陳 墾，苗 放，楊文暉，王 方，程付超

(1.成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，四川成都 610059;2.西南民族大學 計算機科學與技術學院，四川成都 610041)

0 引言

當前，國家已經進入新的五年規(guī)劃和社會主義現(xiàn)代化建設第三步戰(zhàn)略部署的關鍵時期，良好的安全秩序與和諧的社會環(huán)境顯得尤為重要［1］。

近年來，世界各國地震、海嘯、臺風等重大自然災害屢見不鮮，而我國也不例外，對人民生命財產造成了巨大的威脅，對公共安全環(huán)境造成了嚴重的危害。據統(tǒng)計，中國每年由于公共安全問題造成的經濟損失達6500×108元，約占GDP總量的6%。不難看出，各類突發(fā)事件與和諧社會的矛盾已非常突出，處置突發(fā)事件面臨的形勢已經非常嚴峻。由于突發(fā)事件具有的前兆不充分性、發(fā)展復雜性、潛在的次生衍生危害等特點，而且破壞性嚴重，這些特點導致突發(fā)公共事件的應急管理存在大量共性基礎科學問題［2］。以四川省為例，除2008年5.12汶川特大地震和2010年8.13泥石流洪澇災害以外，2010年全省還有18個地級市、3個民族自治州，全省共有181個縣(市、區(qū))不同程度受災，受災總數(shù)已經占到全國總數(shù)的 8%［3-6］。

1 需求分析

應急指揮管理系統(tǒng)基本需求如下:

(1)面向數(shù)據的體系結構(Data Oriented Architecture，DOA)，是一個系統(tǒng)架構模型，它以數(shù)據為核心，以標識為主線，通過基于XML的數(shù)據注冊機制與數(shù)據交換規(guī)范，實現(xiàn)多系統(tǒng)、多功能、多業(yè)務間的數(shù)據共享和交換，適用于任何數(shù)據類型，獨立于任何硬件平臺和軟件系統(tǒng)，也可通過面向服務的體系結構(SOA)對各系統(tǒng)提供服務［7］。

(2)應急管理標記語言(Emergency Management Markup Language，EMML)，符合XML規(guī)范，是應用于應急管理的數(shù)據注冊與數(shù)據交換標記語言或數(shù)據標識。它包括應急管理專業(yè)標識、術語標識、數(shù)據資源標識以及服務標識，是應急管理系統(tǒng)各功能模塊間進行數(shù)據交換的統(tǒng)一規(guī)范［8］。

(3)數(shù)據注冊中心(Data Registration Center，DRC)是統(tǒng)一的數(shù)據定義與命名規(guī)范的管理環(huán)境。數(shù)據呈現(xiàn)多元化特點，即包含:基礎地理數(shù)據、應急管理數(shù)據、地質災害數(shù)據、遙感影像數(shù)據、以及應急預案和政策文件等屬性數(shù)據。通過元數(shù)據對各類數(shù)據(結構化/非結構化、實時/非實時、空間/非空間數(shù)據等)進行標識和注冊，對數(shù)據進行統(tǒng)一管理，為客戶端提供數(shù)據快速查詢服務，為云端提供數(shù)據高效定位服務等。主要包括:數(shù)據分級管理、元數(shù)據模版管理、元數(shù)據登記發(fā)布、數(shù)據信息查詢等模塊。

(4)通用瀏覽器/服務云模式(General-Browser/Service-Cloud，G/S)，是基于DOA架構的網絡信息訪問與服務模式，同樣基于XML的數(shù)據注冊與數(shù)據交換機制為主線，通過云服務下的海量數(shù)據管理及客戶端聚合服務機制，可以有效解決存儲管理、服務響應、網絡帶寬、信息表達、操作控制、技術和分析等瓶頸問題。G端是增強了時空特征的通用瀏覽器，采用“請求-聚合-服務”的工作機制，具有個性化按需定制服務和多客戶端協(xié)同、時空演變規(guī)律可視化表達等特點。S端由物理世界采集云、網絡世界采集云和數(shù)據存儲云構成，對海量、異構、實時數(shù)據進行統(tǒng)一管理，采用分散存儲技術對大數(shù)據進行存儲和管理，具有動態(tài)冗余、負載均衡和自動適應等特點，可以進行數(shù)據的高效處理和分析計算，為客戶端提供服務支持，從而能較大提升用戶的體驗度。

