基于混合空間關聯(lián)分析的應急預警網格劃分系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種互聯(lián)網災害預警【技術領域】的基于空間關聯(lián)分析的面向應急預警網格劃分系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：突發(fā)事件信息整合模塊、突發(fā)事件信息過濾模塊和應急預警網格劃分模塊。該方法通過將突發(fā)事件地理信息作為應急預警布局的分析線索，首先設計突發(fā)事件空間關系信息的表達方式；然后提取突發(fā)事件空間關系信息并將其與突發(fā)事件的結構化屬性信息集成整合并建立空間事實星座模型；再根據(jù)基于頻度差異的過濾算法，將沒有意義的空間關系信息篩除；最后通過混合型空間關聯(lián)規(guī)則挖掘，得到影響事件的空間特征，構成覆蓋不同應急預警等級的應急預警地理網格。本發(fā)明實現(xiàn)了突發(fā)事件周邊空間關系信息和屬性信息的整合，使用概念樹描述空間關系信息和事件屬性信息，實現(xiàn)對突發(fā)事件的非結構化數(shù)據(jù)和結構化數(shù)據(jù)進行整合的空間事實星座模型。
【專利說明】基于混合空間關聯(lián)分析的應急預警網格劃分系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種互聯(lián)網災害預警【技術領域】的方法及裝置，具體是一種基于空間關聯(lián)分析的面向應急預警網格劃分系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]由于應急突發(fā)事件發(fā)生在具體的地理空間范圍中，災害突發(fā)事件的事前預警、事中響應和事后恢復都能在地理信息系統(tǒng)的支撐下來管理規(guī)劃。很多學術文獻對此進行研究，其中有代表性的有兩類:第一類是地理信息系統(tǒng)(GIS)在災情事前預警決策的技術應用。例如，使用地理信息系統(tǒng)對河岸的化工污染進行面積分布的可視化分析，進而運用趨勢演進模型展開決策評估(Jiang et al.，2012);基于電子地圖的網絡分析模型進行決策支持，實現(xiàn)地震生命救援線的事前規(guī)劃(Selcuk et al., 2012);使用GIS可視化功能并設計系統(tǒng)動力學模型，在事前對地震引起的衍生火災進行仿真分析(Zhao，2012);在GIS平臺上進行互動分析，動態(tài)評估應急預警資源的數(shù)量和分布的合理性(Hassanzadeh et al., 2010 ；Liu et al.，2012)。這些應急管理的事前決策分析或是通過GIS的基本分析功能，或是通過系統(tǒng)提供的應用程序接口(API)實現(xiàn)模型算法設計，支持上述的系統(tǒng)動力學模型、網絡分析模型和資源布局模型等的開發(fā)(Yu and Zhang，2012)。第二類為地理信息系統(tǒng)在事中救援階段的技術應用研究。災害事件的應急響應效率是體現(xiàn)政府應急管理能力的關鍵。因此，大量的文獻研究基于GIS技術來提升應急資源調度的速度。其中:Yao et al.(2010)和Yuet al.(2012)提出了地理信息系統(tǒng)在災害事件響應過程中的技術框架，詳細梳理了 GIS的具體功能應用。在此基礎上，Chen et al.(2012)以城市建設事件為應用背景，設計跨機構的GIS共享平臺來協(xié)同調度災害事件的應急裝備資源。由于地理信息系統(tǒng)具有二次開發(fā)的開放式接口，很多研究設計并開發(fā)各種模型進行應急響應的調度分析。例如，Chitumallaet al.(2008)提出系統(tǒng)動力學模型和實時調度模型，來進行應急救援的調度響應過程分析。另外，還有很多研究使用GIS自帶的基礎模型，如網絡分析、疊加分析和緩沖區(qū)分析等，并應用在交通應急事件(Jones and Haynes, 2008)、洪水突發(fā)事件(Sabhan and Mulligan,2008)等。
[0003]目前應急管理的研究涉及到地理空間信息的分析，但還局限于使用GIS的可視化查詢功能、基本分析功能和應用程序接口，對災害事件中的地理空間信息的挖掘深度還遠遠不夠。需要解決兩個技術難題:一是高精度的空間關系信息數(shù)量巨大，需要有效的數(shù)據(jù)結構將其組織起來，實現(xiàn)結構化和非結構化數(shù)據(jù)的整合；二是大量的空間關系信息對應急事件的分析是無意義的，需要高效的過濾算法來篩選出有意義的空間關系信息。
