基于電子沙盤的指揮控制系統設計與實現

李騰飛 劉海旻

收稿日期：2023-08-15

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.011

摘? 要：為滿足公安實戰指揮需求，采用基于業務重構、大數據融合、可視化呈現的方法，從體系層面實現對原有系統業務的重構，在有機融合的基礎上充分發揮電子沙盤的實戰功能優勢，實現一屏盡覽、一屏操作、一屏整合、一屏指揮，滿足事前情報研判與預案推演，事中實時指揮，事后重演總結的全流程需要，為指揮員提供精確、動態、直觀的信息展示，增強預案制定的實時性、科學性和高效性，為基于預案的實戰指揮奠定技術基礎，取得從傳統警務指揮向實戰高效轉變的效果。

關鍵詞：指揮控制；電子沙盤；警用；數據融合；信息化

中圖分類號：TP391.9；E11 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）07-0046-05

Design and Implementation of Command and Control System Based on

Electronic Sandtable

LI Tengfei， LIU Haimin

（CSSC Systems Engineering Research Institute， Beijing? 100094， China）

Abstract： In order to meet the practical command needs of public security， a method based on business reconstruction， big data fusion， and visual presentation is adopted to reconstruct the original system business from the system level. On the basis of organic integration， the practical function advantages of electronic sandtables are fully utilized to achieve one screen view， one screen operation， one screen integration， and one screen command. This meets the full process needs of pre intelligence analysis and plan deduction， real-time command during the process， and post replay summary. It provides accurate， dynamic， and intuitive information display for commanders， enhances the real-time， scientific， and efficient formulation of plans， and lays a technical foundation for the practical command based on plans， achieving the effect of transforming from traditional police command to practical and efficient combat.

Keywords： command and control; electronic sandtable; police; data fusion; informatization

0? 引? 言

伴隨全國治安環境的逐步復雜化，公安系統緊緊圍繞“基礎信息化、警務實戰化、執法規范化、隊伍正規化”的裝備建設要求，提出“縱橫對應、橫向集成、一體聯動、高效運轉”的信息化建設思路，并規劃了“以信息采集為基礎、以機制創新為牽引、以研判應用為核心、以提升效能為目標”的警用指揮平臺建設需求。目前，公安領域的指揮一直存在孤島分割、各自為戰的問題，指揮手段單一，主要原因在于各層級、各職能之間多年來的“煙囪式”信息化建設，在實際工作過程中，經常出現各警種間協調不暢、各層級間互不聯通，高層指揮官在指揮中心無法了解現場一手情況，無法做出準確判斷與決策等一系列問題。

為了提升指揮控制能力，彌補上述不足，研發一種面向公安實戰需求、整合現有信息化建設成果的一體化指揮調度產品[1]，能夠通過科學友好的人機交互、科學規范的數據分析、虛實結合的預案制定與推演等途徑，對現有業務系統進行重構與提升，滿足指揮員對實時態勢掌握、警力調配部署、預案方針推演與執行監督考察的需求，使得指揮工作更加精確、動態、直觀、及時[2]。

1? 設計目的與內容

設計一種新式警用電子沙盤指揮控制系統，以此為載體打造“集成、互通、共享、高效”的情指一體化指揮調度平臺[3]，構建多層級扁平化的指揮體系[4]；整合、重構和優化現有的警務信息資源和信息系統，開展相關業務功能研究，實現可視化、扁平化、合成化的警務實戰指揮，推動公安系統指揮模式向“縱向減少指揮層級，橫向暢通指揮關系，實現對一線警力的點到點指揮”轉變；結合基礎數據高速增長的現狀，研究采用新技術手段創新警用業務模式，對業務進行重構升級，實現體系效能的增加；研究虛實結合的預案制定方法，實現傳統的應急預案向信息化實戰貼近，從靜態預案向動態預案轉變，提升應急事件的處置水平。

2? 指揮控制系統構建

2.1? 系統組成

電子沙盤指揮控制系統是由多類軟件單元及硬件組成，各軟件單元之間協同操作，職責劃分明確、數據集成全面、指揮操縱靈活便捷。警用電子沙盤指揮控制系統從架構上分為硬件層、中間層和應用層，系統框架圖如圖1所示。

1）硬件層：指揮控制系統硬件由顯控單元、主控單元、數據庫服務器、操控單元、通信單元、適配主機、殼體及支撐結構共同組成。具備精細顯示、精準觸控交互、語音準確拾取的效果，滿足人機工程要求[5]，設計了標準機架和便捷移動裝置，內外預留各級接口，能適應不同條件使用情況，可快速連接部署，便于設備維護、擴展與升級。

2）中間層：中間層由底層操作系統硬件驅動、數據庫管理中間件、數據訪問匯集預處理中間件、業務模型中間件及顯示優化中間件組成，負責系統的觸控交互優化，可視化呈現優化，硬件通信優化、數據傳輸優化及安全管理。

