夏權(quán)，孫林花，李揚(yáng)，王丹

氣象防災(zāi)減災(zāi)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

夏權(quán)1，孫林花1，李揚(yáng)2，王丹2

（1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州大方電子有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730051）

以省部共建甘肅應(yīng)急管理學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)為依托，設(shè)計(jì)氣象防災(zāi)減災(zāi)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，采取平臺(tái)+系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，建立自然災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警模擬互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，并嵌入氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、綜合處理及智慧仿真系統(tǒng)，對(duì)氣象災(zāi)害的進(jìn)行直觀化表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象災(zāi)害的預(yù)判、發(fā)生、演變、發(fā)展等情景的構(gòu)建和推演，是氣象防災(zāi)減災(zāi)、氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實(shí)訓(xùn)教學(xué)手段的智慧化升級(jí)。

氣象；防災(zāi)減災(zāi)；應(yīng)急管理；仿真實(shí)訓(xùn)

中國(guó)幅員遼闊，受氣候和地形及人類活動(dòng)等多方面的影響，各種氣象災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)社會(huì)的良性發(fā)展，也對(duì)廣大人民生產(chǎn)生活乃至生命造成了嚴(yán)重危害。2018年，省部共建、政行企校多元參與的甘肅應(yīng)急管理學(xué)院在蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院掛牌成立。應(yīng)急管理學(xué)院掛牌后，先后對(duì)甘肅省各級(jí)應(yīng)急管理人員進(jìn)行了不同層次的培訓(xùn)。但是，由于缺乏氣象災(zāi)害應(yīng)急管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境的支撐，人才培訓(xùn)和培養(yǎng)缺乏實(shí)際操作訓(xùn)練的環(huán)境和能力。新形勢(shì)下的應(yīng)急管理防災(zāi)減災(zāi)對(duì)于學(xué)院教學(xué)而言是新生事物，由于培訓(xùn)目標(biāo)需要深化認(rèn)識(shí)，加上參加培訓(xùn)人員水平的參差不齊，必須在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加新的輔助培訓(xùn)手段，應(yīng)急管理培訓(xùn)是應(yīng)急管理防災(zāi)減災(zāi)培訓(xùn)課程體系中的重要組成部分。因此，有必要建設(shè)一個(gè)集科普、教學(xué)、模擬等內(nèi)容的防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)軟件分析和實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段，明確應(yīng)急培訓(xùn)的業(yè)務(wù)模型和技術(shù)架構(gòu)。通過(guò)培訓(xùn)平臺(tái)提升學(xué)員對(duì)于自然災(zāi)害應(yīng)急的快速甄別、反應(yīng)能力，見(jiàn)微知著的意識(shí)和信息綜合的水平，通過(guò)情境模擬、過(guò)程推演、分支選擇、過(guò)程回放、分組討論、專家點(diǎn)評(píng)等一系列全新的教學(xué)培訓(xùn)手段，極大地豐富以往單純課堂面授教學(xué)、案例分析的形式。實(shí)現(xiàn)通過(guò)角色深入和情境模擬，最大程度上重視各類自然災(zāi)害突發(fā)事件的情境和發(fā)展、處置脈絡(luò)，在培訓(xùn)和操作過(guò)程中“練指揮”“練協(xié)同”“練謀略”，學(xué)員互動(dòng)和教師引導(dǎo)共同引導(dǎo)學(xué)員熟悉自然災(zāi)害應(yīng)急演練過(guò)程。

通過(guò)本項(xiàng)目的研究與初步實(shí)現(xiàn)，為全省氣象災(zāi)害應(yīng)急管理人才的培訓(xùn)、培養(yǎng)等工作提供應(yīng)急演練或?qū)嵱?xùn)支撐，使所有參加應(yīng)急管理培訓(xùn)或培養(yǎng)的人員具有一定應(yīng)急管理的實(shí)際操作能力。

