基于随机Petri网的地震应急跨部门协作可靠性建模与动态优化研究

《Reliability Engineering & System Safety》：Reliability: An SPN-Based Framework for Cross-Departmental Collaboration Efficiency and Dynamic Optimization

本文提出一种基于随机Petri网（SPN）的跨部门协作可靠性分析框架，通过建立协作效率指数（CEI）量化资源占用与任务执行的动态耦合关系。以积石山MS6.2地震为案例，识别物资运输协调为关键瓶颈，并确定救援运输（0.2-0.3次/小时）、伤员救治（0.4-0.5次/小时）等关键活动的最优速率区间，为提升地震应急响应系统的协作可靠性提供数学工具。

　　

Section Highlights

（本节亮点）

本研究开发的SPN框架通过事件链建模、连续时间马尔可夫链（CTMC）映射和创新性协作效率指数（CEI），实现了对跨部门协作系统的动态效能评估。研究揭示物资运输协调是应急响应的核心瓶颈，并通过参数优化确定了关键任务的最优执行速率区间。

Discussions

（讨论）

基于SPN的量化分析表明，应急响应系统存在局部资源拥堵与部门间负载不均衡问题，尤其在物资运输和现场救援环节。这种低效协同会延迟关键信息流，降低系统在"黄金72小时"内的整体可靠性。动态优化结果显示，将救援运输速率控制在0.2-0.3次/小时、伤员处理速率维持在0.4-0.5次/小时时，系统能达到最佳协作状态。该框架为识别协同失效风险提供了数学验证工具。

Conclusions

（结论）

本研究构建的SPN-CEIC协作可靠性评估体系，成功应用于积石山地震案例，证实其能有效诊断跨部门协作瓶颈。通过动态优化分析提出的关键任务速率区间，为提升地震应急响应系统的鲁棒性和决策科学性提供了量化依据。该框架对未来构建可应对随机干扰的弹性协同系统具有重要参考价值。