面向突發公共事件的數字化應急指揮系統研發

趙宏偉,趙西珂,王陽陽,尤靜月

(沈陽大學 信息工程學院,遼寧 沈陽 110003)

0 引 言

隨著城市化進程的不斷加快,各種突發公共事件呈多元高發態勢。自然災害、事故災難、社會安全事件以及公共衛生事件四大類型的突發事件每年都會對國內的經濟社會發展與人民群眾的生命財產造成巨大損失[1]。如2008年“5·12”汶川地震,2011年“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故,2015年天津港“8·12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故,2019年末持續至今的新型冠狀病毒疫情,2021年河南鄭州“7·20”特大暴雨災害。諸如此類突發公共事件的不斷發生,對國家的應急管理水平和指揮決策部門處置突發事件的能力提出了更高的要求[2]。因此,建立一個信息化、結構化和數字化的應急指揮系統是必不可少的,高效的應急指揮系統能夠有效處置突發公共事件,做到及時防范,快速響應。

目前,國家大力提倡采用大數據、云計算、物聯網、人工智能、移動互聯網等先進技術建設面向突發公共事件的數字化應急指揮系統,以信息化手段推動應急救援體系和應急救援能力現代化。國內許多學者對此也有研究,如劉家福等[3]基于WebGIS技術配合SuperMap iServer服務以及iQuery框架設計了城市災害應急系統。余其鵬[4]基于ArcGIS Runtime SDK for Android 開發了地震應急系統。寧玉輝等[5]將Petri網引入系統建模實現預案智能化析出,以此設計了一種應急指揮系統。趙開功等[6]以一體化運營綜合能源集團為背景,設計了面向生產安全事故的智能應急指揮系統。然而,經過研究發現,相關的應急指揮系統在應急處置流程數字化和應急救援信息可視化方面還不夠完善。

因此,該文對相關系統需要完善的內容展開研究,并針對應急管理部門在處置突發公共事件時存在的業務流程不規范,應急數據孤立難以共享,指揮決策支撐不足、處置效率低下、業務系統分散,調度指揮難以形成合力,缺乏輔助決策工具,資源調度方案不合理等問題,利用國內外先進理論,采用Web2.0、WebGIS、數據采集、數據分析等數字化技術,結合具體場景的實際應用,研究并設計實現了面向突發公共事件的數字化應急指揮系統,完善了應急處置流程數字化和應急救援信息可視化方面的內容,并設計指揮部署、資源調度、輔助決策等模塊,增加了應急指揮系統的實用性,提高了應急管理部門的應急救援管理水平和應急響應能力。

1 系統需求分析

1.1 總體需求分析

面向突發公共事件的數字化應急指揮系統要提升應急管理工作的效率,滿足日常管理和突發事件應急處置兩個方面的需求。日常管理要實現工作流程信息化,業務管理規范化、精細化,包括對值班情況、事件案例、通訊錄等內容的管理以及應急資源和應急預案的管理。應急處置要實現快速響應,高效救援,指揮調度信息化、可視化,依托WebGIS技術和智能模型算法,提高輔助決策能力,實現資源科學調度、預案關聯析出和事故風險分析等內容。

1.2 業務流程分析

突發公共事件種類繁多,整個應急指揮系統的應急處置流程以事件處理為主線,通過對上報事件的審核,依據事件的級別和緊急程度,啟動對應的預案,指揮員和專家等綜合會商配置救援方案,之后成立工作組以及分配相應任務,并調度相應的資源進行應急處置,對處置過程持續跟蹤,形成續報、終報,直到事件處理完畢。最后對事件評估,積累經驗,改進預案,整個應急處置流程形成一個閉環。應急處置業務流程如圖1所示。

圖1 應急處置業務流程

2 系統設計

2.1 系統總體架構

面向突發公共事件的數字化應急指揮系統采用B/S模式搭建,后端使用Spring Boot核心框架,前端使用Vue框架,利用MyBatis框架與MySQL數據庫進行交互,并且結合了WebGIS技術、智能模型算法等手段。根據層次化設計理念,系統由基礎支撐層、數據服務層、業務應用層、用戶展現層等4層組成,并建設標準規范體系、信息安全保障體系、運行維護體系[7]。系統總體架構如圖2所示。

圖2 系統總體架構

2.2 系統數據架構

應急工作的開展需要多部門協作,尤其是需要收集、維護應急相關部門的專業數據和基礎數據,為應急指揮調度、決策分析提供服務。面向突發公共事件的數字化應急指揮系統要對各基層應急單位的應急相關數據資源進行整合,規劃和綜合利用多種來源的應急數據[8]。在數據層面要基于已發布的數據標準規范,對各部門的專業應急數據進行清洗、比對和入庫[9],實現部門應急數據的實時共享和更新,為應急指揮系統作用的發揮提供充分的數據支撐[10]。

