大数据驱动的大型活动全景式安全管理与决策方法

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

张辉

项目受资助机构

清华大学

项目编号

91646201

立项年度

2016

立项时间

未公开

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

240.00万元

学科

管理科学-经济科学-经济发展与经济制度

学科代码

G-G03-G0310

基金类别

重大研究计划-重点支持项目-大数据驱动的管理与决策研究

关键词

应急决策 ; 全景式管理 ; 大型活动 ; 大数据 ; big data ; large-scale event ; emergency management ; emergency decision-making

参与者

刘奕;陈涛;迟远英;丁治明;李京文;才智;宫志刚;台运启;刘艺

参与机构

北京工业大学;中国人民公安大学

项目标书摘要:近年来大型活动举办越来越频繁。大型活动涉及人员众多,涉及部门繁杂,手机、微信、APP、安检设备、移动通讯车和应急平台等大量投入使用,针对其突发事件的安全管理至关重要。目前的安全管理以被动的人防为主,很难满足新形势下的安全管理需求。本项目面向大数据背景下的全景式管理机遇,聚焦于大型活动的公共安全管理与决策方法研究。基于多源异构数据融合分析方法,建立基于多维特征的重点群体识别与监控方法。综合考虑突发事件情景建模和多主体多目标的协同模式,构建基于博弈理论和组织行为学的Multi-Agent模型,提出数据驱动的近实时的情景推演方法。研究“数据—模型—知识经验”精准决策、“政府—组织—公众”多主体参与的协同决策和跨部门跨领域协同应对方法,建立深度融合微观、中观和宏观层次的全景式安全管理与决策方法。项目预期能够对常态和非常态下大型活动的安全管理提供强有力的支持和帮助,丰富我国公共安全管理决策理论体系。

Application Abstract: Recently,large-scale events are organized more and more frequently in China.Cell phone,WeChat,mobile communications vehicle and emergency platform system are widely used.It is very important for the safety management under emergency.Depending on the passive prevention,current safety management is difficult to satisfy the requirements under new situation.Facing opportunities of the panoramic management in Big Data,this project focuses on the methods for safety management and decision-making of large-scale events.Based on fusion and mining of multi-source and heterogeneous data,we will study the methods for key group identification and control.Taking the scenario building and collaborative mode of multi-agent and multi-object into account,we need to build the Multi-Agent model with game theory and organizational behavior,and propose the method for data-driven and up to real time scenario deduction.By combining the‘data-model-knowledge’precision decision,collaborative decision making from multi-agencies(including government,organization,public)and inter-department and inter-disciplinary,we put forward the holistic management and decision-making method that involve the micro,meso and macro levels.The project is expected to provide support for safety management of large-scale events under normal and emergency circumstances,and will enrich a series of theories on public safety management.

项目受资助省

北京市

项目结题报告(全文)

本项目面向当前大数据背景下的全景式管理机遇,聚集于大型活动公共安全的管理与决策方法理论及相关实践研究。本项目按照任务计划顺利完成,在四个研究内容的理论与应用层面均取得了较大的研究进展。在理论层面的研究主要表现在5个方面:1提出了基于大型活动多源异构大数据的存储融合分析方法,包括多源异构大数据获取、语义关联存储、多模态实时索引与查询、并行分析计算与信息挖掘等;2以大型活动中较常发生的踩踏事故风险及封闭空间大型活动风险为例,研究并提出了大型活动全过程监控与风险评估指标量化与计算方法;3研究了基于大数据—模型双驱动的大型活动突发事件全景式情景推演方法,实现了基于统一框架下多尺度大数据情景推演的政策量化评估方法,解决了应急指挥跨部门跨层次指挥协调难题;4研究了大型活动中人员行为规律,提出了基于脑科学的认知测量方法及基于重点人员库、时空轨迹分析、人脸识别技术等重点人员识别与监控方法;5构建了基于群体意志与凝聚力的突发事件应急管理的多层次系统框架,提出了基于博弈理论和组织行为学的Multi-Agent模型的“政府—组织—公众”多主体参与的协同决策和协同应对方法。在应用层面:这些研究成果还被成功应用于新冠疫情防控、清华大学的校园安全和2022年北京冬奥会的管理决策及国内/国际疫情社区防控和大型活动相关标准的制定,并形成了五项展示成果:1研发了时空大数据平台,为多源异构大数据的存储、查询和分析奠定平台基础;2构建了大数据架构的数据融合及可视化平台GEO-STRIA,为大数据分析及大型活动风险评估及应急处置奠定平台基础;3建设了“校园安全清华方案”,包括手机APP和校园风险防控和应急协调平台,结合校园安全圈层—区域—要素标准化实践,降低了校园的综合风险;4与辰安科技联合研发“新冠疫情应急指挥系统”,该系统已在20个省、39个地市政府部署,已服务3000多家企业、50多万人次;5牵头建立了“2022年北京冬奥会态势感知与运行指挥保障系统”,将为有效保障冬奥会的顺利进行贡献力量。项目能够对常态和非常态下大型活动的安全管理提供强有力的支持和帮助,丰富了我国公共安全管理决策理论体系。

