生物恐怖事件医学救援仿真推演关键技术研究

发布时间：2020-11-17 14:31

　　 生物安全是国家安全的重要组成部分,生物事件严重威胁人民健康、经济发展、社会稳定和国防安全。进入21世纪后,特别是在2001年美国发生“炭疽邮件”事件以后,国际社会认识到生物恐怖已成为现实威胁,世界各主要国家开始全面加强国家生物安全能力建设。在2003年SARS疫情后,我国也开始着力加强我国生物安全能力建设。经过十几年的发展,经受了多次流感等疫情的考验,更是参与了西非埃博拉疫情的处置,我国生物安全能力建设卓有成效。但是,我国生物安全能力具体处于何种水平,是否能够满足突发生物事件尤其是生物恐怖事件应急处置需求,依然是当前需要认真思考的现实问题。应急演练是检验和分析应急能力建设的重要手段,其自身也是应急能力的重要组成部分。突发事件往往各不相同,应急准备能力建设往往是根据不同类别突发事件在实践经验教训以及大量科学研究基础上,根据自身可能面临的威胁与可行性而建立,面向的是“未来”事件。应急演练是发现能力缺陷或缺项的重要手段,其通过模拟突发生物事件的处置过程,发现指挥协同、资源准备、应急决策等方面的难题和不足,为进一步完善和发展国家生物防御能力体系提供启示,受到世界各主要国家高度重视。与传统的沙盘推演、实战型演练、现场操练相比,基于计算机仿真的演练具有经济性、保密性、逼真性等优点,尤其是随着现代信息技术的快速发展,计算机仿真支撑下的应急推演逐步成为一种前沿的应用范式。仿真推演的基本原理是对突发事件、环境、危害、干预过程等要素进行建模,通过评估应急方案对危害发展的影响,实现应急处置的人机交互和模拟演练。如何构建一个高度逼近现实的虚拟推演环境,始终是仿真推演的难点所在。仿真推演的关键技术涉及领域知识构建、处置流程建模、危害发展仿真、结果评估分析等技术难点。在生物安全领域,目前国内尚缺乏一个统一的推演框架,与生物事件应急处置相关的专业知识和仿真模型很不完善,不能支撑实现仿真推演的实施。通过对国外具有代表性的生物事件处置演练案例的分析,结合我国应急机制的特点,本文以炭疽气溶胶生物恐怖事件为想定,针对事件处置仿真推演的框架表示、知识模型设计、任务流程建模、仿真结果分析评价等关键科学和技术问题开展了研究,为进一步研制具有实际应用价值的推演平台奠定基础。1.设计了生物事件处置演练总体方案,提出了仿真推演系统关键技术研究需求通过对国内外生物防御演练应用案例的综合剖析,基于计算机仿真技术,人机交互的思想,创新提出了“沉浸交互式研究性”桌面演练的演练方式,明确了演练目的、组织方法、过程设计,并以炭疽气溶胶生物恐怖事件为例界定了演练业务内容。进一步从方法和技术层面抽象定义了演练涉及的关键模型、模型间的交互原理,推演平台结构组成和功能需求等内容,从推演组织和技术实现两个层面形成一个完整的仿真推演框架。2.建立了生物防御领域知识本体模型构建方法,初步开发了炭疽生物恐怖事件的知识本体模型领域知识的结构化、形式化描述是实现推演数据集成、模型算法集成、应用集成的语义基础。利用本体知识工程技术,本文定义了生物防御事件域、环境域、方案域、资源域、组织域、任务域的知识概念,明确了概念间的相互关联关系,利用Protégé知识模型开发工具创新开发了一个炭疽生物恐怖事件的初步知识模型,为推演平台的数据集成和应用集成,以及研发推演专家系统奠定了基础。3.设计了基于“业务流程建模与符号”(BPMN)的炭疽生物恐怖事件应急处置任务流程,开发了流程管理原型系统仿真推演的核心在于领域任务流程的结构化描述和任务相关的资源消耗模型,建立危害、任务、资源间的结构化关系是定量评价资源消耗、跟踪任务进展、构建推演视图的基础。针对炭疽生物恐怖事件,从“行动-任务-活动”3个层面建立了生物监测、危害识别、现场评估、现场管理、病例管理、环境洗消的层次化、结构化任务模型,建立了“任务-资源”间的量化配置关系,采用“业务流程建模与符号”(Business Process Model And Notation,BPMN)语言对建立的任务模型进行了规范描述。基于XML语言和Activiti流程引擎,开发了流程管理原型系统。4.建立了集生物事件、危害演变、应急任务、资源消耗于一体的处置过程仿真模型,初步实现了仿真推演的定量评价基于建立的仿真推演框架、知识模型和推演任务流程,应用计算机仿真技术建立了中尺度生物气溶胶大气扩散、生物粒子沉降衰亡、资源消耗配置、医学干预下的病程发展等关键模型,研发了一个可视化推演系统原型针对监测预警能力需求问题,对不同预警延迟时间对不同规模尺度生物恐怖事件危害后果的减控效果进行了模拟,实现了预警延迟时间对危害结果影响的定量评估;在此基础上,针对资源约束下的医学处置效果问题,对不同资源配置和处置延迟时间组合形成的多种干预策略的处置效果进行了模拟,初步实现了应急资源约束对危害态势发展的影响评估。本文围绕应如何开展基于计算机辅助的生物恐怖事件桌面演练、如何为参演方提供一个共同的语义环境、如何使应急方案能够被计算机自动识别、如何描述生物恐怖事件危害发展与干预措施间的相互作用机制等科技问题。提出了一个生物事件处置演练方案的总体框架;解决了领域知识建模、任务流程建模和应急处置能力评估等方面的技术难点。为进一步研制具有实际应用价值的推演平台系统,和开展生物事件处置的研究性桌面演练奠定了基础。
【学位单位】：军事科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.9;R-05
【部分图文】：

