趙宏偉,趙西珂,王陽陽,尤靜月

(沈陽大學 信息工程學院,遼寧 沈陽 110003)

0 引 言

隨著城市化進程的不斷加快,各種突發(fā)公共事件呈多元高發(fā)態(tài)勢。自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、社會安全事件以及公共衛(wèi)生事件四大類型的突發(fā)事件每年都會對國內(nèi)的經(jīng)濟社會發(fā)展與人民群眾的生命財產(chǎn)造成巨大損失[1]。如2008年“5·12”汶川地震,2011年“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故,2015年天津港“8·12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故,2019年末持續(xù)至今的新型冠狀病毒疫情,2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害。諸如此類突發(fā)公共事件的不斷發(fā)生,對國家的應(yīng)急管理水平和指揮決策部門處置突發(fā)事件的能力提出了更高的要求[2]。因此,建立一個信息化、結(jié)構(gòu)化和數(shù)字化的應(yīng)急指揮系統(tǒng)是必不可少的,高效的應(yīng)急指揮系統(tǒng)能夠有效處置突發(fā)公共事件,做到及時防范,快速響應(yīng)。

目前,國家大力提倡采用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)建設(shè)面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng),以信息化手段推動應(yīng)急救援體系和應(yīng)急救援能力現(xiàn)代化。國內(nèi)許多學者對此也有研究,如劉家福等[3]基于WebGIS技術(shù)配合SuperMap iServer服務(wù)以及iQuery框架設(shè)計了城市災(zāi)害應(yīng)急系統(tǒng)。余其鵬[4]基于ArcGIS Runtime SDK for Android 開發(fā)了地震應(yīng)急系統(tǒng)。寧玉輝等[5]將Petri網(wǎng)引入系統(tǒng)建模實現(xiàn)預(yù)案智能化析出,以此設(shè)計了一種應(yīng)急指揮系統(tǒng)。趙開功等[6]以一體化運營綜合能源集團為背景,設(shè)計了面向生產(chǎn)安全事故的智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)。然而,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),相關(guān)的應(yīng)急指揮系統(tǒng)在應(yīng)急處置流程數(shù)字化和應(yīng)急救援信息可視化方面還不夠完善。

因此,該文對相關(guān)系統(tǒng)需要完善的內(nèi)容展開研究,并針對應(yīng)急管理部門在處置突發(fā)公共事件時存在的業(yè)務(wù)流程不規(guī)范,應(yīng)急數(shù)據(jù)孤立難以共享,指揮決策支撐不足、處置效率低下、業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散,調(diào)度指揮難以形成合力,缺乏輔助決策工具,資源調(diào)度方案不合理等問題,利用國內(nèi)外先進理論,采用Web2.0、WebGIS、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等數(shù)字化技術(shù),結(jié)合具體場景的實際應(yīng)用,研究并設(shè)計實現(xiàn)了面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng),完善了應(yīng)急處置流程數(shù)字化和應(yīng)急救援信息可視化方面的內(nèi)容,并設(shè)計指揮部署、資源調(diào)度、輔助決策等模塊,增加了應(yīng)急指揮系統(tǒng)的實用性,提高了應(yīng)急管理部門的應(yīng)急救援管理水平和應(yīng)急響應(yīng)能力。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 總體需求分析

面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)要提升應(yīng)急管理工作的效率,滿足日常管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置兩個方面的需求。日常管理要實現(xiàn)工作流程信息化,業(yè)務(wù)管理規(guī)范化、精細化,包括對值班情況、事件案例、通訊錄等內(nèi)容的管理以及應(yīng)急資源和應(yīng)急預(yù)案的管理。應(yīng)急處置要實現(xiàn)快速響應(yīng),高效救援,指揮調(diào)度信息化、可視化,依托WebGIS技術(shù)和智能模型算法,提高輔助決策能力,實現(xiàn)資源科學調(diào)度、預(yù)案關(guān)聯(lián)析出和事故風險分析等內(nèi)容。

1.2 業(yè)務(wù)流程分析

突發(fā)公共事件種類繁多,整個應(yīng)急指揮系統(tǒng)的應(yīng)急處置流程以事件處理為主線,通過對上報事件的審核,依據(jù)事件的級別和緊急程度,啟動對應(yīng)的預(yù)案,指揮員和專家等綜合會商配置救援方案,之后成立工作組以及分配相應(yīng)任務(wù),并調(diào)度相應(yīng)的資源進行應(yīng)急處置,對處置過程持續(xù)跟蹤,形成續(xù)報、終報,直到事件處理完畢。最后對事件評估,積累經(jīng)驗,改進預(yù)案,整個應(yīng)急處置流程形成一個閉環(huán)。應(yīng)急處置業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)急處置業(yè)務(wù)流程

