劉 磊，劉 津，翟 永，邢緒超

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪保障能力建設(shè)項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱項(xiàng)目)按照國(guó)家關(guān)于突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)規(guī)劃要求[1]，以向黨中央、國(guó)務(wù)院、各應(yīng)急部門(mén)及應(yīng)急前線提供高效應(yīng)急測(cè)繪保障服務(wù)為目標(biāo)[2-9]，在統(tǒng)籌各部門(mén)現(xiàn)有應(yīng)急測(cè)繪資源的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)加強(qiáng)建設(shè)能夠快速提升現(xiàn)場(chǎng)信息獲取、應(yīng)急前線保障、快速應(yīng)急服務(wù)、資源共享等方面能力的裝備，建設(shè)國(guó)家航空應(yīng)急測(cè)繪能力、國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪保障分隊(duì)能力、國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪中心能力和國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪資源共享能力。為提升應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力、指揮調(diào)度能力[10-12]和防范處理能力，科學(xué)統(tǒng)籌使用上述四種裝備能力為代表的應(yīng)急測(cè)繪資源，提升應(yīng)急測(cè)繪效率，保障國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪工作的有序開(kāi)展[2]，避免“打亂仗”，項(xiàng)目將應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)作為國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪中心能力建設(shè)的重要組成部分，按照軟件工程的要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循科學(xué)的應(yīng)急處理方法和現(xiàn)代化管理手段，充分利用現(xiàn)有資源，堅(jiān)持平戰(zhàn)結(jié)合、共享共用的原則，依托廣域網(wǎng)絡(luò)，以空間地理信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用協(xié)同與共享模式，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件的信息采集、應(yīng)急值守、風(fēng)險(xiǎn)隱患管理、指揮調(diào)度、數(shù)字化預(yù)案管理、應(yīng)急保障和信息發(fā)布等功能。系統(tǒng)主要部署在國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪中心和5個(gè)遠(yuǎn)程會(huì)商終端單位。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)急測(cè)繪工作實(shí)際需求，應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用7層體系架構(gòu)，包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、展示層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全保障體系，如圖1所示。

基礎(chǔ)層主要包括支撐系統(tǒng)所需的應(yīng)急通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)，以及服務(wù)器、存儲(chǔ)備份等硬件設(shè)備；數(shù)據(jù)層主要包括基礎(chǔ)信息庫(kù)、事件信息庫(kù)、預(yù)案庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)、案例庫(kù)和文檔庫(kù)等；應(yīng)用支撐層主要包括應(yīng)用中間件、地理信息系統(tǒng)、報(bào)表控件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、API接口服務(wù)、通信接口服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)和數(shù)據(jù)解析服務(wù)等；業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括應(yīng)急值守系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)隱患管理系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)急保障系統(tǒng)和數(shù)字化預(yù)案管理系統(tǒng)；展示層主要包括指揮調(diào)度與成果的可視化大屏展示、協(xié)同標(biāo)繪和值守客戶端。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系作為應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，具有指導(dǎo)和規(guī)范作用；信息安全保障體系在各層面為應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)提供機(jī)密性、完整性、可用性和可鑒別性等安全服務(wù)。

1.2 總體流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)按照應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)總體業(yè)務(wù)流程。應(yīng)急事件初始信息錄入階段，在錄入事件名稱、事件類型、事件等級(jí)、事件經(jīng)緯度、影響范圍等的基礎(chǔ)上，根據(jù)錄入事件等級(jí)與歷史數(shù)據(jù)情況，系統(tǒng)進(jìn)行智能化的預(yù)案匹配，供應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度人員選擇最優(yōu)的預(yù)案并予以啟動(dòng)。應(yīng)急測(cè)繪工作啟動(dòng)后，根據(jù)預(yù)案執(zhí)行步驟，對(duì)應(yīng)急事件的相關(guān)任務(wù)進(jìn)行調(diào)整，選擇任務(wù)所需要的裝備資源，形成最終可執(zhí)行的優(yōu)化方案。根據(jù)生成的優(yōu)化方案，對(duì)任務(wù)指令進(jìn)行下達(dá)并進(jìn)行跟蹤，對(duì)其返回的成果進(jìn)行可視化展示與分析。在此基礎(chǔ)上，將可發(fā)布的成果數(shù)據(jù)推送給應(yīng)急測(cè)繪快速服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。應(yīng)急測(cè)繪任務(wù)完成后結(jié)束預(yù)案，完成本次調(diào)度。

