摘 要

现阶段，我国正处于社会转型时期，社会制度和经济制度均发生了结构上的巨大调整，民众生活随之变得更加多元与复杂，社会矛盾凸显，加之近年来自然灾害频发，给人类社会带来巨大的损失，同时也凸现出政府的应急管理体系中存在着缺陷。如何完善突发事件应急管理体系是国家和政府亟需解决的问题。案例推理是人工智能领域的一种类比推理，它可以通过检索案例库中与当前问题最为相似的案例，从而得到当前问题的解决方案，为应急决策者提供参考。

本文从应急管理的角度出发，首先，在分析比较了知识表示的常用方法的基础上，选择框架表示法作为突发事件案例的知识表示方法，并在应急管理理论的指导下，以支持案例推理为目的定义了突发事件表示框架，将突发事件信息源中的隐含知识以显性的、结构化的形式表示出来。其次根据突发事件信息源的特点，制定了适合突发事件案例文本特征的信息抽取方案，此方案以基于规则的信息抽取技术为基础，根据突发事件属性框架完成相关属性的信息抽取，构建了突发事件案例库。在广泛阅读案例推理相关文献的基础上，本文以计算案例相似度进行案例检索的方案来实现案例推理，采用模糊层次分析法对突发事件属性权值进行分配，并使用结构相似度和属性相似度结合的方法实现案例检索中的相似度计算，从而在一定程度上避免了属性缺失的问题。

本文在以上研究内容的基础上，实现了突发事件案例推理的原型系统，该系统主要包括案例检索、突发事件信息录入以及突发事件详情浏览等功能。

关键词：案例推理；案例检索；知识表示；突发事件；相似度；信息抽取

Abstract

At present, our country is in the period of society transition. Both the society and economic have undergone tremendous structural adjustments. As a result, people’s lives have become more diverse and complex, and society conflicts have become more acute. In addition, natural disasters take place more frequently, all this have shown that the government’s management scheme still need to be improved. Case-based reasoning is an analogical reasoning in the field of artificial intelligence. By retrieving cases that are most similar to the current one in the case library, a case with a high degree of similarity is selected as a solution to the current problem to provide reference for emergency decision makers.

In order to get a suitable knowledge representation for emergencies, this thesis analyses the existing representation methods, and employs frame representation as the representation methods for emergencies. Under the guidance of emergency management theory, this thesis defines the emergency representation framework for the purpose of supporting case-based reasoning and extract the implicit knowledge in the emergency information source in an explicit and structured form.

According to the feature of the emergency information source, this thesis develops an information extraction scheme suitable for the text features of emergency cases. On the basis of rules-based information extraction technology, this thesis completes the extraction of relevant attributes based on the emergency attribute framework and constructed an emergency case library.

By reading document of case reasoning widely, this thesis realizes case reasoning through computing similarity between cases for case retrieval, uses the fuzzy analytic hierarchy process to assign attribute weights and calculates the similarity cases with a combination of structural similarity and attribute similarity, which figures out the problem of missing attributes to some extent.

On the basis of the above study, this thesis realized the system of emergency case-based reasoning, it mainly includes case retrieval, emergency information entry and emergency details browsing.

Key Words: case-based reasoning; case retrieval; Knowledge Representation; Emergency; Similarity; Information Extraction

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.2.1 应急管理研究现状 2

1.2.2 案例推理研究现状 2

1.3 研究内容 3

1.4 本文组织结构 4

第2章 突发事件案例的知识表示 6

2.1 知识表示方法 6

2.2 突发事件案例框架表示 7

2.3 本章小结 10

第3章 突发事件属性的信息抽取 11

3.1 数据预处理 11

3.1.1 突发事件源案例获取 11

3.1.2 突发事件案例去重 12

3.2 基于词表和规则的突发事件信息抽取 14

3.2.1 词表的构建 14

3.2.2 基于词表的突发事件识别与分类 15

3.2.3 发生时间信息抽取 16

3.2.4 经济损失信息抽取 17

3.2.5 事件发生原因抽取 18

3.3 本章小结 19

第4章 突发事件案例检索 20

4.1案例检索方法概述 20

4.2突发事件案例的属性权值分配 20

4.3 突发事件案例间相似度计算 22

4.3.1结构相似度计算方法 23

4.3.2属性相似度计算方法 23

4.4本章小结 24

第5章 突发事件案例推理系统的设计与实现 25

5.1系统需求分析 25

5.2 系统的总体架构设计 25

5.3 系统数据库设计 27

5.4 系统详细设计与实现 28

5.4.1 突发事件浏览模块 28

5.4.2 突发事件信息录入模块 29

5.4.3 突发事件案例检索模块 30

5.5 本章小结 32

第6章 总结及展望 33

参考文献 34

致 谢 36

绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

从改革开放到如今，我国不仅在经济建设方面进步神速，同时在科技、生活等领域也有重大突破。然而，随着经济的快速发展，社会工业化进程的加快，人类社会中各种不确定、不稳定的因素逐渐显现出来，这些不稳定的因素给人们的社会生活带来不便的同时，还会对经济社会的发展产生不好的影响，甚至导致社会动荡^[1]。

