突发事故应急救援队伍参与信...平台构建行为策略的演化仿真_郑万波.pdf

引用格式：郑万波，陈慧敏，夏云霓突发事故应急救援队伍参与信息共享平台构建行为策略的演化仿真安全与环境工程，（）：，（）：突发事故应急救援队伍参与信息共享平台构建行为策略的演化仿真郑万波，陈慧敏，夏云霓（昆明理工大学理学院，云南 昆明 ；昆明理工大学数据科学研究中心，云南昆明 ；重庆大学计算机学院，重庆 ）摘要：针对突发事故发生时现场信息不详对应急救援工作产生阻碍的问题，首次提出构建突发事故应急救援队伍参与信息共享平台，并对各应急救援队伍行为策略建立演化博弈模型，通过关键参数的 仿真模拟，解释关键参数对应急救援队伍参与信息共享平台构建最终行为策略的影响。结果表明：当复制动态方程的特殊解均大于时，应急救援队伍最终的演化稳定策略为参与信息共享平台构建；企业队伍的行为策略对参数的改变表现得不敏感，志愿者队伍和政府队伍的行为策略对参数的改变表现得较为敏感；加大参与信息共享平台构建时的各项补贴、社会各界捐款、社会效益、奖金额度或者降低各项成本均是促进应急救援队伍参与信息共享平台构建的有效途径。关键词：突发事故；应急救援队伍；演化博弈；信息共享平台；行为策略；计算机仿真中图分类号：文章编号：（）收稿日期：开放科学（资源服务）标识码（）：基金项目：国家自然科学基金项目（、）作者简介：郑万波（），男，博士，副研究员，主要从事应急管理与智能决策等方面的研究。：通讯作者：陈慧敏（），女，硕士研究生，主要研究方向为辅助决策与应急管理。：，（，；，；，）：，第 卷第期 年月安 全 与 环 境 工 程 ：；根据 年 月国家应急管理部发布的数据显示，年前三季度我国自然灾害形势复杂严峻，极端天气气候事件多发，各类自然灾害已造成 万人次受灾，人死亡或失踪，直接经济损失高达 亿元。因此，突发事件发生后各地政府及时采取措施以控制事态发展，高效协同调配各应急救援队伍开展积极救援与伤员安置工作显得尤为重要。近年来，随着国内外学者对突发事件应急救援过程研究的不断深入，应急救援效率得到了很大的提高。等设计了一种救援车辆自主选择救援路线、自动分配应急资源的混合算法；等通过研究矿山救援队人员伤亡事件的原因和严重程度，有针对性地提出需加大医疗物资的应急准备和加强灾害预防的建议；等提出的基于 的培训系统，减少了实地培训的成本，保障了人身安全；谢小军等提出的多链路通信应急指挥协同系统为应急救援指挥监控的实现提供了新的解决途径；宋叶等针对地震灾害应急救援过程中救援队伍的指派问题，提出了基于时间满意度和胜任能力的地震应急救援队伍指派模型，以保证应急救援能力与较高的救援满意度；梁魏等提出了受灾者与施救者能力联动的应急响应模型，以提高突发事件的应急救援效率。此外，一些学者利用演化博弈理论对突发事件应急救援过程中各参与者的行为策略进行了分析，并有针对性地提出了相应的建议。张乐等基于蜈蚣博弈模型研究了突发水灾害应急管理中主体的合作意向趋势；利用演化博弈理论建立了突发事件的合作模型，说明增加利润可以让政府表现出强烈的执行意愿；等 利用演化博弈理论分析人员疏散过程中的模仿效应，用来模拟人群的行为策略；等 采用进化博弈与系统动力学相结合的方法，对突发公共卫生事件中政府、社区和居民的行为策略进行了理论建模和仿真分析；刘纪达等 运用演化博弈理论通过分析消防监管模式发现，企业与消防部门之间存在周期性波动的混合行为策略。从上述研究可以看出，目前应急管理、演化博弈理论的相关研究都是针对事故本身并给出相应的建议，不能用来解决应急救援队伍在事故发生前对该事故频发地有关信息不了解的问题。因此，为了更充分地增加对事故多发地信息的了解，进一步完善突发事件应急救援体系，引导各应急救援队伍更规范、更有序地开展应急救援工作，并节省救援时间，本文首次提出在事故发生前建立一个突发事故应急救援队伍参与信息共享平台。