水庫大壩防洪演練仿真模擬系統(tǒng)開發(fā)探討

任廷鴻，胡六七，曾憲忠，薛新華

(1.貴州省松柏山水庫管理處,貴州 貴陽 550025;2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065)

1 概述

水庫大壩防洪應(yīng)急演練，是各級(jí)人民政府、水行政管理部門、水庫主管部門或業(yè)主、水庫管理單位、應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)、專家組、搶險(xiǎn)隊(duì)伍，以及與突發(fā)事件影響區(qū)域的有關(guān)單位等，依據(jù)有關(guān)應(yīng)急預(yù)案，模擬應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的活動(dòng)[1- 6]。然而，任何預(yù)案都是事先制定的，應(yīng)急預(yù)案制定得再好，也只能對(duì)可能發(fā)生的情況作預(yù)想和假設(shè)，而實(shí)際發(fā)生的情況可能與預(yù)想的情況千差萬別，甚至完全出乎意料。因此，只有通過實(shí)戰(zhàn)演練熟悉和完善預(yù)案，才能在時(shí)間緊、任務(wù)重、要求高的情況下，確保各項(xiàng)應(yīng)急處置工作有序、有效地進(jìn)行，才能使各級(jí)指揮員和應(yīng)急工作人員熟知預(yù)案的要求、處置步驟和方法，切實(shí)提高戰(zhàn)斗力。水庫大壩防洪演練目前存在實(shí)地演練成本高昂、實(shí)地演練徒具形式以及參與人員不夠全面等問題。非常有必要通過計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建突發(fā)事件虛擬場(chǎng)景，在對(duì)各類安全應(yīng)急事件進(jìn)行模擬和仿真的基礎(chǔ)上，提供各類人員角色進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同應(yīng)急處置模擬演練的產(chǎn)品平臺(tái)。各類參與人員借助本平臺(tái)能夠身臨其境的感受應(yīng)急事件的發(fā)生和協(xié)同處置的全過程，從而達(dá)到檢驗(yàn)預(yù)案、鍛煉隊(duì)伍、磨礪機(jī)制的目的。目前國內(nèi)開展了很多仿真模擬方面的研究工作[7- 16]，但水庫大壩防洪演練仿真方面還是空白。本文主要對(duì)水庫大壩防洪應(yīng)急演練仿真模擬平臺(tái)的主要系統(tǒng)框架以及主要特點(diǎn)等進(jìn)行了初步探討，為類似工程提供參考和借鑒。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 仿真系統(tǒng)內(nèi)容

本水庫大壩防洪應(yīng)急演練仿真系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)、練習(xí)、考核等內(nèi)容。

(1)學(xué)習(xí)——面向不了解業(yè)務(wù)的新用戶，提供學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)、學(xué)習(xí)處置的服務(wù)。

(2)練習(xí)——面向已完成初步學(xué)習(xí)的成長中用戶，提供對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容反復(fù)演練至熟悉的服務(wù)。

(3)考核——面向已熟悉業(yè)務(wù)的準(zhǔn)業(yè)務(wù)合格用戶，提供自我業(yè)務(wù)檢驗(yàn)、評(píng)判、改進(jìn)的服務(wù)。

(4)管理——面向演練培訓(xùn)管理部門用戶，提供對(duì)平臺(tái)、對(duì)參訓(xùn)參演用戶學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成績的系統(tǒng)性管理服務(wù)。

水庫大壩防洪演練仿真系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為三層，如圖1所示。系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 仿真系統(tǒng)架構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)層

主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，主要數(shù)據(jù)庫包括：場(chǎng)景庫、腳本庫、預(yù)案庫、地圖庫、圖像庫、視頻庫、音頻庫、歷史處置資料庫，以及系統(tǒng)運(yùn)行的基本配置庫、用戶數(shù)據(jù)庫等。

(2)平臺(tái)層

平臺(tái)層主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)軟件的支撐功能，對(duì)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)進(jìn)行后臺(tái)管理、處理，包括軟件支撐環(huán)境、引擎、服務(wù)和業(yè)務(wù)組件等。

系統(tǒng)各項(xiàng)功能全部構(gòu)建在平臺(tái)層之上，主要包括：導(dǎo)調(diào)功能模塊、指揮功能模塊、執(zhí)行功能模塊和評(píng)估功能模塊，以及各種業(yè)主功能組件、Web服務(wù)、消息服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、工作流引擎、圖像引擎、音頻引擎、GIS服務(wù)、三維引擎、用戶管理、數(shù)據(jù)訪問、安全管理、權(quán)限管理和搜索服務(wù)等。

(3)應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是面向用戶的各應(yīng)用程序，如：中心管理平臺(tái)、Web客戶端應(yīng)用、移動(dòng)客戶端應(yīng)用等。

