基于案例決策理論的人群聚集區(qū)域公共安全應急方案選擇方法

□劉 爽 曹萍萍,2 蔡青青

[1. 中國刑事警察學院 沈陽 110854；2. 遼寧大學 沈陽 110136；3. 華東理工大學 上海200237]

引言

近些年，人群聚集的娛樂活動、商業(yè)活動、體育活動、文化活動等越來越多地被公眾所關注。這些活動具有一個共同特點，就是活動場地空間有限且參與人數(shù)眾多。例如，沈陽五愛市場日均客流量超過30萬人次；2015年中超聯(lián)賽平均每場觀眾人數(shù)達到22 580人；2016年北京地壇春節(jié)廟會5天內接待游客總人數(shù)達80余萬人。由于聚集的人群在指揮、控制和疏散等方面均存在著一定困難，一旦發(fā)生治安事件或安全事故，往往會造成較大的人員傷亡和嚴重的財產損失，且易引發(fā)一定范圍內的社會恐慌。鑒于此，人群聚集區(qū)域的應急管理研究受到了學者們的高度關注[1～8]。例如，Lee和Hughes[1]對已發(fā)生的人群擁擠和踩踏事故數(shù)據(jù)進行分析，探究聚集人群的行為與行動規(guī)律；Heigeas等[2]針對緊急事件環(huán)境中的人群聚集行為進行了研究，通過構建粒子模擬系統(tǒng)來對此種環(huán)境中的人群行為演變方式進行分析；Liu等[3]針對地鐵車站中存在的擁擠踩踏風險進行研究，建立了基于DEA的風險評估模型；Wagner和Agrawal[4]采用仿真模擬的手段分析了音樂會現(xiàn)場可能發(fā)生的火災事故，并基于群體行為評估系統(tǒng)對人群疏散的過程及效果進行了研究；劉德海和蘇燁[5]構建了群體性事件應急處置的社會調解、信息預警和警力防御的優(yōu)化模型，分析了多種應急處置措施的最優(yōu)方案，并在沖擊行動類型和防御目標的四種信息情景下對理論結果進行數(shù)值分析。

為了能夠對人群聚集區(qū)域的公共安全風險進行有效防控，如何選擇合理有效的應急方案顯得尤為重要。目前，關于人群聚集區(qū)域應急方案選擇方法的研究尚不多見，但可以看到針對其他突發(fā)事件背景下的應急方案選擇（確定）方法的研究。這方面的研究可大體分為兩類：一類是基于多屬性決策技術而提出的應急方案選擇方法[9～12]，例如，Xu等[9]建立了自然災害應急中的群體決策模型，并提出了一種去除風險的調節(jié)決策方法；Li 和Cao[10]給出了一種基于擴展TODIM方法的多屬性應急決策方法，并以旅游景區(qū)的人群聚集風險為例說明了所提方法的適用性；Liu等[11]給出了一種基于故障樹的突發(fā)事件應急風險決策方法；劉洋等[12]針對突發(fā)事件的演變過程中具有多種狀態(tài)的應急決策問題，提出了一種基于概率計算的應急方案評價值排序方法。另一類是基于案例推理技術（Case-based Reasoning，CBR）來研究應急預案選擇或生成問題[13～20]，例如，Ricci等[13]針對森林火災應急救援問題進行研究，基于案例推理技術給出了應急決策方法；姜艷萍等[14]對案例相似度計算進行深入研究，并以森林火災發(fā)生后的應急響應為背景提出了一種應急方案選擇方法；Fan等[15]針對煤礦瓦斯泄露的應急決策問題，提出了一種基于CBR的應急方案選擇方法；張愷[16]針對動態(tài)應急響應問題進行研究，通過情景相似度比較進行方案選擇，給出了應急方案的動態(tài)調整方法；鄭晶和張愷[17]針對案例決策中決策者存在后悔規(guī)避心理行為的問題，提出了一種基于CBR的瓦斯爆炸案例決策方法；譚睿璞等[18]在研究異質信息的基礎上，提出了基于案例推理的應急決策方法。

