响应过程、次生衍生事件、损失及结束等。事件维度涵盖时间属性、空间属性和类型属性三大部分。其中，时间属性包括事件链分段、应急响应阶段划分等；空间属性包括地域范围、实体以及虚拟伤害等；类型属性包括事件类型、级别等。

管理维度主要表现应对突发事件的管理主体的决策行为、应急响应活动及其应急响应活动产生的结果。就实际操作而言，在应急管理过程中，行政主体作出的应急决策及其行政行为将直接影响到事件的演化。因而，管理维度主要的描述内容包括行政行为、事件处置、社会稳控等处置任务以及管理主体的构成、类型、角色，还包括应急人员构成、应急物资构成等资源配置属性。

各维度的属性体系形成了突发事件案例的基本框架结构。在对案例进行检索匹配过程中，针对不同的属性，需要应用具体的属性描述准则予以规范。

情景维度的属性描述准则。情景维度的属性描述主要是借助于已有的专业术语及科学定义，对事件的自然、社会、风险等属性进行描述。

事件维度的属性描述准则。此维度的案例表达以实现对事件客观信息的完整、详细描述为目标。对于时间属性的表达准则是要以时间链为基准，按照事件发生的时间—情景—应急响应的顺序，对案例进行表达，重点突出不同时间段下事件的演化过程；空间属性的表达准则是以数据为依据，通过定量的方式来描述，如刻画造成的影响范围及损失等；类型属性的表达准则是以定性描述为基础。

管理维度的属性描述准则。此维度的属性描述目的在于能够清晰地表达出突发事件应急主体的行为以及行为结果。对于应急行为主体的类型描述，基本准则是依据当前对各类组织的界定进行划分和描述。对于资源配置属性的描述，其基本准则是以数据形式进行最直观的表达。

(二)突发事件案例属性的属性数据形态

在突发事件案例属性的描述准则之下，应确定每一属性的数据形态。根据对文献历史案例的分析以及文献查阅的结果，突发事件案例属性的数据形态可以分为两类：数值型和符号型。其中，数值型数据又可以分为确定数值型与模糊数字型；符号型数据也可以分为确定符号型与模糊符号型。

其中，模糊数值型数据是指其取值为一个不确定的数值或者是其取值为一个不确定的区间，如风力3-4级，温度3-4℃等等。确定数值型数据的取值是确定的数值，其取值可通过直接的方式获取，如水位为12m，海拔为3200m等等。

模糊符号型数据是指数据的取值是一个不确定的描述性解释；同理，确定符号型数据也是其不同的取值之间无关联，每个不同的取值只是一个符号型的描述，不具有数值意义。如，突发事件事发地的地貌为山区、丘陵、平原等等。其取值方式可在穷举该属性所有取值之后，通过编码的方式得到该属性的无量纲化的数值。

(三)突发事件案例的属性结构体系

如前所述，对任何突发事件的描述都会涉及到突发事件的事件背景环境、处理过程、处理行为等三个方面的内容，相应地构成了情景、事件、管理三大维度，故而，进行突发事件案例检索也可以在此案例属性结构体系下进行。通常实证研究需要较为精细的数据和指标体系，考虑到本研究的探索性以及征求专家意见的基础上，我们稍许降低研究精度，只选取了具有代表性的案例属性进行实证性的算例分析。所选取的代表性案例属性主要由自然社会属性、事件属性和管理属性组成，详见表1。

该突发事件案例属性结构体系设计的原则是，通过详尽的自然地理数据、经济社会数据、风险数据以及事件自身的描述性数据来刻画事件的特征，然后建立其与管理属性数据的映射关系，最后实现对突发事件案例的表达。

表1 突发事件案例属性结构表

四、基于灰色关联分析的突发事件案例检索模型

灰色关联分析的基本思想是根据序列曲线的几何形状的相似程度来判断不同序列之间的联系紧密情况[19]，亦即，如果序列曲线的几何形状越相似，变化的趋向越接近，其关联度则越大；反之，其关联度就越小。根据这一思想，在进行突发事件案例检索研究过程中，可以通过对突发事件案例进行结构化的表达，建立案例的属性结构体系，分析其属性特征，建立突发事件案例属性的数据序列，从而计算案例之间的相似性，实现突发事件的案例检索。

应用灰色关联分析方法进行突发事件案例检索研究，则需对案例进行数学描述。由于突发事件的发生发展演化是按照时间序列来展开的，其各属性的取值也随时间变化而发生相应的变化，所以，由前述突发事件案例属性结构而构建的案例属性序列应为行为时间序列。

