一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法

摘要

本发明涉及一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法。本发明包括：计算得不同情况下各矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享参与者的收益并建立三方支付矩阵；利用计算所得的三方支付矩阵，给出矿山企业、矿山救护队与监管部门之间的复制动力系统，包括各参与者的收益期望函数和复制动态方程；对复制动态方程进行均衡点与稳定性分析；基于以上过程，判断该如何调整参数以促进矿山企业、矿山救护队与监管部门在事故发生时及时进行积极的矿山事故应急救援信息共享。本发明分析了不同主体之间的矿山事故应急救援信息共享的演化博弈过程，通过调整参数促进三者的矿山事故应急救援信息积极共享。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，属于矿山应急管理技术领域。

背景技术

在高度紧急的状态下，面对矿山事故时，科学的、合理的矿山事故应急救援信息共享方法可以保障矿山事故应急救援信息传递的时效性和有效性，最大程度节约时间，开展救援工作，增强矿山企业应对突发事故的矿山事故应急救援信息传递能力，增强矿山救护队对矿山事故的应急处理能力，增强监管部门的执政能力。虽然近年来，我国监管部门在非常规突发事件中投入大量的人力、财力、物力，但是信息瞬息万变且体量庞大，各参与者在选择矿山事故应急救援信息共享时的损耗成本不容忽视，所以如何促进监管部门、矿山企业、矿山救护队之间的矿山事故应急救援信息共享，还需要进一步的研究。

发明内容

本发明提供了一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，通过构建矿山企业、矿山救护队与监管部门三方之间的博弈模型，分析在不同情况下，如何控制、调整各参数，才能最终达到矿山企业、矿山救护队与监管部门之间矿山事故应急救援信息共享的目的。并对相应的参数进行仿真分析，得出结论。

本发明的技术方案是：一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，所述基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法的具体步骤如下：

步骤1、计算得不同情况下各矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享参与者的收益并建立三方支付矩阵；

步骤2、利用计算所得的三方支付矩阵，给出矿山企业、矿山救护队与监管部门之间的复制动力系统，包括各参与者的收益期望函数和复制动态方程；

步骤3、对复制动态方程进行均衡点与稳定性分析；

步骤4、基于以上过程，判断该如何调整参数以促进矿山企业、矿山救护队与监管部门在事故发生时及时进行积极的矿山事故应急救援信息共享。

作为本发明的进一步方案，所述步骤1的具体步骤如下：

步骤1.1、给出各主体基于事故发生情况下的参数设计，包括各参与者在积极共享矿山事故应急救援信息时获得的收益、各参与者消极共享矿山事故应急救援信息时的负面影响、各参与者积极共享矿山事故应急救援信息时所耗费的成本或额外成本、只有某一个参与者消极共享矿山事故应急救援信息情况下所处受的罚金；

步骤1.2、根据情景假设和参数设定，建立矿山事故应急救援信息共享三方博弈树模型；

步骤1.3、根据设定的参数，分别计算在若干情况下，矿山企业、矿山救护队、监管部门各自的收益情况，建立矿山事故应急救援信息共享的三方支付矩阵。

作为本发明的进一步方案，所述步骤2的具体步骤如下：

步骤2.1、假设矿山企业选择积极共享的概率为x，则消极共享概率为1-x；假设矿山救护队选择积极共享的概率为y，则消极共享概率为1-y；假设监管部门选择积极共享的概率为z，则消极共享概率为1-z；由此构建矿山企业、矿山救护队和监管部门三者各自在积极共享矿山事故应急救援信息情况下与消极共享矿山事故应急救援信息情况下的收益期望函数；

