陳世娥

0 前言

近10 多年來，各類災(zāi)害頻發(fā)，特別是在“5.12”汶川大地震、“8.12”天津港大爆炸以后，國家越來越重視各類救援力量的建設(shè)。武警部隊作為國家救援力量不可或缺的一支重要力量，對救援人員的訓(xùn)練和指揮提出更高的要求[1]。

當(dāng)前，隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，給各行各業(yè)帶來了數(shù)據(jù)使用方式的根本性轉(zhuǎn)變，也為部隊信息管理、行動指揮提供了全新理念和手段[2]。目前，武警部隊參與搶險救援信息獲取主要依靠現(xiàn)場的無人機、相機、攝像機拍攝，語音信息傳輸?shù)确绞剑仍F(xiàn)場構(gòu)建專網(wǎng)，實現(xiàn)前線作戰(zhàn)單位間、前線作戰(zhàn)單位和前線作戰(zhàn)指揮部進行視頻、語音、文本等多媒體集群業(yè)務(wù)；利用衛(wèi)星網(wǎng)、公網(wǎng)的多鏈路聚合的方式，實現(xiàn)前線指揮部與各級指揮中心的音視頻互通。信息手段多，種類復(fù)雜、信息數(shù)量大且碎，如何整合這些信息資源，在大量信息中提取出有用的信息為搶險救援指揮服務(wù)，提升決策的效率，是本文考慮的重點問題[3-4]。本系統(tǒng)研究設(shè)計是在武警部隊搶險救援訓(xùn)練、救援演練、救援行動中總結(jié)出的指揮經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合長期救援教學(xué)訓(xùn)練對指揮系統(tǒng)的需求，研究設(shè)計與實現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)平臺、整合軍地資源建立的搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)，對于提升武警部隊參與搶險救援行動有很好的輔助作用。

1 搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概述

搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)就是在對各種資料信息搜集處理的基礎(chǔ)上，運用自動化輔助決策手段，在搶險救援指揮開展過程中進行籌劃、預(yù)測、評估、篩選，制定可供選擇的各種搶險救援指揮信息數(shù)據(jù)，輔助搶險救援指揮人員做出正確決策。

搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)搶險救援?dāng)?shù)據(jù)綜合查詢、搜救行動輔助決策和相關(guān)救援?dāng)?shù)據(jù)可視化顯示,使之成為綜合數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展現(xiàn)的一體化平臺。從系統(tǒng)功能上劃分,主要可分為指揮信息管理、救援信息管理、救援輔助管理和救援過程管理等四部分。

1.2 需求分析

1.2.1搶險救援業(yè)務(wù)流程

部隊接到救援任務(wù)以后開展實施救援任務(wù)，具體流程，如圖1 所示。

（1）接到救援任務(wù)。

（2）判定救援類型，確定方案。首長機關(guān)進入系統(tǒng)，確定救援類型，獲取救援信息。包括：災(zāi)害的性質(zhì)、等級、位置、交通、路線規(guī)劃、救援單位當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)性質(zhì)、作業(yè)時間、任務(wù)區(qū)域等信息。其中，災(zāi)害的性質(zhì)由上級給出，位置、交通、路線規(guī)劃由百度地圖提供；當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)性質(zhì)、作業(yè)時間、任務(wù)區(qū)域、作業(yè)量由命令給出。判定是否開進，判定的要素，如圖2 所示。

圖1 實施救援流程圖

（3）部隊攜帶裝備，根據(jù)路線規(guī)劃，出發(fā)救援地。

（4）到達(dá)現(xiàn)場，實施偵察。確定救援任務(wù)后，由作戰(zhàn)單位派出偵察人員現(xiàn)地進行偵察，獲取救援區(qū)域的相關(guān)救援作業(yè)數(shù)據(jù)。包括：救援區(qū)域面積，機動路線中的道路交通通行情況，救援地區(qū)的災(zāi)情、水情、地形、天氣，災(zāi)情的性質(zhì)、規(guī)模及發(fā)展趨勢等數(shù)據(jù)。

（5）開展救援。判定災(zāi)情和兵力裝備情況，確定參加的人員和裝備的類型、數(shù)量，采取哪種戰(zhàn)術(shù)進行救援。救援過程中時刻監(jiān)測天氣、作戰(zhàn)環(huán)境、裝備損耗情況，如遇到異常情況及時判定并處置。