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)采用B/S模式搭建,后端使用Spring Boot核心框架,前端使用Vue框架,利用MyBatis框架與MySQL數(shù)據(jù)庫進行交互,并且結(jié)合了WebGIS技術(shù)、智能模型算法等手段。根據(jù)層次化設(shè)計理念,系統(tǒng)由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、用戶展現(xiàn)層等4層組成,并建設(shè)標準規(guī)范體系、信息安全保障體系、運行維護體系[7]。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

應(yīng)急工作的開展需要多部門協(xié)作,尤其是需要收集、維護應(yīng)急相關(guān)部門的專業(yè)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為應(yīng)急指揮調(diào)度、決策分析提供服務(wù)。面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)要對各基層應(yīng)急單位的應(yīng)急相關(guān)數(shù)據(jù)資源進行整合,規(guī)劃和綜合利用多種來源的應(yīng)急數(shù)據(jù)[8]。在數(shù)據(jù)層面要基于已發(fā)布的數(shù)據(jù)標準規(guī)范,對各部門的專業(yè)應(yīng)急數(shù)據(jù)進行清洗、比對和入庫[9],實現(xiàn)部門應(yīng)急數(shù)據(jù)的實時共享和更新,為應(yīng)急指揮系統(tǒng)作用的發(fā)揮提供充分的數(shù)據(jù)支撐[10]。

基于需求分析和業(yè)務(wù)分析,面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)匯聚的數(shù)據(jù)資源可劃分為8類,分別是應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急預(yù)案庫、應(yīng)急知識庫、應(yīng)急演練庫、應(yīng)急事件信息庫、應(yīng)急模型庫、地理信息庫和應(yīng)急案例庫。然后以國家應(yīng)急數(shù)據(jù)治理標準和規(guī)范為基礎(chǔ),按照“數(shù)用分離,智能驅(qū)動”的思路,構(gòu)建符合大數(shù)據(jù)發(fā)展的應(yīng)急數(shù)據(jù)治理體系[11],通過數(shù)據(jù)自動接入、數(shù)據(jù)智能處理以及數(shù)據(jù)智慧管控三個模塊,實現(xiàn)從數(shù)據(jù)接入、處理、存儲、應(yīng)用等全生命周期的治理總體架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)主要包括綜合值守、突發(fā)事件報送、指揮部署、資源調(diào)度和輔助決策五大功能模塊,系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

(1)綜合值守模塊:綜合值守模塊由事件管理、值班管理、案例管理、通訊錄管理等四個子模塊構(gòu)成,覆蓋日常管理和值守的各個方面,實現(xiàn)日常辦公的信息傳輸和工作內(nèi)容統(tǒng)一管理,用戶可通過本系統(tǒng)實現(xiàn)無紙化管理,以提高工作效率。綜合值守支持各種突發(fā)公共事件的接受和報送,應(yīng)急值守人員通過填寫表單內(nèi)的突發(fā)公共事件相關(guān)內(nèi)容,即可新建應(yīng)急事件,引導(dǎo)之后該應(yīng)急事件的現(xiàn)場處置、指揮部署、資源調(diào)度等流程。事件添加成功可將事故發(fā)生地點標注在WebGIS地圖中,為輔助決策提供支撐。

(2)突發(fā)事件報送模塊:突發(fā)事件報送模塊在突發(fā)事件發(fā)生后,基層應(yīng)急單位通過此模塊首報、修改、續(xù)報和終報事件信息給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門,實現(xiàn)信息的快速送達。報告的信息內(nèi)容有九要素:時間、地點、單位名稱、信息來源、事件類別、傷亡或者經(jīng)濟損失的初步評估、影響范圍、時間發(fā)展態(tài)勢及處置情況。

(3)指揮部署模塊:指揮部署功能模塊是針對綜合值守中創(chuàng)建提交的突發(fā)公共應(yīng)急事件進行相應(yīng)的處置工作,應(yīng)急指揮員對事件進行預(yù)案匹配和選擇操作,制定解決方案,建立工作組同時分配任務(wù),為任務(wù)配置相應(yīng)的資源,然后跟蹤事件處理情況隨時進行持續(xù)調(diào)度,直到應(yīng)急終止。指揮部署功能模塊進行時會協(xié)同處理資源調(diào)度模塊、輔助決策模塊、綜合值守模塊等其他模塊,是應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)急事件處理的相應(yīng)中心。通過對應(yīng)急指揮救援業(yè)務(wù)流程的分析和分解,應(yīng)急指揮系統(tǒng)將指揮部署功能流程劃分為九個階段:啟動事件處置、等級確認、啟動預(yù)案、綜合會商、配置方案、成立工作組、任務(wù)下達、任務(wù)跟蹤和應(yīng)急終止。

