一體化指揮調度現狀和發展趨勢

馬文學

（一體化指揮調度技術國家工程實驗室，北京 100192）

1 引言

指揮調度是對有組織、有目的的群體性活動進行指揮并對參與該活動的資源進行調度的業務活動，這種活動在公共安全領域中發揮了重要作用。隨著社會發展，公共安全事件呈現復雜化和嚴峻化的趨勢，傳統指揮調度不足之處逐步暴露，一方面，從指揮調度的高層級到基層級縱長橫窄，機體組分之間存在資源低效配置、權責不明、相互推諉等問題；另一方面，傳統通信及網絡設施、數據資源以及信息系統等相對獨立，群體性活動執行過程中因信息不同步導致命令及反饋無法有效的互聯互通，進而延誤時機。為適應和滿足當前新時代社會發展對協同指揮調度的要求和需求，需充分結合大數據和人工智能等前沿技術，運用系統工程思維，從業務與技術、軟件與硬件、人與機器等方面統籌設計，最終實現一體化指揮調度。

從認知的角度，可將一體化指揮調度過程分為感知域、認知域、行動域、保障域（如圖1所示）。

圖1 一體化指揮調度框架概念模型

感知域是獲取信息的第一個環節，是戰斗力生成鏈條中的第一要素，目標在于收集客觀數據并進行處理，將數據轉變為信息、態勢；認知域主要是以人為中心對感知信息進行研判并制定決策；行動域則是指揮調度指令作用于現實世界的惟一手段，行動過程中現場情況及行動情況再返回至認知和感知域，形成完整閉環。

2 一體化指揮調度的應用現狀

2.1 一體化指揮調度總體架構

圖2 一體化指揮調度總體架構

（1）基礎設施服務層：提供物理基礎設施服務，包括彈性計算、彈性網絡、彈性存儲，支持自動部署、自動伸縮。其中彈性計算是指平臺應基于云計算支撐資源彈性伸縮及動態負載均衡。

（2）基礎軟件服務層：為平臺運行提供基礎軟件支撐，包括結構化和非結構化存儲、分布式存儲、消息隊列等存儲網絡服務，內存計算、離線計算以及流式計算等計算服務，集成平臺、管理平臺、運維平臺等產品集成服務以及融合公網、專網（350M、短波、微型通信、多媒體集群等）、移動網等各類通信資源，面向上層提供規范、標準的通信網絡服務。

（3）信息資源服務層：在該層中，信息資源整合架構主要實現多源異構數據采集和標準化處理，數據治理架構主要是通過數據標準管理、元數據管理、數據質量管理、數據資產管理以及數據安全管理等技術實現大數據資源治理能力，信息資源服務架構則包括數據共享、數據分析、數據服務、數據監控以及大數據可視化管理。

（4）應用資源服務層：通常應涵蓋對應用、數據、通信等管理，態勢、地理信息、預案管控等服務以及統一門戶。若平臺采用插件式應用模式，則在該層還應提供應用快速生成及動態組裝能力。

（5）業務應用層：圍繞情報、研判、決策、行動和保障五大核心業務，以架構中各種服務能力為支撐實現業務專項應用、通用應用以及移動應用。例如在公安指揮調度領域（包括日常警務、反恐應急、特勤保障等）的應用包括綜合態勢、警務指揮、社會面管控、情報預警、輿情監控、綜合管控、通信保障、警力部署等。

2.2 一體化指揮調度關鍵技術

2.2.1 融合通信技術

融合通信是將通信技術和信息技術融合一體的新的通信模式，作為融合通信的核心技術，軟交換技術能夠集成多種數據（包括圖片、語音、視頻等），是呼叫、媒體和業務控制多種邏輯功能實體的集合，能夠很好的解決分組網和PSTN融合的問題，成本低，配置靈活[8]。

融合通信主要從物理層面為指揮調度提供基礎服務，有效解決調度終端種類繁多、網絡各異、多頭調度、各系統獨立、指令無法自動互通以及現場作戰協同技術手段等問題，從而實現對電話、手機、集群對講、視頻監控、視頻會議終端、圖傳終端等所有終端的接入，最終確保相關人員不管具有何種終端，都能夠以音頻、視頻、圖片、文字等各種方式實現多方協同指揮、單點、多點音頻、視頻監聽、監視、音視頻廣播、群組廣播、音視頻群組調度（組呼、群呼）、音視頻集群通信、GPS定位等全融合的全業務功能。