（6）救援結(jié)束，擬制救援報告，向上級報告，儲存救援?dāng)?shù)據(jù)。

1.2.2性能需求

武警部隊搶險救援主要包含：水上、道路、橋梁、隧道、機場場道、港口碼頭、地震災(zāi)害、化學(xué)事故等類型。武警部隊參與搶險救援，需要掌握天氣、水文、地形地貌、交通等各類客觀的條件信息，也需要對參與救援的人員、裝備、物質(zhì)等需要投入的因素進行有效的控制和運用。對于一個首長機關(guān)來說，需要利用各種手段，整合這些信息，迅速做出有效的決定指揮救援行動[5]。因此，對于一個指揮輔助決策系統(tǒng)來說要滿足以下的幾點需求：

（1）信息全面，實時準(zhǔn)確。在系統(tǒng)上得包含指揮搶險救援所需要的信息，比如天氣、水文、交通、救援裝備、救援人員等信息，并且這些數(shù)據(jù)來源可靠，能夠?qū)崟r更新，為輔助首長機關(guān)作出決策，進行救援指揮行動提供數(shù)據(jù)支持。

（2）系統(tǒng)整合度高，操作簡單?？梢暬慕缑?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的無縫連接，不需要切換平臺，增加程序，減少不必要的信息和時間的損耗。

（3）層次清晰，方便查詢。橫向上可以查詢救援的各類基本信息，縱向上可以查詢救援案例、經(jīng)驗，供平時訓(xùn)練和以后的救援使用。

圖2 要素判定

（4）訓(xùn)戰(zhàn)結(jié)合，提升救援指揮效率。訓(xùn)練時為作戰(zhàn)單位搭建裝備、人員、地理、氣象、交通、戰(zhàn)法、戰(zhàn)例等各要素的信息管理平臺；戰(zhàn)時為首長機關(guān)信息獲取、災(zāi)情研判、指揮控制提供輔助決策支持[6]。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計

經(jīng)過調(diào)研，結(jié)合部隊搶險救援指揮需求和實戰(zhàn)需要及方案論證，搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)是為武警部隊搶險救援實戰(zhàn)實訓(xùn)提供指揮輔助決策服務(wù)的技術(shù)支撐系統(tǒng)，采取“戰(zhàn)訓(xùn)結(jié)合”的設(shè)計思路，著眼實戰(zhàn)實訓(xùn)，緊密結(jié)合部隊作戰(zhàn)任務(wù)，以達(dá)到災(zāi)情信息獲取、裝備評估、動態(tài)顯示、信息查詢、輔助決策、命令發(fā)布等功能，并為搶險救援指揮的“通信暢通、現(xiàn)場及時、數(shù)據(jù)完備、指揮到位”提供技術(shù)保障。本系統(tǒng)設(shè)計包含四個子系統(tǒng)，分別是：指揮信息管理、救援信息管理、救援輔助信息管理、救援過程信息管理，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1.4.1模型數(shù)據(jù)存儲

通過構(gòu)建5 個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和8 個類型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)子系統(tǒng)的設(shè)計和數(shù)據(jù)的交互，如圖4 所示。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包含天氣條件、自然條件、數(shù)字地圖、用戶權(quán)限，構(gòu)成系統(tǒng)基本信息。其中用戶權(quán)限根據(jù)首長、機關(guān)、現(xiàn)場指揮員、救援人員等不同的層級設(shè)置不同的權(quán)限。類型數(shù)據(jù)庫根據(jù)不同的救援類型設(shè)置不同的裝備器材數(shù)據(jù)庫，保證系統(tǒng)運行的清晰順暢。

1.4.2數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)中需要展示的救援信息多，按內(nèi)容不同大致分為以下幾個情況：自然條件，天氣條件，裝備器材，兵力編成，救援進展等情況。根據(jù)權(quán)限的不同大致分為首長、機關(guān)、其他用戶三個類型的信息查詢。首長通過點擊武警部隊救援指揮輔助決策系統(tǒng)進入救援模式，對救援現(xiàn)場、救援態(tài)勢、自然條件、天氣條件、裝備器材、兵力編成進行查詢；機關(guān)可通過進入武警部隊救援指揮輔助決策系統(tǒng)對救援信息查詢，還可以進入后臺通過關(guān)鍵字查詢，必要時對救援信息更新，以供首長和其他用戶使用；其他用戶只能通過武警部隊救援指揮輔助決策系統(tǒng)界面進入救援模式，了解救援動態(tài)。