(4)資源調(diào)度模塊:資源調(diào)度模塊實現(xiàn)當突發(fā)公共事件發(fā)生時,可以精準調(diào)取所需的應(yīng)急資源,同時資源地理位置信息與WebGIS地圖關(guān)聯(lián),可以在WebGIS地圖上顯示突發(fā)公共事件周圍的資源分布情況,如救援隊伍分布、物資倉庫分布等;還可以在WebGIS地圖上查看應(yīng)急資源具體信息,如資源類型、可調(diào)度數(shù)量、負責人、聯(lián)系方式、地址等;以及實現(xiàn)資源調(diào)度時的合理配置、可視化展示和對資源庫的日常管理和維護。

(5)輔助決策模塊:輔助決策模塊實現(xiàn)應(yīng)急信息展示、事故點范圍分析、事故風險分析等功能。其中應(yīng)急信息展示主要實現(xiàn)救援隊伍、應(yīng)急物資與裝備、醫(yī)院、預(yù)案等應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在一張圖上的查詢、分類、展示、統(tǒng)計的功能。事故點范圍分析實現(xiàn)發(fā)生突發(fā)事件時,確保用戶能迅速、全面了解、掌握事故點周邊一定范圍內(nèi)應(yīng)急信息資源情況,輔助用戶科學有效快速做出突發(fā)事件應(yīng)對決策。事故風險分析實現(xiàn)依據(jù)現(xiàn)有對突發(fā)事件數(shù)據(jù)的掌握,對后續(xù)事故風險進行分析[12]。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

(1)WebGIS技術(shù)。WebGIS是因特網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)物,是一種基于Internet的開源地理信息系統(tǒng),其通過瀏覽器和用戶交互。當突發(fā)公共事件發(fā)生時,WebGIS能夠直觀地將地理信息通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行展示,將事件信息、資源、力量進行范圍分析,為政府和應(yīng)急部門提供快速的決策支持信息。

(2)資源調(diào)度優(yōu)化。突發(fā)公共事件發(fā)生后應(yīng)急資源調(diào)度方案的快速制定尤為重要。系統(tǒng)根據(jù)實時獲得的事故信息,以時間最短為目標,結(jié)合運輸成本,調(diào)用雙目標應(yīng)急資源調(diào)度模型,使用群體智能優(yōu)化算法確定最優(yōu)的資源調(diào)度方案。

(3)應(yīng)急預(yù)案智能匹配。根據(jù)上報的事故信息確定事故類型和事故地點,通過檢索系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)急預(yù)案和當前事故智能匹配[13],匹配過程中提供專家人工干預(yù)的機制,保證所匹配預(yù)案的合理性和可靠性[14]。之后隨著現(xiàn)場信息的不斷獲取,指揮員和專家進行綜合會商不斷修正預(yù)案,研判出符合實際情況的高效救援方案。

(4)視頻融合。將本級橫向委辦局及監(jiān)測監(jiān)控視頻資源的有效融合,滿足使用系統(tǒng)進行突發(fā)公共事件處置時,對事件和現(xiàn)場情況的快速研判和會商決策,對應(yīng)急指揮起到輔助作用。系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)庫、中間件及基礎(chǔ)應(yīng)用框架技術(shù),接入硬件設(shè)備,實現(xiàn)視頻實時預(yù)覽、監(jiān)控視頻回放、視頻管理、接口管理和運維管理等功能。系統(tǒng)整合多媒體交互組件,提供語音對講、社交媒體等服務(wù),滿足應(yīng)急指揮調(diào)度需求[15]。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

(1)事件創(chuàng)建。創(chuàng)建事件是綜合值守模塊的一部分,它是在應(yīng)急值守人員接到突發(fā)事件報警并審核后進行的一步操作。在事件創(chuàng)建頁面輸入相應(yīng)的事故信息,并通過位置檢索功能獲取事故坐標點,創(chuàng)建了此事故信息后,系統(tǒng)才能進行后續(xù)的預(yù)案匹配,指揮部署,資源調(diào)度,WebGIS輔助決策等功能的調(diào)用,事件創(chuàng)建是應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)急處置的開端。事件創(chuàng)建實現(xiàn)效果圖如圖5所示。

