國家應急測繪調度系統設計

劉 磊，劉 津，翟 永，邢緒超

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

國家應急測繪保障能力建設項目(以下簡稱項目)按照國家關于突發事件應急體系建設規劃要求[1]，以向黨中央、國務院、各應急部門及應急前線提供高效應急測繪保障服務為目標[2-9]，在統籌各部門現有應急測繪資源的基礎上，重點加強建設能夠快速提升現場信息獲取、應急前線保障、快速應急服務、資源共享等方面能力的裝備，建設國家航空應急測繪能力、國家應急測繪保障分隊能力、國家應急測繪中心能力和國家應急測繪資源共享能力。為提升應對各種突發事件的快速反應能力、指揮調度能力[10-12]和防范處理能力，科學統籌使用上述四種裝備能力為代表的應急測繪資源，提升應急測繪效率，保障國家應急測繪工作的有序開展[2]，避免“打亂仗”，項目將應急測繪調度系統作為國家應急測繪中心能力建設的重要組成部分，按照軟件工程的要求進行了設計。

該系統設計遵循科學的應急處理方法和現代化管理手段，充分利用現有資源，堅持平戰結合、共享共用的原則，依托廣域網絡，以空間地理信息和業務數據為基礎，采用協同與共享模式，實現突發事件的信息采集、應急值守、風險隱患管理、指揮調度、數字化預案管理、應急保障和信息發布等功能。系統主要部署在國家應急測繪中心和5個遠程會商終端單位。

1 系統總體設計

1.1 總體架構設計

根據應急測繪工作實際需求，應急測繪調度系統設計采用7層體系架構，包括基礎層、數據層、應用支撐層、業務應用層、展示層、標準規范體系和信息安全保障體系，如圖1所示。

基礎層主要包括支撐系統所需的應急通信系統、計算機網絡系統、視頻會議系統，以及服務器、存儲備份等硬件設備；數據層主要包括基礎信息庫、事件信息庫、預案庫、知識庫、模型庫、案例庫和文檔庫等；應用支撐層主要包括應用中間件、地理信息系統、報表控件、數據庫管理系統、API接口服務、通信接口服務、數據交換服務和數據解析服務等；業務應用層包括應急值守系統、風險隱患管理系統、指揮調度系統、應急保障系統和數字化預案管理系統；展示層主要包括指揮調度與成果的可視化大屏展示、協同標繪和值守客戶端。

標準規范體系作為應急測繪調度系統建設的基礎，具有指導和規范作用；信息安全保障體系在各層面為應急測繪調度系統提供機密性、完整性、可用性和可鑒別性等安全服務。

1.2 總體流程設計

系統按照應急測繪調度機制設計總體業務流程。應急事件初始信息錄入階段，在錄入事件名稱、事件類型、事件等級、事件經緯度、影響范圍等的基礎上，根據錄入事件等級與歷史數據情況，系統進行智能化的預案匹配，供應急測繪調度人員選擇最優的預案并予以啟動。應急測繪工作啟動后，根據預案執行步驟，對應急事件的相關任務進行調整，選擇任務所需要的裝備資源，形成最終可執行的優化方案。根據生成的優化方案，對任務指令進行下達并進行跟蹤，對其返回的成果進行可視化展示與分析。在此基礎上，將可發布的成果數據推送給應急測繪快速服務系統進行發布。應急測繪任務完成后結束預案，完成本次調度。

1.3 接口設計

應急測繪調度系統與地理信息公眾服務平臺天地圖網站、快速處理、應急數據資源共享服務、無人機航空應急測繪[13-14]和應急勘測多功能工作方艙等系統之間存在數據流和控制流接口。各系統接口之間的控制流主要包括應急測繪調度指令、查詢指令、成果請求指令等。各系統接口之間的數據流主要包括其他系統發送給應急測繪調度系統的位置數據、災害現場圖片數據、視頻數據及處理完成的成果數據等，如圖2所示。

1.4 系統功能設計

1.4.1 應急值守

應急值守子系統以應急事件為核心，建立信息報告制度，實現值守事件的記錄、接收、管理，完成值守事件信息的加工合并、信息發送、事件歸檔、狀態監控等功能。通過建立應急信息收集渠道，滿足信息接收、記錄和上報要求，完成常態下的應急管理相關工作和非常態下的事件信息報送。實現對值班加班、通信錄和材料的系統化管理，為應急值班工作人員提供獲取、傳達突發事件相關信息和日常工作處理的渠道。

應急值守系統主要由信息接收、值班管理、信息報送、信息加工、通信錄維護和材料管理等模塊組成。

1.4.2 風險隱患管理

風險隱患管理子系統具有數據接入、隱患管理、風險隱患分析等功能，實現國家應急測繪中心、遠程終端的監測信息與風險分析結果匯集、信息抽取，以及其他合作部門應急信息的收集整合，為事件處置提供依據，并據此進行風險分析，對分析結果進行可視化展現。

風險隱患管理系統主要由數據接入、目標管理等模塊組成。

1.4.3 指揮調度

指揮調度子系統輔助應急調度人員有效部署應急隊伍、應急裝備等資源，及時將突發公共事件發生發展情況和應急處置狀況傳遞給相關人員，實現協調指揮、有序調度和有效監督，提高應急效率。

