森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)建設(shè)研究

中國電子科學(xué)研究院 王 默 唐靜靜

近年來森林火災(zāi)頻發(fā)，多次出現(xiàn)滅火救援人員傷亡，本文提出了森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滅火指揮中的現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)、現(xiàn)場指揮調(diào)度、信息一鍵發(fā)布、人員協(xié)同會商等功能，解決滅火救援指揮中存在的態(tài)勢感知不直觀、資源動向不明顯、各方用戶難協(xié)同等問題，力求提升火災(zāi)救援現(xiàn)場的信息整合能力和綜合展現(xiàn)能力。

森林火災(zāi)是林業(yè)的重大災(zāi)害之一，在林火撲救過程中存在火場態(tài)勢不能全面掌握，撲救隊(duì)伍動向不能實(shí)時跟蹤，撲救資源調(diào)度過程不夠直觀，參與撲救的各方隊(duì)伍不好協(xié)同等4類問題，增加了林火撲救現(xiàn)場指揮調(diào)度的難度，極易造成撲救人員的傷亡。

本文提出構(gòu)建森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)在空間數(shù)據(jù)管理、空間查詢、空間分析等方面的特點(diǎn)，在“一張圖”上匯集交通、氣象、林業(yè)等各類外部數(shù)據(jù)，事發(fā)地物資分布、人員信息、裝備信息等各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及火災(zāi)救援現(xiàn)場的實(shí)時感知數(shù)據(jù)，通過對各類數(shù)據(jù)的可視化展現(xiàn)和綜合分析，構(gòu)建森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)，解決上述問題，為林火撲救指揮提供輔助支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)建設(shè)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層、GIS平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系以及運(yùn)維保障7個部分組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層主要利用現(xiàn)有的服務(wù)器和存儲資源，支撐系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行。

數(shù)據(jù)支撐層通過匯聚林業(yè)、氣象、隊(duì)伍、裝備、防火設(shè)施等各類數(shù)據(jù)資源，對森林消防滅火救援相關(guān)的矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、物資數(shù)據(jù)、救援力量數(shù)據(jù)、監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)等進(jìn)行處理，整合構(gòu)建底圖數(shù)據(jù)庫、裝備數(shù)據(jù)庫、隊(duì)伍數(shù)據(jù)庫、感知數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫，共同支撐系統(tǒng)運(yùn)行。

應(yīng)用支撐層通過構(gòu)建統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一用戶權(quán)限、統(tǒng)一消息服務(wù)和日志審計(jì)等，支撐上層系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

GIS平臺層面向上層各類應(yīng)用，提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)、空間分析服務(wù)、資源目錄服務(wù)、協(xié)同標(biāo)繪服務(wù)、資源管理服務(wù)、綜合分析服務(wù)、物資和資源調(diào)配服務(wù)等各類服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要提供面向森林消防滅火作戰(zhàn)指揮所需的現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)、現(xiàn)場指揮調(diào)度、一鍵信息發(fā)布、協(xié)同會商等各類應(yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系嚴(yán)格遵守現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)路線，確保整個系統(tǒng)的成熟性、拓展性和適應(yīng)性，規(guī)避系統(tǒng)建設(shè)的風(fēng)險。

西王之“亡羊”，指的是賽季前亮相時偏于高調(diào)，對賽季中可能遇到的困難和意外估計(jì)不足。西王從高速手里接過的，看似是一支上個賽季差一點(diǎn)打進(jìn)總決賽的超一流強(qiáng)隊(duì)，可實(shí)質(zhì)上，由于高速在俱樂部運(yùn)作上的“反規(guī)律化”，球隊(duì)不是以一種正常的方式走到了當(dāng)時的高度，而一旦那種方式持續(xù)不下去了，球隊(duì)的一切都面臨著重構(gòu)。這個任務(wù)的艱巨，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了西王集團(tuán)和俱樂部的想象。

運(yùn)維保障機(jī)制是系統(tǒng)架構(gòu)的重要組成部分，貫穿項(xiàng)目建設(shè)的始終，包括運(yùn)行管理機(jī)制和數(shù)據(jù)更新機(jī)制等。

2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

該系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)類型主要為遙感影像數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)4種類型，其中遙感影像數(shù)據(jù)主要來源于氣象衛(wèi)星，三維數(shù)據(jù)主要來源于建筑全生命周期模型、傾斜攝影等采集到的數(shù)據(jù)，感知數(shù)據(jù)主要包括于業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)填報和手機(jī)/攝像頭等終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)主要來源于標(biāo)繪數(shù)據(jù)。上述各類數(shù)據(jù)會先進(jìn)行數(shù)據(jù)治理工作，再轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)存儲管理中存儲的持久化數(shù)據(jù)可以對外提供服務(wù)，對應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行支撐，對外提供例如空間分析服務(wù)、影像分析服務(wù)、實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)、矢量地圖服務(wù)等各類服務(wù)。

3 服務(wù)架構(gòu)

森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 服務(wù)架構(gòu)