基于需求分析和業務分析,面向突發公共事件的數字化應急指揮系統匯聚的數據資源可劃分為8類,分別是應急基礎數據庫、應急預案庫、應急知識庫、應急演練庫、應急事件信息庫、應急模型庫、地理信息庫和應急案例庫。然后以國家應急數據治理標準和規范為基礎,按照“數用分離,智能驅動”的思路,構建符合大數據發展的應急數據治理體系[11],通過數據自動接入、數據智能處理以及數據智慧管控三個模塊,實現從數據接入、處理、存儲、應用等全生命周期的治理總體架構設計。系統數據架構設計如圖3所示。

2.3 系統功能設計

面向突發公共事件的數字化應急指揮系統主要包括綜合值守、突發事件報送、指揮部署、資源調度和輔助決策五大功能模塊,系統功能結構如圖4所示。

圖4 系統功能結構

(1)綜合值守模塊:綜合值守模塊由事件管理、值班管理、案例管理、通訊錄管理等四個子模塊構成,覆蓋日常管理和值守的各個方面,實現日常辦公的信息傳輸和工作內容統一管理,用戶可通過本系統實現無紙化管理,以提高工作效率。綜合值守支持各種突發公共事件的接受和報送,應急值守人員通過填寫表單內的突發公共事件相關內容,即可新建應急事件,引導之后該應急事件的現場處置、指揮部署、資源調度等流程。事件添加成功可將事故發生地點標注在WebGIS地圖中,為輔助決策提供支撐。

(2)突發事件報送模塊:突發事件報送模塊在突發事件發生后,基層應急單位通過此模塊首報、修改、續報和終報事件信息給相關領導和相關部門,實現信息的快速送達。報告的信息內容有九要素:時間、地點、單位名稱、信息來源、事件類別、傷亡或者經濟損失的初步評估、影響范圍、時間發展態勢及處置情況。

(3)指揮部署模塊:指揮部署功能模塊是針對綜合值守中創建提交的突發公共應急事件進行相應的處置工作,應急指揮員對事件進行預案匹配和選擇操作,制定解決方案,建立工作組同時分配任務,為任務配置相應的資源,然后跟蹤事件處理情況隨時進行持續調度,直到應急終止。指揮部署功能模塊進行時會協同處理資源調度模塊、輔助決策模塊、綜合值守模塊等其他模塊,是應急指揮系統應急事件處理的相應中心。通過對應急指揮救援業務流程的分析和分解,應急指揮系統將指揮部署功能流程劃分為九個階段:啟動事件處置、等級確認、啟動預案、綜合會商、配置方案、成立工作組、任務下達、任務跟蹤和應急終止。

(4)資源調度模塊:資源調度模塊實現當突發公共事件發生時,可以精準調取所需的應急資源,同時資源地理位置信息與WebGIS地圖關聯,可以在WebGIS地圖上顯示突發公共事件周圍的資源分布情況,如救援隊伍分布、物資倉庫分布等;還可以在WebGIS地圖上查看應急資源具體信息,如資源類型、可調度數量、負責人、聯系方式、地址等;以及實現資源調度時的合理配置、可視化展示和對資源庫的日常管理和維護。

(5)輔助決策模塊:輔助決策模塊實現應急信息展示、事故點范圍分析、事故風險分析等功能。其中應急信息展示主要實現救援隊伍、應急物資與裝備、醫院、預案等應急基礎數據在一張圖上的查詢、分類、展示、統計的功能。事故點范圍分析實現發生突發事件時,確保用戶能迅速、全面了解、掌握事故點周邊一定范圍內應急信息資源情況,輔助用戶科學有效快速做出突發事件應對決策。事故風險分析實現依據現有對突發事件數據的掌握,對后續事故風險進行分析[12]。

2.4 關鍵技術

(1)WebGIS技術。WebGIS是因特網技術應用于地理信息系統的產物,是一種基于Internet的開源地理信息系統,其通過瀏覽器和用戶交互。當突發公共事件發生時,WebGIS能夠直觀地將地理信息通過網絡技術進行展示,將事件信息、資源、力量進行范圍分析,為政府和應急部門提供快速的決策支持信息。

(2)資源調度優化。突發公共事件發生后應急資源調度方案的快速制定尤為重要。系統根據實時獲得的事故信息,以時間最短為目標,結合運輸成本,調用雙目標應急資源調度模型,使用群體智能優化算法確定最優的資源調度方案。