主要功能包括：仿真演練、學(xué)習(xí)培訓(xùn)和系統(tǒng)管理。主要模塊包括：場(chǎng)景、演練腳本和演練流程的管理，角色管理、培訓(xùn)管理、考核管理、評(píng)分系統(tǒng)管理等。現(xiàn)對(duì)主要模塊舉例說明如下：

首先對(duì)防洪應(yīng)急演練仿真系統(tǒng)進(jìn)行登錄，系統(tǒng)登錄界面見圖2，主要分為普通用戶和后臺(tái)管理員兩種登錄類型。系統(tǒng)采用用戶名、密碼、驗(yàn)證碼登錄，普通用戶登錄進(jìn)入前端應(yīng)用首頁，后臺(tái)管理員登錄進(jìn)入后臺(tái)管理知識(shí)庫管理。

圖2 系統(tǒng)登錄界面

接下來是前端應(yīng)用部分，前端系統(tǒng)主架構(gòu)主要包括系統(tǒng)名稱、首頁、學(xué)習(xí)管理、應(yīng)急演練以及個(gè)人中心等5部分。學(xué)習(xí)管理包括學(xué)習(xí)計(jì)劃、復(fù)習(xí)計(jì)劃的新增、修改、刪除、查詢等；應(yīng)急演練又分為過程管理、角色演練以及考核評(píng)價(jià)管理等，見圖3所示。

圖3 仿真系統(tǒng)應(yīng)急演練組成界面

后臺(tái)管理主架構(gòu)主要由系統(tǒng)名稱、教學(xué)管理、應(yīng)急演練管理、系統(tǒng)管理以及個(gè)人中心等5部分組成。其中教學(xué)管理包括知識(shí)庫管理、課程管理、試卷管理、培訓(xùn)管理等4部分。其中，知識(shí)庫管理界面見圖4所示。

圖4 知識(shí)庫管理界面

后臺(tái)演練配置中，可以對(duì)演練專題內(nèi)容進(jìn)行查詢，設(shè)置了不同的演練角色，如救援類、指揮類、觀摩類等，并不同角色設(shè)置不同演練權(quán)限。另外，還可以對(duì)演練資源、流程、場(chǎng)景、任務(wù)等進(jìn)行配置。

3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

本水庫大壩防洪演練仿真系統(tǒng)主要基于B/S(Browser/Server)模式進(jìn)行開發(fā)，相對(duì)于C/S(Client/Server)架構(gòu)，B/S在安裝部署、升級(jí)維護(hù)、設(shè)備帶寬、軟件學(xué)習(xí)推廣成本等方面都有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。B/S管理軟件的用戶在客戶機(jī)上無需安裝任何軟件，使用瀏覽器即可訪問系統(tǒng)。系統(tǒng)讓企業(yè)擴(kuò)張不再需要額外投入更多信息化的資金，讓系統(tǒng)培訓(xùn)和后期推廣都變得非常容易，管理模式變得可復(fù)制。此外，本水庫大壩防洪演練仿真系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面比較突出的特點(diǎn)。

(1)培訓(xùn)演練一體化。既可以進(jìn)行基礎(chǔ)課程的培訓(xùn)，又可以進(jìn)行演練。

(2)全三維虛擬仿真。可真實(shí)模擬實(shí)戰(zhàn)，提高用戶實(shí)戰(zhàn)體驗(yàn)。

(3)多角色網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)。多人聯(lián)機(jī)互動(dòng)，增加演練的趣味性和挑戰(zhàn)性，大大的提高受訓(xùn)者的興趣。

(4)演練形式多樣化。多種形式的演練，貼近真實(shí)演練，廣泛的適應(yīng)性。

(5)演練場(chǎng)景可定制。演練的場(chǎng)景定制功能，可適應(yīng)場(chǎng)景變化的需求，及時(shí)更新。

(6)演練事件可擴(kuò)展。演練事件模擬可擴(kuò)展相應(yīng)的計(jì)算方法以及事件效果。

(7)演練效果可評(píng)估。提供對(duì)受訓(xùn)用戶的監(jiān)管功能，及時(shí)跟蹤演練，以便個(gè)人或演練戰(zhàn)術(shù)的評(píng)估、存檔，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高演練水平。

4 結(jié)語

本文主要介紹了水庫大壩防洪演練仿真系統(tǒng)的主要功能和模塊，該系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)、防洪演練仿真、演練考核和演練管理等主要功能，可以與水庫大壩防洪預(yù)案和實(shí)地演練相輔相成，從而提高水庫大壩防洪應(yīng)急處置實(shí)戰(zhàn)能力，為類似工程提供參考和借鑒。