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于无声处听惊雷:应急管理的平行系统方法 精选

已有 8561 次阅读 2008-2-20 17:09 |个人分类:感言社会|系统分类:科研笔记

 
一、引 言
 
同其他领域相比,应急管理工作具有两个十分显著的特征,并可以用鲁迅先生在《无题》中的一句诗来概之:于无声处听惊雷。首先,应急管理的第一特征就是所涉及事件多属意料之外,至少是始料不及,来得又十分突然,很有无声之处听惊雷的效果。其次,应急管理的第二个特征就是其工作所追求的目的就是使应急变得急而不乱,突而不惊,有章有序最大程度地减少人员伤亡和经济损失;因此应急管理所希望的境界就是经历重大的突发事件,就象于无声处听到惊雷一样,结果是“虚”惊一场,损失不大,回味起来甚至还能唤起几分闲庭信步般的闲情逸致。
 
然而,应急管理要达到“于无声处听惊雷”这样的境地,还有许多十分艰巨的任务必须完成。针对各类突发公共事件,各国的政府和研究人员都已作了大量长期的工作,但多为ad hoc性质,基础性、共性的科学平台型的工作较少,有关工作的收集和总结,可参见文献[1-4]和中科院ISI团队撰写的红网资料汇编[5],在此不再讨论。我们所关心的,也是我们的理念,就是在应急管理的基础科学工作中,如何利用复杂系统研究中所发展的新概念、新方法和新技术,突破传统应急管理的思路和框架,使应急管理方案的研发、制定、预演和实施更加科学化、综合化和系统化。为此,本文将侧重于平行应急管理系统(Parallel Emergency Management Systems, PeMS)的基本概念和方法的介绍。
 
二、基本思路和研究特征
 
我们认为,真正的突发事件在本质上是无法准确预见的,成功的预测是例外,不是规律性的东西,应急管理的基础研究必须正视突发事件的这一特性。更直接地讲,就是任何试图把本质上不可预见的突发事件转化为可预见事件的努力或希望都是非科学不全面的,更不应成为应急管理研发工作的重点甚至主流。
 
然而,有效地应急管理的基础却又是对突发事件的准确预测和正确防范,这就是应急管理所必须面对的一个主要矛盾和复杂问题。如何解决?我们不妨回顾毛泽东对何谓复杂的一个认识,在给家人的一封信中,他认为:“所谓复杂,就是对立统一”。我们寻求的是如何找到一条有效的途径把对立的矛盾统一在可行的解决方案之中,这就是我们研究应急管理的基本思路。
 
实际上,希望预测突发事件的根本动机是对有效应急管理的能力与信心之渴求。因此,解决无法预测与需要预测的矛盾之切入点和核心就是如何科学化、综合性、系统地培养应急管理和抵抗风险的能力与信心。基于这种认识,近年来提出的关于复杂系统的计算理论与方法[6-7],特别是人工系统[8]、计算试验[9]、平行执行[10-11]等方法,可为有效地培养这方面的能力与信心提供一条可行的途径。这就是我们进行应急管理研究的基本特征。
 
三、 PeMS的基本概念和方法
 
根据上述的研究应急管理的基本思路和问题特征,我们提出了基本复杂系统计算理论的平行应急管理系统(PeMS)的概念和方法,由三部分组成,即:利用人工社会方法对突发事件及其情境进行建模,借助计算实验过程对处置策略进行分析评估,通过平行执行实施应急方案。PeMS的核心思想就是将突发事件分析与应急心理和能力的培养有机结合,将应急过程的仿真与实施一体化、实时化、智能化,最终使应用管理科学化、实用化。主要过程简介如下[12]。
 
3.1人工社会与应急建模
 
在复杂系统的建模中,我们采用了“多重世界”的观点,即对复杂系统进行建模时,不再以逼近某一实际的复杂系统的程度为唯一的标准,而是把模型也认为是一种“现实”,是实际复杂系统的一种可能的替代形式和另一种可能的实现方式,而实际复杂系统也只是可能出现的现实中的一种,其行为与模型的行为“不同”但却“等价”。这也是我们利用人工社会进行应急建模的思想基础。
 