1 防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的設(shè)計(jì)理念

1.1 搭建氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

氣象災(zāi)害種類多、突發(fā)性強(qiáng)、預(yù)報(bào)預(yù)警及決策處置難，是氣象災(zāi)害事件應(yīng)急管理的典型特征，目前，在氣象災(zāi)害應(yīng)急管理的教學(xué)及培訓(xùn)中模擬真實(shí)災(zāi)害場(chǎng)景是實(shí)訓(xùn)教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

為此，設(shè)計(jì)了氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警指揮平臺(tái)，為氣象災(zāi)害應(yīng)急管理教學(xué)提供了一個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，從事前、事中、事后整個(gè)事件流程高度還原給學(xué)生和學(xué)員，讓學(xué)生能夠身臨其境般地學(xué)習(xí)，掌握氣象災(zāi)害應(yīng)急管理的每個(gè)環(huán)節(jié)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)和要點(diǎn)。事前以預(yù)防為主，包括監(jiān)測(cè)防控、模擬演練、預(yù)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急保障；事中主要為事件描述、問(wèn)題導(dǎo)向、應(yīng)急會(huì)商、動(dòng)態(tài)方案、快速響應(yīng)；事后做好應(yīng)急綜合評(píng)價(jià)和災(zāi)后處置。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的重構(gòu)和整合，建立起一套低耦合、高擴(kuò)展性、靈活的仿真防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，從而構(gòu)建動(dòng)態(tài)應(yīng)急預(yù)案及互動(dòng)式培訓(xùn)模擬系統(tǒng)平臺(tái)。

1.2 平時(shí)用于教學(xué)，戰(zhàn)時(shí)用于應(yīng)急

防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的另一個(gè)設(shè)計(jì)理念就是“平戰(zhàn)結(jié)合”，即平臺(tái)的設(shè)計(jì)堅(jiān)持“真實(shí)、可用”的觀點(diǎn)，真實(shí)就是數(shù)據(jù)、流程、方法、模型都盡最大可能接入現(xiàn)有、現(xiàn)行的實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)，切實(shí)可行的計(jì)算方法和模型，按照各級(jí)應(yīng)急管理部門(mén)以及氣象、水旱、地質(zhì)、自然災(zāi)害等職能部門(mén)應(yīng)急管理的法律法規(guī)、條例、辦法、標(biāo)準(zhǔn)制訂自然災(zāi)害應(yīng)急處置流程。這樣的理念能夠保證防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)不僅僅是一個(gè)能夠單純地用于培訓(xùn)教學(xué)的系統(tǒng)平臺(tái)，而且，在有氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)，能夠支撐蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院協(xié)助相關(guān)部門(mén)對(duì)該突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處置。

2 氣象防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的硬件建設(shè)內(nèi)容

2.1 氣象防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)平臺(tái)

與甘肅省氣象局CIMISS系統(tǒng)積極對(duì)接，部署必要的硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)接收環(huán)境，實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)所急需的氣象衛(wèi)星、氣象雷達(dá)、高空探測(cè)和地面觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和氣象反演數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。與此同時(shí)，針對(duì)氣象數(shù)據(jù)種類多、格式多樣、時(shí)序性強(qiáng)等特點(diǎn)，從氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀和需求出發(fā)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，設(shè)計(jì)一套基于元數(shù)據(jù)管理的氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)環(huán)境，初步實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害實(shí)訓(xùn)急需的功能（資料收集、加工處理、入庫(kù)、產(chǎn)品生產(chǎn)等），為氣象災(zāi)害應(yīng)急管理人才培訓(xùn)或培養(yǎng)提供良好的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

2.2 氣象災(zāi)害仿真模擬體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)

通過(guò)各類監(jiān)測(cè)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析而做到提前預(yù)警、綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、災(zāi)害態(tài)勢(shì)智能分析，從而形成一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，更真切、更有效地還原和體現(xiàn)自然災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警的流程和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可以人工添加模擬數(shù)據(jù)，也可以接入實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.3 互動(dòng)教學(xué)云桌面平臺(tái)