需要指出的是，一方面，基于多屬性決策技術而提出的應急方案選擇方法，通常需要獲取不同屬性下采用各應急方案的損益值等信息，而對于人群聚集區(qū)域的公共安全應急管理來說，由于環(huán)境狀態(tài)復雜多變，往往很難準確獲取所需的損益值，這就影響了多屬性決策技術在解決該問題中的可用性。另一方面，利用CBR技術進行應急方案選擇，雖然可避免獲取損益值的困擾，但該決策技術是在歷史案例庫中尋找相似的、成功的案例加以運用，其無法做到借助歷史案例來對新擬定的解決方案判斷優(yōu)劣。事實上，Gilboa和Schmeidler所提出的基于案例的決策理論（Case-based Decision Theory,CBDT）可以較好地解決CBR的不足，該方法通過同時測定當前問題和備選方案與已有案例之間的聯(lián)系，從而對各備選方案進行綜合評估[21～24]。鑒于此，本文借助CBDT的思想，給出一種人群聚集區(qū)域的公共安全應急方案選擇方法。通過計算目標案例與歷史案例的相似度，獲得備選應急方案的效用值，并根據(jù)效用值的大小來確定當前公共安全應急問題的應急方案。

一、問題描述

若要準確地描述一個案例，需要對該案例的應急問題和應急方案進行細致的刻畫。通常，應急問題、應急方案以及應急方案的實施效果均應借助多個屬性來刻畫，并且不同屬性值的類型可能存在差別。例如，在某景區(qū)人群聚集風險事件的應急處置中，所涉及的應急問題可借助景區(qū)規(guī)模、人群密度和疏散通道數(shù)量等屬性來刻畫，其中“景區(qū)規(guī)模”的屬性值應為符號型，“人群密度”的屬性值可為區(qū)間數(shù)型，“疏散通道數(shù)量”的屬性值應為數(shù)值型；相應的應急方案可由工作人員數(shù)量、聚集人群疏導方法等屬性來刻畫，其中“工作人員數(shù)量”的屬性值應為數(shù)值型，“聚集人群疏導方法”的屬性值可為符號型；應急方案的應急實施效果可由應急措施效果評價、游客滿意度等屬性來刻畫，這些屬性值應為語言短語型。在本文中，考慮4種類型的屬性值，即符號型、數(shù)值型、區(qū)間數(shù)型和語言短語型。

下面分別給出公共安全應急問題、應急方案、以及應急實施效果的屬性（值）及其權重的符號含義說明（參見表1和表2）。

表1 公共安全應急問題的屬性（值）描述

表2 應急方案和實施效果的屬性（值）描述

（一）公共安全應急問題的屬性（值）及其權重的符號含義說明

（二）應急方案的屬性（值）及其權重的符號含義說明

（三）應急方案實施效果的屬性（值）及其權重的符號含義說明

基于上面的論述，本文要解決的問題是：針對當前需要解決的人群聚集區(qū)域公共安全應急問題，依據(jù)應急問題和應急方案在歷史案例和目標案例下的屬性值和屬性權重，以及應急方案在歷史案例中的應急實施效果和應急方案在目標案例下的成本等，如何通過某種決策分析方法在多個備選應急方案中選擇出最優(yōu)的應急方案。

二、公共安全應急方案選擇方法

（一）目標案例與歷史案例的相似度計算

如上文所述，目標案例和歷史案例均刻畫為二元組形式，即案例=（人群聚集區(qū)域公共安全應急問題, 應急方案）。因此，若要度量目標案例與歷史案例的相似程度，既要考慮兩者關于公共安全應急問題的相似程度，也要考慮兩者關于應急方案的相似程度。在分別計算出關于人群聚集區(qū)域公共安全應急問題和應急方案的相似度后，將兩者集結可計算出目標案例與歷史案例的相似度。下面給出具體的計算公式。