尽管这一思想在哲学等许多方面有值得商榷之处,但在应急管理上,可能是恰当而有效的。比如研究评估某区域应急策略对处置突发事件的效用时,没有必要建立针对该区域各类突发事件的精确模型。首先,这类模型可能太复杂,无法实现。而且,从理论上讲,一个区域的结果也难以直接推广到另一个区域:在A地区的成功并不意味着在B地区一定成功,对全部现有地区的成功也无法保证对未来将形成的新地区的成功(尽管这种考虑可能没有现实意义)。此外,不同类型的突发事件之间更无法推广。其次,一个合理的突发事件模型,尽管它并未代表任何一个现实的突发事件,但它可能描述了某一“可能地区”的“可能突发事件”。因此,一项合理有效的应急策略或预案,必须在一个合理的突发事件模型中产生良好的效果,否则该项策略或预案就需要改善。
 
简单情况不存在上述问题,因为它们有统一的模型。只要能够管理统一的模型,就管理了模型所代表的所有情况。但复杂情况没有统一的模型,有的甚至连比较相近的模型都没有,因此就必须面对这些问题。根据这些讨论,在利用人工社会研究应急管理时,可以采用“多重世界”的观点,不必苛求人工社会与实际社会完全相同或高精度逼真,而只要求它们在规模、行为方式、系统特性等方面有相应的一致性即可。
 
人工社会的许多特性使其成为完成对突发事件进行建模的有效方法和工具。尽管人工社会的理论和方法还处在“初级”发展阶段,但可能会为解决应急管理的建模和“实验”问题提供一种有效的解决方案,至少是一种解决思路。目前,人工社会还是一门试验性的工具,以代理计算为主要手段,具有如下特点:
 
1) 强调综合与合成在行为产生中的作用,通过利用人工组件构造复杂行为模式,而不是将自然系统形式拆成部件来理解系统行为,因此采用的是整体而不是还原的方式。
 
2) 通过把人工创造的系统置于实际、仿真或混合环境下,产生复杂的互动方式和相关行为,利用涌现方法进行观测总结,了解、分析和理解复杂系统的行为及其各种影响因素。
 
利用这些特点,特别是第二个特点,就可以利用人工社会以比较容易操纵和重复的形式,抓住突发事件的复杂性特征,进行精确可控的各种试验,对其行为和各种影响因素进行“量化”的分析和评估。这是利用人工社会研究突发事件应急管理之核心目的。
 
3.2 计算实验与应急分析
 
可重复的试验组成实验,实验是判断一种理论、方法或措施是否科学之最基本的要求。但对于许多应急管理问题,有时不可能对其对象进行“试验”,更不用说是“实验”了。即使是作了试验,其中的主观和不可控因素也太多了,从而结果和结论往往也不具有一般性。造成这一困难的原因可归结为下:
 
1)本质方面原因:正如已故诺贝尔经济奖获得者司马贺(H.Simon)教授所言,对许多复杂系统我们无法对其进行分解还原分析,因为分解后的系统已在本质上不具有原系统的功能和作用了。
 
2)经济方面原因:由于复杂系统的规模和成本的因素,试验代价太大,以致经济上无法承受从而不能够进行试验。
 
3)法律方面原因:许多复杂系统涉及国家防卫、军事战备、社会安全等问题,受立法保护,以致无法对研究的系统进行试验,也无法重建这些系统进行试验。
 
4)道德方面原因:许多复杂系统往往涉及大量人员,对这些系统进行试验,有可能危害人的生命和财产,至少冲击人的正常生活,以致在道德上无法接受此类试验。
 
应急管理所涉及的往往就是这类难以实验的复杂系统。因此,如研究复杂系统一样,如何解决应急管理研究中的“实验”或“试验”问题,是推进这一领域研究工作的关键问题之一。
 
计算机仿真用于应急管理研究已有相当长的历史。通过计算,进行应急管理实验和各种应急策略或预案的评估,也已有大量的研究成果。但目前应急管理中采用的计算机仿真同基于复杂系统所提出的计算实验概念不完全相同,只能作为其中的一部分。而且,应急管理中的计算机仿真仍是以逼近现实为唯一目的,特别是,一般仿真并没有深入涉及基于代理和行为的人工社会方法。
 