2.2.2 大數據和云計算技術

大數據提供基礎資源，并通過數據挖掘發現數據價值，云計算是一種應用模式，是通過互聯網提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問[9]。

指揮調度業務場景所涉單位眾多，傳統各行業信息化建設過程中所產出的系統相對獨立，信息孤島現象廣泛存在，構建大數據平臺是實現信息融合共享的根本途徑。另外，在實際數據應用時，大數據挖掘技術可從海量數據中提取對當前場景有價值的信息，有效降低信息熵。最后，各行業指揮調度要素不同，所需要的應用亦不盡相同，“大數據+平臺+微應用”模式提供隨需生成的云計算服務可作為一種解決方案。

2.2.3 地理信息（系統）技術

地理信息（系統）技術是一種對地學信息進行存儲、管理、應用的空間信息技術，“九五”期間，3S（RS、GIS、GPS）技術被列為重頭戲并取得長足發展，目前基于GIS的應用已滲透至社會各行業[10]。

在指揮調度場景中，地理信息（系統）技術主要作用在于指揮調度各組成要素與空間數據深度融合，結合可視化技術可快速定位事件發生地，并支持開展涉及地理要素的識別、分析等業務；作為虛擬和現實的其中一個接觸面，以遙感影像和三維模型為背景地理信息（系統）技術還可支持模擬訓練、兵棋推演等活動。

2.2.4 移動應用技術

作為互聯網的延伸，移動應用因其實時性、便攜性、可定位等特征使其和人類生活耦合度越來越高，目前終端操作系統多種多樣（Windows Phone，Windows Mobile，Android，Mac OS，Symbian 等），可供選擇的應用也不可估量。

在指揮調度領域，面對不同業務不同場景有不同的指揮模式，但不管何種指揮模式，其本質都是一線力量接收決策指令并采取行動，這個本質決定了一線力量對移動應用技術的迫切需求。雖然由此需求催生出大量終端應用，比如移動巡檢、移動執法、移動指揮等，但因終端本身能力限制，其搭載的應用一般均是輕計算類應用，對大型計算能力（VR、海量數據挖掘、態勢推演等）運用有限。

2.2.5 多媒體技術

多媒體技術包括視頻處理、音頻處理等技術，在指揮調度業務中大量的應用到了視頻、文本、網絡監控、音頻等多模態信息融合以實現對現場動態、部署、規劃、環境、裝備等信息的迅速掌控，而隨著科技進步，多媒體信息的存儲不再是問題，對其應用也在傳統錄像回放功能基礎上向智能化分析去演進。

2.3 一體化指揮調度行業應用現狀

2.3.1 公安領域應用現狀

平安中國戰略實施以來，社會治安防控體系建設取得明顯進展，一體化運作的情報指揮機制逐步健全，思想層面對警務保障模式由被動反應向主動預防逐漸轉變[11]。部分地區建立了實戰型的以指揮中心為龍頭的“打防控一體化體系”。從技術角度來說，公安領域一體化指揮調度建設一般是以融合通信為先手，采用軟交換技術和信息網絡技術整合聯通各類通信系統和通信終端設備，集成對接與指揮調度相關的位置信息、地理信息、信息查詢等信息系統，實現方便靈活的指揮關系重構、全面可視的警情態勢掌控、及時動態的警情警令傳遞，滿足“扁平化、可視化”指揮調度的需要。

其次，部分地區自頂向下建設了警務云大數據平臺，對消除信息孤島最終實現業務橫縱一體化做了很好的鋪墊。但亦有部分地區雖有接處警、警綜等公安常規業務應用系統，在指揮調度方面實為弱項，主要體現在如下方面：調度終端種類多，統一通信稍有不足；一線現場作戰缺乏信息協同；對戰略態勢和戰術態勢缺乏快速構建手段；專項行動缺乏針對性的指揮手段；系統繁多，數據割裂，不能為指揮調度提供及時、有價值的情報信息；指揮大廳坐席終端應用多，容易混亂，無法有機協同；應用大而全、開發周期長，無法滿足新時代公安業務需求變化快的特點。