步骤2.2、计算各参与者的平均期望函数：

(1)矿山企业的平均期望收益：

(2)矿山救护队的平均期望收益：

(3)监管部门的平均期望收益：

步骤2.3、由步骤2.1与步骤2.2求得的期望函数，构建三方共享矿山事故应急救援信息的博弈动态复制方程：

(1)矿山企业选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

(2)矿山救护队选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

(3)监管部门选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

作为本发明的进一步方案，所述步骤3中，对复制动态方程进行均衡点分析包括：依据演化博弈理论，求解并分析演化博弈的均衡点。具体步骤包括：(1)、令各复制动态方程等于零，分别求得三个均衡点；(2)、对各复制动态方程求导，并判断不同条件下，求导所得函数在均衡点处的正负情况；(3)、当求导所得函数在均衡点处小于零时，说明在该情况下，这个均衡点是演化的策略点；随着时间的发展，事件不断发生演化后，会逐渐趋向于选择这种策略。

作为本发明的进一步方案，所述步骤3的具体步骤如下：

步骤3.1、为了求解演化博弈的均衡点，令方程F(x)＝F(y)＝F(z)＝0，可知方程的解可构成演化博弈的边界；

步骤3.2、分析矿山企业的演化均衡点：

F(x)＝0时，解得三个平衡点为x

步骤3.3、分析矿山救护队的演化均衡点：

F(y)＝0时，解得三个平衡点为y

步骤3.4、分析监管部门的演化均衡点：

F(z)＝0时，解得三个平衡点为z

作为本发明的进一步方案，所述步骤4的具体步骤如下：

步骤4.1、分析矿山企业的稳定演化策略：

经计算，x＝1是均衡点，说明满足对应条件时，矿山企业采取积极共享矿山事故应急救援信息收益较高，采取积极共享矿山事故应急救援信息会成为演化的稳定策略；根据上面解得x＝1是均衡点时的条件，通过增大矿山企业积极共享时监管部门的投资力度以及降低矿山企业积极共享时的成本，扩大满足条件的范围，来提高矿山企业选择积极共享矿山事故应急救援信息的概率，在一定程度上确保事故发生时，矿山企业能及时传递有效的矿山事故应急救援信息，促进应急事故的处理；

步骤4.2、分析矿山救护队的稳定演化策略：

经计算，y＝1是均衡点，这说明满足对应条件时，矿山救护队采取积极共享矿山事故应急救援信息收益较高，采取积极共享矿山事故应急救援信息会成为演化的稳定策略；根据上面解得y＝1是均衡点时的条件，通过增大矿山救护队积极共享时监管部门的投资力度、加大只有矿山救护队积极共享时的奖金额度或者降低矿山企业积极共享时的成本，来提高矿山救护队选择积极共享矿山事故应急救援信息的概率，在一定程度上确保事故发生时，矿山救护队能及时接收、传递信息，及时做出决策，出发事故现场进行救援；

步骤4.3、分析监管部门的稳定演化策略：

经计算，z＝1是均衡点，这说明满足对应条件时，监管部门采取积极共享矿山事故应急救援信息收益较高，采取积极共享矿山事故应急救援信息会成为演化的稳定策略；根据上面解得z＝1是均衡点时的条件，通过增加监管部门积极共享时的社会影响力，增加矿山救护队和矿山企业给与监管部门的罚金或减少监管部门积极共享应急救援信息所需成本与额外成本，以此提高监管部门选择积极共享矿山事故应急救援信息的概率；当监管部门选择积极共享矿山事故应急救援信息的概率较高时，在一定程度上能保证事故发生时，监管部门能及时参与整合、传递矿山事故应急救援信息，节约时间，及时做出相应的决策，进行资源调度、人员派遣，将事故损失降到最低。

考虑到要在一定程度上确保事故发生时，矿山企业、矿山救护队、监管部门之间能积极共享应急救援信息，处理相关矿山事故，需要通过调整三方博弈模型中参数的数值，以达到让这三方都趋向于选择积极共享矿山事故应急救援信息的目的。本发明的优点在于分析了矿山企业、矿山救护队、监管部门三个主体之间应急救援信息共享的演化博弈过程，通过调整参数促进三者之间的积极共享。

本发明的有益效果是：本发明通过构建矿山企业、矿山救护队与监管部门三方之间的博弈模型，分析了矿山企业、矿山救护队、监管部门三个主体之间的矿山事故应急救援信息共享的演化博弈过程，如何控制、调整各参数，才能最终达到矿山企业、矿山救护队与监管部门之间矿山事故应急救援信息共享的目的。并对相应的参数进行仿真分析，得出结论。