实际上,人工社会等方法的出现,从思想和方法上为仿真研究带来了新的途径和活力。在并行计算、分布计算和网格计算等大型模拟方法和结构得到广泛应用的今天,仿真也完全可以从基于微分差分方程的自然过程模拟,扩展到对社会系统和人的行为等人造或混合过程的计算机模拟。这一扩展将更多地涉及许多非数值、语言层次上的描述性和结构性认识,人工生命和人工社会等人工系统就是这方面的典型实例。更为重要的是,由于涉及突发事件中的人与社会环境时,无法避免相应的内在主观性,因此可以更进一步:把“仿真”结果作为现实的一个替代版本,或一种可能出现的现实,而把实际系统也作为可能出现的现实中的一种,同仿真结果“等价”。这一思路,正是从系统仿真走向计算实验的思想基础。
 
在计算实验方法中,传统的计算模拟变成了“计算实验室”里的“试验”过程,成为“生长培育”各类突发事件的手段,而实际事件只是这个“计算实验”的一种可能结果而已。计算仿真遵守实际事件是唯一现实存在的理念,把逼真实际事件作为目的,并把实际事件作为检验仿真结果成功与否的唯一参照和标准,追求“真实”。与仿真不同,计算实验认为计算模拟也是一种“现实”,是现实事件的一种可能的替代形式和另一种可能的发生方式。根据这一理解,自然就可以利用计算模拟进行“计算实验”了。
 
从系统仿真走向计算实验,其主要原因可归结如下:
 
1) 实际的需要———是弥补无法对突发事件,特别是复杂社会情境进行有效实验的一种尝试。
 
2) 技术的成熟———日益增强的计算能力,特别是并行、分布和网格计算技术的成熟和普及,以及未来的量子计算,以及不断出现和发展的其它新的建模和分析方法,为计算实验提供了技术保障。
 
3) 思想的接受———认为计算仿真无法取代实际试验,主要是因为被仿对象往往是客观的自然过程,唯一且可以重复进行试验,几乎没有主观发挥的空间;但在计算实验中,被试对象往往本身就缺乏唯一性,而且对其行为的发生与认识也会有许多主观因素。因此,把计算模拟作为现实的替代形式或一种可能的实现方式容易被接受。
 
4) 简单的一致———是指对简单事物往往会有一致的看法。计算试验是基于自下而上的代理方法,产生人工对象,然后通过这些对象的交互进行实验。尽管人们容易对复杂社会系统的整体行为的认识产生分歧,但对相对简单的人工对象的局部行为和模型的认识往往能够取得一致,从而对基于这些认识较为一致的局部行为所产生出的复杂整体行为也能够理解和接受。
 
图1 基于人工社会的应急管理之计算实验和预案评估
 
图1给出借助于人工社会进行计算实验,利用涌现方法及各种统计手段分析评估应急策略或预案的有效性,并对其进行相应修改的粗略过程和步骤。涌现的概念将在计算实验中起核心的作用,通过涌现的方法,人工社会可以方便地“生长”出各种复杂现象。
 
利用人工社会的“计算实验”之可设计性和可反复进行的特点,还可以对应急策略或预案进行各种关于可靠性和有效性等的“加速”实验,“压力”实验以及“极限”实验等等,如同目前针对软件系统所进行的一样。对于应急管理问题,这些“实验”一般是无法用实际系统,特别是正在运行的实际系统进行实验的。
 
3.3 平行执行与应急实施
 
所谓平行执行,就是通过将实际社会的情景与人工社会的情景并列,构成平行情景,再通过平行情景之间的互动交叉等相互作用,完成对实际情景的管理与控制。平行执行的主要思路就是利用实际与人工情景的参考对比和关联分析,对各自未来的状况进行“借鉴”和“预估”,相应地调节各自的管理与控制方式,有效实现修正、实施特定解决方案的目地。主要过程如图2所示。
 
