姜少偉+賀賢達(dá)+陸金花+毛文彥

摘 要：基于我國(guó)城市安全管理中存在的不足，圍繞城市公共安全類(lèi)事件的應(yīng)急決策問(wèn)題，提出基于不同事件的復(fù)雜特征的城市公共安全管理與應(yīng)急決策指揮平臺(tái)框架設(shè)計(jì)，將可視化救援GIS技術(shù)（V-RGIS）、應(yīng)急決策的推理技術(shù)和開(kāi)放式規(guī)則引擎技術(shù)融合，構(gòu)建城市安全管理應(yīng)急指揮平臺(tái)體系，并利用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與LEACH算法相結(jié)合對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)事件特征數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確提取和傳輸，提高及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處置城市管理突發(fā)事件的能力。

關(guān)鍵詞：城市公共安全 可視化GIS 應(yīng)急決策 數(shù)據(jù)融合算法

中圖分類(lèi)號(hào)：X92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（c）-0014-05

Design of Platform for Urban Public Security Management and Emergency Command Based on Event Characteristics

Jiang Shaowei1 He Xianda2* Lu Jinhua1 Mao Wenyan1

（1.Jiangsu Yuanwang shenzhou Software co.，LTD，Jiangyin Jiangsu，214400，China；2.Hohai Universtity College of Internet of Things Engineering，Changzhou Jiangsu，213022，China）

Abstract：Because of inadequate management of urban security and emergency decision problem around the city public safety events， we propose the application of visual rescue GIS technology to urban public security management combined with the inference technology for emergency decision and open rule-script engine to build the command platform for city emergency security management system， and using BP neural network combined with LEACH algorithm to realize data fusion of network node， which is aimed at transferring data quickly and accurately and making up for past deficiencies. Improving the capacity of the timely detection and rapid disposal of the city emergency management， which can ensure the operation of the city orderly and safely.

Key Words：Urban public security；Visualization of GIS；Emergency decision；Data fusion algorithm

隨著社會(huì)發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大和日益多元化，公共安全形勢(shì)也日益復(fù)雜，同時(shí)也伴隨著潛在的危機(jī)與矛盾，社會(huì)差距逐步擴(kuò)大，矛盾也日益凸顯，公共安全受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，各種公共安全事件給個(gè)人生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失[1]，并對(duì)社會(huì)公共秩序和可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅，其中人為制造危機(jī)、自然災(zāi)害危機(jī)的不斷增加，成為公共安全風(fēng)險(xiǎn)不斷加大的主要因素。2005年3月29日京滬高速公路淮安路段發(fā)生液氯泄露事故，導(dǎo)致29人死亡，350人入院治療，上萬(wàn)人緊急疏散，直接損失1 700余萬(wàn)元；2013年11月22日青島東黃輸油管道泄漏爆炸事故發(fā)生后導(dǎo)致62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失75 172萬(wàn)元。這些重大的公共安全事故給我們留下了深刻的教訓(xùn)：城市運(yùn)行管理必須把公共安全放在首位，并針對(duì)不同的事件建立相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，達(dá)到在事故發(fā)生前做好應(yīng)急準(zhǔn)備工作；在突發(fā)事件的預(yù)防、響應(yīng)和處置過(guò)程中需要科學(xué)規(guī)范的決策和組織協(xié)調(diào)，才能在事故發(fā)生時(shí)，有條不紊，盡可能地控制風(fēng)險(xiǎn)，在災(zāi)后重建中有法可依、有章可循的目的[2]。

而在復(fù)雜重特大公共安全的應(yīng)對(duì)中，事故往往表現(xiàn)出高度破壞性、衍生性、快速擴(kuò)散性和不研究性等特征，每一次重特大公共安全事故的發(fā)生對(duì)于決策者而言，很可能都是類(lèi)型全新、特征全新、危害全新的災(zāi)難，如何快速且有效應(yīng)對(duì)這類(lèi)重特大公共安全事故是該文的研究重點(diǎn)。

1 城市公共安全管理應(yīng)急決策指揮系統(tǒng)