學(xué)生操作電腦選用云桌面的方式+15.6英寸（1英寸=2.54 cm）超薄單屏觸摸升降一體機(jī)，可將教學(xué)視頻根據(jù)教學(xué)需要呈現(xiàn)到顯示終端，通過(guò)互動(dòng)顯示屏、直播系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)中的多媒體互動(dòng)交流。該平臺(tái)能夠把學(xué)生需要掌握的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的操作方式錄制成視頻，學(xué)生們可以在自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中通過(guò)研究視頻來(lái)掌握這些知識(shí)點(diǎn)，這樣能有效節(jié)約課堂教學(xué)時(shí)間，把更多教學(xué)時(shí)間用于交流。平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于能夠減少板書(shū)，把時(shí)間更好地用于交互，提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)視頻化可以提高記憶與想像力，學(xué)生預(yù)習(xí)也可視頻化、PPT化。

3 氣象防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件系統(tǒng)

3.1 氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)

通過(guò)與甘肅省氣象局已有網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和數(shù)據(jù)連接通道，積極與甘肅省氣象信息中心等技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)接，實(shí)時(shí)獲取每6 min一次的氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)，每30 min一次的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，每10 min的全國(guó)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每天2次的全球高空探測(cè)數(shù)據(jù)，以及每天全球5個(gè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心的數(shù)百種預(yù)報(bào)產(chǎn)品等。

3.2 氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

完善氣象應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，綜合應(yīng)用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式表格系統(tǒng)、分布式對(duì)象存儲(chǔ)和分布式文件系統(tǒng)等存儲(chǔ)技術(shù)，升級(jí)完善我院氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，針對(duì)應(yīng)用按需設(shè)計(jì)多副本存儲(chǔ)，建立混合云高效的數(shù)據(jù)同步機(jī)制。

3.3 氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)收集的有關(guān)氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)所需資料進(jìn)行質(zhì)量控制，并對(duì)收集的各類資料進(jìn)行解碼、入庫(kù)等處理。選用先進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所收集各類氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實(shí)訓(xùn)所需資料及實(shí)訓(xùn)結(jié)果的永久性存儲(chǔ)管理。構(gòu)建多級(jí)存儲(chǔ)、在線備份和離線歸檔的自動(dòng)化流程，實(shí)現(xiàn)交互應(yīng)用的毫秒級(jí)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)服務(wù)的秒級(jí)響應(yīng)。

3.4 氣象災(zāi)害應(yīng)急實(shí)訓(xùn)輔助系統(tǒng)

根據(jù)各類氣象災(zāi)害的發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)共享“國(guó)家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)”發(fā)布的各類預(yù)警信號(hào)，輔助應(yīng)急管理培訓(xùn)學(xué)員和我院學(xué)生對(duì)監(jiān)測(cè)到的突發(fā)事件產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合分析，輔助強(qiáng)化孕災(zāi)環(huán)境分析能力，從而強(qiáng)化應(yīng)急管理培訓(xùn)學(xué)員和我院學(xué)生對(duì)突發(fā)事件影響區(qū)域、影響人群的綜合研判能力，為精準(zhǔn)靶向發(fā)布和首次有效應(yīng)急響應(yīng)打下基礎(chǔ)。

3.5 應(yīng)急指揮仿真系統(tǒng)

應(yīng)急指揮仿真系統(tǒng)以空天地感知、融合通信、知識(shí)圖譜等技術(shù)為支撐，突出應(yīng)急信息全面匯聚、快速展現(xiàn)、上傳下達(dá)、協(xié)同會(huì)商、專題研判、指揮調(diào)度和輔助決策等支撐能力，建立反應(yīng)靈敏、協(xié)同聯(lián)動(dòng)、高效調(diào)度、科學(xué)決策的應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全省應(yīng)急救援智能化、扁平化和一體化指揮作戰(zhàn)。應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)主要包括突發(fā)事件信息接報(bào)、值班管理、綜合信息匯聚可視化、協(xié)同會(huì)商、輔助決策、指揮調(diào)度、信息發(fā)布、應(yīng)急指揮體系管理、總結(jié)評(píng)估、業(yè)務(wù)應(yīng)用移動(dòng)化、專題研判、案例推演、指揮演練、數(shù)字化預(yù)案、災(zāi)害救助、社會(huì)救災(zāi)捐贈(zèng)管理、應(yīng)急資源管理等子系統(tǒng)。