2.3.2 交通運輸領域應用現狀

交通運輸包括陸路交通運輸、水路交通運輸、航空交通運輸以及管道運輸。除管道運輸外，一體化指揮調度在其他領域運用較為廣泛，且基本都是以具體交通樞紐點為主體進行建設。在港口交通指揮調度業務領域，一般以集成語音、視頻、業務數據為入口，實現跨部門的協同指揮；在機場交通指揮調度業務領域，面對龐大的吞吐量，一般以數字集群、多網接入為基礎，以GPS定位為主要手段對目標進行有序調度；在鐵路和公路交通指揮調度業務領域，一般均設立交通指揮中心，并以地理信息系統為背景，以融合通信為基礎，以可視化指揮為主要手段，為客運站、貨運站以及沿線等不同調度對象提供協同處理服務[12-14]。

交通運輸領域指揮調度一般以通信系統為基礎構建，在指揮調度體系化方面尚待完善，全國綜合交通指揮調度仍需從頂層規劃，保障區域交通一體化。

2.3.3 電力領域應用現狀

我國電力系統調度采用的是分級調度模式，按照地理位置和電壓等級分為大區電力系統調度、省級調度和地區調度三級。指揮調度在電力管理領域主要發力點在于“平時”對電力資源的監控，調度員可執行正常調度職能，“戰時”應急管理，對事故發現、處理、搶修、恢復、救援等工作。而從技術的角度，一般以電網拓撲為底圖采用可視化指揮技術綜合顯示WAMS、DTS、OMS以及變電站視頻監控信息等要素。

我國電網建設是隨社會發展逐漸完善的，電網結構以及設施本身的復雜性、多樣性也提高了電力一體化指揮調度體制建立的難度。另外，電力的不宜大量儲存性決定了電力應急指揮調度應在預警、預測方面更加完善。

2.3.4 其他領域應用現狀

指揮調度在防汛抗旱、抗震、防疫等諸多業務領域均有豐富實踐，如，防汛抗旱指揮調度系統、地震應急指揮系統、監獄可視化指揮調度系統、疾控中心應急指揮系統等，但以一體化思想來統領的指揮調度卻是剛起步狀態，這一方面源自于業務發展和信息化是一個互相促進的過程，因為業務的發展非一籌而就，傳統業務雖從職責上有明確分工，但在數據領域，如果以同樣的理念進行處理，那么造成信息孤島則是必然，從技術角度進行一體化首先面對的是大量同類不同質數據的標準化處理。另一方面，一體化指揮調度理論也在不斷發展，欲將理論應用至實際業務中，也需要革新思想，統籌看待業務和技術的一體化。

3 一體化指揮調度的發展趨勢

3.1 智能化

從圖靈時代到搜索時代再到認知時代，人工智能理論不斷完善、技術不斷進步，究其本質人工智能就是賦予非生物作戰體系一定程度的指揮決策能力和自主行動能力[24]從而形成一股新的力量并參與至人類活動中，從而減少或替代人的重復性勞動。這個本質決定了人工智能在一體化指揮調度領域亦會占據越來越重要的地位，主要表現在如下方面：

（1）在感知域，傳統監控、拍照、監測等傳感技術會逐步向智能感知去演進，所感知并返回的內容不再是單純的信號，而是感知對象特征（諸如人和車牌屬性等）；接警機器人會應用至簡單、繁瑣、重復性的勞動中。當智能感知被應用至一定程度，感知的數據和經驗、知識結構、模型參數進行智能融合、求解，并與主體產生關聯就會得到信息。在該過程中，人的參與度隨智能化應用深度以及經驗積累程度會逐漸降低。

（2）在認知域，人工混合智能以知識圖譜為基石，可對態勢進行準確研判并以AI指揮助手的角色輔助指揮者制定決策；智能預案的應用可極大提高行動效率以及準確度。智能化參與認知過程即為無人化指揮決策，但無人化指揮決策具有相對性，完全不需人參與的指揮決策很難達到。在目前指揮調度領域無人化指揮決策發展的主要目標是AI指揮員助手。

（3）在行動域，以往靠人力去執行的部分任務會被賦予智能的機器或設備所替代。這包括兩層含義，第一層含義是把機器作為人的延伸去行動，比如工廠的制造機器人；另一層含義是未來接收指令并采取行動的活動會向各類智能機器轉移。隨著科技發展未來會賦予機器人越來越多的語言、心理和神經認知能力。

3.2 平臺化+微應用

傳統信息系統開發模式均以業務為核心，強調系統架構、功能、數據以業務為主線，在一個較長的歷史時期內，這種模式對業務起到支撐作用的同時也伴隨著推倒重建、完善以及廢棄等狀態，這種狀態的根本原因在于技術支撐與業務應用耦合度過高，而解決這個問題的重要路徑就是采用平臺化+微應用。

