基于日常管理的應急控制系統的統一建模和體系結構分析

譙 琳，柴 毅，徐 均

(1.重慶大學自動化學院，重慶 400030;2.四川交通職業技術學院計算機工程系，成都 611130)

突發事件的應急控制作為穩定社會和國家的重要因素，已成為一門新興的學科。當代西方發達國家在構建應急控制領域已經總結出了幾條經驗，最基本的是建立統一的應急管理協調機制和高效的信息管理系統［1-2］。西方發達國家已建立了各種以數學計算為基礎的危機處理模型，如英國建立了監測防范網絡［3］，法國建立了疫情信息網絡［3］。目前，我國參照世界各國的先進經驗，建立了比較完善的應急管理組織體系，把應對突發事件的職能集中于一個部門，建立分級管理體制，協調各部門聯合應對［4-5］。在這個框架下，要求應急方具有較高等級的應急能力，準確及時掌握事件發生的原因及發展態勢，積極高效地實現應急資源和力量的調度和協調。

已有的大量應急控制系統［6-9］主要是針對突發事件本身所具有的瞬時性、不可預知性和不確定性因素。但是，由于相關信息的不完整且效率不高，日常相關輔助數據不被重視。文獻［1］結合國外先進的應急指揮體系提出了我國構建應急管理體系的幾個關鍵點，主要強調應急信息系統對于應急控制及其能力的提高至關重要。文獻［5］建立的應急指揮體系，從信息交流平臺和信息匯集分析平臺2部分來實現應急，但對日常對象的監控管理卻沒有進一步研究。文獻［10］提出了基于網絡體系的應急管理機制的難點與對策分析，主要從完善信息平臺建設、加強信息平臺的管理和維護、建立統一的應急指揮平臺等方面提出了應急體系建設的思想。文獻［11］提出的應急管理體系中，對日常的管理只是采取加強知識宣傳和演練等常規措施。

針對該問題，本文在網格化精細數字管理的協同應急處置機制的需求基礎上，提出了一種面向日常管理事務的動態監管機制，利用網絡環境和信息技術實現各部門信息共享和協同工作，并以某人員眾多、辦公地分散、管理體系復雜的單位為對象，設計了基于日常管理的應急指揮體系，實現日常事務的動態監管、統計分析等基本功能和以此為支撐的實時高效的應急控制。

1 需求分析

某單位是一個具有20個分支機構、5 000多名工作人員、700多臺車輛、13 000件設備、200多處重要目標的大型企業，各個辦公地點分布在500 km2的范圍之內，若按照傳統的架構來構建應急體系，會導致信息的時效性差、有效網絡覆蓋面小等問題，從而無法較好地實現應急信息的協調和交流。同時，由于相關信息數據在時空上相對集中，缺乏實時性，在實際應急處置時往往難以做到在全局上的人員、物資、車輛等的統籌安排。

大量的實證研究表明，日常運行管理數據的缺乏，讓決策者在應急指揮中并不能很好地掌握相關信息。另一方面，在緊急情況下，不成熟的信息管理機制制約了上情下達和下情上達，導致所需要的相關決策支持信息無法獲取，從而難以發揮出應急控制系統及時處理問題的作用。

例如，分支機構A發生了一起重大安全事件，按照應急預案應調配500人、40臺車輛前往進行處理。但已有的應急體系只記錄了編制，而對實時的人、車、物的在位情況并不了解，導致在組織應急力量時，無法準確及時地完成工作，從而影響應急處突的效果。

因此，針對這樣的大型單位的應急體系應是日常管理和應急控制相結合的系統。從整體需求來看，系統要求將各種應急服務資源統一在一套完整的智能化信息處理與通訊方案之中。當單位從日常狀態進入應急狀態時，該系統隨即成為單位統一的指揮調度中心。

進一步分析，可知系統的整體需求包括:

1)日常管理和預警監控。利用日常管理體系來對本單位的日常運行狀態進行記錄，同時監控本單位及周邊的多發事件，以及因為環境、氣候等外界因素引發的突發事件。一旦發現異常，及時向值班部門預報，并提供相關的實時數據信息。

2)應急處理和人員、物資的統一調配。事件發生或未發生時，根據相關信息做決策分析，確定事態的發展程度和影響范圍，并啟動應急機制。指揮中心根據事件的屬性來調用相應的保障資源，實施針對性的應對措施。

按照以上基本需求，系統應被分為應急控制平臺、綜合應用平臺、日常管理平臺、基礎支持平臺、數據支持平臺、安全保障體系等部分，如圖1所示。各部分系統的接口從設計到實施遵循國際和國內已有的相關標準，保證不同信息和信令的互聯互通。

圖1 系統總體框架

如圖2所示，系統將實現以下目標:

1)為應急管理運行提供有效及時的信息反饋手段，實現安全管理工作的信息化、規范化，完成管理信息數據從無序化到有序化的轉變。

2)建立一個集成信息化交互平臺，為其他相關系統提供數據信息和功能交互接口，實現信息、功能的有效整合，為單位現有安全力量、物資設備的調配補充和管理決策提供完整的信息數據和功能支持。

由圖1和圖2分析可知，應急控制系統采用監控分析和精準管理實現監控目標和日常工作的信息化管理，通過信息共享集成技術共享監控信息，建立信息交互處理平臺，采用協調目標分解與重組技術、事件控制技術及決策沖突化解技術實現信息的有效執行和控制。

圖2 系統功能需求和目標

2 應急控制系統的統一建模

UML是一種支持模型化和軟件系統開發的圖形化語言，描述真實世界中的對象和它們之間的關系，實現對軟件系統進行面向對象的描述和建模。本文以ROSE為統一建模分析工具，對應急指揮控制系統進行UML分析建模。

根據系統的整體需求及實現目標，通過統一建立需求模型來詳細剖析應急指揮控制系統的總體功能，建立行為模型來描述其運作順序和事件的處理流程，并建立對象結構模型反映系統組件及其相互關系。

2.1 用例圖

用例圖直觀反映出角色參與者與用例之間的關系及實現的系統功能，指出各功能實現的操作者。圖3是應急指揮控制系統用例圖。本系統的其他子系統的細節分析與設計參照該圖進行。

圖3 系統用例圖

系統用例圖列出了本系統的主要功能。從需求分析可見，設備監控和資源保障管理數據模塊屬日常管理的范疇，監控信息并分析預警數據屬預警分析的范疇，應急處理平臺屬應急指揮的范疇，3個部分可以被視為獨立的功能系統，通過綜合應用、數據支持、基礎支持平臺完成應急指揮系統的功能。三者聯動可發揮其優越性。

日常管理的數據在應急狀態下被作為應急控制的參考數據。如人員、物資等作為整個應急決策的組成部分。最終應急控制的目標是使這些部分回歸到常態，而日常管理數據正是常態的最佳表現。

當日常管理中某些部分出現了異常，即可通過預警分析將該部分的狀態由常態轉換為應急狀態，并產生一條應急時間鏈，提交應急指揮系統進行處理，從而較好地實現了三者內部的數據交互聯動機制。

2.2 交互圖

交互圖分為序列圖和協作圖2種。序列圖按時間順序排列，協作圖按對象本身組織。圖4為應急指揮序列圖，動態描述了決策領導與系統間的互動行為，體現了信息傳遞邏輯上的先后順序，反映出應對突發事件的處理流程。

圖4 應急指揮序列圖

由圖4分析可知，當日常監控對象出現異常問題時預警啟動，指揮領導通過應急處理平臺查看事件的性質及發展形勢。通過數據支持平臺和基礎支撐等平臺實現信息的查閱及決策命令的下達，協調各部門共同完成突發事件的控制和善后處理等問題。

應急控制系統預案庫的應對預案主要針對突發類事件而設定。應對預案的選擇則是由本單位環境、力量配備等關鍵信息所決定。

2.3 系統類圖

類圖在統一建模中反映了系統的邏輯結構。如圖5所示，該系統主要包括人員類、物資類和信息類。從類型來說人員、物資、信息屬于實體類，應急界面屬于邊界類，操作數據屬于控制類。通過類圖可以看出系統包括突發事件、應急人員、應急物資等信息及相應的應急方案等，這些信息都集成到了該系統中。

圖5 應急控制系統類圖

2.4 業務流程

根據需求分析和統一建模分析所得的系統功能和實現目標，可得出系統業務流程，如圖6所示，其中系統運行過程中所需要的信息資源為:P1監控數據;P2預警門限;P3人員信息;P4物資信息;P5應急命令(應急決策)。

在日常狀態下，單位只需要通過應急指揮控制系統對目標進行常規監控，對本單位資源物資進行管理并保持最新即可。當監控目標出現異常行為時，應急指揮控制系統進入應急狀態，并通過預警、預案匹配、命令調度等一系列規范的流程措施來進行應對。

圖6 系統業務流程

3 體系結構分析

3.1 硬件構成

服務器:存儲本系統所有與應急相關的監控、物資裝備等信息數據，同時包括關于處理各種突發事件的緊急預案數據。

外部設備:采集監控目標的信息。

計算機工作組:為值班人員和單位部門工作人員提供界面交互平臺。所有的涉及應急相關的信息都在計算機上顯示。

網絡連接:實現計算機、外部設備和服務器及計算機之間的通信連接。

圖7為系統硬件結構?；A支持平臺建設包括應急通信系統、計算機局域網、計算機廣域網、視頻會議系統、圖像接入系統、數據共享與交換系統、存儲備份系統和安全支撐系統建設。應急指揮場所作為各個硬件服務的匯總中心，同時也是值守應急和指揮會商的辦公場所，以及支撐應急平臺基礎設備運行維護的場所，其建設應滿足日常應急管理和應急處置的需求。