（二）應急方案實施效果的效用值計算

（三）備選應急方案的擇優(yōu)

三、算例

下面以W景區(qū)的防范人群擁擠聚集風險的應急方案選擇為背景來說明本文方法的應用。為了能夠有效防范W景區(qū)可能造成的人群擁擠風險，該景區(qū)應急管理部門需事先制定出有針對性的風險防控應急方案。該景區(qū)的應急管理部門收集了若干個旅游景區(qū)人群聚集風險應急響應的歷史案例，經過比較分析，挑選了10個與當前應急響應情境相似的歷史案例作為決策參考。具體地，案例所屬的應急問題借助5個屬性來刻畫：景區(qū)規(guī)模（）、人群密度（）、老人兒童所占比例（）、人群不安全行為（）和應急通道數(shù)量（）；應急方案借助5個屬性來刻畫：工作人員數(shù)量 （）、應急醫(yī)療救援能力（，用0～100的評分值表示）、游客進入策略（）、游客安全提示 （）和聚集人群疏導方法（）。應急實施效果借助3個屬性來刻畫：應急措施效果評價（）、游客滿意度（）、景區(qū)收入影響程度（），均采用7粒度語言短語集（={（非常差/低）,（很差/低）,（比較差/低）,（一般）,（比較好/高）,（很好/高）,（非常好/高）}）來刻畫。

該景區(qū)應急管理部門通過聘請領域專家進行評判，確定出應急問題的屬性權重向量為（0.10,0.25, 0.25, 0.25, 0.15），應急方案的屬性權重向量為（0.20, 0.20, 0.20, 0.15, 0.25），歷史案例中應急方案的應急實施效果的屬性權重向量為（0.5, 0.3, 0.2），并初步擬定了3個備選應急方案、和。備選應急方案的成本向量為（單位：萬元）。表3給出了應急問題的屬性值信息，其中包括歷史案例中的應急問題的屬性值和當前公共安全應急問題的屬性值。表4給出了應急方案的屬性值信息，其中包括歷史案例中的應急方案的屬性值和備選應急方案的屬性值。表5給出了歷史案例中應急方案的應急實施效果的屬性值。

表3 應急問題的屬性值信息

表4 應急方案的屬性值信息

表5 歷史案例中應急方案的應急實施效果的屬性值信息

下面給出依據(jù)本文提出方法的部分計算過程與結果。首先，依據(jù)式（1）～（4），可計算出應急問題的相似度其計算結果如表6所示。

表6 應急問題與 的相似度

表6 應急問題與 的相似度

當前應急問題images/BZ_69_642_1637_676_1674.png歷史案例中的應急問題images/BZ_69_810_1637_844_1674.pngimages/BZ_69_979_1637_1012_1674.pngimages/BZ_69_1147_1637_1180_1674.pngimages/BZ_69_1315_1635_1348_1676.pngimages/BZ_69_1483_1635_1516_1676.pngimages/BZ_69_1651_1637_1684_1674.pngimages/BZ_69_1819_1637_1852_1674.pngimages/BZ_69_1987_1637_2020_1674.pngimages/BZ_69_2149_1637_2195_1674.pngimages/BZ_69_383_1690_416_1727.png0.578 5 0.621 2 0.545 1 0.407 0 0.439 4 0.460 4 0.513 8 0.581 6 0.511 6 0.506 6