图 2. 2 文案参考案例3. 领域知识领域知识是指生物防御应急业务领域的现有知识，这些知识主要以文本，需要汇聚在一起并作为模型研究的输入和推演决策的参考，主要包括(1) 战略：在全球层面或国家层面制定的生物防御总体规划，但现有的的内容比较广，将与推演主体相关的指导原则、目标规划、行动路线等，形成电子文本资料。(2) 预案：预案是根据战略制定的应对生物事件的预先行动规范，从层上，有国家、地区预案例，也有公安、卫生、疾控等职能部门的预案。人员来自不同的职能部门，其决策的主要依据就是这些预案，同时由于能职责不同及专业不同，可能会导致这些预案间存在不协调和不一致，调这些不一致本身就是推演的重要目的之一。(3) 现场处置方案/临床救治指南：方案指南是针对更具体的任务制定的，以及任务处置需要动用的资源能力以及能力要素的使用方法。这些业

军事科学院博士学位论文 受训组制定一个应急行动方案，通过技术组定义的 R 关系来观察方案效果，反馈修改并完善形成更“好”的方案，及方案空间的优化搜索过程。3. 生物防御任务清单（任务域本体）根据应急方案建模原理的定义，应急方案中的任务集是任务清单的子集，任务清单 TaskList 规定的所有可能的应急任务，因此要制定和评估方案首先需要制定任务清单，供受训人员基于情景和能力在其中选择需要采取的应急任务。任务清单的研究的主要依据是战略、预案、指南等现有非结构化文本，从中抽取提炼形成结构化的规范。(1) 任务分解基于层次任务网络(HierarchicalTaskNetwork,HTN)的基本原理，将生物防御应急处置过程分解为“使命—行动—任务”三个层次，分别为使命(Mission)层、行动(Action)层、任务(Task)层，如图 2.3 所示：

军事科学院博士学位论文评价性，即可对任务主体、任务对象、任务能力等进行清晰的表述，因此是一个应急行动方案的基本组元。(2) 任务网络用网络来描述任务间的时序关系，这些关系主要包括：顺序、同步、交叉等基本结构。城市生物防御应急任务网络案例如图 2.4 所示：
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本文编号：2887614