(5)基于應急管理云服務(Emergency Management Cloud Service，EMCS)，針對應急管理中海量、異構、實時數(shù)據的管理，基于面向數(shù)據的架構，采用通用瀏覽器/服務云模式，除了具備GIS系統(tǒng)的功能(如:放大縮小、鷹眼、實時查詢、專題統(tǒng)計、視頻監(jiān)控、報表輸出、文件下載、緩沖區(qū)分析、路徑分析等)以外，通過基于應急管理標記語言的數(shù)據注冊中心對各類數(shù)據進行統(tǒng)一的管理，構建支持管理科學、信息科學與心理科學為一體的應急管理云服務體系和應急管理平臺，使之具備高計算能力、高存儲能力、高穩(wěn)定性和高安全性，實現(xiàn)數(shù)據的快速獲取、快速處理、快速分析、時空可視化、交換共享及決策支持。

2 應急管理系統(tǒng)建設目標

根據系統(tǒng)需求分析，建設目標如下:

(1)理論結合實際，以四川省人民政府應急指揮中心建設項目為實例，通過理論研究、模型建立、原型系統(tǒng)驗證等，為四川省乃至國家的應急管理系統(tǒng)的產業(yè)化推廣提供理論基礎與技術支持。通過對基于DOA架構的應急管理系統(tǒng)的應用研究，為四川省人民政府應急指揮中心建設項目提供了云服務體系等一些關鍵性技術方面的技術支持，依托四川省人民政府應急指揮中心建設項目提供的硬件，對本研究成果在四川省應用形成服務體系提供了可行性條件。

(2)建設科學的系統(tǒng)架構，研究突發(fā)事件的產生不確定性、演變復雜性以及嚴重破壞性等特點，結合數(shù)據快速采集、高效存儲和快速計算等因素，結合目前互聯(lián)網、物聯(lián)網技術、計算機硬件、軟件技術、云計算技術以及新型計算模式的特點和發(fā)展趨勢，以提升應急管理平臺的可用性、穩(wěn)定性、安全性、實時性為導向，來解決當前突發(fā)事件管理平臺迫切需求的應急管理云服務體系架構問題，為應急管理指揮平臺與應急管理預案體系提供基礎理支撐，為國家科學、高效、有序地應對突發(fā)事件提供決策參考。

3 應急管理系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)體系結構

系統(tǒng)采用通用瀏覽器/服務云模式，即G/S模式，兩層結構分別從G端與S端建立基于DOA架構的應急管理系統(tǒng)。選擇ESRI公司的ArcGIS Sever作為服務云端的組件，利用ArcGIS Sever可以高效、科學的將應急管理信息發(fā)布到云端，并允許大眾化交互與應用(圖1)。

3.2 系統(tǒng)功能與數(shù)據模型設計

根據系統(tǒng)需求與目標，系統(tǒng)功能主要包括以下方面(圖 2)［9-11］。

(1)綜合業(yè)務管理系統(tǒng)

以四川省應急管理工作常態(tài)業(yè)務為主體，以特別重大和重大突發(fā)公共事件處置為核心，實現(xiàn)四川省應急辦的信息接報、審核、辦理、跟蹤、發(fā)布的網絡化和自動化，并實現(xiàn)四川省應急辦的日常業(yè)務的信息化和電子化。綜合業(yè)務管理系統(tǒng)主要包括信息接報、值班管理、事件管理、網絡監(jiān)測、統(tǒng)計分析、工作動態(tài)管理、應急培訓等主要功能模塊。

圖2 系統(tǒng)功能結構圖Fig.2 Structure drawing of system function

(2)風險隱患監(jiān)測系統(tǒng)

基于省級部門、各市(州)的監(jiān)控目標和危險源監(jiān)測信息，對風險隱患進行匯聚和過濾，實現(xiàn)對風險源的信息建檔、實時監(jiān)測、查詢分析，并基于某些分析模型對風險進行多個維度的綜合分析和評估，同時對被監(jiān)控目標的狀態(tài)信息進行空間展現(xiàn)，作為決策者進行事件處置的依據。風險隱患監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據接入、風險源監(jiān)控與管理、風險分析和評估等主要功能模塊。

(3)預測預警系統(tǒng)