1.3 接口設(shè)計(jì)

應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)與地理信息公眾服務(wù)平臺(tái)天地圖網(wǎng)站、快速處理、應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)、無(wú)人機(jī)航空應(yīng)急測(cè)繪[13-14]和應(yīng)急勘測(cè)多功能工作方艙等系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)流和控制流接口。各系統(tǒng)接口之間的控制流主要包括應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度指令、查詢指令、成果請(qǐng)求指令等。各系統(tǒng)接口之間的數(shù)據(jù)流主要包括其他系統(tǒng)發(fā)送給應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)圖片數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)及處理完成的成果數(shù)據(jù)等，如圖2所示。

1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.4.1 應(yīng)急值守

應(yīng)急值守子系統(tǒng)以應(yīng)急事件為核心，建立信息報(bào)告制度，實(shí)現(xiàn)值守事件的記錄、接收、管理，完成值守事件信息的加工合并、信息發(fā)送、事件歸檔、狀態(tài)監(jiān)控等功能。通過(guò)建立應(yīng)急信息收集渠道，滿足信息接收、記錄和上報(bào)要求，完成常態(tài)下的應(yīng)急管理相關(guān)工作和非常態(tài)下的事件信息報(bào)送。實(shí)現(xiàn)對(duì)值班加班、通信錄和材料的系統(tǒng)化管理，為應(yīng)急值班工作人員提供獲取、傳達(dá)突發(fā)事件相關(guān)信息和日常工作處理的渠道。

應(yīng)急值守系統(tǒng)主要由信息接收、值班管理、信息報(bào)送、信息加工、通信錄維護(hù)和材料管理等模塊組成。

1.4.2 風(fēng)險(xiǎn)隱患管理

風(fēng)險(xiǎn)隱患管理子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)接入、隱患管理、風(fēng)險(xiǎn)隱患分析等功能，實(shí)現(xiàn)國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪中心、遠(yuǎn)程終端的監(jiān)測(cè)信息與風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果匯集、信息抽取，以及其他合作部門(mén)應(yīng)急信息的收集整合，為事件處置提供依據(jù)，并據(jù)此進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行可視化展現(xiàn)。

風(fēng)險(xiǎn)隱患管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接入、目標(biāo)管理等模塊組成。

1.4.3 指揮調(diào)度

指揮調(diào)度子系統(tǒng)輔助應(yīng)急調(diào)度人員有效部署應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急裝備等資源，及時(shí)將突發(fā)公共事件發(fā)生發(fā)展情況和應(yīng)急處置狀況傳遞給相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)指揮、有序調(diào)度和有效監(jiān)督，提高應(yīng)急效率。

指揮調(diào)度系統(tǒng)主要由傳真調(diào)度、短信通知、信息展示、預(yù)案啟動(dòng)、事態(tài)標(biāo)繪、指揮協(xié)調(diào)、決策標(biāo)繪、應(yīng)急任務(wù)管理、救援物資調(diào)度、處置跟蹤和預(yù)案結(jié)束等模塊組成。

1.4.4 應(yīng)急保障

應(yīng)急保障子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪專業(yè)應(yīng)急單位、應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急專家、應(yīng)急裝備、交通運(yùn)輸、通信保障等資源的動(dòng)態(tài)管理，為應(yīng)急調(diào)度提供保障。