2 搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)開發(fā)是基于J2EE（Java 2 Platform,Enterprise Edition） 體 系 結(jié)構(gòu)的B/S 三層架構(gòu)設(shè)計，采用SSM（Spring+SpringMVC+MYBatis） 框 架 技術(shù)實現(xiàn)。Spring 是一個開源框架，起源于2003 年的輕量級Java 框架，Spring 是一個輕量級的控制反轉(zhuǎn)（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架。SpringMVC 是一 個 MVC（Model View Controller） 框架，在實際開發(fā)中，接收瀏覽器的請求響應(yīng)，對數(shù)據(jù)進行處理，然后返回頁面進行顯示。MYBatis 是一款優(yōu)秀的持久層框架，它支持定制化SQL、存儲過程以及高級映射。系統(tǒng)的層與層之間相互解耦，提高了開發(fā)的效率和運行速度。應(yīng)用MySQL 數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)，將ARCGIS Server 提供的二維地圖資源嵌入到Web（World Wide Web）應(yīng)用中[7-8]。本文用水上救援模塊為例展示系統(tǒng)實現(xiàn)效果。點擊水上救援模塊，進入水上救援模式。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

2.1 指揮信息管理子系統(tǒng)

指揮信息管理模塊主要是對災(zāi)情進行描述，對兵力進行部署，實時進行數(shù)據(jù)更新。機關(guān)協(xié)助首長通過權(quán)限入口對災(zāi)情信息錄入，并對救援時間進行計時。

2.1.1災(zāi)情描述模塊

根據(jù)上級給的命令指示結(jié)合救援現(xiàn)場的偵查數(shù)據(jù)對災(zāi)情進行描述。包括災(zāi)害的類型、救援面積、水域情況、轉(zhuǎn)移受災(zāi)待救援的人數(shù)、需要救援的物資、救援進行的時間等。

2.1.2救援信息模塊

關(guān)聯(lián)災(zāi)害位置和類型，快速部署救援力量，自動提取救援人力、裝備、預(yù)案、戰(zhàn)法等業(yè)務(wù)信息，為首長機關(guān)輔助決策、定下決心提供信息支持。首長機關(guān)可以通過該模塊，快速掌握各組配置的兵力和裝備，救援時間的長短，救援的效率等信息，如圖5 所示。圖5 左邊顯示共3 組的救援力量、攜帶裝備、需要救援的人數(shù)，作戰(zhàn)時間，右邊顯示各組行動實時信息。

2.2 救援信息管理子系統(tǒng)

救援信息管理模塊是對救援裝備、力量、通信設(shè)備、水文、氣象、專家、協(xié)同單位進行統(tǒng)計。

2.2.1氣象信息數(shù)據(jù)模塊

通過定位災(zāi)害位置，關(guān)聯(lián)當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，實現(xiàn)對當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度、風(fēng)速、降水的實時監(jiān)測[9-10]。系統(tǒng)實時獲取、自動更新近15 日的氣象數(shù)據(jù)，通過比照多天的氣象情況，為指揮救援進展、提供決策提供參考，如圖6 所示。氣象信息顯示，1 月22 日后，會持續(xù)降溫，降雨量減少，濕度減低，首長可依據(jù)數(shù)據(jù)，指揮救援進程。

2.2.2水文信息模塊

采集救援地的水文信息，包括水系、平均流量、水位、50 年甚至100 年的最大降雨量等數(shù)據(jù)。結(jié)合本地視頻跟蹤數(shù)據(jù)，為實施指揮決策提供數(shù)據(jù)參考。

2.2.3裝備情況模塊

對調(diào)用兵力、裝備等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行描述，機關(guān)人員對參戰(zhàn)信息進行錄入。通過該模塊首長可以準(zhǔn)確掌握出動兵力，剩余兵力，動用的裝備數(shù)量，為后勤保障提供依據(jù)。

2.3 救援輔助子系統(tǒng)

圖5 救援部署

救援輔助模塊是對救援預(yù)案、救援案例、救援戰(zhàn)法進行儲存、分類、調(diào)用，數(shù)學(xué)模型是對投入救援的綜合實力進行評估。對影響救援的因素進行數(shù)學(xué)模型分析，如圖7 所示。系統(tǒng)通過時間、路況、氣象、救援難度等要素智能計算出作業(yè)的效率、裝備損傷、人員疲勞等情況，為首長進行救援兵力調(diào)配、裝備補充、救援難易作出預(yù)判提供依據(jù)，與氣象和人員裝備信息模塊配合使用。

