一種基于時(shí)間Petri網(wǎng)的應(yīng)急救援資源調(diào)度及應(yīng)急救援方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石化企業(yè)廠區(qū)安全應(yīng)急管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時(shí)間Petri 網(wǎng)的應(yīng)急救援資源調(diào)度及應(yīng)急救援方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石化企業(yè)發(fā)生事故災(zāi)害（主要指火災(zāi)或爆炸）事件是隨機(jī)且復(fù)雜的，滅火的策略 選擇受火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、氣象、燃燒對(duì)象等許多因素制約，即使是同一種對(duì)象發(fā)生火 災(zāi)，也會(huì)由于火場(chǎng)的環(huán)境不同、滅火力量的素質(zhì)和器材裝備等因素的不同而需采用不同的 撲救方法。石化企業(yè)火災(zāi)的撲救是一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，包括從接到火災(zāi)報(bào)警開(kāi)始至 救援終結(jié)的整個(gè)過(guò)程?？梢圆捎胮etri網(wǎng)理論建立火災(zāi)撲救過(guò)程的模型，對(duì)石化企業(yè)火災(zāi) 撲救過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，揭示火災(zāi)撲救過(guò)程的功能和實(shí)質(zhì)，進(jìn)而制定各類(lèi)決策方案，實(shí)現(xiàn)火 災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的最優(yōu)救援。
[0003] Petri網(wǎng)（PN)是對(duì)離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示，適合于描述異步的、并發(fā)的計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)模型。PN的結(jié)構(gòu)元素包括庫(kù)所（place)、變迀（transition)、?。–onnection ;arc)和 令牌（token)。庫(kù)所表示系統(tǒng)的狀態(tài)；變迀表示改變狀態(tài)的事件；弧連接狀態(tài)與事件；令牌 包含在庫(kù)所中。它們?cè)趲?kù)所中動(dòng)態(tài)地變化以表示系統(tǒng)的不同狀態(tài)。PN模型具有直觀、形象 等優(yōu)點(diǎn)，又具有許多優(yōu)良的數(shù)學(xué)性質(zhì)，已廣泛用于分布式系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)等 領(lǐng)域。
[0004] 石化企業(yè)事故災(zāi)害發(fā)生時(shí)，應(yīng)急救援的順利實(shí)施不僅需要一套規(guī)范正確的應(yīng)急預(yù) 案加以指導(dǎo)，同時(shí)需要一種明確的資源調(diào)度方法進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援行動(dòng)資源的高效 配置。
[0005] 應(yīng)急救援是一項(xiàng)需要多個(gè)機(jī)構(gòu)如消防、公安、環(huán)保等部門(mén)有序協(xié)作完成的過(guò)程?，F(xiàn) 有應(yīng)急流程管理方法是在災(zāi)害發(fā)生后，依據(jù)應(yīng)急預(yù)案實(shí)施應(yīng)急救援行動(dòng)，然而，應(yīng)急預(yù)案內(nèi) 容較為概括，只提供了一般性的總體規(guī)范，并沒(méi)有給出應(yīng)急救援資源的具體調(diào)度方法，降低 了應(yīng)急預(yù)案的可操作性。
[0006] 同時(shí)，現(xiàn)有應(yīng)急預(yù)案一般是只針對(duì)單一事故的處置方法，無(wú)法應(yīng)對(duì)應(yīng)急救援過(guò)程 中次生事故發(fā)生等復(fù)雜情況，特別是多個(gè)事故點(diǎn)需使用同一應(yīng)急救援資源這一情形。如何 根據(jù)應(yīng)急救援和資源分布狀態(tài)，構(gòu)建實(shí)時(shí)的應(yīng)急救援資源調(diào)度方法，成為了順利實(shí)施應(yīng)急 救援的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于，依據(jù)應(yīng)急預(yù)案中應(yīng)急救援行動(dòng)的實(shí)施要求，結(jié)合廠區(qū)應(yīng)急救 援資源分布狀況，提出一種可實(shí)時(shí)調(diào)整應(yīng)急救援資源的基于時(shí)間Petri網(wǎng)的應(yīng)急救援資源 調(diào)度及應(yīng)急救援方法。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種基于時(shí)間Petri網(wǎng)的應(yīng)急救援資源調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1 :分析現(xiàn)有石化企業(yè)的應(yīng)急預(yù)案，提取應(yīng)急救援行動(dòng)執(zhí)行邏輯，建立Petri 網(wǎng)模型，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案找到每項(xiàng)應(yīng)急救援行動(dòng)所需的應(yīng)急救援資源；
