基于知識工程的應(yīng)急管理領(lǐng)域仿真建模方法研究.pdf

1、近年來，突發(fā)事件應(yīng)急管理已成為政府與科研機構(gòu)共同關(guān)注的一個重要領(lǐng)域，而基于人工社會的建模與仿真（Modeling and Simulation,M&S）也逐漸成為研究該類復(fù)雜社會問題的有效方法。M&S是基于知識生成的活動，它對已有領(lǐng)域知識進行建模，并通過計算執(zhí)行來獲得關(guān)于領(lǐng)域的新認識。構(gòu)建仿真資源體系是開展領(lǐng)域仿真的基礎(chǔ)，而作為仿真核心資源的模型是對領(lǐng)域知識的一種表達。本文利用知識工程的方法和手段，研究領(lǐng)域知識在人工社會 M&S中的表達

2、和轉(zhuǎn)化流程，探索知識工程與仿真建模相結(jié)合的方法，重點討論領(lǐng)域知識向仿真模型轉(zhuǎn)化（即領(lǐng)域知識模型化）和實現(xiàn)的途徑。論文結(jié)合本體建模和元建模等技術(shù)，嘗試構(gòu)建面向應(yīng)急管理的特定領(lǐng)域建模環(huán)境，支持應(yīng)急管理模型的開發(fā)和維護。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　（1）從知識工程的角度，梳理了領(lǐng)域知識在M&S過程中的表達、轉(zhuǎn)化以及創(chuàng)新過程，提出了領(lǐng)域知識在該過程中的演化流程。首先，剖析了領(lǐng)域知識與仿真資源的內(nèi)在聯(lián)系，討論了領(lǐng)域仿真資源體系的構(gòu)建問

3、題。然后，從知識工程的視角探討領(lǐng)域知識模型化的方法和流程，并研究了M&S中的知識存量、知識流量與知識駐點等問題。最后，面向應(yīng)急管理的人工社會計算實驗，探討在人工社會建模過程中的領(lǐng)域知識集成機制，以及領(lǐng)域知識在計算實驗過程中的KRAK'（Domain Knowledge, Simulation Resource,Simulation Application和 New Knowledge）演化流程。
　?。?）針對面向應(yīng)急管理的實驗需

4、求，梳理了面向應(yīng)急管理的領(lǐng)域知識體系，提出了基于領(lǐng)域知識的概念建模方法。首先，梳理了應(yīng)急管理知識體系，歸納和總結(jié)了知識建模的一般方法。然后，在此基礎(chǔ)上重點討論了本體建模方法和技術(shù)，并建立了面向應(yīng)急管理的本體庫，對應(yīng)急管理中的相關(guān)對象及其相互關(guān)系進行刻畫。此外，研究了基于本體的情景刻畫方法，并提出一種基于OSD（Ontology-MetaModel-Scenario）的情景描述框架。
　　（3）設(shè)計了面向應(yīng)急管理計算實驗的人工社會元

5、建?？蚣?，構(gòu)建了能支持應(yīng)急管理計算實驗研究的特定領(lǐng)域建模環(huán)境。元模型是對領(lǐng)域知識的再次提煉和抽象，具有很高的重用價值。論文歸納和總結(jié)了元建模相關(guān)理論和技術(shù)，并結(jié)合面向公共衛(wèi)生領(lǐng)域的突發(fā)事件應(yīng)急管理，設(shè)計了人工社會元模型和應(yīng)急管理元模型等，并基于這些元模型構(gòu)建面向應(yīng)急管理的特定領(lǐng)域建模環(huán)境（Domain-Specific Modelling Environment,DSME）。
　?。?）研究了模型變換和代碼生成技術(shù)，提出基于模型變

6、換的仿真模型實現(xiàn)方法。模型的實現(xiàn)過程本質(zhì)上是一個模型變換的過程，包含模型到模型的變換以及模型到代碼之間的變換。論文研究了應(yīng)急管理領(lǐng)域模型的構(gòu)建與實現(xiàn)，并設(shè)計了模型的代碼自動生成框架，將領(lǐng)域的PIM（Platform Independent Model）模型轉(zhuǎn)化為PSM（Platform Specific Model）模型并能支持仿真執(zhí)行。此外，論文對模型的校驗、集成以及共享機制也進行了初步研究。
　?。?）研究了面向疫情的仿真案例

7、及其案例重用機制。仿真案例不僅可以檢驗?zāi)Ｐ偷臏蚀_性，還是領(lǐng)域知識集成與創(chuàng)新的重要途徑。案例知識的重用實質(zhì)上是借鑒舊的經(jīng)驗來解決新的問題。論文提出了案例的描述和管理方法，并重點討論了基于CBR（Case-Based Reasoning）的案例重用機制，給出了案例的相似度匹配算法。結(jié)合Ebola疫情的預(yù)測和防控實驗，重用“甲型H1N1事件仿真案例”的實驗流程，修正相關(guān)模型和參數(shù)，開展了一系列的“情景-應(yīng)對”計算實驗。
　　論文從知識工

8、程的角度重新梳理M&S流程，探討了領(lǐng)域知識在M&S中的表達、轉(zhuǎn)化以及創(chuàng)新問題。針對面向應(yīng)急管理的計算實驗，論文以面向疫情傳播事件的預(yù)測和防控為例，重點研究了領(lǐng)域知識向概念模型、以及概念模型向仿真模型的轉(zhuǎn)化過程。論文將本體建模、元建模、以及模型變換等技術(shù)相結(jié)合來構(gòu)建特定領(lǐng)域的仿真建模環(huán)境，并研究了基于CBR技術(shù)的案例知識重用機制。論文系統(tǒng)梳理了建模與仿真流程，對于增強人們對仿真科學的認識以及構(gòu)建特定領(lǐng)域的仿真建模環(huán)境都具有很強的借鑒意義。