李迎春，李新明，劉 東

（裝備學院，北京 101416）

基于DoDAF的重大災害救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

李迎春，李新明，劉 東

（裝備學院，北京 101416）

重大災害之后的及時救援是減少損失的關(guān)鍵，建立并分析重大災害救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型十分必要。針對重大災害普遍特點，借鑒美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架V2.0（Department of Defense Architecture Framework，DoDAF V2.0）思想，采用基于活動（Activity?Based Methodology，ABM）的建模方法，建立了典型的重大災害救援系統(tǒng)模型；利用體系結(jié)構(gòu)工具System Architect（SA）繪制多種DoDAF視圖。從多個視角下對該系統(tǒng)闡述和分析，為仿真活動以及任務(wù)執(zhí)行打下了基礎(chǔ)。

重大災害；救援系統(tǒng)；美軍體系結(jié)構(gòu)框架；結(jié)構(gòu)模型；指揮控制

近年來，自然或者非自然的重大災害頻發(fā)，地震、泥石流、礦難或者武裝沖突等重大災害或戰(zhàn)爭深深威脅著人們的生命安全。這些重大災害（包括戰(zhàn)爭）的救援工作是減少損失的關(guān)鍵，顯得尤為重要，也越來越受到重視。建立完善的災后救援系統(tǒng)有利于最大程度地運用救援力量，高效有序完成救援工作。

本文基于美國國防部結(jié)構(gòu)框架DoDAF V2.0，采用基于活動ABM方法進行體系建模。DoDAF是美國國防部建立的一種規(guī)范化描述體系的方法，其定義的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品構(gòu)成了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本語法規(guī)則，是設(shè)計和開發(fā)體系結(jié)構(gòu)的指南［1］。DoDAF的視圖產(chǎn)品分為作戰(zhàn)視圖（Operation View，OV）、技術(shù)視圖（Technique View，TV）、系統(tǒng)視圖（System View，SV）和全視圖（All View，AV）4種。作戰(zhàn)視圖有9種視圖產(chǎn)品，其主要目的是清楚、完整地描述作戰(zhàn)任務(wù)，明確作戰(zhàn)任務(wù)對系統(tǒng)的需求，比如明確作戰(zhàn)活動、作戰(zhàn)節(jié)點、節(jié)點間的信息關(guān)系、指揮關(guān)系等，為系統(tǒng)總體設(shè)計奠定基礎(chǔ)。系統(tǒng)視圖有13種視圖產(chǎn)品，其目的是描述滿足上述作戰(zhàn)要求的系統(tǒng)組成單元、功能和單元之間的相互關(guān)系等，它的作用是將作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品表示的作戰(zhàn)任務(wù)需求轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的功能，說明多個系統(tǒng)如何進行連接和互操作。技術(shù)視圖有2種視圖產(chǎn)品，它規(guī)定了需要采用的信息技術(shù)標準和指南，包括技術(shù)標準、慣例、規(guī)則和準則等。全視圖有2種視圖產(chǎn)品，它提供系統(tǒng)的全景透視圖，說明被設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的范圍、目的、背景，說明設(shè)計采用的工具和格式，以及設(shè)計結(jié)論和重要術(shù)語的整合詞典［2?3］。

SA（System Architect）是美國Telelogic公司開發(fā)的一款幫助系統(tǒng)構(gòu)建人員規(guī)劃、建模和執(zhí)行變更等任務(wù)的軟件。利用SA可以快捷地構(gòu)建系統(tǒng)建模的各種視圖，建立視圖之間的聯(lián)系，便于系統(tǒng)構(gòu)建人員的閱讀和分析。

1 體系結(jié)構(gòu)建模步驟

1.1 基本思想

基于DoDAF建模過程的基本思想是將整個系統(tǒng)模型的構(gòu)建劃分為若干階段進行，每一階段分別側(cè)重解決不同的建模問題，分別在不同的抽象層次、以不同的粒度對系統(tǒng)模型進行描述。這樣既分解了建模的步驟，降低了建模的難度，還使得建模的準確性得到提高，模型更加直觀。