該系統(tǒng)的服務(wù)架構(gòu)整體采用微服務(wù)架構(gòu)形式，由服務(wù)總線（含API網(wǎng)關(guān)）、注冊中心、基礎(chǔ)組件微服務(wù)、通用業(yè)務(wù)微服務(wù)、智能微服務(wù)、態(tài)勢展現(xiàn)微服務(wù)、指揮調(diào)度微服務(wù)、協(xié)同會商微服務(wù)等組成，從而構(gòu)建可靈活插拔、可動態(tài)更新、可智能適配的全新服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)對各類服務(wù)的動態(tài)配置、服務(wù)注冊、服務(wù)治理、熔斷容錯、日志收集、服務(wù)監(jiān)控等功能。

4 功能設(shè)計(jì)

4.1 現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)

現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)主要利用“一張圖”系統(tǒng)，在地圖上實(shí)現(xiàn)對各類信息的集中展示、數(shù)據(jù)管理、空間查詢和空間分析等功能。在資源調(diào)度方面，主要匯總所有可用的應(yīng)急資源，對就近資源、急需資源進(jìn)行針對性、專業(yè)性、準(zhǔn)確性的分析，并給出明確的資源運(yùn)輸路線；在救援力量方面，能夠?qū)ΜF(xiàn)場的救災(zāi)隊(duì)伍位置情況、救災(zāi)隊(duì)伍數(shù)量、救災(zāi)隊(duì)伍裝備情況、現(xiàn)場火頭方向、火情以及撲打方向等信息進(jìn)行展示；在火場情況方面，以圖層疊加的方式來實(shí)現(xiàn)火場的危險范圍地圖標(biāo)注，了解掌握火場態(tài)勢及發(fā)展趨勢，標(biāo)繪火場態(tài)勢圖；在周邊環(huán)境方面，以圖層疊加的方式來實(shí)現(xiàn)周邊建筑、林場分布、交通線路、取水點(diǎn)等信息的地圖標(biāo)注；在氣象信息方面，以圖層疊加的方式來實(shí)現(xiàn)天氣、溫度、風(fēng)向、濕度等信息的地圖標(biāo)注。

4.2 現(xiàn)場指揮調(diào)度

主要利用“一張圖”系統(tǒng)，根據(jù)森林火災(zāi)現(xiàn)場情況，實(shí)現(xiàn)救援指揮現(xiàn)場標(biāo)繪、現(xiàn)場資源配置調(diào)度等業(yè)務(wù)需要，為協(xié)助和指導(dǎo)現(xiàn)場工作提供支撐，主要功能包括救援指揮現(xiàn)場標(biāo)繪、現(xiàn)場資源配置調(diào)度等。其中救援指揮現(xiàn)場標(biāo)繪主要實(shí)現(xiàn)在森林火災(zāi)救援現(xiàn)場，對火災(zāi)范圍、行進(jìn)路徑、作戰(zhàn)區(qū)域等進(jìn)行作戰(zhàn)部署，完成對救援隊(duì)伍、救援車輛的站位部署等，并基于“一張圖”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)繪；現(xiàn)場資源配置調(diào)度，主要現(xiàn)場指揮人員可以根據(jù)火災(zāi)救援動態(tài)，完成對救援資源的靈活配置及動態(tài)調(diào)度。

4.3 一鍵信息發(fā)布

主要利用“一張圖”系統(tǒng)，快速定位、查詢火災(zāi)現(xiàn)場所有人員的位置和身份信息，通過建立應(yīng)急通訊錄，實(shí)現(xiàn)一鍵撥打電話、一鍵短信（支持群發(fā)）、一鍵傳真（支持群發(fā)）等功能，快速完成通信調(diào)度和任務(wù)部署，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的下發(fā)與上報。

4.4 協(xié)同會商

協(xié)同會商主要在“一張圖”上，結(jié)合音頻、視頻、文字等方式，為各級各類指揮人員、火災(zāi)現(xiàn)場作戰(zhàn)人員、各領(lǐng)域?qū)＜姨峁┻h(yuǎn)程在線會商能力，主要功能包括一張圖協(xié)同、文字會商、音視頻會商、文件共享等。

本文提出構(gòu)建森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)，整體采用微服務(wù)架構(gòu)形式，系統(tǒng)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層、GIS平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系以及運(yùn)維保障7個部分組成，涉及到的數(shù)據(jù)類型主要為遙感影像數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)4種，經(jīng)數(shù)據(jù)治理后可形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)資源庫并對外提供服務(wù)。

森林滅火指揮“一張圖”系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)、現(xiàn)場指揮調(diào)度、信息一鍵發(fā)布、人員協(xié)同會商等4部分功能，其中現(xiàn)場態(tài)勢展現(xiàn)功能可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急資源、救援力量、火場情況、周邊環(huán)境、氣象信息等相關(guān)要素在“一張圖”上的集中展示；現(xiàn)場指揮調(diào)度功能可實(shí)現(xiàn)救援指揮現(xiàn)場標(biāo)繪和現(xiàn)場資源配置調(diào)度；一鍵信息發(fā)布功能可實(shí)現(xiàn)快速通信調(diào)度和任務(wù)部署；協(xié)同會商功能可實(shí)現(xiàn)各級各類人員的遠(yuǎn)程在線會商。

該系統(tǒng)能夠解決目前指揮救援中存在的態(tài)勢感知不直觀、資源動向不明顯、各方用戶難協(xié)同等問題，為常態(tài)下林火監(jiān)測預(yù)警和非常態(tài)下的現(xiàn)場指揮救援，提供輔助決策支撐，從而有效提升指揮救援現(xiàn)場的信息整合能力和指揮調(diào)度能力。