3）應用層：應用層與公安系統的具體需求結合，根據電子沙盤的特點[6]定制開發相應的警務應用，重點包括在電子地圖之上警務要素的呈現及查詢，應急突發事件時的指揮調度，各類應急事件的預案制定及仿真推演，跨界跨域的精確查詢，任務快速下發，事后重演復盤等。

2.2? 系統軟件功能設計

系統應用軟件分為以下九個功能模塊：

1）基礎操作與系統設置：實現天地圖數據接入[7]、對地圖基礎操作、圖層管理、市州的快速定位、基礎的測量工具和鷹眼視圖；根據不同用戶的級別，進行分級管理及個性化定制，電子沙盤指揮功能支持級別區分。

2）態勢呈現功能：通過二維、三維顯示及二-三維聯動技術將現場態勢展現于指揮員，將相關的情報信息接入輔助指揮員研判。

3）態勢分析功能：通過將視頻、巡邏警車、圖傳車、移動終端等信息及各類情報系統信息的擴展接入，結合警情，輔助指揮員完成對情報信息的研判。

4）指揮調度功能：與現有指揮調度系統進行對接，通過短信、語音等方式及時將任務部署下發到現場人員，支持與各業務警種及外部單位的互通，實時掌握了解任務執行情況并及時調整。

5）統計分析功能：利用電子沙盤數據可視化的優勢，支持各類系統的歷史、實時數據的接入，進行大數據可視化呈現分析。

6）界域查詢功能：對界域內要素信息進行查詢，同時通過數據可視化手段在電子沙盤上進行展示。

7）記錄重演功能：通過對實戰任務中的數據和操作進行實時記錄，方便事后對實戰任務進行調用重演、歸類研判，以總結經驗、完善預案。

8）仿真推演功能：可實現在真實數據支持下對假定的案事件進行聯動性推演，形成可積累的關聯性決策預案庫。

9）預案制定功能：對紙質預案的要素、行為、關系等進行抽象建模，積累各類應急預案，注重預案的設計和實戰過程的推演展示，針對突發情況，能夠及時反映和下達決策指令。

2.3? 典型流程設計

根據設計的功能，典型的業務流程包含態勢聚合流程、指揮調度流程、界域查詢流程、重演總結流程、仿真推演流程和預案制定流程，結合典型業務流程深化應用軟件功能。

2.3.1? 態勢聚合流程

勢聚合流程是系統接入警務要素和環境要素等信息，在電子地圖上進行態勢聚合，直觀地為情報研判和指揮調度做支持，態勢聚合流程示意圖如圖2所示。

圖2? 態勢聚合流程示意圖

警務要素和環境要素接入：系統通過網絡實時接收處理警車、圖傳車和手持終端的GPS定位信息，從監控攝像頭信息數據庫中抽取監控攝像頭經緯度位置信息；系統通過預定義的WebService接口與原有的多個信息系統進行交互，獲取公安機構、派出所、看守所、拘留所、網吧、旅店等經緯度位置信息。

1）數據匯聚與自適應撒點：系統將警務要素與環境要素進行分層次、分類別地匯集，并根據當前地圖可視范圍，篩選出當前可視的要素進行可視化呈現[8]；系統根據不同類別要素密集程度對數據顯示進行優化處理，當地圖比例尺較小時，要素顯示為不可交互的像素點，隨地圖比例尺增大，要素顯示逐漸放大且可進行點擊、圈選等交互操作。

2）疊加優化：當圖標發生重疊且地圖無法繼續放大時，系統通過在全新的顯示界面中根據要素相對位置關系大比率放大場景使要素圖標分離，優化要素重疊顯示。

2.3.2? 指揮調度流程

指揮調度流程是指揮員通過指揮調度流程對警力資源進行實時指揮，并能夠在指揮完成后進行總結。指揮調度流程示意圖如圖3所示。

圖3? 指揮調度流程示意圖

1）方案標繪：指揮員根據態勢情況標繪行動決心及行動方案，分為警力標繪和行動標繪，警力標繪包括安檢、崗哨、治安亭、路障等，行動標繪包括多邊形、行動方向、雙向夾擊箭頭、燕尾箭頭等用于路徑規劃的圖形。

2）命令下發和電話指揮：系統根據行動標繪內容，自動匹配相應的警力并下發行動命令，命令可通過短信、手機、固話和350M電臺四種方式下發[9]；在電子沙盤上查看警員或警車及其聯系方式，通過語音電話對現場警員進行實時指揮。

3）行動記錄和任務總結：系統自動記錄指揮調度過程中的所有要素及命令的詳細信息，記錄內容包括任務的分配情況和事件處置過程中的下發命令、參與事件處置的警員（警車）數據、電話指揮數據等；指揮過程完成后根據相應的文檔模版格式，將記錄的數據生成任務總結報告，供指揮人員參考分析，總結經驗，改進事件處置流程。