设Xi为突发事件案例库中的案例，其属性序列xi(k)为行为时间序列，xi(k)表示对于第i个案例的第k个属性的观测数据。相应地，历史案例可以表示为Xi={xi(k)|k=1,2,3,…,n}。目标案例则表示为X0={x0(k)|k=1,2,3,…,n}

运用初值化算子对序列数据作无量纲处理后可以进行案例的灰色关联系数的计算，灰色关联系数计算公式如下：

(1)

其中，ξ为分辨力系数，用来调节比较的环境，其取值范围为ξ∈(0,1]。通过该计算公式，得到的是历史案例的第k个属性与目标案例的第k个属性之间的关联系数。考虑到突发事件包括的属性众多，以及伴随着突发事件的发展演化过程，其属性取值也是在不断变化的，需要通过求解各属性关联系数的算术平均值得到历史案例与目标案例的关联系数，其计算公式如下：

(2)

最后可以通过比较目标案例X0与其它众多历史案例Xi的关联系数即可判断目标案例X0与历史案例Xi之间的相似度，亦即，如果γ(X0,Xi)的值越高，则表明两者间的匹配程度越高。

五、实证分析

本文选取近年来我国的一系列爆炸类的突发事件进行实证分析。相关爆炸类事故包括：天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故，江苏省苏州昆山市中荣金属制品有限公司“8.2”特别重大爆炸事故，山东省青岛市“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故，沪昆高速湖南邵阳段“7·19”特别重大道路交通危化品燃爆事故。其中，设天津港瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事件为目标案例。相关事故数据来源为国家安监总局官方网站所公布的事故调查报告(见网址：http://www.chinasafety.gov.cn/)，以及相关事故处理过程中的政府公告等。

所获取数据按照前述属性序列排列后求取其初值像如下：

表2 突发事件案例属性初值像表

设分辨力系数为ξ=0.5，则可计算得到不同案例的同一属性的关联系数，最后可计算得到目标案例与历史案例的匹配度(表3)。

表3 目标案例与历史案例的关联系数表

为了验证灰色关联分析方法的分辨力，在确定分析案例时特意选取了四个等级同为特别重大的爆炸类突发事件，计算结果表明，天津港爆炸事件与青岛东黄输油管爆炸事件最为相似，此结果与之前的预估判断相似。在案例检索计算过程中可以发现，尽管从事件层面上看，目标案例X0与历史案例X3都同为危化品爆炸事件(历史案例X3实为交通事故引发的危化品车辆爆炸事故)，两者具有诸多相似之处，但是由于其灾损及后期应对与处置的巨大差异，导致二者之间的相似度较低。这体现出灰色关联分析方法在检索案例时的优越性。

六、结 语

考虑到突发事件案例检索的最终目的是取历史相似案例为己所用，故而，单纯地从事件层面上考虑突发事件案例的相似度是存在缺陷的，容易出现检索到事件相似而处置方法及结果千差万别的情形。本研究从自然社会属性、事件属性、管理属性等三个方面构建了突发事件案例表达的框架体系，并进一步规范了每一属性的描述规则以及属性数据的形式，最终的案例检索实证验证了该案例表达框架体系的合理性以及灰色关联分析的分辨力。

本研究实际上是静态的案例检索分析，在实际应用中可根据所获得的实时数据进行即时的动态案例检索分析。作为进一步研究的方向，案例表达中的社会属性与管理属性的进一步结构化表达是一个亟需解决的问题；同时，对于案例属性权重的计算问题也是需要在后续的研究中开展。

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(责任编辑 王婷婷)

Abstract：Case retrieval is a key in the application of case based reasoning (CBR) in the field of emergency management. By redesigning the structure of case expression, the paper establishes the framework system including natural attribute, event attribute and management attribute in 3 aspects of emergencies, and further standardizes every kind of attribute description rules and data attributes. Then the application of grey relational analysis method is used to match case retrieval based on the case attribute. Finally, the case study indicates that the grey relational evaluation and the case retrieval frame system is effective. It is possible to apply emergency case retrieval and improve the emergency management ability.

Keywords：case retrieval; case expression; attribute; grey relational analysis

CaseRetrievalBasedonGreyRelationalAnalysis

GUOXiang

(CollegeofPublicAdministration,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,Jiangsu,China)

C931;D63-3

A

10.3963/j.issn.1671-6477.2017.05.0002

2017-03-06

郭 翔(1977-)，男，湖北省武汉市人，南京信息工程大学公共管理学院副教授，管理学博士，在站博士后，主要从事行政管理、公共安全预警与应急管理研究。

国家自然科学基金青年科学基金项目(71103092)；中国博士后科学基金项目(2014M560066)