[0011] 步驟2 :分析應(yīng)急救援資源狀態(tài)，建立應(yīng)急救援資源準(zhǔn)備和使用過(guò)程的子Petri網(wǎng) 模型；
[0012] 步驟3 :整合步驟1的Petri網(wǎng)模型和步驟2的子Petri網(wǎng)模型，建立應(yīng)急救援資 源調(diào)度Petri網(wǎng)模型；
[0013] 步驟4 :配置應(yīng)急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng)模型的初始和目標(biāo)標(biāo)識(shí)，調(diào)用求解算法， 求解完成時(shí)間最小的變迀激發(fā)策略，得到優(yōu)化的應(yīng)急救援資源調(diào)度策略。
[0014] 石化企業(yè)安全應(yīng)急預(yù)案的流程可分為預(yù)警上報(bào)、專(zhuān)家決策、應(yīng)急救援、后期分析原 因等流程。預(yù)警上報(bào)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者人工報(bào)警 的方式啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，劃分災(zāi)害級(jí)別并上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)接到災(zāi)害報(bào)告后，立即組織 專(zhuān)家確定應(yīng)急救援方案，專(zhuān)家對(duì)應(yīng)急救援過(guò)程中的資源調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行建模，經(jīng)過(guò)對(duì)所建模 型分析后，找出及時(shí)科學(xué)的火災(zāi)應(yīng)急救援方案。應(yīng)急救援部門(mén)在領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一指揮下按 應(yīng)急救援方案完成相應(yīng)救援任務(wù)，應(yīng)急救援部門(mén)主要包括消防、公安、環(huán)保和氣象等部門(mén)。 救援完成后，事故得到良好控制，組建事故調(diào)查小組，對(duì)事故原因、救援情況和損失程度進(jìn) 行調(diào)查，對(duì)廠區(qū)進(jìn)行安全排查，更新事故應(yīng)急預(yù)案。
[0015] 結(jié)合石化企業(yè)應(yīng)急預(yù)案要求和應(yīng)急救援資源分布、使用狀況，對(duì)應(yīng)急救援多機(jī)構(gòu) 行動(dòng)過(guò)程使用時(shí)間Petri網(wǎng)建模，并使用基于Petri網(wǎng)可達(dá)圖的搜索算法求解最小完成時(shí) 間調(diào)度策略，為整個(gè)應(yīng)急救援過(guò)程的指揮提供一種量化的決策輔助方法。
[0016] 發(fā)生災(zāi)害時(shí)，預(yù)案規(guī)定救援過(guò)程中氣象部門(mén)進(jìn)行氣象監(jiān)測(cè)；消防部門(mén)依據(jù)風(fēng)向滅 火；環(huán)保部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)滅火后完成清理與消毒；公安部門(mén)組織員工疏散，員工疏散需在現(xiàn)場(chǎng)消 毒和清理前完成。同時(shí)，對(duì)這些具體救援機(jī)構(gòu)的行動(dòng)按照?qǐng)?zhí)行邏輯建立Petri網(wǎng)模型（總 體時(shí)間Petri網(wǎng)模型）。
[0017] 準(zhǔn)備過(guò)程包括救援人員對(duì)物資在使用前的運(yùn)輸、搭建，啟動(dòng)和部署等過(guò)程。執(zhí)行應(yīng) 急救援行動(dòng)過(guò)程包括救援人員使用物資完成救援任務(wù)的中心環(huán)節(jié)，例如消防中的滅火、氣 象信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與發(fā)布、廠區(qū)員工在指揮下疏散等。梳理好應(yīng)急救援資源分布狀態(tài)和準(zhǔn)備 活動(dòng)和應(yīng)急救援行動(dòng)執(zhí)行時(shí)間后，對(duì)其建立應(yīng)急救援資源子Petri網(wǎng)模型（局部時(shí)間Petri 網(wǎng)模型）。
[0018] 建立好各個(gè)應(yīng)急救援資源的準(zhǔn)備和執(zhí)行應(yīng)急救援行動(dòng)的局部時(shí)間Petri網(wǎng)后，與 總體時(shí)間Petri網(wǎng)進(jìn)行合并，可以得到相應(yīng)的應(yīng)急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng)模型（調(diào)度問(wèn)題 Petri網(wǎng)模型）。
