氣象防災減災仿真實訓教學環境的設計與實現＊

夏權，孫林花，李揚，王丹

氣象防災減災仿真實訓教學環境的設計與實現＊

夏權1，孫林花1，李揚2，王丹2

（1.蘭州資源環境職業技術學院，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州大方電子有限責任公司，甘肅 蘭州 730051）

以省部共建甘肅應急管理學院實訓基地建設為依托，設計氣象防災減災仿真實訓教學環境，采取平臺+系統的實現方式，建立自然災害綜合監測預警模擬互動教學平臺，并嵌入氣象災害應急實訓數據獲取、存儲、綜合處理及智慧仿真系統，對氣象災害的進行直觀化表現，實現對氣象災害的預判、發生、演變、發展等情景的構建和推演，是氣象防災減災、氣象災害應急管理實訓教學手段的智慧化升級。

氣象；防災減災；應急管理；仿真實訓

中國幅員遼闊，受氣候和地形及人類活動等多方面的影響，各種氣象災害頻發，嚴重威脅經濟社會的良性發展，也對廣大人民生產生活乃至生命造成了嚴重危害。2018年，省部共建、政行企校多元參與的甘肅應急管理學院在蘭州資源環境職業技術學院掛牌成立。應急管理學院掛牌后，先后對甘肅省各級應急管理人員進行了不同層次的培訓。但是，由于缺乏氣象災害應急管理基礎數據環境的支撐，人才培訓和培養缺乏實際操作訓練的環境和能力。新形勢下的應急管理防災減災對于學院教學而言是新生事物，由于培訓目標需要深化認識，加上參加培訓人員水平的參差不齊，必須在理論教學的基礎上，增加新的輔助培訓手段，應急管理培訓是應急管理防災減災培訓課程體系中的重要組成部分。因此，有必要建設一個集科普、教學、模擬等內容的防災減災實訓平臺，通過軟件分析和實現技術手段，明確應急培訓的業務模型和技術架構。通過培訓平臺提升學員對于自然災害應急的快速甄別、反應能力，見微知著的意識和信息綜合的水平，通過情境模擬、過程推演、分支選擇、過程回放、分組討論、專家點評等一系列全新的教學培訓手段，極大地豐富以往單純課堂面授教學、案例分析的形式。實現通過角色深入和情境模擬，最大程度上重視各類自然災害突發事件的情境和發展、處置脈絡，在培訓和操作過程中“練指揮”“練協同”“練謀略”，學員互動和教師引導共同引導學員熟悉自然災害應急演練過程。

通過本項目的研究與初步實現，為全省氣象災害應急管理人才的培訓、培養等工作提供應急演練或實訓支撐，使所有參加應急管理培訓或培養的人員具有一定應急管理的實際操作能力。

1 防災減災實訓環境的設計理念

1.1 搭建氣象災害監測預警實訓平臺

氣象災害種類多、突發性強、預報預警及決策處置難，是氣象災害事件應急管理的典型特征，目前，在氣象災害應急管理的教學及培訓中模擬真實災害場景是實訓教學不可或缺的重要環節。

為此，設計了氣象災害監測預警指揮平臺，為氣象災害應急管理教學提供了一個仿真實訓平臺，從事前、事中、事后整個事件流程高度還原給學生和學員，讓學生能夠身臨其境般地學習，掌握氣象災害應急管理的每個環節中的各項細節和要點。事前以預防為主，包括監測防控、模擬演練、預測預警與應急保障；事中主要為事件描述、問題導向、應急會商、動態方案、快速響應；事后做好應急綜合評價和災后處置。通過對各項技術的重構和整合，建立起一套低耦合、高擴展性、靈活的仿真防災減災實訓平臺，從而構建動態應急預案及互動式培訓模擬系統平臺。

1.2 平時用于教學，戰時用于應急

防災減災實訓平臺的另一個設計理念就是“平戰結合”，即平臺的設計堅持“真實、可用”的觀點，真實就是數據、流程、方法、模型都盡最大可能接入現有、現行的實實在在的數據，切實可行的計算方法和模型，按照各級應急管理部門以及氣象、水旱、地質、自然災害等職能部門應急管理的法律法規、條例、辦法、標準制訂自然災害應急處置流程。這樣的理念能夠保證防災減災實訓平臺不僅僅是一個能夠單純地用于培訓教學的系統平臺，而且，在有氣象災害發生時，能夠支撐蘭州資源環境職業技術學院協助相關部門對該突發事件進行應急處置。

2 氣象防災減災實訓環境的硬件建設內容

2.1 氣象防災減災應急實訓數據平臺

與甘肅省氣象局CIMISS系統積極對接，部署必要的硬件設備和數據接收環境，實現氣象災害應急實訓所急需的氣象衛星、氣象雷達、高空探測和地面觀測數據的實時獲取，實現多種數值預報產品和氣象反演數據的實時獲取。與此同時，針對氣象數據種類多、格式多樣、時序性強等特點，從氣象災害應急管理實訓現狀和需求出發，應用計算機通信、數據庫等技術，設計一套基于元數據管理的氣象災害應急實訓數據環境，初步實現氣象災害實訓急需的功能（資料收集、加工處理、入庫、產品生產等），為氣象災害應急管理人才培訓或培養提供良好的數據支撐服務。

2.2 氣象災害仿真模擬體驗實訓教學平臺

通過各類監測設備傳輸的數據進行關聯分析而做到提前預警、綜合風險評估、災害風險預警、災害態勢智能分析，從而形成一個完整的監測預警體系，更真切、更有效地還原和體現自然災害綜合監測預警的流程和關鍵節點，系統可以人工添加模擬數據，也可以接入實際數據。

