基于着色Petri网的应急预案业务流程建模与分析研究

论文摘要

2010年夏天罕见的东北洪灾,甘肃特大山洪泥石流地质灾害又一次让我们真切地感受到,在重大威胁和灾难面前我们这个社会系统仍然非常脆弱。制定正确合理应急预案,实现高效快速地应急响应机制,是提高应急管理能力的必要手段。由于文字型预案在编制时缺乏实践证明和检验,在实际应用时出现了很多问题,因此构建规范化可视化的数字化预案已成为当务之急。为了更好的利用信息技术支持应急管理,使应急预案在应急处置实践过程中发挥更大的作用,需要对应急预案进行流程化分析。如何将应急业务流程从信息处理的角度进行抽象,用形式化的可处理和分析的方式表示出来,从而反映应急预案业务流程的静态特征以及动态行为,已成为应急预案的系统化和数字化研究的重点课题。论文结合国家自然科学基金项目:基于环境感知的应急响应知识需求研究(项目编号:70871061),针对目前应急预案形式化及流程化研究中所遇到的问题和困难,将Petri网应用于工作流领域的建模理论引入到应急预案业务流程管理中,系统而深入地研究了基于Petri网的应急预案业务流程模型的构建,并利用计算机支持工具对模型进行验证,最后给出了性能评价算法,对模型的相关性能指标进行评价。论文的主要研究内容如下:(1)构建应急预案业务流程CPN层次模型,在设计了应急预案业务流程模型构建与分析的框架的基础上,对其中每一步工作如何展开的思路进行了简单介绍;在此基础上对应急预案业务流程的需求来源及流程进行探讨分析,随后给出环节的流程设计;使用CPN Tools工具,对各环节流程进行基于着色Petri网的模型构建,并对模型进行了详细分析和描述(2)构建了火灾事故应急预案业务流程实例模型并进行性质验证。结合火灾型应急预案,利用CPN Tools对其相关行为属性进行了验证,证明了所构建的模型在逻辑上是不仅是有效的,而且是行为良好的,为下文基于随机Petri网的应急预案业务流程模型的性能分析奠定了研究基础。(3)对模型性能做出分析评价。给出有界Petri网性能分析算法,通过构造可达图模型,并构建对应的马尔科夫链,得出转移速率矩阵,并通过对模型中各可达状态的稳态概率的计算,分析模型中库所繁忙概率及变迁利用率等相关性能指标,最后根据各指标数据对模型性能提出评价分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.1.1 论文研究背景
• 1.1.2 论文研究目的和意义
• 1.2 论文相关领域研究现状
• 1.2.1 应急预案形式化研究现状
• 1.2.2 应急预案业务流程研究现状
• 1.2.3 Petri 网在系统过程建模中的应用现状
• 1.3 论文研究的主要内容与结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 着色Petri 网的引入
• 2.1 Petri 网的理论基础
• 2.1.1 Petri 网基本概念术语
• 2.1.2 Petri 网的基本定义
• 2.1.3 Petri 网的性质和特点
• 2.2 着色Petri 网的引入
• 2.2.1 着色Petri 网的发展
• 2.2.2 着色Petri 网的概念和性质
• 2.2.3 层次着色Petri 网
• 2.2.4 着色Petri 网建模与分析工具
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于着色Petri 网的应急预案流程化建模
• 3.1 应急预案业务流程模型构建与分析框架设计
• 3.1.1 问题的提出
• 3.1.2 应急预案业务流程模型构建与分析框架
• 3.1.3 应急预案业务流程模型构建思路与原则
• 3.2 应急预案主要业务流程化描述
• 3.2.1 应急预案业务流程需求分析
• 3.2.2 应急预案主要业务流程设计
• 3.3 基于着色Petri 网的应急预案流程化建模
• 3.3.1 整体流程
• 3.3.2 接警流程
• 3.3.3 专家辅助决策子流程
• 3.3.4 应急响应和处置流程
• 3.3.5 后期处置流程
• 3.3.6 恢复重建子流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 案例分析与模型验证
• 4.1 火灾事故应急预案流程化建模
• 4.2 火灾事故应急预案流程模型的验证分析
• 4.2.1 着色Petri 网的状态空间分析
• 4.2.2 模型的状态空间基本信息
• 4.2.3 模型的性质验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于Petri 网的案例模型性能分析
• 5.1 基于Petri 网性能分析算法设计
• 5.1.1 性能分析基础
• 5.1.2 模型性能分析算法设计
• 5.2 案例模型性能分析
• 5.2.1 模型化简
• 5.2.2 可达树（覆盖集）模型构造
• 5.2.3 稳态概率计算
• 5.2.4 性能性能指标计算
• 5.3 模型性能评价
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录