参与信息共享平台构建的参与者包括高危企业专属应急救援队伍、社会志愿者应急救援队伍和政府所属应急救援队伍，信息共享的内容主要涉及该地气候特征、环境特征、医疗服务点分布情况等数据、语音和图像信息，信息内容由各救援队伍针对该地现场情况竭尽所能地进行采集，并上传至信息共享平台，再由平台系统对杂乱的信息进行统一的筛选、整合，形成针对特定区域的全方位的信息共享平台。该信息共享平台的形成能有效地解决应急救援队伍因缺乏准确的位置信息、环境信息等而不能及时、精准地开展救援工作的问题，对于整个大环境而言，具有避免社会恐慌、维护社会稳定的重要作用和意义；而对于应急救援队伍而言，具有增加收益、提升个人荣誉感等作用和意义。模型假设与参数说明本文以各应急救援队伍参与信息共享平台构建的行为策略为研究对象，综合考虑奖惩机制，作出以下假设：假设为了使突发事故发生时应急救援工作更加顺利地开展，本文拟在事故发生前构建一个突发事故应急救援队伍参与信息共享平台，信息共享平台构建的参与者包括高危企业专属应急救援队伍、社会志愿者应急救援队伍和政府所属应急救援队伍。其中，高危企业专属应急救援队伍一般是指事故频发的高危生产企业独有的小型应急救援队伍；社会志愿者应急救援队伍主要是指社会志愿者队伍；政府所属应急救援队伍一般是指省级应急救援队伍、市州级应急救援队伍。为了方便研究将上述种应急救援队伍简称为企业队伍、志愿者队伍和政府队伍。假设各应急救援队伍是有限理性的，可自主选择是否参与信息共享平台构建，且不考虑各应急救援队伍之间的差异性、从属性，均以利益最大化为标准，各应急救援队伍选择参与信息共享平台构建的概率 分 别 为（）、（）、（）。假设企业队伍参与信息共享平台构建可获得平台建设的社会效益、各项补贴，耗费物资等成本；企业队伍不参与信息共享平台构建会获第期郑万波等：突发事故应急救援队伍参与信息共享平台构建行为策略的演化仿真得负面影响；特别地，当只有企业队伍参与不参与信息共享平台构建时，企业队伍会获得奖励需要交罚款，罚款交予政府并由政府拨给政府队伍用于开展应急救援工作。假设志愿者队伍参与信息共享平台构建可获得平台建设的社会效益、社会各界捐款，消耗财力物力等成本；志愿者队伍不参与信息共享平台构建存在负面影响；特别地，当只有志愿者队伍参与不参与信息共享平台构建时，志愿者队伍会获得奖励需要交罚金，罚款交予政府并由政府拨给政府队伍用于应急救援工作。假设政府队伍参与信息共享平台构建可获得平台建设的社会收益、统筹管理收益，花费成本；政府队伍不参与信息共享平台构建对政府队伍形象的损失、任由事态持续严重造成的财政损失；特别地，当只有政府队伍参与信息共享平台构建时，政府队伍需要额外付出信息共享平台构建成本。假设各应急救援队伍参与信息共享平台构建的意愿主要受参与收益的影响，但受主体责任、信息共享平台内容等的影响较小。此外，法律法规对其的制约效果主要体现在不配合时的罚款上。演化博弈模型的构建 演化博弈模型的支付矩阵基于上述的基本假设和相关参数设定，可以建立突发事故应急救援队伍参与信息共享平台构建的行为策略演化博弈模型中企业队伍、志愿者队伍和政府队伍的支付矩阵，见表。应急救援队伍参与信息共享平台构建意味着应急救援队伍会针对救援现场主动进行实时监测、资源协调管理，并将了解到的现场情况信息与其他应急救援队伍进行共享，积极构建信息共享平台；应急救援队伍不参与信息共享平台构建意味着该应急救援队伍认为事故较轻，可对现场进行独立监测、独立救援，没有必要建立信息共享平台与其他应急救援队伍合作。模型求解与分析（）设企业队伍参与不参与信息共享平台构建的期望收益分别为 和，则企业队伍的平均期望收益为珟 （）（）（）设志愿者队伍参与不参与信息共享平台构建的期望收益分别为 和，则志愿者队伍的平均期望收益为表应急救援队伍参与信息共享平台构建行为策略演化博弈模型的支付矩阵 企业队伍志愿者队伍政府队伍政府队伍参与政府队伍不参与企业队伍参与志愿者队伍参与志愿者队伍不参与 企业队伍不参与志愿者队伍参与 志愿者队伍不参与 珟 （）（）（）设政府队伍参与不参与信息共享平台构建的期望收益分别为 和，则政府队伍的平均期望收益为珟 （）（）令：（珟）（珟）（珟烅烄烆）（）将、与表中收益代入式（）（），可得该系统的复制动态方程如下：（）（）（）（）（）（）（）烅烄烆（）令式（）中各式等于时，解得：，；，；，。