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  • 1.基于时空数据的大型活动突发事件感知及预测方法研究

    • 关键词:
    • 事件感知;事件预测;马尔可夫模型;时间序列;时空大数据
    • 赵紫琳
    • 指导老师:北京工业大学 丁治明
    • 学位论文

    随着我国经济的高速发展,大型活动举办越来越频繁,一旦活动发生突发事件,将会造成重大人员伤亡和经济损失。如何对活动突发事件实现实时精确地感知预测,已经成为大型活动安全管理相关研究亟待解决的关键问题。实践应用方面,随着物联网、云计算、大数据、智慧城市等科学技术的快速发展,伴随着移动通讯、北斗和GPS全球定位、视频监控等感知技术和设备的普及,传统的大型活动场馆已经积累起海量的时空监测数据,这些数据为活动突发事件感知和预测带来了新的挑战和机遇。从理论研究方面,大数据分析挖掘研究和应用相关领域也已形成一批成熟的模型、技术及方法,这些成果为基于时空大数据进行分析挖掘研究,进而实现突发事件感知及预测提供了坚实的理论基础。研究成果不仅能够最大限度避免人财损失,而且对应急决策与资源调度能够产生巨大帮助。与传统以经验数据为支撑的事件感知及预测方法不同,本文以时空大数据分析为基础驱动,依靠机器学习、数据挖掘方法发现突发事件特征及模式,进而实现对复杂多变的大型活动突发事件处置应对。本文主要围绕大型活动中突发事件感知及预测相关的关键问题展开研究,论文主要工作和创新点如下:(1)基于时间序列实现大型活动历史数据建模及分类本文首先基于图结构对具有物理不变性的大型活动场馆进行建模研究;其次,基于大型活动历史数据分析,研究大型活动历史数据建模,提出基于时间序列的大型活动人群密度模型,并给出活动相似性度量方法;最后,采用KMeans实现对特定时间间隔及空间的数据模式聚类研究,实现对大型活动的自动分类。(2)基于马尔可夫实现突发事件感知现有研究往往只是简单通过历史数据对当前状态进行判定,无法感知事件状态变化过程。本文首先基于大型活动人群密度时间序列,研究并建立大型活动区域时序状态模型;其次,以人群密度等级与时间间隔的笛卡尔集为状态,基于马尔可夫过程,实现场馆单个特定区域人群密度状态随时间变化的模型表达;最后,基于上述模型,设计活动突发事件感知算法,通过活动当前状态与模型所总结出的规律对比,发现异常,实现对该区域突发事件的感知。(3)基于时空情景时间序列实现突发事件预测现有突发事件预测方法大多针对特定领域的微观事件进行研究,很难独立应用于活动突发事件的监测上。本文创新性提出将已有研究成果输出纳入到活动统一时空模型方法:首先,研究建立活动时空情景模型;其次,通过构建时空情景时间序列,对数据空间按时间及空间同时进行有效分割,进而挖掘不同活动历史数据的时空规律;最后,采用K最近邻设计突发事件预测算法,实现对当前活动突发事件的预测。(4)设计实现大型活动突发事件感知及预测原型系统为更好地验证论文研究算法及成果,解决将成果应用于实际工作中的问题,本文设计并实现了一个大型活动突发事件感知及预测原型系统。系统基于HTML5技术设计,在本文所提出突发事件感知及预测算法的基础上,实现了大型活动感知及预测原型系统的搭建及Web端应用开发,并以实例为背景对原型系统进行了功能展示。

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