2.3.3? 界域查詢流程

界域查詢流程是通過指定區域或圈選方式對界域內信息進行查詢。界域查詢流程示意圖如圖4所示。

1）觸控圈選：圈選方式為自由圈選或矩形圈選，自由圈選時系統識別捕獲用戶觸控手勢和觸摸軌跡，自動化補全或取齊構造封閉軌跡，轉換為地理多邊形作為界域查詢條件。

2）數據查詢：系統將數據查詢代理服務與現有警用信息系統集成，將查詢請求轉發至不同代理服務上，包括人口、房屋、公共場所、特種場所、重點單位、監控和案件等查詢服務。

3）詳細信息查詢：用戶需查看界域查詢中要素的詳細信息時，查詢代理服務根據要素類型將查詢請求轉發到對應查詢服務中，接收返回的查詢結果并在電子沙盤上顯示。

2.3.4? 重演總結流程

重演總結流程通過重演總結重現指定時間段的場景，將視頻監控、警車軌跡、移動終端軌跡、圖傳車視頻監控、通信記錄等歷史信息進行回放，輔助用戶復盤總結行動處置過程中的經驗。重演總結流程示意圖如圖5所示。

1）時間設定和過往數據查詢：用戶設定回放的開始時間與結束時間，進行重演總結；系統從數據庫中查詢歷史數據信息，包括過往視頻碼流、過往警車/警員軌跡信息及用戶過程操作信息。

2）回放控制和場景回放：系統在時鐘信號的驅動下，推算當前時刻進行回放的視頻碼流、警車/警員軌跡和操作并播放，顯示歷史操作，重現歷史場景。

2.3.5? 仿真推演流程

仿真推演流程根據預案中的特定參數設置模擬該情況下事件的處置過程，可對仿真中的參數進行控制與仿真進行交互，通過多次仿真推演幫助用戶檢查預案的完備性與科學性，從而能夠不斷完善預案。仿真推演流程示意圖如圖6所示。

1）想定編輯和仿真執行：使用想定編輯工具通過對警務要素及環境要素查詢進行仿真參數設置；仿真引擎讀取仿真模型及仿真參數，將兩者結合推動仿真進程。

2）模型解算和仿真控制：仿真引擎根據模型庫，結合模型的參數設置完成仿真中模型的解算，模型解算完成后可按照時間進行仿真推進；用戶通過狀態窗體監視仿真的進程，通過控制功能對仿真進行開始、暫停、加速、停止。

2.3.6? 預案制定流程

預案制定流程是通過預案制定流程編制應急處置預案，系統支持多節點同步預案擬制。預案制定流程示意圖如圖7所示。

1）新建/打開預案和組成設置：用戶新建或打開預案，系統自動連接預案包含的模型庫；用戶編輯預案中包含的流程，進行添加、修改和刪除等操作，設置流程間的關系以構成完整的流程樹框架。

2）行為設置和圖形標繪：在預案流程樹框架上設置流程對應的行為和參數，所有行為設置完成同時即完成預案的文字描述；可使用圖形標繪工具在地圖上實現預案的圖形化，根據對應流程設置標繪的行為和參數[10]。

3）合理性檢查：預案的圖形化表達完成后系統會對預案進行合理性檢查，完全正確則保存成功。

3? 關鍵技術

該項目將電子沙盤這一人機交互技術手段引入到公安業務實戰指揮上來，采用基于業務重構、大數據融合、可視化呈現的方法，突破關鍵技術包括：

1）采用體系設計的方法，打破傳統數據分級采集匯聚呈現使用的模式，實現了對原有系統的重構與賦能，采用跨界跨域數據查詢策略與信息智能推送技術，從體系層面實現了對原有系統業務的重構，為指揮員提供精確、動態、直觀的信息展示。

2）采用虛實結合的預案制定推演技術，通過仿真域與物理域的迭代分步優化，在仿真域設計預案流程，推演形成應急草案，在物理域代入真實參數進行演練，完善形成可信預案，實現從靜態預案向動態預案的轉變，增強了預案制定的實時性、科學性和高效性，為基于預案的實戰指揮奠定了技術基礎。

3）以電子沙盤為載體，采用海量數據聚合呈現的方法，融合了視覺、觸覺、聽覺等多維度人機交互手段，將觸控操作沙盤、麥克風拾音陣列等融入警務實戰，實現高效的可視化、扁平化、合成化作戰指揮。

4? 應用情況

該系統部署以來圓滿完成了多次警力調配、警車指揮、視頻讀取與預案推演等實戰任務，取得了從傳統警務指揮向實戰高效轉變的效果，滿足了公安維護公共安全和社會穩定的指揮需求和信息保障需求，應用實例如圖8所示。

5? 結? 論

面向警務實戰化需求，以電子沙盤為載體開展了指揮控制系統的研究，形成從傳感器到指揮控制的警用一體化集成解決方案，支持指揮員事前情報研判與預案推演，事中實時指揮，事后重演總結，實現了指揮控制系統的一屏盡覽、一屏操作、一屏整合、一屏指揮，在警用執法領域、國防動員領域、應急指揮領域及軍事領域有著廣泛的應用前景。

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作者簡介：李騰飛（1991—），男，漢族，陜西漢中人，工程師，碩士研究生，研究方向：指揮控制與信息化。