表7 備選應急方案與 歷史案例中的應急方案的 相似度

表7 備選應急方案與 歷史案例中的應急方案的 相似度

備選應急方案images/BZ_69_644_1924_674_1962.pngimages/BZ_69_810_1924_844_1962.pngimages/BZ_69_979_1924_1012_1962.pngimages/BZ_69_1147_1924_1180_1962.pngimages/BZ_69_1315_1922_1348_1964.pngimages/BZ_69_1483_1922_1516_1964.pngimages/BZ_69_1651_1924_1684_1962.pngimages/BZ_69_1819_1924_1852_1962.pngimages/BZ_69_1987_1924_2020_1962.pngimages/BZ_69_2149_1924_2195_1962.png0.737 8 0.343 2 0.593 4 0.132 2 0.225 6 0.204 6 0.222 2 0.301 0 0.440 0 0.322 2images/BZ_69_379_1977_420_2015.pngimages/BZ_69_377_2027_423_2065.png0.400 0 0.330 2 0.621 2 0.209 0 0.572 6 0.505 6 0.190 0 0.147 6 0.362 2 0.232 0images/BZ_69_379_2077_420_2115.png0.466 2 0.227 6 0.610 0 0.501 4 0.337 2 0.380 0 0.276 6 0.380 2 0.332 8 0.387 2

表8 目標案例與歷史案例的相似度

表8 目標案例與歷史案例的相似度

目標案例images/BZ_69_474_2306_578_2343.png歷史案例images/BZ_69_652_2306_756_2343.pngimages/BZ_69_829_2306_933_2343.pngimages/BZ_69_1007_2306_1111_2343.pngimages/BZ_69_1184_2304_1289_2345.pngimages/BZ_69_1362_2304_1466_2345.pngimages/BZ_69_1540_2306_1644_2343.pngimages/BZ_69_1717_2306_1821_2343.pngimages/BZ_69_1895_2306_1999_2343.pngimages/BZ_69_2081_2306_2210_2343.pngimages/BZ_69_272_2359_389_2392.png0.653 3 0.461 7 0.568 7 0.232 0 0.314 8 0.306 9 0.337 9 0.418 4 0.474 5 0.404 0images/BZ_69_272_2405_389_2438.png0.481 0 0.452 9 0.581 9 0.291 7 0.501 6 0.482 5 0.312 4 0.293 0 0.430 5 0.342 8images/BZ_69_272_2450_389_2484.png0.519 3 0.376 0 0.576 6 0.451 7 0.384 9 0.418 3 0.377 0 0.470 2 0.412 6 0.442 9

表9 應急實施效果的效用值

表9 應急實施效果的效用值

images/BZ_69_309_2612_342_2654.pngimages/BZ_69_512_2612_546_2654.pngimages/BZ_69_715_2612_749_2654.pngimages/BZ_69_919_2612_952_2654.pngimages/BZ_69_1122_2610_1155_2656.pngimages/BZ_69_1325_2610_1358_2656.pngimages/BZ_69_1528_2612_1562_2654.pngimages/BZ_69_1731_2612_1765_2654.pngimages/BZ_69_1935_2612_1968_2654.pngimages/BZ_69_2134_2612_2175_2654.png0.725 5 0.688 5 0.857 0 0.801 9 0.723 6 0.577 0 0.675 1 0.753 4 0.808 5 0.730 4

表10 備選應急方案排序結果

四、結束語

本文針對人群聚集區(qū)域公共安全應急方案選擇問題，給出了一種基于案例決策理論的應急方案選擇方法。在該方法中，將多種形式屬性值下的人群聚集區(qū)域公共安全應急問題的相似度和應急方案的相似度進行了有效刻畫，并將其綜合得到目標案例與歷史案例的相似度；然后在考慮目標案例中應急方案的實施效果以及目標案例中備選應急方案的成本的基礎上，利用CBDT思想求取各備選應急方案的綜合效用值，并據(jù)此為目標案例選擇合適的應急方案。本文提出的方法具有概念清晰、計算簡單等特點，為解決人群聚集區(qū)域公共安全應急方案選擇問題提供了一種新的途徑。在今后的工作中，可進一步研究信息不完全情形下基于案例決策理論的應急方案選擇方法，以及多元異質案例信息環(huán)境下的應急方案選擇方法等。