1.1 城市公共安全管理

城市公共安全管理是及多部門(mén)、多行業(yè)與一體的復(fù)雜體系，事故處理過(guò)程中通常匯集了公安、交通、安監(jiān)、環(huán)保、衛(wèi)生、氣象等多個(gè)部門(mén)，以及消防搶險(xiǎn)、疏散搜救、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療救護(hù)、工程搶修等多支救援隊(duì)伍?？偠灾?，城市公共安全管理主要指：公共安全部門(mén)對(duì)城市公眾活動(dòng)和社會(huì)運(yùn)行實(shí)施影響、控制、協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)公共安全目標(biāo)的過(guò)程[3]。

城市公共安全管理以城市公共安全類(lèi)事件的應(yīng)急角色為主要研究對(duì)象，其中公共安全類(lèi)事件大多是在人們毫無(wú)準(zhǔn)備的情況下發(fā)生，尤其是重特大安全事故往往使應(yīng)急救援人員不知所措，很可能導(dǎo)致錯(cuò)誤決策或者錯(cuò)過(guò)最佳應(yīng)對(duì)時(shí)間。因此，如何采取應(yīng)急決策，對(duì)于決策者能夠在應(yīng)對(duì)各種災(zāi)害和安全事件突發(fā)時(shí)，及時(shí)采取有效措施降低事件的嚴(yán)重程度、減小損失有一定的決定性作用。

文中建立了如圖1所示的應(yīng)急決策過(guò)程，該決策表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，是指在突發(fā)事件突然發(fā)生時(shí)，應(yīng)急決策主體在有限的時(shí)間、資源和人力等約束的壓力下，搜集、處理災(zāi)難事故現(xiàn)場(chǎng)的信息，通過(guò)全局性考量而明確問(wèn)題與目標(biāo)，依據(jù)決策經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)等，分析評(píng)價(jià)各種預(yù)案并選擇適用的方案，組織實(shí)施應(yīng)急方案，跟蹤檢驗(yàn)并不斷調(diào)整方案直至行動(dòng)更趨于合理化并且事件得到控制為止的一個(gè)動(dòng)態(tài)決策過(guò)程。

1.2 基于事件復(fù)雜特征的應(yīng)急決策指揮系統(tǒng)

基于事件復(fù)雜特征的應(yīng)急決策和指揮系統(tǒng)，是采用定性研究輔以定量研究的方式，對(duì)重大安全突發(fā)事件的復(fù)雜系統(tǒng)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，繼而綜合應(yīng)用復(fù)雜系統(tǒng)、優(yōu)化理論、系統(tǒng)建模、層次分析、模糊評(píng)價(jià)、案例分析等理論和方法，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)、三維技術(shù)，提供包括電子地圖、多維報(bào)表、三維影像、視頻圖像等不同層面的圖形化展現(xiàn)形式，為應(yīng)急指揮人員提供決策依據(jù)。

其中，地理信息系統(tǒng)[2-3]（GIS）是一種空間信息系統(tǒng)，其功能是對(duì)各種空間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理、表示和分析。其具有強(qiáng)大的空間處理能力和分析能力以及數(shù)據(jù)唯一空間的分析功能和決策[4]，GIS在城市公共安全管理中起到重要作用。但是，現(xiàn)階段GIS主要基于2維平面來(lái)處理現(xiàn)實(shí)中遇到的問(wèn)題，在動(dòng)態(tài)性和可見(jiàn)性并沒(méi)有達(dá)到要求。應(yīng)急技術(shù)支撐平臺(tái)綜合應(yīng)用系統(tǒng)是復(fù)雜的應(yīng)急管理與決策支持系統(tǒng)，將應(yīng)急信息進(jìn)行可視化表達(dá)，并借助真實(shí)的地理三維場(chǎng)景、遙感影像、DEM等數(shù)據(jù)手段，再現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境情況，對(duì)應(yīng)急決策是至關(guān)重要的。因此，基于事件復(fù)雜特性采用了可視化救援地理信息系統(tǒng)（V-RGIS）輔助決策者做出更優(yōu)、更準(zhǔn)確的決策。

除了原始的地理信息之外，V-RGIS還包括了多個(gè)信息層的結(jié)合，其中主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）空間信息平臺(tái)：包括與公共安全事件相關(guān)的具有空間信息的矢量數(shù)據(jù)和專(zhuān)題圖件柵格數(shù)據(jù)，以及遙感動(dòng)態(tài)系統(tǒng)采集的具有空間信息的遙感影像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)等。