基于多種預測預警模型，以公共事件信息和專業(yè)預測預警信息為輸入，對突發(fā)公共事件進行影響范圍、影響方式、持續(xù)時間、危害程度、衍生次生等方面的綜合預測，為省應急部門、市(州)應急部門和省級部門的應急工作提供趨勢預測支撐;對預警事件進行分級核定，并進行預警信息發(fā)布。

(4)指揮調度系統(tǒng)

基于應急隊伍、應急物資、應急裝備等應急資源，建立突發(fā)公共事件情況信息的接收和分發(fā)通道，實現(xiàn)方案推演、任務管理、處置跟蹤于一體的應急指揮調度閉環(huán)系統(tǒng)，并實現(xiàn)指揮過程中多元數(shù)據疊加和立體展示。

(5)應急保障系統(tǒng)

常態(tài)下對應急資源信息進行分類管理和提供查詢，進行資源儲量和可調配量分析;非常態(tài)下實現(xiàn)資源保障計劃管理，對資源配置方案進行多目標優(yōu)化和資源調度跟蹤，提供資源分布的動態(tài)直觀展現(xiàn)，綜合提高應急資源保障能力。

(6)應急評估系統(tǒng)

基于統(tǒng)一管理下的多種應急評估模型，建立應急評估指標體系;以應急過程記錄和回放為輸入，對應急過程進行應急能力評估、應急過程評估和應急綜合評估，并形成評估報告。

(7)模擬演練系統(tǒng)

采用虛擬現(xiàn)實技術和仿真技術，建設集演練計劃制定、演練環(huán)境仿真、演練過程控制、演練記錄與回放、演練評估與分析等功能于一體的智能輔助方案系統(tǒng)，對突發(fā)公共事件的信息接報能力、預測預警能力、資源保障能力、協(xié)同處置能力進行提高和評估。模擬演練系統(tǒng)包括計劃輔助生成、演練場景仿真、演練過程控制、演練輔助評價等主要功能模塊。

(8)智能輔助方案系統(tǒng)

以國家總體應急預案、四川省總體應急預案、各專項預案為依據，針對特別重大和重大公共突發(fā)事件的災前、災中、災后輔助決策，建設集數(shù)字預案管理、方案生成、方案評估、方案上報下發(fā)等功能于一體的智能輔助方案系統(tǒng)，并結合專家意見，綜合提供應對突發(fā)公共事件的流程和方案輔助決策。智能輔助方案系統(tǒng)包括數(shù)字預案、智能方案生成、智能方案管理、方案流轉等主要功能模塊。

(9)應急廣播系統(tǒng)

在應急處置中，信息的傳播通道是否健全，是決策判斷科學性、決策落實可靠性的有力保障。在應急廣播的概念下，信息的傳播通道包括了媒體將所采集的輿情信息、新聞線索等時效性很強的信息上傳至應急指揮中心;應急指揮中心在指令發(fā)布外，整合或借助媒體的播發(fā)渠道將即時的應急信息、處置信息、公共信息全方位覆蓋現(xiàn)場和非現(xiàn)場受眾;另外，在極端情形下，應急指揮中心應當有條件，以社會公共設備終端為依托，將指揮命令、首長講話等以語音形式面向全社會進行廣播。

(10)應急GIS系統(tǒng)

應急GIS系統(tǒng)采用面向數(shù)據的體系結構設計。為即將建設和已經建設的GIS系統(tǒng)的各種應用提供統(tǒng)一的訪問通道。通過獨立的權限管理系統(tǒng)來對其進行認證、授權等安全運維管理。具體包括動態(tài)標繪功能、移動功能、前后一視功能、路徑分析功能、查詢功能、測量功能、空間分析功能、3D功能等等。

4 應急管理系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

應急指揮系統(tǒng)是一個動態(tài)的系統(tǒng)過程，其顯著特點:一是數(shù)據復雜多樣。應急涉及到空間數(shù)據、視頻數(shù)據、音頻數(shù)據、專業(yè)數(shù)據(氣象、水文等)、文本數(shù)據、圖表等，應急救援需要將全部數(shù)據統(tǒng)一集成、分析和評價，從而能夠快速的了解事件的整體狀態(tài)和發(fā)展動向，為應急救援提供全面準確的參考;二是涉及的部門多。應急往往需要氣象、水利、質監(jiān)、安監(jiān)、衛(wèi)生、環(huán)保、林業(yè)、公安、交通、城管、消防甚至包括武警部隊等眾多部門協(xié)同作戰(zhàn)，為了有效的指揮調度，需要整合、共享這些部門的數(shù)據。因此，在考慮四川省應急指揮綜合應用平臺項目時，應將整合復雜數(shù)據的能力作為系統(tǒng)設計的核心要素，以實現(xiàn)全省應急指揮工作的業(yè)務邏輯為根本目標，構建以應急GIS地理信息服務為核心的創(chuàng)新型應急指揮綜合應用平臺，才能使應急指揮應用中的各個項目和子系統(tǒng)能夠有機地整合起來，做到數(shù)據充分共享和無縫應用。