指揮調度系統主要由傳真調度、短信通知、信息展示、預案啟動、事態標繪、指揮協調、決策標繪、應急任務管理、救援物資調度、處置跟蹤和預案結束等模塊組成。

1.4.4 應急保障

應急保障子系統實現對測繪專業應急單位、應急隊伍、應急專家、應急裝備、交通運輸、通信保障等資源的動態管理，為應急調度提供保障。

應急保障系統主要由應急單位(部門)信息管理、應急隊伍信息管理、應急專家信息管理、應急物資保障、應急搶救裝備保障、應急物資信息查詢和應急保障計劃等模塊組成。

1.4.5 數字化預案管理

將傳統基于文本的紙質預案進行抽象，通過結合事件后果模擬分析、應急資源管理等功能，解決傳統紙質預案的存儲、管理、升級和使用不便等問題。根據文字應急預案提取信息要素，包括預案4階段的任務(預防、準備、響應、恢復)及每項任務配備的資源，組成應急指揮基本信息單元，將文本化的應急預案轉變為模塊化、數字化的應急預案系統。

數字化預案管理系統主要由預案編制、預案發布、預案修訂、預案查詢、預案分解、預案資源管理、預案關聯和預案演練等模塊組成。

2 關鍵技術

2.1 基于多通道多協議的數據通信與傳輸技術

為高效快捷將受災點各類測繪裝備獲取的圖像數據、視頻數據，以及自身的位置數據、狀態信息實時傳輸至國家應急測繪中心，針對受災點的復雜網絡和通信環境，要求系統滿足中航時、短航時固定翼無人機，無人直升機及多功能方艙等不同種類的測繪裝備的使用特點，配備相適應的一種或多種不同的通信方式。系統支持的通信方式主要包括衛星多頻通信、北斗衛星通信、4G無線與有線網絡通信等，要求傳輸層支持UDP/TCP協議，應用層支持FTP協議。

系統設計針對應急測繪數據傳輸的復雜性和緊急性的特點，設計了能夠自動適配衛星多頻通信、北斗衛星通信、4G無線與有線網絡通信的基礎框架，當災害發生時，不同的測繪裝備可以選擇不同的通信方式，即同一測繪裝備可以靈活選擇任何一種能夠支持且可及時獲取的通信方式。

下面以中航時固定翼無人機航空應急測繪系統的數據傳輸為例進行說明：

(1) 中航時固定翼無人機可提供的數據主要包括位置數據、災害現場圖片數據及視頻數據, 其中位置數據包括無人機型號、經緯度、高度及速度等信息。

(2) 中航時固定翼無人機的位置數據通過中星十號衛星鏈路基于UDP協議進行傳輸，數據傳輸格式為二進制，由應急測繪調度系統接收后在地圖上進行實時展示。

(3) 中航時固定翼無人機測繪完成后在地面站拼接生成災害現場圖片數據(格式為JPG或TIFF)，通過4G或有線廣域網絡基于FTP協議發送到應急測繪調度系統，接收完成后在地圖上進行實時展示。

(4) 中航時固定翼無人機獲取的視頻數據通過中星十號衛星鏈路基于UDP協議進行傳輸，視頻流遵從H.264標準,由應急測繪調度系統進行視頻的接收和保存。

2.2 基于MPP架構的分布式數據庫管理技術

發生測繪應急事件時，多架次無人機及多功能方艙會實時或準實時以秒級頻率傳輸應急測繪數據，當災害比較嚴重、覆蓋范圍較廣時，無人機、多功能方艙測繪的周期較長，因此會產生海量的應急測繪數據。為了便于對海量數據的長期保存和統計分析，并考慮未來5年應急測繪數據的存儲與分析節點擴展問題，本系統數據庫設計采用了基于海量并行處理(massive parallel processing，MPP)架構的分布式數據庫管理技術[15]。

該數據庫在PostgreSQL基礎上擴展開發，主要由1個Master實例和2個或2個以上Segment實例組成。Master實例協調所有數據庫實例，管理分布式請求并且合并各Segment實例返回的結果?？蛻舳耸褂肞ostgreSQL規范與Master交互，每個Segment實例由數據庫服務端分配并管理相關數據的存儲，采用獨立端口監聽管理。

該數據庫可根據業務需要，在任何時間動態對節點進行擴展，并實時將數據Hash散列到不同的節點中，提高了存儲與分析效率。

2.3 基于UML模型化的任務規劃技術

隨著信息技術在測繪行業的廣泛應用, 現代測繪呈現出測繪空間多維、指揮要素多元、數據信息多樣等顯著特點,導致指揮調度方案計劃制定的規模及復雜程度不斷提高。由于傳統的基于文本的指揮調度手段對各種測繪任務的描述不準確，易產生歧義，因此優化創新指揮調度手段、切實提高指揮調度效率,成為本系統設計重點解決的問題。

本系統設計采用基于統一建模語言(unified modeling language，UML)模型化的任務規劃技術[16]，在業務表達上包括任務分析、任務設計、任務執行等環節，在技術表達上包括空間關系視圖、結構視圖、時間關系視圖、活動視圖、數據實行視圖等。

空間關系視圖能夠描述測繪裝備活動要素的空間關系，如部署圖、決心圖、協同圖等。結構視圖用于表達組成與分解關系?；顒右晥D用于描述測繪裝備活動要素的構成、分解、流程、順序、依賴、同步、條件等關系，用于表達測繪裝備活動的內在邏輯關系。時間關系視圖以圖示通過任務列表和時間刻度，表示不同階段任務的順序與持續時間。數據屬性視圖用于記錄測繪裝備活動要素的內在的靜態、動態和評估等屬性。

3 結 語

本文通過分析應急測繪調度的基本特點與實際需求，結合國家應急規范和標準體系建設指導意見，采用基于多通道多協議的數據通信與傳輸技術、基于MPP架構的分布式數據庫管理技術和基于UML模型化的任務規劃技術，設計和開發了一套具有應急調度方案制定、指令快速下達、測繪裝備動態調度與實時跟蹤、測繪任務進度監控等功能的應急測繪調度系統，能夠滿足應急測繪保障能力建設的需要。