2.4 救援過程子系統(tǒng)

救援過程信息管理主要是對救援路徑進行規(guī)劃、視頻追蹤救援過程并儲存救援?dāng)?shù)據(jù)、對救援過程進行監(jiān)督管理。

2.4.1視頻監(jiān)控設(shè)備模塊

各救援組接入無人機、攝像頭等視頻數(shù)據(jù)，前線救援人員將現(xiàn)場采集到的高清視頻信息，通過搭載的通訊模塊及時回傳現(xiàn)場救援指揮車。利用無人機搭載機動節(jié)點空中優(yōu)勢，實現(xiàn)救援現(xiàn)場的大范圍實時偵測監(jiān)控及救援?dāng)?shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對救援信息的線上共享，為首長機關(guān)進行災(zāi)情評估、指揮行動提供情報支持。

2.4.2地圖功能模塊

圖6 氣象信息

圖7 作業(yè)影響因素分析

圖8 救援組位置和救援進程

借助GIS 服務(wù)，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理，通過點取、輸入位置信息，能夠快速獲取救援地區(qū)范圍內(nèi)的路況信息，在地圖上用紅色標(biāo)示各救援組行進和救援位置信息，獲取某救援組的救援進展信息[11]，如圖8 所示。定位救援位置，救援信息以圖層的形式疊加在地圖上，建立視頻跟蹤系統(tǒng)和智能路徑優(yōu)化系統(tǒng)，實時進行最優(yōu)路徑選擇，智能語音提示、語音通話，確保進程順利，發(fā)現(xiàn)情況能夠得到及時處置。

2.4.3軌跡儲存功能模塊

建立軌跡儲存功能，把救援過程的軌跡全部儲存起來。不同的救援組用不同的顏色標(biāo)識出來，在救援行進和實施救援過程中遇到的各種情況和處置方式也通過視頻方式記錄下來，存在各自的數(shù)據(jù)庫中。在救援任務(wù)結(jié)束后，可利用儲存信息進行客觀的講評和總結(jié)，建立案例庫，為后續(xù)的訓(xùn)練和救援提供參考，進一步提升部隊的救援能力。

3 搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)的應(yīng)用展望

本系統(tǒng)是為指揮員和機關(guān)首長指揮服務(wù)的、交互式的搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)，采取了“戰(zhàn)訓(xùn)結(jié)合”的設(shè)計思路，著眼實戰(zhàn)實訓(xùn)，緊密結(jié)合部隊作戰(zhàn)任務(wù)。救援時為首長提供信息，提供分層次的、必要的應(yīng)急救援行動輔助決策建議，以協(xié)助指揮員快速制定救援方案、部署救援行動。訓(xùn)時依據(jù)訓(xùn)練要求，選擇不同的訓(xùn)練場景，按照訓(xùn)練的業(yè)務(wù)流程，及時學(xué)習(xí)新的案例和戰(zhàn)法，突出了“好用、使用、管用”。在武警部隊參與的水上、道路、橋梁、隧道、機場跑道、地震災(zāi)害、港口碼頭、化學(xué)事故救援等任務(wù)中都可使用，也可供地方救援使用。

4 結(jié)語

本文針對當(dāng)前在救援過程中指揮手段單一、集成不高、效率低的問題，研究設(shè)計了武警部隊搶險救援指揮輔助決策系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實現(xiàn)救援信息的綜合管理，輔助建立預(yù)案、戰(zhàn)例、戰(zhàn)法數(shù)據(jù)庫，并對搶險救援過程進行實時監(jiān)督和有效管理，對武警部隊首長機關(guān)指揮搶險救援任務(wù)輔助作用明顯。另該系統(tǒng)建設(shè)成本低，操作簡便、通用性高、適用性強，具有較高的推廣價值。今后可在救援指揮的智能化程度、視頻點采集的精準(zhǔn)定位方面做進一步的研究，研制出更適應(yīng)部隊救援服務(wù)的系統(tǒng)，為武警部隊參加救援兵力投送、救援支援、后勤補充等的組織與實施提供技術(shù)支持。