方案應詳細闡述地理信息服務與綜合業(yè)務管理系統(tǒng)、風險隱患監(jiān)測防控系統(tǒng)、綜合預測預警系統(tǒng)、智能輔助方案系統(tǒng)、指揮調度系統(tǒng)、應急保障系統(tǒng)、應急評估系統(tǒng)、模擬演練系統(tǒng)、個人工作平臺之間的支撐關聯(lián)關系［12］。

4.1 系統(tǒng)開發(fā)概況

四川省應急指揮中心處置突發(fā)事件時，需要涉及到多個市(州)和各部門的信息資源，以及包括各種實時采集的數(shù)據。這些資源來源各異，所屬的專業(yè)領域和地方條件也不同，呈現(xiàn)出較為普遍的空間特性，具有海量、多元、異構的特點，這就需要建立數(shù)據交換與共享系統(tǒng)，更好的為應急系統(tǒng)各種應用提供支撐。

根據數(shù)據關聯(lián)程度及數(shù)據存儲等特征，從邏輯上劃分為基礎信息數(shù)據庫、地理信息數(shù)據庫、事件信息數(shù)據庫、模型庫、預案庫、知識庫、案例庫和文檔庫，以便于數(shù)據的管理和應用。投標方案中應對各數(shù)據庫提供數(shù)據來源、數(shù)據實體、數(shù)據維護方案(圖3)。

4.2 系統(tǒng)界面

圖3 應急管理數(shù)據庫結構示意圖Fig.3 Diagram of emergency management database structure

如圖4，四川省應急指揮平臺采用基于DOA的架構，針對應急管理海量異構數(shù)據的管理復雜性，采用云計算和云服務的方式來提高應急管理的效率，即將網格計算和云計算中的"聚合"理念與空間信息網絡服務模式相結合，為綜合應用系統(tǒng)的各系統(tǒng)提供統(tǒng)一的空間分析和查詢、二維/三維GIS、四維(時態(tài))分析、態(tài)勢標繪、云存儲等地理信息服務［13］。

圖4 應急管理指揮平臺Fig.4 Diagram of emergency management command platform

數(shù)據交換與共享系統(tǒng)應該構建在云服務平臺之上，保證系統(tǒng)的高可用性;并以四川省應急指揮數(shù)據交換標準為核心，以數(shù)據組織管理規(guī)范為原則，建立各級數(shù)據交換與共享節(jié)點，實現(xiàn)覆蓋全省、相互支撐、安全暢通的省級應急指揮數(shù)據交換與共享服務體系。省應急指揮中心綜合應用系統(tǒng)與各市(州)應急指揮中心、各省級部門應急平臺之間的信息交換將統(tǒng)一通過數(shù)據交換與共享系統(tǒng)進行。

5 結論

(1)提出和建立一套基于DOA架構的，面向G/S模式的非常規(guī)突發(fā)事件應急管理云服務體系架構。該架構能夠支持非常規(guī)突發(fā)事件海量異構數(shù)據的快速采集、存儲、計算和分析，可以實現(xiàn)非常規(guī)突發(fā)事件應急管理平臺的高計算能力、高存儲能力、高穩(wěn)定性與高安全性。

(2)提出一種支撐應急管理云服務體系的數(shù)據交換標準EMML。

(3)提出和驗證一套云服務體系下客戶端按需信息匯聚和服務聚合的非常規(guī)突發(fā)事件應急管理應用模式。

(4)建立一套非常規(guī)突發(fā)事件演化規(guī)律復雜性建模的理論與方法。

(5)對四川省現(xiàn)有的應急指揮系統(tǒng)提供理論驗證，以及建立一套原型系統(tǒng)。為國家的產業(yè)化推廣提供理論基礎與技術支持。

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