图2 平行应急管理系统的主要模式和过程
 
1)学习与培训―在这一过程中,人工情境主要是被用来作为一个学习和培训应急管理的中心。通过将实际与人工情境的适当连接组合,可以使处理危机的有关人员迅速地掌握突发事件的各种状况以及对应的方案。在条件允许的情况下,应以与实际相当的管理系统来处理人工情境,以期获得更佳的真实效果。同时,人工情境的管理系统也可以作为实际情境的备用系统,从而增加其运行处理的可靠性和应变能力。
 
2)实验和评估―在这一过程中,人工情境主要被用来进行计算实验,分析了解各种不同的突发情况下人与社会的行为和反应,并对不同的解决方案的效果进行评估,作为选择和支持管理决策的依据。
 
3)管理与控制―在这一过程中,人工情境试图尽可能地模拟实际情境,对其演化进行预估,从而为寻找实际情境的有效处置方案或为修正改进当前方案提供依据。进一步,通过观察实际情境与基于人工情境所预估的状态之间的不同,产生误差反馈信号,对人工情境的预估方式或参数进行修正,减少差别,并开始分析新一轮的优化和预估。
 
显然,已有应急管理理论中的许多方法都可以推广到平行执行式的管理之中。通过平行执行管理机制,我们可以使“仿真”常态化:“仿真”不再是需要之前仿一下就完了,而是天天仿,时时仿,永远仿。进而实现从平时的“以万变应不变”到用时的“以不变应万变”等不同的管理境地。
 
四、 PeMS的研发与实施讨论
 
作为一种特殊的PMS(Parallel Management Systems,平行管理系统),PeMS的研发和实施与PMS有许多相同之处,但具有自己鲜明的特色和要求。在上面讨论的基础上,除应考虑应急管理的一般特性之外,我们认为PeMS的研制还应特别注意下面几个方面的问题。
  •  从具体到一般,从个别到普遍
应该从非常具体情况下的应急管理问题入手,逐步按PeMS的思路建立相应的能够处理同类情况的一般应急管理系统。对于不同类别的应急管理问题,也应遵循相似的过程,逐步建立具有广泛指导意义和具有可实施性的PeMS框架。
  •  基于现场调查(Field Investigations)的虚实结合原则
比如,应急管理问题中最重要的对象是人。因此,应急建模与分析中必须包含人的建模与其行为的分析。但完备和深度逼真的人之建模与分析不但十分困难甚至不可能,有时也无此必要,特别是在有限资源和时间的情况之下。对此,可在现场调查的基础上,虚实结合,利用蒙特卡洛等方法,产生针对具体应急问题的“人工”人口,用于应急的建模和分析。以此类推,利用具体的现实物体、事件、动机和目标,虚实结合推而广之产生具有规模的各类“人工”模型库,最终使应急问题的研究真正做到科学化和实用化。
  •  突出并深化心理和社会学的内容与方法
要充分深入地利用人格、社会、实验、认知等心理学和文化、宗教、互动、规则、组织、分层等社会学的理论与方法。尽管这些知识都在已有的应急管理研究中涉及,如心理分析和社会行为的应用,但往往限于描述、静态、离线、隔离和非实时化。在传统的心理和社会问卷及抽样统计之外,我们应利用心理学和社会学的最新进展,特别是刚刚兴起的社会计算(Social Computing)概念与手段[13],使应急管理中心理和社会知识的应用数值化、动态化、在线化、网络化和实时化,根本性地改变现有应急模型中人与社会的角色与作用,为决策者的科学化分析和管理者的智能化执行奠定基础。
  • 充分利用影视导演等非传统科技手段
影视导演技术已成为各类军事演习必不可少的有效手段,我们也应在应急管理研究中充分利用这一手段,即可用于真人真景的应急演习,使传统简单的民意调查抽样扩大和升华为心理和行为采样,又可用于计算试验的设计和实施,更可使其科学化。“科学化”导演就是以人和事件活动为中心,以心理学、社会学、人类学、广告学和工程学等多学科交叉为主要方法,以现场观察、采访、实验可用性测试、启发式初排(Heuristic Walkthrough)、人物情景假想等等为主要手段,最后,利用导演和先进计算等技术,提高抗风险能力,实现高质有效的危机管理。
  •  推广和深化仿真和虚拟现实技术
除了代理计算(Agent Computing)等新的先进手段外,PeMS必须在现有仿真和虚拟现实的基础上,推广深化,并加以系统化和常规化的应用。应将各类应急管理的文本预案,数字预案和现场方案有机的通过仿真和虚拟现实结合起来,再利用计算实验思想和方法进行不同层次上的量化评估和分析。同时,可与导演设计相结合,实现真实场景与虚拟现实仿真一体化的新型人机与环境互动式的应急研究和培训演练。
  •  开放式的框架和标准
借助于许多成功的开放式计算框架和标准的例子,如寻找素数的梅森项目(GIMPS Plan:Great Internet Mersenne Prime Search)和寻找外星生命的folding@Home项目,我们可以利用网络公开应急研究的基础方法和基本模块,通过开放式的系统框架和标准,汇集网络上的人力智力和物力,共同构造各类PeMS。此时,对等计算P2P可用于一般研究和学术技术交流,而网格计算(Grid Computing)可用于高性能高可靠性的专用PeMS。通过这些方式,我们就可以收集不同群体和个人设计的各类开源甚至不开源的模块,组成不同形式的PeMS系统,使应急管理结果的抗风险能力和培训功能进一步加强提高。
  •  动漫游戏的科学化和工作化
通过网上的开放式框架和标准,我们可进一步使应急管理成为一个网上的动漫游戏,吸收更多的“网民”在娱乐中参与应急管理的“研究”和“演习”。这样即可以使应急研究者不断通过游戏得到相关数据和启示,对应急理论和方法进行“实证”检验,又可以使玩应急游戏者从中学习并掌握在各类突发事件中如何行事的基本知识,提高全民应急素质和能力。实际上,应急游戏应是PeMS整体的一部分,既作为管理和工作人员能力考核的手段,从而在“游戏”中培养处理危机的“百战百胜”将军,又可作为检验测试PeMS性能和可靠性的途径。我们甚至可以想象,不久的将来,游戏变为应急研究的一种常规的工作,而玩“应急游戏”已成为一个新的职业。
 