1.2 基于活動的建模方法

目前，適用于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要分為三類［4］：面向過程的建模方法、面向?qū)ο蟮慕７椒ê突诨顒拥慕＃ˋctivity?Based Methodology，ABM）方法。ABM方法是一種以DoDAF框架為標準的三視圖方法，相比于前兩種方法，ABM方法更加以信息集成為特點，以數(shù)據(jù)為中心活動。信息、活動、節(jié)點、角色、過程是信息流動的前提；系統(tǒng)功能、系統(tǒng)節(jié)點、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)等實體是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心實體；需求線代表信息之間的聯(lián)系；活動和信息交換的節(jié)點提供需求線的屬性。

1.3 建模步驟

ABM以作戰(zhàn)活動?作戰(zhàn)節(jié)點?組織關(guān)系?系統(tǒng)功能?系統(tǒng)為體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計主線，進行體系結(jié)構(gòu)的建模［5?6］。首先，根據(jù)重大災害的實際情況和現(xiàn)實需求，創(chuàng)建高層作戰(zhàn)概念模型（OV?1），確定該系統(tǒng)交互的外部系統(tǒng)和組織實體（即參與者或角色，完成場景需求）；然后建立帶有簡單的對象流（消息）的活動節(jié)點樹（OV?5a），以及與之相對應(yīng)的活動模型圖（OV?5b）；在不同的活動場景中，識別連接描述（OV?2）中的節(jié)點；根據(jù)作戰(zhàn)節(jié)點的關(guān)系建立組織關(guān)系模型（OV?4），確定節(jié)點、角色之間的所屬關(guān)系或者指揮關(guān)系；根據(jù)節(jié)點關(guān)系自動生成作戰(zhàn)節(jié)點的連接描述（OV?2）。本階段以O(shè)V?1為驅(qū)動，OV?5為過程，OV?2為核心，OV?4為指揮關(guān)系，循環(huán)往復逐步完善作戰(zhàn)模型。根據(jù)OV?2和OV?5中出現(xiàn)的信息流，將信息的傳遞以矩陣的形式表現(xiàn)出來，生成信息交換矩陣（OV?3）。最后設(shè)計得到系統(tǒng)的整體功能描述視圖（OV?4）［7］。

2 重大災難救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視圖模型

重大災害一般具有突然性和極大的破壞性，比如地震、泥石流、礦難、山體滑坡等。災害發(fā)生后，救援工作必須及時展開，才能最大可能減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文以某地發(fā)生的某重大自然災害為案例，其過程大致描述如下。

受災人員發(fā)出求救信號到達救援指揮中心；中心向衛(wèi)星、情報組織請求相關(guān)受災環(huán)境信息，并派遣救援隊、生命跡象探測人員、醫(yī)療隊、后勤保障人員到達現(xiàn)場，指揮調(diào)度相關(guān)衛(wèi)星提供定位、氣象等服務(wù)；搜救人員向生命探測人員請求獲得人員傷亡情況，并向衛(wèi)星請求氣象、定位、測繪等服務(wù)，實施搜救；搜救后，醫(yī)療后勤等保障人員進行搶救和持續(xù)補給，并向上級反饋傷亡和物資信息［8］。

2.1 高層作戰(zhàn)概念視圖

當受災人員發(fā)出災害信號到達救援指揮中心和災情信息處理中心時，救援指揮中心根據(jù)信息處理中心送來的災情信息，即刻做出決策，派出救援隊，醫(yī)療分隊和后勤補給隊進行現(xiàn)場救援。其中救援分隊分為生命跡象探測、直升機救援、地面救援及大型器械救援等小組，擁有探測裝備、空中救援裝備、現(xiàn)場救援機器和人員等；后勤補給分為地面輸送和空投補給等小組，擁有地面補給車輛，空中投送裝備等；醫(yī)療分隊分為前線醫(yī)療分隊和附近醫(yī)療實體等小組，擁有救護車、救援器械、相關(guān)藥品、醫(yī)療人員和疫情防護人員等。參與救災的系統(tǒng)有：指揮控制系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、后勤保障系統(tǒng)、直升機搜救系統(tǒng)等。