突发事件是指突然发生，造成或可能造成严重社会危害，需要采取应急措施进行应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件^[2]。在突发事件发生的时候，如何利用现有的智能化技术给政府决策者提供辅助是世界各国需要研究的焦点。

突发事件的应急管理，是国家有关部门通过分析突发事件的发生以及处置过程之后建立的针对突发事件的应急管理体系，已经成为各国各级政府需要加强研究的重大关注点^[3]。应急管理从其自身而言，是一个包含管理、经济、社会以及信息工程等方面知识的综合性交叉学科，目前仍处于初级建设阶段，存在着体制不健全，人民危机意识薄弱的缺陷，需要国家和政府的大力支持和重视，不断加强和完善应急管理体系^[4]。

1.1.2 研究意义

建立科学、合理有效的应急救援体系能够有效提高应对抢险和突发事件救援能力，一方面遏制当前事故的持续恶化，另一方面也及时有效的遏制次生灾害的发生，从而减少不必要的人员伤亡和事故损失。而建立合理的应急救援体系不仅需要专业知识的支撑，还需要参考已经发生的突发事件的应急处置方案。突发事件案例中蕴含着大量的知识和经验信息，当面临突发事件的时候，应急人员倾向于参考相似的突发事件案例库中历史案例提供的处置经验。因此构建案例库可以为突发事件应急决策提供参考和支持。为了在突发事件发生时，利用突发事件案例库知识，帮助决策者迅速拟定救援方案，本文采用案例推理的方法，对突发事件应急救援方面进行深入的研究在理论和现实应用方法都具有重要的意义，主要表现在以下几个方面：

1）为政府部门决策者提供参考

当面临突发事件的时候，应急人员往往会参考已经发生的突发事件的处置措施。本文的案例库内完整记录了历史突发事件及其处置措施，深入分析这些事件发生的具体原因以及采取的应急措施，在突发事件发生的时候，能够对政府的决策人员提供辅助^[5]。

2）解决信息不完备条件下突发事件应急案例结构化问题突发事件案例多以非结构化或者半结构化的形式存在，不利于基于案例推理的应急决策。同时，突发事件存在信息不完备的缺点，这也会对决策结果造成影响。本文通过使用结构相似度和属性相似度结合的算法，弥补了信息不完备带来的问题。

1.2 研究现状

1.2.1 应急管理研究现状

为了降低突发事件带来的危害，在突发事件发生后，对突发事件发生的原因、处置方案以及对人类社会产生的不良影响进行科学的分析。当新的突发事件发生后，可以根据历史突发事件的处置经验，统一调度社会资源，有效地对突发事件进行控制和处理，这样的技术体系称之为应急管理。突发事件应急管理是公共安全保障的核心，因此建立和完善应急管理体系是目前各国乃至各级政府需要解决的关键性问题^[6]。

近年来，人类社会面临着突发事件的频繁光顾，从“非典”到“禽流感”，以及2008年初在我国爆发的冰冻雨雪灾害和“5·12”汶川特大地震，这些突发事件严重影响了我国的社会稳定与发展。我国目前处于经济转型的关键时期，公共安全保障基础相对薄弱，与经济高速发展的矛盾越来越突出，各种突发事件灾害频繁发生，突发事件总量高居不下，给人类社会造成严重损伤，突显出我国对应急管理的急切需求。在突发事件应急管理方面，国内学者展开了研究。王静茹^[7]为构建多模态危机情报融合体系与面向决策需求的危机情报融合提供新的思路。王佳^[8]等人将近年来国内外突发公共卫生事件进行了梳理，探索适应我国新形势下的突发公共卫生事件应急管理模式。吴亚平^[9]全面总结和归纳了应急管理的主要观点并进行了简要的评述。