(3)應急預案智能匹配。根據上報的事故信息確定事故類型和事故地點,通過檢索系統內的應急預案和當前事故智能匹配[13],匹配過程中提供專家人工干預的機制,保證所匹配預案的合理性和可靠性[14]。之后隨著現場信息的不斷獲取,指揮員和專家進行綜合會商不斷修正預案,研判出符合實際情況的高效救援方案。

(4)視頻融合。將本級橫向委辦局及監測監控視頻資源的有效融合,滿足使用系統進行突發公共事件處置時,對事件和現場情況的快速研判和會商決策,對應急指揮起到輔助作用。系統依托數據庫、中間件及基礎應用框架技術,接入硬件設備,實現視頻實時預覽、監控視頻回放、視頻管理、接口管理和運維管理等功能。系統整合多媒體交互組件,提供語音對講、社交媒體等服務,滿足應急指揮調度需求[15]。

3 系統實現

(1)事件創建。創建事件是綜合值守模塊的一部分,它是在應急值守人員接到突發事件報警并審核后進行的一步操作。在事件創建頁面輸入相應的事故信息,并通過位置檢索功能獲取事故坐標點,創建了此事故信息后,系統才能進行后續的預案匹配,指揮部署,資源調度,WebGIS輔助決策等功能的調用,事件創建是應急指揮系統應急處置的開端。事件創建實現效果圖如圖5所示。

圖5 事件創建實現效果圖

(2)指揮面板。指揮面板是指揮部署模塊的一部分,它是在應急指揮員進行突發公共事件處置時用到的功能,指揮面板可以查看事件基本信息、預案信息,并且可以在指揮面板成立工作組,進行任務的分配,以及應急力量、應急物資的調度等,在指揮面板的左邊還有事件處理情況的時間線等內容,指揮面板是系統處置突發公共事件的核心。指揮面板實現效果圖如圖6所示。

圖6 指揮面板實現效果圖

(3)輔助決策。輔助決策模塊是應急事件處置時不可缺少的一環,其整合了系統內的應急信息,并內置有各類事故模型,可為應急指揮員科學決策提供有力的幫助。在輔助決策頁面中間是WebGIS地圖,在地圖上可清晰查看事故地點所處位置以及周圍的資源信息,包括救援隊伍、物資倉庫、醫院等內容,在頁面下方可查詢各事件處置過程中的詳細信息,包括物資的調度狀態,救援隊伍是否到位,以及任務的完成情況等內容,所查詢內容在頁面右邊顯示。輔助決策頁面實現效果圖如圖7所示。

圖7 輔助決策頁面實現效果圖

(4)資源管理。資源管理是資源調度模塊的一部分,它是應急處置時資源調度的支撐,資源管理的日常維護十分重要,每當一種資源入庫時都需進行記錄,包括資源類型,入庫地點,聯系人,是初始入庫還是歸還入庫,這樣才能在資源調度時掌握完整準確的資源信息,提高應急救援效率。資源管理入庫頁面效果圖如圖8所示。

圖8 資源管理入庫頁面效果圖

(5)資源調度可視化。資源調度可視化是資源調度模塊十分重要的一部分,當突發公共事件時,系統能檢索出事故點周邊可調用的應急資源,然后通過調用系統中內置的應急資源調度模型結合智能算法計算出最合理的資源調度方案。資源調度詳情在WebGIS地圖上可視化顯示,用戶點擊各起點資源圖標即可查看此處資源調度信息,并給出了起點到事故點的資源調度路線,便于用戶直觀了解資源調度情況。下面給出某一事故的資源調度可視化頁面,實現效果圖如圖9所示。

圖9 資源調度可視化實現效果圖

4 系統應用效果

目前該系統已在沈陽市大東區應急管理局投入業務使用,應急網格員可以進行突發事件的一體化、無紙化報送及審批,既減少了工作量,也減少了紙張等資源浪費;應急指揮中心可以按照規范后的應急業務流程,統一指揮、統一調度,進行高效的應急處置;并且應急基礎數據集成共享、輔助模塊功能完善,為用戶提供有效的系統支撐。系統實用性、通用性強,可推廣至其他應急管理部門使用。

5 結束語

鑒于當前突發公共事件頻發,以及應急指揮系統信息化、數字化、智能化水平有待提高的實際需求,給出了一種面向突發公共事件的數字化應急指揮系統的設計框架與具體實現方法。對系統應急處置業務流程進行了分析,對系統總體架構、數據架構、功能模塊進行了設計,最終基本實現了面向突發公共事件的數字化應急指揮系統。該系統以應急事件處置為導向,可視化指揮部署為支撐,融合多種技術手段、多源數據進行輔助決策[16],有效提升了應急管理部門應急處置效率和應急指揮能力。下一步,將在系統整體功能的細節上,包括應急模型精確度、智能算法運用、應急場景等方面,進行深入的研究與完善。