3.2 軟件構成

應急控制要求有監控信息的匯總和分析，圍繞突發事件的控制，實現單位整體的統一化管理。根據圖1的系統功能分析，主要的功能系統分為日常管理子系統、預警分析子系統、應急指揮子系統和單位管理數據庫。其中單位管理數據庫又包括日常管理數據庫和應急數據庫。

圖7 系統硬件結構

1)日常管理模塊。日常管理是基礎，保證了目標數據完整性、實時性。在日常狀態下包括目標監控和單位基本情況管理，為應急指揮子系統的數據提供參考。該子系統依靠外部設備如傳感器、攝像頭、氣體探測器等實現圖像、數據采集及目標跟蹤監控，通過記錄實現單位資源的管理。資源管理以部門為子單位進行，應急命令直接下達至各部門，所以要處理好應急指揮控制和資源管理系統的接口，以準確完成在應急狀態下的資源分配和及時下達調度命令。該模塊響應需求分析中系統總體框架的綜合應用平臺和日常管理平臺。

2)預警分析模塊。預警是指對日常監控數據等可能產生影響的數據進行整合、分析和判斷，對容易造成危害的因素形成日常監控目標的異常分析報告。該分析報告通過基于TCP/IP協議的網絡通信技術發送到應急指揮子系統。該模塊響應需求分析中系統總體框架的預警分析平臺。

3)應急指揮模塊。應急指揮是指揮控制的樞紐，通過數據視圖的方式直接從應急資源和監控數據中獲取信息數據，采用統計學方法統計獲取數據并以報表、圖形、GIS等方式在Web上展示。該模塊響應需求分析中系統總體框架的應急控制平臺。

4)數據庫管理。本系統涉及大量應急決策相關的數據信息，需要通過數據庫對數據進行存儲、處理、分析對比、調用等。按照數據表現形式主要分為空間數據和屬性數據。

各功能模塊相互獨立又相互關聯。每個子系統根據其具體的事件設置相應的管理功能項，負責和各級子系統間的通信和信息傳遞，通過各層業務管理系統的信息集成，實現各級業務管理的貫通。

該模塊響應需求分析中系統總體框架的數據支持平臺，數據包括日常管理信息、應急所需的基礎信息、空間信息、事件信息、預案、案例、模型、知識和文檔等。

4 案例分析

系統以單位日常管理為決策指揮的依據，涵蓋包括對象監控、突發事件的預防控制、應急指揮和綜合調度等。以毒氣泄露為例說明該系統的應用。

1)日常管理:單位值班人員對當天的人員分布及到位情況、目標監控視頻進行管理。

2)監控分析:針對傳感器采集到的數據進行分析，發現某種有害氣體含量超標。

3)預警:接收報告結果并自動預警，值班人員上報該事件。

4)應急指揮辦公室對有害氣體超標的原因進行分析，并確定模型庫中匹配的應急預案，根據日常管理的數據統一進行人員和應急物資的調度阻止有害氣體繼續蔓延。

5)完善后續處理及恢復工作，有害氣體應急事件保存到數據庫，根據歷史經驗加強安全防范。

由此完成該系統從日常管理到突發事件應急的功能實現。

5 結束語

目前，在對于應急管理的研究中，大多數主要針對的是當事件發生后的應對處理。由于突發事件的發生都是由于日常的一些微小因素在時間和數量上的大量積淀導致的，若應急控制系統僅僅著眼于對事件本身流程的處理，則將導致系統的應急控制流于事后總結分析。因此，為了有機整合和最大化資源配置，全面提高單位應對突發事件的能力，有必要建立基于日常管理的應急指揮控制系統。本文主要基于UML分析了應急控制和日常管理間的相互關系，從事件的日常情況進行跟蹤管理，以各部門日常管理的人員和物資等儲備信息為實時數據支撐，結合實時預警分析機制，通過從發現問題到應急控制的完整工作流程來及時應對突發事件。設計了應急指揮控制系統的體系結構，并在設計時以UML對系統進行建模分析，通過面向對象的方法設計開發應急指揮控制系統。該系統是對傳統意義的應急系統的有益創新。

致謝:本文獲得重慶市自然科學基金(CSTCJJA40004)和中央高?；究蒲袠I務費(CDJRC10170005，CDJZR11170005)的資助。感謝導師柴毅教授的指導，感謝項目合作成員的幫助。

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