王能干，王 坚，凌卫青

(同济大学CIMS研究中心，上海 201804)

0 引言

目前，中国正处于“突发事件［1］的高发期”和“社会高风险期”，突发事件破坏性比较严重，迫切需要高效的应急管理系统来实现对突发事件的高效、快速处置。然而，突发事件具有前兆不充分、破坏性严重、潜在次生衍生危害以及发生、演化、发展规律难以预测等特点。一旦发生，不仅会威胁到人的生命安全，也会对国家经济发展和社会稳定产生较大的影响［2-3］。

面对突发事件的不确定性和高度复杂性，我国已经建立了国家、省、市、县等多级应急平台并投入使用，在实际突发事件处置过程中发挥了一定的作用。从实施效果来看，现有应急平台的构建在信息处理和共享方面仍存在较大问题，原因在于突发事件应急系统的集成化水平比较低，导致突发事件应急系统和平台“智能化”程度比较低，无法广泛地实现应急系统和平台之间的信息共享和重用。

本文通过研究本体的理论方法，结合具体的应急服务，采用突发事件应急服务本体模型(Emergency Services Ontology Definition Model，ESODM)对具体的应急服务进行本体建模，有助于实现各个应急异构系统和平台之间互操作，增强应急服务之间的可重用性和互操作性;有助于为服务推理提供更多的自动化处理，使得服务发现不再局限于关键词的检索，可以实现语义级别上的服务发现;有助于提高应急部门应对错综复杂的突发事件处理能力，实现高效、快速地响应突发事件，从而更好地保障民众生命财产安全，巩固社会秩序。

1 本体概述

1.1 本体的定义

目前，本体(Ontology)［4］的定义还没有一个完全统一的标准，学术界最为普遍接受的是“本体是关于可共享的概念化体系的明确的形式化规格说明”［5］。该定义指出了本体的4层含义，即“共享(share)”、“概念化(conceptualization)”、“形式化(formal)”和“明确(explicit)”。“共享”是指在相关领域本体中共同认可的知识，反映的是公认的概念集，而不是个体的共识，可被重复使用;“概念化”所表达的含义是独立于具体的环境状态的，它是从客观世界中抽象出一些相关概念而得到的模型;“形式化”是一种机器可读的标准化的描述方式，可用来显示地表示概念，这个概念在本文中侧重是指应急服务;“明确”是指概念的定义和概念的约束定义都是明确的。

1.2 本体的形式化表示

本体的形式化表示有很多，其中应用较多的主要有四元素表示法［6-8］，其基本思想是:一个本体主要包括概念(concepts)、关系(relations)、实例(instances)和公理(axioms)4个元素。概念表示特定领域中一类实例的集合;实例是领域概念的具体化;公理是以具体的约束规则的形式出现的，形成对实例或概念的约束;关系是概念与概念之间或属性与属性之间或概念与属性之间的关系。其中，关系主要有instance-of、attribute-of、part-of和kind-of等。关系及关系描述见表1。

表1 本体实例的基本关系表

在具体的突发事件领域建模过程中，本体描述之间的关系不仅有上面列出的基本关系，而且可以根据实际情况定义相对应的关系。

2 突发事件应急服务本体的构建

目前本体开发尚处于初级阶段，但国外有一些比较成熟的本体工程方法，其中斯坦福大学医学院开发的七步法［11-12］，主要用于领域本体的构建，比较适合研究突发事件应急服务本体的构建，因此本文采用七步法构建突发事件应急服务本体。

2.1 应急服务本体的定义模型

ESODM=(C，P，R，I)是一个四元组，其中:

(1)C表述概念集，突发事件应急服务领域相关的概念集合，如应急气象服务、应急消防服务、应急交通服务、应急医疗救助服务和应急通信服务都属于突发事件应急服务领域概念集的元素。

(2)P表示属性集，是对突发事件应急服务概念的特征及性质进行的描述，如突发事件应急服务概念所具有的特点、性质等。

(3)R表示突发事件应急服务领域中概念与概念的关系，如特殊气象服务与气象服务是一种继承的关系、消防报警服务和消防接警与消防服务是继承关系。

(4)I表示概念所覆盖的所有实例的集合。

2.2 突发事件应急服务本体模型

依据动态性、可扩展、易维护和共享等准则构建突发事件应急服务本体，可以保证突发事件应急服务本体能够适应不断变化的新需求，大大简化维护，降低信息化成本。其中，层次化的突发事件应急服务本体模型是一个有向的无环图，在这个无环图中，每一个节点都是一个服务本体，其代表的是拥有相同基本属性的个体服务的集合，而且服务ID在服务本体中是唯一的。

在突发事件应急服务本体中，服务本体与服务本体之间的关系有Kind-of继承关系、Part-of部分关系、Instance-of实例关系、Attribute-of属性关系、Has-of拥有关系等。本文参考文献［17］，采用“七步法”构建如图1所示的突发事件应急服务本体模型。