3.6 領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙

領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙為領(lǐng)導(dǎo)坐鎮(zhèn)指揮提供全方位的、動(dòng)態(tài)的公共安全輔助決策信息。將采集的數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化，通過(guò)速度表、音量柱、預(yù)警雷達(dá)、雷達(dá)球等大數(shù)據(jù)圖表，形象標(biāo)示安全運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí)，提供一鍵全域搜索功能，通過(guò)各種條件組合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的搜索、展示?？梢暬糠种С滞献?、頁(yè)面靈活組合。領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙實(shí)現(xiàn)了多用戶、不同權(quán)限的不同操作，每個(gè)有權(quán)限的用戶都能夠配置適合自己的圖形，從而能夠讓相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)查看到自己所關(guān)心的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多用戶、多權(quán)限、多圖形、多指標(biāo)的操作目的。

4 結(jié)論與討論

自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，現(xiàn)實(shí)的自然災(zāi)害發(fā)生包括各類觸發(fā)條件和承災(zāi)載體的具體情況，要素眾多，要素及要素間的關(guān)系復(fù)雜、不斷變化，這種變化具有不確定性和不可預(yù)知性，并且無(wú)法預(yù)演和重現(xiàn)，因此，需要借助模擬的系統(tǒng)（或已投入業(yè)務(wù)使用的系統(tǒng)）研究各類自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程。掌握自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律并用防災(zāi)減災(zāi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行直觀的表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于自然災(zāi)害發(fā)生、演變、預(yù)判、發(fā)展等情景的構(gòu)建和推演，便于對(duì)培訓(xùn)人員形成直觀的理解。情景構(gòu)建是提取某一時(shí)刻自然災(zāi)害環(huán)境系統(tǒng)和承災(zāi)載體系統(tǒng)中，對(duì)于災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展起關(guān)鍵作用的要素及其之間的關(guān)系，并在平臺(tái)系統(tǒng)中建立與之對(duì)應(yīng)的相關(guān)模型。情景推演是依據(jù)災(zāi)害環(huán)境、承災(zāi)載體以及相互間作用的客觀規(guī)律，并充分考慮到可能的應(yīng)急管理措施及其效果，在平臺(tái)系統(tǒng)中，由相關(guān)模型某一時(shí)刻的狀態(tài)推斷其下一時(shí)刻的各種可能狀態(tài)。對(duì)于學(xué)生而言，能夠?qū)?fù)雜的自然災(zāi)害情況直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，有助于其快速熟悉和掌握。

［1］楊金花.高職環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)特色實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)與探索［J］.山西青年，2020（10）：185-187.

［2］王芳.大數(shù)據(jù)時(shí)代經(jīng)偵專業(yè)綜合模擬實(shí)訓(xùn)創(chuàng)新研究［J］.法制與社會(huì)，2020（27）：175-176.

［3］劉永峰，張雪茹.食品專業(yè)實(shí)踐教學(xué)與大學(xué)生培養(yǎng)的關(guān)系分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020（18）：272-274.

［4］楊力，崔江濤，黃伯虎，等.面向資源共享的計(jì)算機(jī)類虛擬在線實(shí)驗(yàn)建設(shè)與實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)教育，2020（10）：42-46.

［5］劉海峰，龐在祥，王曉東，等.新工科背景下智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（10）：255-262.

G712

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.034

2095－6835（2021）08－0092－02

2019年甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升項(xiàng)目（編號(hào)：2019A-216）；2020年蘭資環(huán)院級(jí)科研項(xiàng)目（編號(hào)：Y2020C-02）；2020年蘭資環(huán)校級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：JG2020013）；2020年蘭資環(huán)校級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：CXJG2020008）

夏權(quán)（1983—），男，甘肅蘭州人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閼?yīng)用氣象、氣象服務(wù)。

〔編輯：王霞〕