附图说明

图1为本发明中的流程图；

图2展现了矿山企业、矿山救护队和监管部门之间的三方博弈树；

图3实施例2的演化博弈图；

图4实施例3降低成本后的演化博弈图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术特征更加完整、清晰，下将结合具体的实施例进行分析阐述，但所描述的实施例不代表所有的实施例范围。

实施例1：如图1-2所示，一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，本发明从应急情况下监管部门、矿山救护队、矿山企业共享矿山事故应急救援信息的角度进行探讨，在矿山企业、矿山救护队与监管部门的长期互动中，基于差异性，将逐渐实现博弈更新过程。本发明就矿山企业、矿山救护队、监管部门的合作情况进行建模，建立三方博弈模型，对各参与者如何选择进行了研究。

所述基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法的具体步骤如下：

步骤1、计算得不同情况下各矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享参与者的收益并建立三方支付矩阵；其中，选取矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享的主要参与者：矿山企业、矿山救护队和监管部门；

步骤2、利用计算所得的三方支付矩阵，给出矿山企业、矿山救护队与监管部门之间的复制动力系统，包括各参与者的收益期望函数和复制动态方程；

步骤3、对复制动态方程进行均衡点与稳定性分析；

步骤4、基于以上过程，判断该如何调整参数以促进矿山企业、矿山救护队与监管部门在事故发生时及时进行积极的矿山事故应急救援信息共享。

步骤5、分析小结，基于上述的调整参数的方案，得出一般结论。

作为本发明的进一步方案，所述步骤1的具体步骤如下：

步骤1.1、给出各主体基于事故发生情况下的参数设计，包括各参与者在积极共享矿山事故应急救援信息时获得的收益、各参与者消极共享矿山事故应急救援信息时的负面影响、各参与者积极共享矿山事故应急救援信息时所耗费的成本或额外成本、只有某一个参与者消极共享矿山事故应急救援信息情况下所处受的罚金等；具体的可见表1；

表1为模型中的参数设定与具体含义

步骤1.2、根据情景假设和参数设定，建立矿山事故应急救援信息共享三方博弈树模型；如图2所示；

步骤1.3、根据设定的参数，分别计算在若干情况下，矿山企业、矿山救护队、监管部门各自的收益情况，建立矿山事故应急救援信息共享的三方支付矩阵。如表2 所示；

表2为矿山企业、矿山救护队与监管部门矿山事故应急救援信息共享的三方支付矩阵

作为本发明的进一步方案，所述步骤2的具体步骤如下：

步骤2.1、假设矿山企业选择积极共享的概率为x，则消极共享概率为1-x；假设矿山救护队选择积极共享的概率为y，则消极共享概率为1-y；假设监管部门选择积极共享的概率为z，则消极共享概率为1-z；由此构建矿山企业、矿山救护队和监管部门三者各自在积极共享矿山事故应急救援信息情况下与消极共享矿山事故应急救援信息情况下的收益期望函数；具体的，各情形下的期望函数构建如表3所示：

表3为各情形下的期望函数构建

步骤2.2、计算各参与者的平均期望函数：

(1)矿山企业的平均期望收益：

(2)矿山救护队的平均期望收益：

(3)监管部门的平均期望收益：

步骤2.3、由步骤2.1与步骤2.2求得的期望函数，构建三方共享矿山事故应急救援信息的博弈动态复制方程：

(1)矿山企业选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

代入，得到：F(x)＝x(1-x)(S

(2)矿山救护队选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

代入，得到：F(y)＝y(1-y)(S

(3)监管部门选择积极共享应急救援信息的动态复制方程为：

代入，得到：F(z)＝z(1-z)[S

综上所述，得到的复制动态系统为：

作为本发明的进一步方案，所述步骤3中，对复制动态方程进行均衡点分析包括：依据演化博弈理论，求解并分析演化博弈的均衡点。具体步骤包括：(1)、令各复制动态方程等于零，分别求得三个均衡点；(2)、对各复制动态方程求导，并判断不同条件下，求导所得函数在均衡点处的正负情况；(3)、当求导所得函数在均衡点处小于零时，说明在该情况下，这个均衡点是演化的策略点；随着时间的发展，事件不断发生演化后，会逐渐趋向于选择这种策略。