圖5 事件創(chuàng)建實現(xiàn)效果圖

(2)指揮面板。指揮面板是指揮部署模塊的一部分,它是在應(yīng)急指揮員進行突發(fā)公共事件處置時用到的功能,指揮面板可以查看事件基本信息、預(yù)案信息,并且可以在指揮面板成立工作組,進行任務(wù)的分配,以及應(yīng)急力量、應(yīng)急物資的調(diào)度等,在指揮面板的左邊還有事件處理情況的時間線等內(nèi)容,指揮面板是系統(tǒng)處置突發(fā)公共事件的核心。指揮面板實現(xiàn)效果圖如圖6所示。

圖6 指揮面板實現(xiàn)效果圖

(3)輔助決策。輔助決策模塊是應(yīng)急事件處置時不可缺少的一環(huán),其整合了系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)急信息,并內(nèi)置有各類事故模型,可為應(yīng)急指揮員科學決策提供有力的幫助。在輔助決策頁面中間是WebGIS地圖,在地圖上可清晰查看事故地點所處位置以及周圍的資源信息,包括救援隊伍、物資倉庫、醫(yī)院等內(nèi)容,在頁面下方可查詢各事件處置過程中的詳細信息,包括物資的調(diào)度狀態(tài),救援隊伍是否到位,以及任務(wù)的完成情況等內(nèi)容,所查詢內(nèi)容在頁面右邊顯示。輔助決策頁面實現(xiàn)效果圖如圖7所示。

圖7 輔助決策頁面實現(xiàn)效果圖

(4)資源管理。資源管理是資源調(diào)度模塊的一部分,它是應(yīng)急處置時資源調(diào)度的支撐,資源管理的日常維護十分重要,每當一種資源入庫時都需進行記錄,包括資源類型,入庫地點,聯(lián)系人,是初始入庫還是歸還入庫,這樣才能在資源調(diào)度時掌握完整準確的資源信息,提高應(yīng)急救援效率。資源管理入庫頁面效果圖如圖8所示。

圖8 資源管理入庫頁面效果圖

(5)資源調(diào)度可視化。資源調(diào)度可視化是資源調(diào)度模塊十分重要的一部分,當突發(fā)公共事件時,系統(tǒng)能檢索出事故點周邊可調(diào)用的應(yīng)急資源,然后通過調(diào)用系統(tǒng)中內(nèi)置的應(yīng)急資源調(diào)度模型結(jié)合智能算法計算出最合理的資源調(diào)度方案。資源調(diào)度詳情在WebGIS地圖上可視化顯示,用戶點擊各起點資源圖標即可查看此處資源調(diào)度信息,并給出了起點到事故點的資源調(diào)度路線,便于用戶直觀了解資源調(diào)度情況。下面給出某一事故的資源調(diào)度可視化頁面,實現(xiàn)效果圖如圖9所示。

圖9 資源調(diào)度可視化實現(xiàn)效果圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

目前該系統(tǒng)已在沈陽市大東區(qū)應(yīng)急管理局投入業(yè)務(wù)使用,應(yīng)急網(wǎng)格員可以進行突發(fā)事件的一體化、無紙化報送及審批,既減少了工作量,也減少了紙張等資源浪費;應(yīng)急指揮中心可以按照規(guī)范后的應(yīng)急業(yè)務(wù)流程,統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度,進行高效的應(yīng)急處置;并且應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成共享、輔助模塊功能完善,為用戶提供有效的系統(tǒng)支撐。系統(tǒng)實用性、通用性強,可推廣至其他應(yīng)急管理部門使用。

5 結(jié)束語

鑒于當前突發(fā)公共事件頻發(fā),以及應(yīng)急指揮系統(tǒng)信息化、數(shù)字化、智能化水平有待提高的實際需求,給出了一種面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的設(shè)計框架與具體實現(xiàn)方法。對系統(tǒng)應(yīng)急處置業(yè)務(wù)流程進行了分析,對系統(tǒng)總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、功能模塊進行了設(shè)計,最終基本實現(xiàn)了面向突發(fā)公共事件的數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)以應(yīng)急事件處置為導(dǎo)向,可視化指揮部署為支撐,融合多種技術(shù)手段、多源數(shù)據(jù)進行輔助決策[16],有效提升了應(yīng)急管理部門應(yīng)急處置效率和應(yīng)急指揮能力。下一步,將在系統(tǒng)整體功能的細節(jié)上,包括應(yīng)急模型精確度、智能算法運用、應(yīng)急場景等方面,進行深入的研究與完善。