應(yīng)急保障系統(tǒng)主要由應(yīng)急單位(部門(mén))信息管理、應(yīng)急隊(duì)伍信息管理、應(yīng)急專家信息管理、應(yīng)急物資保障、應(yīng)急搶救裝備保障、應(yīng)急物資信息查詢和應(yīng)急保障計(jì)劃等模塊組成。

1.4.5 數(shù)字化預(yù)案管理

將傳統(tǒng)基于文本的紙質(zhì)預(yù)案進(jìn)行抽象，通過(guò)結(jié)合事件后果模擬分析、應(yīng)急資源管理等功能，解決傳統(tǒng)紙質(zhì)預(yù)案的存儲(chǔ)、管理、升級(jí)和使用不便等問(wèn)題。根據(jù)文字應(yīng)急預(yù)案提取信息要素，包括預(yù)案4階段的任務(wù)(預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)、恢復(fù))及每項(xiàng)任務(wù)配備的資源，組成應(yīng)急指揮基本信息單元，將文本化的應(yīng)急預(yù)案轉(zhuǎn)變?yōu)槟K化、數(shù)字化的應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)。

數(shù)字化預(yù)案管理系統(tǒng)主要由預(yù)案編制、預(yù)案發(fā)布、預(yù)案修訂、預(yù)案查詢、預(yù)案分解、預(yù)案資源管理、預(yù)案關(guān)聯(lián)和預(yù)案演練等模塊組成。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于多通道多協(xié)議的數(shù)據(jù)通信與傳輸技術(shù)

為高效快捷將受災(zāi)點(diǎn)各類測(cè)繪裝備獲取的圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，以及自身的位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳輸至國(guó)家應(yīng)急測(cè)繪中心，針對(duì)受災(zāi)點(diǎn)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和通信環(huán)境，要求系統(tǒng)滿足中航時(shí)、短航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)，無(wú)人直升機(jī)及多功能方艙等不同種類的測(cè)繪裝備的使用特點(diǎn)，配備相適應(yīng)的一種或多種不同的通信方式。系統(tǒng)支持的通信方式主要包括衛(wèi)星多頻通信、北斗衛(wèi)星通信、4G無(wú)線與有線網(wǎng)絡(luò)通信等，要求傳輸層支持UDP/TCP協(xié)議，應(yīng)用層支持FTP協(xié)議。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?fù)雜性和緊急性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能夠自動(dòng)適配衛(wèi)星多頻通信、北斗衛(wèi)星通信、4G無(wú)線與有線網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)框架，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，不同的測(cè)繪裝備可以選擇不同的通信方式，即同一測(cè)繪裝備可以靈活選擇任何一種能夠支持且可及時(shí)獲取的通信方式。

下面以中航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)航空應(yīng)急測(cè)繪系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸為例進(jìn)行說(shuō)明：

(1) 中航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)可提供的數(shù)據(jù)主要包括位置數(shù)據(jù)、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)圖片數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù), 其中位置數(shù)據(jù)包括無(wú)人機(jī)型號(hào)、經(jīng)緯度、高度及速度等信息。

(2) 中航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)的位置數(shù)據(jù)通過(guò)中星十號(hào)衛(wèi)星鏈路基于UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸格式為二進(jìn)制，由應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)接收后在地圖上進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

(3) 中航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)測(cè)繪完成后在地面站拼接生成災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)圖片數(shù)據(jù)(格式為JPG或TIFF)，通過(guò)4G或有線廣域網(wǎng)絡(luò)基于FTP協(xié)議發(fā)送到應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)，接收完成后在地圖上進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

(4) 中航時(shí)固定翼無(wú)人機(jī)獲取的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)中星十號(hào)衛(wèi)星鏈路基于UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸，視頻流遵從H.264標(biāo)準(zhǔn),由應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行視頻的接收和保存。

2.2 基于MPP架構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)