救災過程中基本的信息流如下：災情信息中心向衛(wèi)星導航通信氣象服務(wù)系統(tǒng)請求獲取通信服務(wù)、導航定位服務(wù)和氣象測繪信息，并進行實時分析和災情預測，然后將相關(guān)信息轉(zhuǎn)發(fā)給救援指揮中心進行輔助決策。救援指揮中心根據(jù)信息處理中心處理后的消息進行救援計劃擬定，將救災命令和任務(wù)計劃發(fā)給救援隊、補給分隊和救援醫(yī)療分隊等。救援隊也應(yīng)將實時的現(xiàn)場信息反饋給救援指揮中心進行輔助決策。

根據(jù)上述描述，建立高層作戰(zhàn)概念視圖OV?1，如圖1所示。

2.2 作戰(zhàn)活動模型

作戰(zhàn)活動模型是描述救援作戰(zhàn)過程中，為完成特定任務(wù)和目標的一系列活動的集合，由能力、作戰(zhàn)活動、活動間的輸入／輸出（I／O）流等建模元素構(gòu)成。其中OV?5a是活動模型節(jié)點樹（Node Tree），以樹狀圖形式呈現(xiàn)，將大的活動分為小的活動，描述節(jié)點活動的層次關(guān)系；OV?5b是活動模型（Activity Model），主要描述活動具體內(nèi)容以及輸入／輸出流的情況。

本案中，將救援活動分為5個分活動，按開始發(fā)生的先后次序分別為衛(wèi)星資源調(diào)度、現(xiàn)場情況獲取、救援指揮、現(xiàn)場救援以及醫(yī)療保障和補給。每個分活動還可繼續(xù)細分，讓閱讀者對系統(tǒng)活動全過程有一個細節(jié)性的認識。作戰(zhàn)活動節(jié)點樹OV?5a如圖2所示。針對每一個活動，設(shè)計和建立活動相互關(guān)系和輸入／輸出流，生成作戰(zhàn)活動模型圖OV?5b，如圖3所示。

2.3 建立組織關(guān)系

組織關(guān)系視圖OV?4不僅清晰顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的組織情況，而且能表示出組織與組織之間、組織與角色之間的關(guān)系。如圖4所示為重大災害救援系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)圖，從圖可以看出組織所屬關(guān)系及層次情況。救援過程中，特定的組織或角色需要指揮其下一級組織或角色，協(xié)調(diào)救援行動。

2.4 節(jié)點連接描述

信息是救援行動順利的保障，信息鏈路的暢通促使各節(jié)點的工作更有效率［9］。節(jié)點連接描述圖描述了各個節(jié)點之間信息流的傳遞，本案中，通過作戰(zhàn)活動模型和組織關(guān)系，將特定角色或者設(shè)備等抽象成節(jié)點，用箭頭表示信息傳遞和傳遞的方向。如圖5所示是重大災害救援系統(tǒng)的節(jié)點連接描述圖，圖中清晰展示了各個節(jié)點對信息的需求以及信息的來源。

圖1 OV?1高級作戰(zhàn)概念圖

圖2 OV?5a作戰(zhàn)活動節(jié)點樹

2.5 信息交換矩陣

信息交換矩陣是以表格的形式表示出信息交換的內(nèi)容、相關(guān)節(jié)點、目的活動和源活動等信息。信息矩陣是節(jié)點描述更具體的形式，根據(jù)具體系統(tǒng)，信息矩陣可以有更加豐富的內(nèi)涵。在本例中，救援行動信息需求者和提供者的角色關(guān)乎信息傳遞的最佳路徑，所以應(yīng)當標注。救援系統(tǒng)信息交換矩陣如表1所示。