[0004]經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101763095，
【公開日】2010_06_30，公開了一種移動化學風險源預測預警和應急控制方法，該技術步驟為:①確定移動風險源的物質種類、數(shù)量以及保護目標的地理坐標；②獲得目標風險模擬范圍的風場、湍流量的預報結果；③獲得保護目標的危害度時空分布；④獲得基于GIS平臺的移動化學風險源預測預警與控制方案；⑤實時在線發(fā)布。但該技術沒有涉及地理空間信息對災害事件的影響，沒有對地理信息影響應急事件的發(fā)生、演進、救援和恢復等進行深度分析，采用GIS平臺只是起到了地理空間信息的可視化作用。
[0005]中國專利文獻號CN102096889，
【公開日】2011_06_15，公開了一種基于GIS系統(tǒng)的核危害預測預警平臺及方法，該技術步驟為:1.獲得風場及湍流量的預報結果；2.對核危害進行擴散模擬；3.得到核事故的危害縱深、撤離縱深、服碘縱深、危害面積、撤離面積、服碘面積、危害開始時間和危害持續(xù)時間；4.判斷所設置的擴散模擬區(qū)域是否計算出核事故的危害縱深；如果已經計算出危害縱深，結束該方法；如果沒有計算出危害縱深，返回2 ；5.基于GIS核危害預警與實時在線發(fā)布。該技術雖然分析了災害事件演進的地理空間特征，但主要使用擴散模擬的仿真分析，對災害演進進行預警分析。而本發(fā)明側重分析空間信息對于災害事件的深度影響，采用的是數(shù)據(jù)挖掘路線，主要針對火災事件。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種基于空間關聯(lián)分析的面向應急預警網格劃分系統(tǒng)及方法，能夠將地理信息作為應急預警布局的分析線索，以以往發(fā)生的應急災害信息為數(shù)據(jù)源，集成事件的空間信息和屬性信息進行深度分析，實現(xiàn)應急預警網格的劃分。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種基于空間關聯(lián)分析的面向應急預警網格劃分系統(tǒng)，包括:突發(fā)事件信息整合模塊、突發(fā)事件信息過濾模塊和應急預警網格劃分模塊，其中:突發(fā)事件信息整合模塊接收來自GIS數(shù)據(jù)庫的突發(fā)事件地理信息和來自關系型數(shù)據(jù)的突發(fā)事件屬性信息，并根據(jù)GIS數(shù)據(jù)處理生成空間關系信息，并將空間關系信息和事件屬性按照關鍵字集成空間事實星座模型后輸出至突發(fā)事件信息過濾模塊，突發(fā)事件信息過濾模塊根據(jù)空間信息的分布差異對空間事實星座模型進行過濾和預處理并輸出處理后的空間事實星座模型至應急預警網格劃分模塊，應急預警網格劃分模塊根據(jù)Spatial PF-tree關聯(lián)分析算法對空間事實星座進行數(shù)據(jù)挖掘和GIS疊加分析，得出規(guī)則支撐應急預警地理網格的劃分，用于突發(fā)事件的應急預警管理。
[0009]本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的劃分方法，通過將突發(fā)事件地理信息作為應急預警布局的分析線索，首先設計突發(fā)事件空間關系信息的表達方式；然后提取突發(fā)事件空間關系信息并將其與突發(fā)事件的結構化屬性信息集成整合并建立空間事實星座模型；再根據(jù)基于頻度差異的過濾算法，將沒有意義的空間關系信息篩除；最后通過混合型空間關聯(lián)規(guī)則挖掘，得到影響事件的空間特征，構成覆蓋不同應急預警等級的應急預警地理網格。
[0010]所述的突發(fā)事件空間關系信息的表達方式即:〈空間關系 >(分析對象，周邊對象)，其中:分析對象為潛在的災害發(fā)生點，空間關系為潛在災害發(fā)生點與其它空間對象形成的位置關系，周邊對象為任務相關的空間對象，即為潛在的災害發(fā)生點周邊的空間對象。
[0011]進一步地，A代表空間關系集合，B代表周邊對象集合，空間關系數(shù)據(jù)模型為C=A ': B，如:Close_to (X, Lake)的意思就是災害發(fā)生點的位置臨近湖泊。其中ixj為離散數(shù)學中的連接符號，兩個集合連接的共同關鍵字為分析對象。這樣，空間關系信息就完成了關系型數(shù)據(jù)的轉換，空間關系數(shù)據(jù)的值就變成了布爾變量，例如，Overlap (x，y)={0，l}。