图1 突发事件应急服务本体模型

图1中用圆形表示服务;服务的属性用矩形框表示;支持服务的实体名称用椭圆形表示;服务与服务之间的关系用连线表示，并标注服务关系的名称;服务与属性之间的属性关系用直线表示。

从图1突发事件应急服务本体模型中可以看出，突发事件应急服务本体结构是以突发事件应急服务、应急服务和用户服务为主线，其中突发事件应急服务是由应急服务本体组成，每个应急服务又由用户服务本体组成，并且用户主体的对象属性以及应急服务名称、应急服务定义和支持应急服务的技术等数属性构成;每个服务又由若干个用户服务组成，并且用户服务由应急系统与应急平台和应急技术支持;同时，应急服务为用户主体提供应急服务，用户服务拥有服务主体，应急技术支撑用户服务，应急系统和应急平台为用户服务提供服务。

2.3 突发事件应急服务领域本体层次结构

依据文献［13-15］总结了12大类突发事件应急服务，主要包括:应急气象服务(常规气象观测服务，特殊气象监测服务，气象要素发展趋势和天气过程的预测、预报服务，人工影响天气服务，地理信息服务(定位服务、地理信息管理)，应急通信服务(窄带通信、宽带通信、广带通信、微波通信、计算机网络通信、移动通信)，应急交通服务(应急交通信息服务、路径诱导及导航服务、交通控制及交通事件管理、交通运输规划支持、交通基础设施管理、综合应急运输、紧急情况的确认及人身安全)，应急监测检测服务(在线监控服务、火灾监测服务、地震监测检测服务、环境监测检测服务、疫情监测检测服务)，应急指挥服务(人员疏散、移动指挥、车辆调度服务)，应急物资管理服务(应急物资仓储管理服务、应急物资物流服务)，事故风险评估服务(风险评价的分类、风险评价)，数据处理分析(数据分析、数据处理)，事故原因调查(事故调查、事故分析)，卫生防疫及医疗救助服务(疫情防疫、食品卫生、饮水卫生、环境卫生、病媒生物防制、消毒处理、化学中毒预防和处理、尸体处理、应急医疗服务)，应急消防服务(报警和接警、应急疏散、扑救火灾)等应急服务。应急服务领域本体层次结构如图2所示。

图2 应急服务领域本体层次结构

2.4 几个具体突发事件应急服务本体模型

2.4.1 应急通信服务本体模型

图3 应急通信服务本体模型

参考图1突发事件应急服务本体模型，定义应急通信服务本体的服务类别和服务类别ID，应用应急服务本体的定义模型——ESODM来构建应急通信服务本体模型，把应急通信服务划分为窄带通信、宽带通信、广带通信、微波通信、计算机网络通信和移动通信等，同时依据不同应急通信服务要素来描述相应应急通信服务。如图3所示。

2.4.2 应急消防服务本体模型

参考图1突发事件应急服务本体模型，定义应急消防服务本体的服务类别和服务类别ID，应用应急服务本体的定义模型——ESODM来构建应急消防服务本体模型，把应急消防服务划分为报警和接警、应急疏散和扑救火灾等，同时依据不同应急消防子服务和应急消防服务要素来描述相应应急消防服务。如图4所示。

图4 应急消防服务本体模型

2.4.3 应急交通服务本体模型

参考图1突发事件应急服务本体模型，定义应急交通服务本体的服务类别和服务类别ID，应用应急服务本体的定义模型——ESODM来构建应急交通服务本体模型，把应急交通服务划分为应急交通信息服务、路径诱导及导航服务、交通控制及交通事件管理、交通运输规划支持、交通基础设施管理、综合应急运输和紧急情况的确认及人身安全等，同时依据不同应急交通服务要素来描述相应应急交通服务。如图5所示。

图5 应急交通服务本体模型

3 构建突发事件应急服务领域本体库

本体采用斯坦福大学医学院生物信息研究中心基于 Java 语言开发的本体开发工具 Protégé［16］和本体描述语言 OWL(Web Ontology Language)［8］来构件突发事件应急服务领域本体库。其中，Protégé构建突发事件应急服务类别及服务之间的层次关系，界面如图6所示;检索交通流量监控的本体，界面如图7所示。

图6 突发事件应急服务类别

图7 检索交通流量监测本体界面

4 结束语

本文通过研究突发事件应急服务本体模型(ESODM)，对突发事件应急服务进行统一建模，实现异构应急系统和平台之间互操作，提高各个应急子系统和平台之间的协调性和整合程度，从而提高了突发事件应急系统的集成化水平、突发事件应急系统和平台“智能化”程度，很好地实现了应急系统和平台之间的服务共享和重用，为用户提供透明的基于语义理解的应急服务，有效地提高了应对突发事件的能力。

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