基于知識(shí)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(jī)構(gòu)共同關(guān)注的一個(gè)重要領(lǐng)域，而基于人工社會(huì)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(huì)問題的有效方法。M&S是基于知識(shí)生成的活動(dòng)，它對(duì)已有領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行建模，并通過計(jì)算執(zhí)行來獲得關(guān)于領(lǐng)域的新認(rèn)識(shí)。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(duì)領(lǐng)域知識(shí)的一種表達(dá)。本文利用知識(shí)工程的方法和手段，研究領(lǐng)域知識(shí)在人工社會(huì) M&S中的表達(dá)

2、和轉(zhuǎn)化流程，探索知識(shí)工程與仿真建模相結(jié)合的方法，重點(diǎn)討論領(lǐng)域知識(shí)向仿真模型轉(zhuǎn)化（即領(lǐng)域知識(shí)模型化）和實(shí)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(hù)。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　（1）從知識(shí)工程的角度，梳理了領(lǐng)域知識(shí)在M&S過程中的表達(dá)、轉(zhuǎn)化以及創(chuàng)新過程，提出了領(lǐng)域知識(shí)在該過程中的演化流程。首先，剖析了領(lǐng)域知識(shí)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(shí)工程的視角探討領(lǐng)域知識(shí)模型化的方法和流程，并研究了M&S中的知識(shí)存量、知識(shí)流量與知識(shí)駐點(diǎn)等問題。最后，面向應(yīng)急管理的人工社會(huì)計(jì)算實(shí)驗(yàn)，探討在人工社會(huì)建模過程中的領(lǐng)域知識(shí)集成機(jī)制，以及領(lǐng)域知識(shí)在計(jì)算實(shí)驗(yàn)過程中的KRAK'（Domain Knowledge, Simulation Resource,Simulation Application和 New Knowledge）演化流程。
　?。?）針對(duì)面向應(yīng)急管理的實(shí)驗(yàn)需

4、求，梳理了面向應(yīng)急管理的領(lǐng)域知識(shí)體系，提出了基于領(lǐng)域知識(shí)的概念建模方法。首先，梳理了應(yīng)急管理知識(shí)體系，歸納和總結(jié)了知識(shí)建模的一般方法。然后，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)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(kù)，對(duì)應(yīng)急管理中的相關(guān)對(duì)象及其相互關(guān)系進(jìn)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。
　?。?）設(shè)計(jì)了面向應(yīng)急管理計(jì)算實(shí)驗(yàn)的人工社會(huì)元

5、建模框架，構(gòu)建了能支持應(yīng)急管理計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究的特定領(lǐng)域建模環(huán)境。元模型是對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的再次提煉和抽象，具有很高的重用價(jià)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(jì)了人工社會(huì)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(shí)現(xiàn)方法。模型的實(shí)現(xiàn)過程本質(zhì)上是一個(gè)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(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了模型的代碼自動(dòng)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(duì)模型的校驗(yàn)、集成以及共享機(jī)制也進(jìn)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(jī)制。仿真案例不僅可以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，還是領(lǐng)域知識(shí)集成與創(chuàng)新的重要途徑。案例知識(shí)的重用實(shí)質(zhì)上是借鑒舊的經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)討論了基于CBR（Case-Based Reasoning）的案例重用機(jī)制，給出了案例的相似度匹配算法。結(jié)合Ebola疫情的預(yù)測(cè)和防控實(shí)驗(yàn)，重用“甲型H1N1事件仿真案例”的實(shí)驗(yàn)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(duì)”計(jì)算實(shí)驗(yàn)。
　　論文從知識(shí)工

8、程的角度重新梳理M&S流程，探討了領(lǐng)域知識(shí)在M&S中的表達(dá)、轉(zhuǎn)化以及創(chuàng)新問題。針對(duì)面向應(yīng)急管理的計(jì)算實(shí)驗(yàn)，論文以面向疫情傳播事件的預(yù)測(cè)和防控為例，重點(diǎn)研究了領(lǐng)域知識(shí)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(shí)重用機(jī)制。論文系統(tǒng)梳理了建模與仿真流程，對(duì)于增強(qiáng)人們對(duì)仿真科學(xué)的認(rèn)識(shí)以及構(gòu)建特定領(lǐng)域的仿真建模環(huán)境都具有很強(qiáng)的借鑒意義。