發(fā)生測(cè)繪應(yīng)急事件時(shí)，多架次無(wú)人機(jī)及多功能方艙會(huì)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)以秒級(jí)頻率傳輸應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)，當(dāng)災(zāi)害比較嚴(yán)重、覆蓋范圍較廣時(shí)，無(wú)人機(jī)、多功能方艙測(cè)繪的周期較長(zhǎng)，因此會(huì)產(chǎn)生海量的應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)。為了便于對(duì)海量數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存和統(tǒng)計(jì)分析，并考慮未來(lái)5年應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展問(wèn)題，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用了基于海量并行處理(massive parallel processing，MPP)架構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)[15]。

該數(shù)據(jù)庫(kù)在PostgreSQL基礎(chǔ)上擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，主要由1個(gè)Master實(shí)例和2個(gè)或2個(gè)以上Segment實(shí)例組成。Master實(shí)例協(xié)調(diào)所有數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，管理分布式請(qǐng)求并且合并各Segment實(shí)例返回的結(jié)果?？蛻舳耸褂肞ostgreSQL規(guī)范與Master交互，每個(gè)Segment實(shí)例由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)端分配并管理相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，采用獨(dú)立端口監(jiān)聽(tīng)管理。

該數(shù)據(jù)庫(kù)可根據(jù)業(yè)務(wù)需要，在任何時(shí)間動(dòng)態(tài)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)Hash散列到不同的節(jié)點(diǎn)中，提高了存儲(chǔ)與分析效率。

2.3 基于UML模型化的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

隨著信息技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)的廣泛應(yīng)用, 現(xiàn)代測(cè)繪呈現(xiàn)出測(cè)繪空間多維、指揮要素多元、數(shù)據(jù)信息多樣等顯著特點(diǎn),導(dǎo)致指揮調(diào)度方案計(jì)劃制定的規(guī)模及復(fù)雜程度不斷提高。由于傳統(tǒng)的基于文本的指揮調(diào)度手段對(duì)各種測(cè)繪任務(wù)的描述不準(zhǔn)確，易產(chǎn)生歧義，因此優(yōu)化創(chuàng)新指揮調(diào)度手段、切實(shí)提高指揮調(diào)度效率,成為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言(unified modeling language，UML)模型化的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)[16]，在業(yè)務(wù)表達(dá)上包括任務(wù)分析、任務(wù)設(shè)計(jì)、任務(wù)執(zhí)行等環(huán)節(jié)，在技術(shù)表達(dá)上包括空間關(guān)系視圖、結(jié)構(gòu)視圖、時(shí)間關(guān)系視圖、活動(dòng)視圖、數(shù)據(jù)實(shí)行視圖等。

空間關(guān)系視圖能夠描述測(cè)繪裝備活動(dòng)要素的空間關(guān)系，如部署圖、決心圖、協(xié)同圖等。結(jié)構(gòu)視圖用于表達(dá)組成與分解關(guān)系?；顒?dòng)視圖用于描述測(cè)繪裝備活動(dòng)要素的構(gòu)成、分解、流程、順序、依賴、同步、條件等關(guān)系，用于表達(dá)測(cè)繪裝備活動(dòng)的內(nèi)在邏輯關(guān)系。時(shí)間關(guān)系視圖以圖示通過(guò)任務(wù)列表和時(shí)間刻度，表示不同階段任務(wù)的順序與持續(xù)時(shí)間。數(shù)據(jù)屬性視圖用于記錄測(cè)繪裝備活動(dòng)要素的內(nèi)在的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和評(píng)估等屬性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)分析應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度的基本特點(diǎn)與實(shí)際需求，結(jié)合國(guó)家應(yīng)急規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)，采用基于多通道多協(xié)議的數(shù)據(jù)通信與傳輸技術(shù)、基于MPP架構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和基于UML模型化的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套具有應(yīng)急調(diào)度方案制定、指令快速下達(dá)、測(cè)繪裝備動(dòng)態(tài)調(diào)度與實(shí)時(shí)跟蹤、測(cè)繪任務(wù)進(jìn)度監(jiān)控等功能的應(yīng)急測(cè)繪調(diào)度系統(tǒng)，能夠滿足應(yīng)急測(cè)繪保障能力建設(shè)的需要。