（2）公共數(shù)據(jù)接口層：整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繼承的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。它以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)連接，通過(guò)連接管理數(shù)據(jù)，并能為下一層提供基本的數(shù)據(jù)組織形式。

（3）專(zhuān)業(yè)應(yīng)用分析層：此層在不考慮應(yīng)用的基礎(chǔ)上，抽象出一些地理信息系統(tǒng)的基本、通用的功能，為下一層提供的功能模塊、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、DEM分析、涂層疊置分析、行動(dòng)標(biāo)繪、方案預(yù)演等應(yīng)用。

2 基于事件特征和V-RGIS的應(yīng)急決策指揮平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)涉及領(lǐng)域廣，技術(shù)層次深，系統(tǒng)的構(gòu)架也是比較復(fù)雜[5]，其平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。文中基于上節(jié)分析，在決策平臺(tái)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上主要圍繞可視化救援地理信息系統(tǒng)中的空間信息平臺(tái)、公共數(shù)據(jù)接口層、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用分析層之間的關(guān)系，建立基于事件特征的城市公共安全管理應(yīng)急指揮平臺(tái)系統(tǒng)框架，如圖3所示。該系統(tǒng)涉及主要技術(shù)包括V-RGIS技術(shù)、應(yīng)急決策的推理技術(shù)和開(kāi)放式規(guī)則引擎技術(shù)[6]。

2.2 可視化應(yīng)急救援地理信息（V-RGIS）技術(shù)

采用多層次的方式建立如圖5所示的數(shù)字地圖，實(shí)現(xiàn)基于地理位置的“靜態(tài)”和“動(dòng)態(tài)”信息結(jié)合：（1）以電子地圖的方式真實(shí)模擬城市及其周邊地區(qū)的地貌、設(shè)施、道路、橋梁等信息；（2）以數(shù)據(jù)連接的方式把不直觀(guān)的報(bào)表數(shù)據(jù)直觀(guān)地在地圖上表現(xiàn)出來(lái)；（3）利用GPS定位對(duì)重點(diǎn)的人員、車(chē)輛、物資的實(shí)施運(yùn)送情況和路線(xiàn)進(jìn)行了解。

基于GIS建立的可視化物理環(huán)境模型，可以實(shí)現(xiàn)各種可能的物理破壞情形的模擬，如危機(jī)發(fā)生時(shí)，某條道路被水淹沒(méi)等可能情況下如何產(chǎn)生有效的冗余計(jì)劃；還可以分析各相關(guān)部門(mén)協(xié)作的能力評(píng)估，如協(xié)助分析消防站、救助站如何分布才能實(shí)現(xiàn)最佳應(yīng)急救助的反應(yīng)能力和效率。在演習(xí)或?qū)嶋H災(zāi)害發(fā)生前后的災(zāi)前準(zhǔn)備、災(zāi)中應(yīng)對(duì)、災(zāi)后重建等應(yīng)急管理過(guò)程中能藉由GIS提供充分的地理環(huán)境資訊：（1）在危機(jī)發(fā)生前可藉由此系統(tǒng)，了解與應(yīng)急管理相關(guān)的各種信息，包括政府機(jī)構(gòu)、重要設(shè)施、道路建設(shè)、管網(wǎng)建設(shè)、及周邊可利用資源等各種城市信息；（2）危機(jī)發(fā)生時(shí)，可以根據(jù)所模擬或?qū)嶋H發(fā)生的情況，在第一時(shí)間提供即時(shí)的資訊，如災(zāi)害的位置、颶風(fēng)路徑、道路淹水情況、事件的蔓延范圍、需要調(diào)用的資源位置等；（3）提供中央、地區(qū)、及地方政府正確的應(yīng)急預(yù)案資訊，幫助其做出正確的處理方式。