圖3 OV?5b活動模型圖

圖4 OV?4組織關(guān)系圖

2.6 典型系統(tǒng)視圖

系統(tǒng)功能分解描述圖SV?4描述了各個系統(tǒng)的功能及其之間的信息流，便于閱讀者更加方便地了解該系統(tǒng)的各種功能和其分解功能，有助于救援行動的及時展開和資源合理調(diào)配。本例中，根據(jù)系統(tǒng)節(jié)點圖和活動模型圖，總結(jié)出系統(tǒng)的具體功能并將其分解成更小的功能。如圖6所示。

圖5 OV?2節(jié)點連接描述圖

表1 OV?3信息交換矩陣

圖6 SV?4系統(tǒng)功能分解圖

3 結(jié)束語

本文基于美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架，采用基于活動的建模方法，著重從作戰(zhàn)層面建立了重大災害救援系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)模型，利用DoDAF相關(guān)視圖產(chǎn)品描述了該系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、組織關(guān)系、活動、信息流等關(guān)鍵因素，為仿真活動以及執(zhí)行任務(wù)打下了基礎(chǔ)。文章表明，利用不同層次的視圖來表述系統(tǒng)構(gòu)架，有利于不同的閱讀者直觀地了解自己想要的信息，從而提高救援作戰(zhàn)效率，提升救援作戰(zhàn)能力。

［1］ 姚延軍，王紅，譚賢四，等.基于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)方法［J］.火力與指揮控制，2013，38（3）：103?107.

［2］ 張少兵，郭忠偉，錢曉進，等.基于DoDAF的防空兵指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)［J］.兵工自動化，2011，30（3）：18?21.

［3］ ZhaoX，LiangT.ResearchonActivity：Based Methodology of Modeling Complex System Architecture［J］.Science Technology＆Engineering，2010，33.

［4］ 簡平，鄒鵬，熊偉.基于DoDAF的天基預警系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型研究［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2014，42（4）：46?54.

［5］ 李云全，陳瑜.基于系統(tǒng)建模的探討［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（4）：59?62.

［6］ 李志淮，譚賢四，王紅，等.基于DoDAF能力視角的武器裝備體系評估方法［J］.裝備學院學報，2012，23（4）：121?125

［7］ 熊偉，簡平.以數(shù)據(jù)為中心的天基預警系統(tǒng)視圖模型研究［J］.指揮控制與仿真，2013，35（5）：11?17.

［8］ 施建興，魏靖彪，等.基于DoDAF的直升機海上搜救系統(tǒng)作戰(zhàn)需求研究［C］.北京：第三十屆（2014）全國直升機年會論文集，2014：38?42.

［9］ 高昂，王增福，趙慧波，等.DoDAF體系結(jié)構(gòu)分析［J］.中國電子科學研究院學報，2011，6（5）：461?466.

Architecture Models of Major Disaster Rescue System Based on DoDAF

LI Ying?chun，LI Xin?ming，LIU Dong
（Academy of Equipment，Beijing 101416，China）

Timely rescue after major disaster is the key to reduce damage.Establishing and analyzing the architecture model of major disaster rescue system are very necessary.In allusion to common features of major disasters，referring to department of defense architecture framework（DoDAF V2.0）and activity?based methodology（ABM），typical architecture model of major disaster rescue system is established.By using System Architect tool，different kinds of diagrams of DoDAF are drew to explain and analyze this system，laying a foundation for simulation activity and mission operation.

major disaster；rescue system；DoDAF；architecture model；command control

TP302.1；E917

A

10.3969／j.issn.1673?3819.2016.06.004

1673?3819（2016）06?0016?06

2016?07?04

2016?08?22

李迎春（1993?），男，湖北隨州人，碩士研究生，研究方向為電子信息系統(tǒng)的建模與評估。

李新明（1965?），男，研究員，博士，博士生導師。

劉 東（1981?），男，博士。