1.2.2 案例推理研究现状

基于案例推理（case-based reasoning，简称CBR）的技术是人工智能研究方向中一种重要的基于经验和知识的问题求解方法，最早是由Roger Shark教授在1982年出版的《Dynamic Memory》中提出的^[10][11]，是一种利用已有的经验和知识去解决新问题^[12]。在案例推理理论方面，国内外学者进行了相关的研究。王瑞峰^[13]在案例推理关键技术的理论基础上将案例推理应用于安全预警方面。肖连杰^[14]提出了基于案例推理的城市轨道交通应急系统的总体设计方案。牟宏^[15]将案例推理技术应用于食品安全危机管理方面，构建了基于案例推理的食品安全危机预警系统。在案例推理的知识表示方面，黄超^[16]根据国内突发事件的特点，针对结构化和非结构化的信息提出不同的表示方法。吴险峰^[17]通过对突发事件的性质，发展演化等机理分析，研究本体表达突发事件案例知识的优越性。X jiang构建了应急演化知识表示模型，实现预警和应急的重大意义^[18]。DU Lei^[19]针对应急情景知识表示存在的问题，提出应急情况本体模型ES_Ontology。 在案例检索方面，郭翔^[20]应用灰色关联分析方法进行了基于案例属性的案例检索。杨继君^[21]等人将突发事件按照时间序列划分成若干阶段，对每一个阶段的子事件进行匹配和检索，构建了基于多属性效用匹配的应急案例检索模型。Zhi-Ping Fan^[22]等人在瓦斯爆炸应急领域针对不同属性值，提出了度量属性相似度的计算公式。

1.3 研究内容

本文研究突发事件案例推理的过程中，以案例推理的四个环节为主线，探讨了案例表示和案例检索，主要研究了如何使用最近邻检索算法得到可用于当前问题的处置方案，为决策人员提供辅助决策。整个论文的技术路线如图1.1，论文主要内容如下：

1）突发事件案例的知识表示。在综合分析了各种知识表示方法的优缺点和适用场景之后，考虑到框架表示法的继承性和结构性的优点，本文选择了框架表示法作为案例的知识表示方法，并根据突发事件应急管理的相关知识，确定本文的突发事件框架结构，形成框架网络。

2）突发事件案例的数据来源。本文的突发事件案例数据来自各大应急平台网站，通过对突发事件数据进行抓取，主要获得突发事件标题、突发事件内容、突发事件发布时间这三个部分的内容。

3）突发事件信息抽取。通过对突发事件数据特点进行分析，本文采用基于统计的方法、采用word2vec工具构建词表，在此基础上采用基于词表和规则的方法进行突发事件信息抽取。

4）突发事件案例检索。本文采用模糊层次分析法对突发事件属性进行了权值分配，因突发事件属性字段中存在着部分属性缺失的问题，本文结合结构相似度和属性相似度的方法，弥补了属性缺失的问题。

图 1.1 论文技术路线

1.4 本文组织结构

本文共分为六个章节，逐渐讨论如何采用案例推理完成突发事件相关研究，各章主要内容论述如下：

第一章 绪论。简要叙述了本文的相关背景知识和研究的意义，同时介绍了应急管理和案例推理的研究现状。

第二章 突发事件案例的知识表示。这一部分介绍了案例作为知识载体的重要性，主要介绍了目前比较常用的知识表示方法以及它们的优缺点，主要对框架表示法进行了研究。

第三章 突发事件属性的信息抽取。介绍了关于案例去重的两种方法，同时构建了基于词表和规则的突发事件信息抽取，主要包括突发事件发生时间，经济损失字段和事件发生原因的信息抽取。

第四章 案例检索。 案例检索是案例推理中最为重要的环节，本章主要介绍了常用的检索方法，本文采用模糊层次分析法进行属性权值分配，采用结构相似度与属性相似度结合的相似度的计算方法进行案例检索。

第五章 突发事件案例推理系统的设计与实现。包括系统的需求分析、数据库设计以及最后的详细设计与实现。

第六章 总结和展望。总结本文的研究内容并指出不足之处，同时对后续进一步的研究进行规划和展望。

突发事件案例的知识表示

突发事件案例作为案例知识的承载体，如何在计算机中进行存储，从而使得计算机可以识别并进行处理，这是案例推理中首先要考虑的问题。如果让案例直接以文本的形式进行存储，这样会导致检索的效率很低^[17]。而突发事件案例库中一般包含大量的案例信息，如何从大量的案例中高效地检索出需要的案例，这就需要很好的知识表示结构进行案例的存储。

2.1 知识表示方法

知识是人们在认识客观世界中获得的关于自然和社会认识或者经验的总和，知识表示（Knowledge Representation）则是将知识符号化和形式化的过程，将知识编码成计算机可以识别的某种数据结构，便于计算机存储和进行处理。

常用的知识表示方法有很多，比如谓词逻辑表示法、产生式表示法、框架表示法和面向对象表示法，这些方法在知识表示方面都有自己的优缺点，需要根据实际情况进行选择。

1）谓词逻辑表示法

谓词逻辑表示法，是使用各种逻辑公式表示对象以及对象之间关系的知识表示方法。它的目的是使用数学演绎推理的方式，从一个或者多个已知的语句中推导出一个新的语句。谓词逻辑表示法具有严密性、自然性和通用性，它的表现方式与人类的自然语言非常接近，能够表示人类的思维活动规律。

2）产生式表示法

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