[0019] 完成應(yīng)急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng)模型配置后，通過(guò)算法求解，找出最優(yōu)應(yīng)急救援 行動(dòng)資料調(diào)度策略，提高救援資源的利用效率，縮短救援時(shí)間。
[0020] 在步驟1中，應(yīng)急救援資源是各個(gè)應(yīng)急救援行動(dòng)所需的物理資源和信息資源。
[0021] 應(yīng)急救援資源是各個(gè)應(yīng)急救援行動(dòng)實(shí)施的條件，按屬性劃分，可分為物理資源，信 息資源等。物理資源具備實(shí)體特性，在救援中需經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、準(zhǔn)備和使用等過(guò)程，例如火災(zāi)中 的消防器材，需要從庫(kù)房運(yùn)送到事故點(diǎn)，組裝完成后，進(jìn)行滅火。信息資源為輔助救援資源， 在救援中需經(jīng)過(guò)信息平臺(tái)的啟動(dòng)和信息發(fā)布等過(guò)程，例如，滅火過(guò)程中氣象平臺(tái)經(jīng)過(guò)啟動(dòng)， 啟動(dòng)后采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)播報(bào)廠區(qū)的氣象信息，通過(guò)播報(bào)的風(fēng)向和風(fēng)速更改滅火措施。
[0022] 在步驟1中，所述應(yīng)急救援行動(dòng)執(zhí)行邏輯包括多個(gè)救援機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施指令以及 這些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施指令的執(zhí)行次序。
[0023] 通過(guò)對(duì)企業(yè)現(xiàn)有安全應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和資料分析，抽取應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)施指令，并分析這些實(shí)施指令行動(dòng)的先后次序，制定出具體應(yīng)急救援流程，確定應(yīng)急救援 機(jī)構(gòu)所實(shí)施的具體應(yīng)急救援行動(dòng)。所述應(yīng)急救援行動(dòng)是指員工使用專(zhuān)用設(shè)備或者自身能力 完成一定救援任務(wù)，例如消防員使用滅火器消滅火災(zāi)，公安部門(mén)利用群體事件經(jīng)驗(yàn)指揮員 工疏散。
[0024] 在步驟2中，應(yīng)急救援資源的準(zhǔn)備和使用過(guò)程包括：工具的運(yùn)輸和準(zhǔn)備、人員的部 署和信息資源平臺(tái)的啟動(dòng)。
[0025] 應(yīng)急救援資源在使用前需經(jīng)歷準(zhǔn)備過(guò)程，準(zhǔn)備過(guò)程涵蓋工具的運(yùn)輸和準(zhǔn)備、人員 的部署、信息資源平臺(tái)的啟動(dòng)。應(yīng)急救援資源準(zhǔn)備主要包括：消防部門(mén)從庫(kù)房或者就近運(yùn)輸 消防器材到事故點(diǎn)；環(huán)保部門(mén)準(zhǔn)備環(huán)保器材，奔赴事故點(diǎn)；安保部門(mén)警員部署；氣象部門(mén)啟 動(dòng)實(shí)時(shí)氣象平臺(tái)等。
[0026] 應(yīng)急救援資源的準(zhǔn)備和在應(yīng)急救援行動(dòng)過(guò)程中的使用都需要一定的時(shí)間。在分析 應(yīng)急預(yù)案的同時(shí)需確定應(yīng)急救援資源的分布狀態(tài)、準(zhǔn)備時(shí)間、在應(yīng)急救援行動(dòng)過(guò)程中實(shí)施 所需的時(shí)間，根據(jù)上述參數(shù)建立子Petri網(wǎng)模型。
[0027] 步驟1中，Petri網(wǎng)模型為應(yīng)急救援實(shí)施總體時(shí)間Petri網(wǎng)模型；步驟2中，子 Petri網(wǎng)模型為應(yīng)急救援資源的準(zhǔn)備和執(zhí)行應(yīng)急救援行動(dòng)的局部時(shí)間Petri網(wǎng)模型；步驟3 中，應(yīng)急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng)模型為調(diào)度問(wèn)題Petri網(wǎng)模型。
[0028] 合并應(yīng)急救援實(shí)施總體時(shí)間Petri網(wǎng)模型和應(yīng)急救援資源的準(zhǔn)備和執(zhí)行應(yīng)急救 援行動(dòng)的局部時(shí)間Petri網(wǎng)模型，得合并時(shí)間Petri網(wǎng)模型，即應(yīng)急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng) 模型。急救援資源調(diào)度Petri網(wǎng)模型將總體時(shí)間Petri網(wǎng)模型中的代表應(yīng)急救援資源準(zhǔn)備 和使用過(guò)程的變迀根據(jù)當(dāng)前資源狀態(tài)拓展，拓展的內(nèi)容有設(shè)置具體變迀延遲，另外，如果有 多種資源可供使用，應(yīng)體現(xiàn)選擇性路由。
[0029] 庫(kù)所表征資源狀態(tài)，變迀代表應(yīng)急救援行動(dòng)，采用相應(yīng)算