2.3 應(yīng)急決策的推理技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法

在充滿(mǎn)變化、極具風(fēng)險(xiǎn)、難以預(yù)測(cè)的公共安全事故發(fā)生初始，根據(jù)實(shí)時(shí)事態(tài)信息，應(yīng)急決策者需要解決的問(wèn)題是如何從案例庫(kù)中迅速檢索并提取相似度最高的案例做決策提示與對(duì)策參考；如何根據(jù)源案例進(jìn)行事件推理以獲取目標(biāo)問(wèn)題解；如何基于地理信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、以及風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)警技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮平臺(tái)的智能感知。

根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)采集的對(duì)象收集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)存在很多信息的冗余或者錯(cuò)誤，如果對(duì)這些情況不進(jìn)行處理再進(jìn)行傳輸?shù)脑?huà)，那么會(huì)加快節(jié)點(diǎn)能量的消耗，從而縮短網(wǎng)絡(luò)壽命[6-7]。因此該系統(tǒng)增加如圖6所示的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，其中融合算法采用LEACH算法。

2.4 開(kāi)放式規(guī)則引擎技術(shù)

可視化應(yīng)急救援地理信息（V-RGIS）技術(shù)為應(yīng)急決策提供了可靠的輔助信息，而如何將這些數(shù)據(jù)和資源提取出來(lái)并作為輔助決策的參考，并運(yùn)用到?jīng)Q策演練當(dāng)中，需要一套完備的業(yè)務(wù)規(guī)則管理系統(tǒng)（BRMS），其中開(kāi)放式規(guī)則引擎[8]是BRMS的核心部分，是代替規(guī)則嵌入到程序代碼中的部分，是鏈接應(yīng)用程序與業(yè)務(wù)規(guī)則的橋梁。主要分為接口層、適配層、核心、數(shù)據(jù)層、規(guī)則管理層，各層之間的關(guān)系如圖4所示。規(guī)則引擎核心得到BOM之后，將該對(duì)象（LUA中的Table）傳入運(yùn)行的上下文環(huán)境，然后對(duì)規(guī)則進(jìn)行逐條運(yùn)算，最終得到運(yùn)算結(jié)果的輸出BOM，中間可能也得經(jīng)過(guò)適配層并訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)填充數(shù)據(jù)成為DTO并返回給應(yīng)用程序。

該系統(tǒng)使用LUA腳本與C++混合使用的方法實(shí)現(xiàn)規(guī)則外置。使用這種方法，在執(zhí)行代碼中，嵌入對(duì)規(guī)則判斷及處理的LUA腳本的調(diào)用，在LUA腳本中調(diào)用執(zhí)行代碼中的部分代碼。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于行動(dòng)規(guī)則，主要是依賴(lài)應(yīng)急力量的類(lèi)型、行動(dòng)點(diǎn)值（與行動(dòng)時(shí)間相關(guān)）、以及地圖、地形、路況等數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行綜合判斷。那么規(guī)則就可以寫(xiě)成如下形式（偽代碼）：

Function condition_move（Object A）

{

If （A.type = 0） then //地面力量

Mapgrid=GetCurrentMapGrid（A

Barrier=GetCurrentBarrier（Mapgrid）

A.MoveHP=A.MoveHP–Mapgrid.value– Barrier.value

Else if （A.type == 1） then // 空中力量

…

Else if （A.type == 2） then // 水面力量

…

Endif

}

在每個(gè)時(shí)間片的執(zhí)行代碼中，只需按照一定的篩選方法，篩選出在當(dāng)前時(shí)刻所發(fā)生的事件，并調(diào)用LUA腳本中對(duì)應(yīng)的事件處理函數(shù)即可。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)引入應(yīng)急救援地理信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)、資源聯(lián)動(dòng)、信息聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)應(yīng)急管理的綜合減災(zāi)和早期預(yù)警能力。通過(guò)采用開(kāi)放式規(guī)則引擎技術(shù)和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的LEACH算法的數(shù)據(jù)融合提高城市管理資源的整合利用效率，加強(qiáng)城市管理的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一協(xié)調(diào)力度，實(shí)現(xiàn)常態(tài)管理與應(yīng)急處置的有機(jī)結(jié)合，提高及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處置城市管理突發(fā)事件的能力，能夠確保城市運(yùn)行安全、有序運(yùn)轉(zhuǎn)，減少災(zāi)害的再度發(fā)生。

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