[0012]所述的空間事實星座模型包括:空間關系數(shù)據(jù)模型和屬性信息模型，其中:[0013]空間關系數(shù)據(jù)模型
【權利要求】
1.一種基于空間關聯(lián)分析的面向應急預警網格劃分系統(tǒng)，其特征在于，包括:突發(fā)事件信息整合模塊、突發(fā)事件信息過濾模塊和應急預警網格劃分模塊，其中:突發(fā)事件信息整合模塊接收來自Gis數(shù)據(jù)庫的突發(fā)事件地理信息和來自關系型數(shù)據(jù)的突發(fā)事件屬性信息，并根據(jù)GIS數(shù)據(jù)處理生成空間關系信息，并將空間關系信息和事件屬性按照關鍵字集成空間事實星座模型后輸出至突發(fā)事件信息過濾模塊，突發(fā)事件信息過濾模塊根據(jù)空間信息的分布差異對空間事實星座模型進行過濾和預處理并輸出處理后的空間事實星座模型至應急預警網格劃分模塊，應急預警網格劃分模塊根據(jù)Spatial PF-tree關聯(lián)分析算法對空間事實星座進行數(shù)據(jù)挖掘和GIS疊加分析，得出規(guī)則支撐應急預警地理網格的劃分，用于突發(fā)事件的應急預警管理。
2.根據(jù)權利要求1所述系統(tǒng)的劃分方法，其特征在于，通過將突發(fā)事件地理信息作為應急預警布局的分析線索，首先設計突發(fā)事件空間關系信息的表達方式；然后提取突發(fā)事件空間關系信息并將其與突發(fā)事件的結構化屬性信息集成整合并建立空間事實星座模型；再根據(jù)基于頻度差異的過濾算法，將沒有意義的空間關系信息篩除；最后通過混合型空間關聯(lián)規(guī)則挖掘，得到影響事件的空間特征，構成覆蓋不同應急預警等級的應急預警地理網格。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的突發(fā)事件空間關系信息的表達方式即:〈空間關系〉(分析對象，周邊對象)，其中:分析對象為潛在的災害發(fā)生點，空間關系為潛在災害發(fā)生點與其它空間對象形成的位置關系，周邊對象為任務相關的空間對象，即為潛在的災害發(fā)生點周邊的空間對象；這樣，空間關系信息就完成了關系型數(shù)據(jù)的轉換，空間關系數(shù)據(jù)的值就變成了布爾變量。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的空間事實星座模型包括:空間關系數(shù)據(jù)模型和屬性信息模型，其中:
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的基于頻度差異的過濾算法是基于集合劃分理論，提出以空間關系信息的集合秩差異為啟發(fā)信息的過濾方法，該方法對應的數(shù)據(jù)集合為F=Bxii ,其中:d表示事件等級且d e A，F(xiàn)是以B為基準的左連接，則F是以空間關系信息為關鍵字，集成某些屬性信息的數(shù)據(jù)集合；面向數(shù)據(jù)集合F，過濾算法的啟發(fā)因子設計方法為心
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述的SpatialFP-Tree的關聯(lián)算法具體是指:首先找出空間事實星座中一個屬性的頻繁項，即L1=SpatialfrequenHitemsets (F)，計算頻繁I項集合，計算策略是給定最小支持度和最小置信度閾值，即支持度參數(shù)和置信度參數(shù)，當超過閾值則設為頻繁項；然后反復匹配空間事實星座F中的其他屬性，Ck=Spatial_FP-Tree_gen (Lk^1, min_sup, min_conf), Ck 為候選 k 項集,按照同樣的閾值來判斷多項集合的頻繁程度；然后采用普通關聯(lián)挖掘算法進行剪枝計算；最后生成空間關聯(lián)規(guī)則集合。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征是，所述的過濾參數(shù)取值為0.21-0.28 ;所述的支持度參數(shù)取值為0.05 ;所述的置信度參數(shù)取值為0.3。
【文檔編號】G06Q50/26GK103489036SQ201310470229
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】樊博 申請人:上海交通大學