有：；则系统 均 衡 点 为：（，），（，），（，），（，），（，），（，），（，），（，），（，）。复制动态安全与环境工程 ：第 卷方程解出的均衡点并不一定就是系统的稳定策略，根据稳定性定理及演化稳定策略可知，满足（，）且（，）的（，）为系统的演化稳定点。经计算后，将不同情况下对应的演化稳定点进行整理，见表。表不同情况下对应的演化稳定点 与关系与关系与关系（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）由表可知，同时满足、时，各应急救援队伍趋向于选择参与信息共享平台构建，即、越大，、可取的值越多。特别地，当、的取值均大于时，、取，内的任意数时都能同时满足、，此时无论、取何值，最终系统的行为策略将会稳定地趋向于 参与，参与，参与。因此，要想扩大、的值，可以通过加大企业队伍参与信息共享平台构建时的各项补贴和只有企业队伍参与信息共享平台构建时的奖金额度、降低企业队伍参与信息共享平台构建时的成本、加大志愿者队伍参与信息共享平台构建时的社会各界捐款金额、加大只有志愿者队伍参与信息共享平台构建时的奖金额度、降低企业队伍参与信息共享平台构建时的成本、增加政府队伍参与信息共享平台构建时的社会效益、增加其他两方上交罚金、减少政府队伍参与信息共享平台构建时所需的成本和额外成本等来实现。通过上文的分析可知，应急救援队伍参与信息共享平台构建的行为策略存在个均衡点，仅通过稳定性定理难以确保均衡点稳定性的准确性，而参数调整是探讨复制动态方程系统稳定点实际意义的有效手段。因此，下面本文将进一步分情况进行模拟仿真，以检验关键参数变化对系统演化趋势及最终的演化稳定点的影响，从而找到各应急救援队伍参与信息共享平台构建的既定模式，保证信息共享平台的构建达到损失最小化、利益最大化。数值模拟分析 博弈三方参与的仿真分析为了使得、的值较大，参考有关 文献 对演化博弈模型中的参数进行了数值定义，其中初始参与意愿设置为随机数，其余选取的具体参数数值如下：，（单位为百万元），将数据代入式（）可得到此时的复制动态方程为（）（）（）（）（）（烅烄烆）（）对上述演化博弈模型进行仿真模拟，得到的仿真结果见图。图行为策略仿真的三维演化图 通过观察图 可知，系统最终的演化结果为（，），即各应急救援队伍最终都会稳定地趋向于选择参与信息共享平台的构建，由此初步可知结论正确。在系统的演化过程中，政府队伍趋向于选择参与信息共享平台构建行为策略的速度最快。该模型为特殊情况，、的取值均大于，、取，内的任意数时都能同时满足、，由上节分析可知，由于、的取值对最终各应急救援队伍的行为策略趋向于参与信息共享平台构建没有影响，因此在此模型基础上继续研究系统最终的演化稳定策略没有实际意义，故下面本文将对如何促进三方救援队伍更快地趋向于选择参与信息共享平台构建的行为策略进行研究。演化概率受奖惩金额影响的仿真分析经上述对系统演化稳定点策略分析可知，通过加大应急救援队伍参与信息共享平台构建时的奖金额度可提高应急救援队伍选择参与信息共享平台构建概率趋向于的速度。因此下面令应急救援队伍的奖金增加（，单位为百万元）。本实例考虑各应急救援队伍参与信息共享平台构建的初始参与意愿较低的情况，为了保证试验结论的真实性第期郑万波等：突发事故应急救援队伍参与信息共享平台构建行为策略的演化仿真与准确性，其余参数具体数值不变，其中、分别加上，将新数据代入式（）可得到：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）烅烄烆（）本文利用 软件进行仿真模拟，得到参数取不同数值时、的概率演化图，见图。由于的变化难以判断，故对其进行了单独分析，其结果见图。图参数取不同数值时、的概率演化图 ，图参数取不同数值时的概率演化图 结合图和图可知：加大应急救援队伍参与信息共享平台构建时的奖金额度后，企业队伍、志愿者队伍和政府队伍最终都会选择参与信息共享平台