（1）基于大數據和云計算的平臺化。通過把通信作為資源、將現有的平臺（如：PGIS平臺、位置服務平臺等）作為資源、將圖像、話音和格式化數據作為資源、將應用軟件作為資源，形成資源全局化、服務全局化的云計算平臺。實現在指揮調度過程中準備階段可以按需、快速、隨機應用生成和資源協調，在執行階段可以按需、隨機和動態調整調整，在總結階段可以進行匯總、分析及資源回收。

（2）具備隨需定制能力的微應用。微應用本身是業務架構術語[26]，其主要目標是為應為對一體化指揮調度業務場景需求的多變性，以平臺化為基礎，可隨需進行業務應用構建、應用、銷毀，具有建設快、見效快的特點，同時應用所產生的數據反饋至大數據平臺，形成完整數據生態，為其他應用服務。

3.3 網絡化

網絡化的實質是采用計算機技術、通信技術等將現代通信、電子計算機、信息資源三者聯合起來以達到共享利用軟件、硬件以及信息資源的目的[22]。涉及的關鍵技術包括互聯網、物聯網、智聯網等。

（1）端+網+云會成為網絡化重要表現形式之一。云是“大腦”，是一個能量聚集地，所有運行在其之上的信息、系統均可在合適的時間、合適的場景以合適的方式為終端賦能；端是“肢體”，是用戶接收云能力的“窗口”，目前受制于硬件能力，在端之上運行的應用一般以“微計算”或“瘦終端”形式體現；網則是“神經”，所有數字信號和控制指令的傳輸均由云通過網再到終端。筆者認為，未來的云應智能、主動識別端的需求，從而實現“我知道你需要什么”，而不是目前的請求-反饋模式。

（2）網絡化的另一個重要趨勢是無線自組網的應用。所謂自組網是由具無線收發裝置的節點臨時組成的網絡拓撲結構，主要應用于無可用網絡基礎設施的情況，主要技術包括Mesh，ZigBee，BlueTooth，Wi-Fi等。指揮調度領域現場指揮場景較多，自組網技術的應用在提供將云的能力“送至現場”的通道的同時，對行動域掌握現場情況也不可或缺。

（3）物理網向智聯網邁進。所謂智聯網是以知識互聯為核心，通過信息傳感設備，實現人機物的語義鏈接，其本質是一個信息物理系統（CPS）[23]。對指揮調度來說，智聯網的應用是智能感知的基礎，是指揮調度情報收集的重要源頭。

3.4 立體可視化

人腦右半球主管形象思維，科學研究證明人對形象思維的記錄效率要遠遠高于對文字記錄效率，在指揮調度中，一張態勢圖所含知識量以及信息傳輸速度要遠遠高于用上千字文字描述的現場情況。常見的諸如地圖、圖表等可視化技術形式，筆者不再一一贅述，只簡要描述基于智能化的立體可視化發展愿景。

（1）空天地一體的三維態勢。目前指揮中心對現場態勢的理解是基于視頻、地圖等二維顯示技術，做不到對空中、空間和地景三維一體的全視角理解[25]。三維態勢是用數字高程、矢量圖層等技術構建的多維數據融合體，未來指揮員不必再從大量文字、多媒體情報中進行知識提取、聚類、分析，可直接從三維態勢中獲取海量信息。

（2）增強現實（AR）和虛擬現實（VR）。指揮調度場景的可視化是重要研究方向，采用基于現實世界疊加虛擬信息（AR）或基于模擬環境的虛擬現實（VR）建立對場景的直觀認知，并建立以交互為核心的溝通渠道，其目標是提高指揮調度參與者的臨場感、沉浸感體驗，使決策更精準、指令更具體、行動更明確。

4 結束語

指揮調度業務的一體化要求參與認知交互空間的主體必須擁有相對共性的知識，這個要求必然會催生行業大數據平臺的構建以及技術的發展，而大數據、云計算、人工智能等各類技術的發展則對一體化指揮調度提供強有力的支撐，推動了諸如“公安情指一體化”等業務變革。在應用一體化指揮調度過程中需要理性，不能就技術談技術，應視其為一種理念，并將這種理念以業務為先導，用技術去貫徹，在實踐中檢驗并持續校正。■