五、展望
 
平行管理系统PMS是一种新的管理思路和方式,是管理科学和工程与计算技术、网络技术、集成技术和智能技术等信息技术相结合的必然产物[14]。随着综合化和智能化程度的提高,复杂系统在社会的各个层面和领域不断形成,已成常规化之势,其控制与管理问题需要我们提出新的理论,新的方法,新的技术予以应对,平行管理系统的概念正是在这一背景下形成的。
 
除了在应急管理问题上的应用之外,我们还启动了PMS在分析和管理下列领域的复杂系统中的应用:
  • 交通、电力和乙烯等复杂工程系统
  • 生态、农业、森林管理等复杂生态系统
  • 政治、经济、人口、数字政府等复杂社会系统
  • 复杂军事与国防系统
我们认为,一定程度上,企业管理的PMS是下一代的ERP。
 
在应急管理研究中,我们启动了“红网”项目,其目标是搜集各类的突发事件和应急预案,通过实时获取在线的网上突发事件和与应急相关的信息,构建并运行各类PeMS。
 
只要人类存在一天,我们就必须面对突发事件,处理诸如自然灾害,事故灾难,公共卫生事件和社会安全等危机情况。因此,应急管理的研究和实施是一项长期的任务,必须本着“不断探索,不断完善”的科学精神,以及“万世之族,万世之宝”的负责态度来从事这方面的工作。
 
致谢
 
本文的研究获得国家自然科学基金委创新研究群体科学基金智能控制与计算智能方法及应用(60621001)和中科院海外合作伙伴计划项目情报与信息安全学研究团队(2F05N01)的支持,部分内容曾于2006年应邀在基金委《双清论坛》作报告阐述,在此表示衷心感谢。
本文以题《平行应急管理系统PeMS的体系框架及其应用研究》发表在《中国应急管理》2007年12期的“专家视点”专栏。
 




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