2.3 互動教學云桌面平臺

學生操作電腦選用云桌面的方式+15.6英寸（1英寸=2.54 cm）超薄單屏觸摸升降一體機，可將教學視頻根據教學需要呈現到顯示終端，通過互動顯示屏、直播系統、錄播系統等，實現教學中的多媒體互動交流。該平臺能夠把學生需要掌握的教學知識點的操作方式錄制成視頻，學生們可以在自主學習的過程中通過研究視頻來掌握這些知識點，這樣能有效節約課堂教學時間，把更多教學時間用于交流。平臺的優勢在于能夠減少板書，把時間更好地用于交互，提高教學質量，同時視頻化可以提高記憶與想像力，學生預習也可視頻化、PPT化。

3 氣象防災減災實訓教學軟件系統

3.1 氣象災害應急實訓數據實時獲取系統

通過與甘肅省氣象局已有網絡連接設備和數據連接通道，積極與甘肅省氣象信息中心等技術機構對接，實時獲取每6 min一次的氣象雷達數據，每30 min一次的氣象衛星數據，每10 min的全國地面監測數據，每天2次的全球高空探測數據，以及每天全球5個數值天氣預報中心的數百種預報產品等。

3.2 氣象災害應急實訓分布式數據庫系統

完善氣象應急實訓數據存儲結構，綜合應用分布式關系型數據庫、分布式表格系統、分布式對象存儲和分布式文件系統等存儲技術，升級完善我院氣象數據管理系統，針對應用按需設計多副本存儲，建立混合云高效的數據同步機制。

3.3 氣象災害應急實訓數據綜合處理系統

實現對實時收集的有關氣象災害應急實訓所需資料進行質量控制，并對收集的各類資料進行解碼、入庫等處理。選用先進數據庫技術，實現對所收集各類氣象災害應急管理實訓所需資料及實訓結果的永久性存儲管理。構建多級存儲、在線備份和離線歸檔的自動化流程，實現交互應用的毫秒級訪問和數據服務的秒級響應。

3.4 氣象災害應急實訓輔助系統

根據各類氣象災害的發布標準，實時共享“國家突發事件預警信息發布系統”發布的各類預警信號，輔助應急管理培訓學員和我院學生對監測到的突發事件產生的影響進行綜合分析，輔助強化孕災環境分析能力，從而強化應急管理培訓學員和我院學生對突發事件影響區域、影響人群的綜合研判能力，為精準靶向發布和首次有效應急響應打下基礎。

3.5 應急指揮仿真系統

應急指揮仿真系統以空天地感知、融合通信、知識圖譜等技術為支撐，突出應急信息全面匯聚、快速展現、上傳下達、協同會商、專題研判、指揮調度和輔助決策等支撐能力，建立反應靈敏、協同聯動、高效調度、科學決策的應急指揮信息系統，實現全省應急救援智能化、扁平化和一體化指揮作戰。應急指揮信息系統主要包括突發事件信息接報、值班管理、綜合信息匯聚可視化、協同會商、輔助決策、指揮調度、信息發布、應急指揮體系管理、總結評估、業務應用移動化、專題研判、案例推演、指揮演練、數字化預案、災害救助、社會救災捐贈管理、應急資源管理等子系統。

3.6 領導駕駛艙

領導駕駛艙為領導坐鎮指揮提供全方位的、動態的公共安全輔助決策信息。將采集的數據形象化、直觀化、具體化，通過速度表、音量柱、預警雷達、雷達球等大數據圖表，形象標示安全運行的關鍵數據。同時，提供一鍵全域搜索功能，通過各種條件組合實現數據的搜索、展示。可視化部分支持拖拽、頁面靈活組合。領導駕駛艙實現了多用戶、不同權限的不同操作，每個有權限的用戶都能夠配置適合自己的圖形，從而能夠讓相關領導查看到自己所關心的數據，實現多用戶、多權限、多圖形、多指標的操作目的。

4 結論與討論

自然災害的產生和發展是一個動態的過程，現實的自然災害發生包括各類觸發條件和承災載體的具體情況，要素眾多，要素及要素間的關系復雜、不斷變化，這種變化具有不確定性和不可預知性，并且無法預演和重現，因此，需要借助模擬的系統（或已投入業務使用的系統）研究各類自然災害的產生和發展過程。掌握自然災害的產生和發展規律并用防災減災實訓平臺進行直觀的表現，實現對于自然災害發生、演變、預判、發展等情景的構建和推演，便于對培訓人員形成直觀的理解。情景構建是提取某一時刻自然災害環境系統和承災載體系統中，對于災害的產生和發展起關鍵作用的要素及其之間的關系，并在平臺系統中建立與之對應的相關模型。情景推演是依據災害環境、承災載體以及相互間作用的客觀規律，并充分考慮到可能的應急管理措施及其效果，在平臺系統中，由相關模型某一時刻的狀態推斷其下一時刻的各種可能狀態。對于學生而言，能夠將復雜的自然災害情況直觀地呈現出來，有助于其快速熟悉和掌握。

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G712

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.034

2095－6835（2021）08－0092－02

2019年甘肅省高等學校創新能力提升項目（編號：2019A-216）；2020年蘭資環院級科研項目（編號：Y2020C-02）；2020年蘭資環校級教育教學改革項目（編號：JG2020013）；2020年蘭資環校級創新創業教育教學改革研究項目（編號：CXJG2020008）

夏權（1983—），男，甘肅蘭州人，高級工程師，研究方向為應用氣象、氣象服務。

〔編輯：王霞〕