作为本发明的进一步方案，所述步骤3的具体步骤如下：

步骤3.1、为了求解演化博弈的均衡点，令方程F(x)＝F(y)＝F(z)＝0，可知方程的解可构成演化博弈的边界；

步骤3.2、分析矿山企业的演化均衡点：

F(x)＝0时，解得三个平衡点为x＝0；x＝1；

对x求导得：

由复制动态方程的稳定性定理及演化稳定策略可知，满足

(1)当

(2)当

②当

步骤3.3、分析矿山救护队的演化均衡点：

F(y)＝0时，解得三个平衡点为y＝0；y＝1；

对y求导得：

由复制动态方程的稳定性定理及演化稳定策略可知，满足F(y)＝0,

(1)当

即此时策略选择不会随时间的推移而变化；

(2)当

②当

步骤3.4、分析监管部门的演化均衡点：

F(z)＝0时，解得z＝0；z＝1；

对z求导得：

由复制动态方程的稳定性定理及演化稳定策略可知，满足F(z)＝0,

(2)当

①当

②当

作为本发明的进一步方案，所述步骤4的具体步骤如下：

步骤4.1、分析矿山企业的稳定演化策略：

根据上面求解当

也就是说，当矿山企业积极共享时获得的声誉收益S

步骤4.2、分析矿山救护队的稳定演化策略：

根据上面求解当

也就是说，当矿山救护队积极共享矿山事故应急救援信息获得的社会认可度等收益S

步骤4.3、分析监管部门的稳定演化策略：

根据上面求解知：当

也就是说，当监管部门积极共享获得的社会收益S

步骤5、分析小结：要想使矿山事故发生时，矿山企业、矿山救护队、监管部门都倾向于选择积极共享应急救援信息，可以从增大政府投资力度、增加只有某一参与者积极共享/消极共享时的奖励/罚金或者减少积极共享应急救援信息的成本入手。

考虑到要在一定程度上确保事故发生时，矿山企业、矿山救护队、监管部门之间能积极共享应急救援信息，处理相关矿山事故，需要通过调整三方博弈模型中参数的数值，以达到让这三方都趋向于选择积极共享矿山事故应急救援信息的目的。本发明的优点在于分析了矿山企业、矿山救护队、监管部门三个主体之间应急救援信息共享的演化博弈过程，通过调整参数促进三者之间的积极共享。

实施例2：如图1-3所示，一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，本实施例与实施例1相同，不同之处在于：

对上述模型进行参数定义，具体参数数值如下表4(单位百万)；

表4为各主体基于事故发生情况下的参数值

得到复制动态系统为：

经过一系列演化过程之后，分析可知：在这个实施例下，(x,y,z)＝(1,1,1)是均衡点。即矿山企业、矿山救护队、监管部门的策略经一段时间的演化后，都会倾向于选择积极共享矿山事故应急救援信息。具体结果见图3。

实施例3：如图1-图2、图4所示，一种基于矿山事故数字应急预案的应急救援信息共享博弈模型构建分析方法，本实施例与实施例1相同，不同之处在于：

进行本文演化稳定点策略分析后发现，要想使得矿山企业、矿山救护队的演化策略趋向于积极共享矿山事故应急救援信息，可以通过增加监管部门对矿山企业、矿山救护队的投资或者减少矿山企业、矿山救护队积极共享时的成本来实现。因此下文将对成本进行调整，矿山企业与矿山救护队积极共享时的成本都减少a(0

表5为各主体基于事故发生情况下的参数值

得到复制动态系统为：

利用matlab进行仿真，结果发现经过参数a的不同数值演化之后，矿山企业积极共享矿山事故应急救援信息的概率x、矿山救护队积极共享矿山事故应急救援信息的概率y、监管部门积极共享矿山事故应急救援信息的概率z逐渐收敛于1，平衡点趋向于(1，1，1)。具体结果见图4。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。