基于日常管理的應(yīng)急控制系統(tǒng)的統(tǒng)一建模和體系結(jié)構(gòu)分析

譙 琳，柴 毅，徐 均

(1.重慶大學(xué)自動化學(xué)院，重慶 400030;2.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機工程系，成都 611130)

突發(fā)事件的應(yīng)急控制作為穩(wěn)定社會和國家的重要因素，已成為一門新興的學(xué)科。當(dāng)代西方發(fā)達國家在構(gòu)建應(yīng)急控制領(lǐng)域已經(jīng)總結(jié)出了幾條經(jīng)驗，最基本的是建立統(tǒng)一的應(yīng)急管理協(xié)調(diào)機制和高效的信息管理系統(tǒng)［1-2］。西方發(fā)達國家已建立了各種以數(shù)學(xué)計算為基礎(chǔ)的危機處理模型，如英國建立了監(jiān)測防范網(wǎng)絡(luò)［3］，法國建立了疫情信息網(wǎng)絡(luò)［3］。目前，我國參照世界各國的先進經(jīng)驗，建立了比較完善的應(yīng)急管理組織體系，把應(yīng)對突發(fā)事件的職能集中于一個部門，建立分級管理體制，協(xié)調(diào)各部門聯(lián)合應(yīng)對［4-5］。在這個框架下，要求應(yīng)急方具有較高等級的應(yīng)急能力，準(zhǔn)確及時掌握事件發(fā)生的原因及發(fā)展態(tài)勢，積極高效地實現(xiàn)應(yīng)急資源和力量的調(diào)度和協(xié)調(diào)。

已有的大量應(yīng)急控制系統(tǒng)［6-9］主要是針對突發(fā)事件本身所具有的瞬時性、不可預(yù)知性和不確定性因素。但是，由于相關(guān)信息的不完整且效率不高，日常相關(guān)輔助數(shù)據(jù)不被重視。文獻［1］結(jié)合國外先進的應(yīng)急指揮體系提出了我國構(gòu)建應(yīng)急管理體系的幾個關(guān)鍵點，主要強調(diào)應(yīng)急信息系統(tǒng)對于應(yīng)急控制及其能力的提高至關(guān)重要。文獻［5］建立的應(yīng)急指揮體系，從信息交流平臺和信息匯集分析平臺2部分來實現(xiàn)應(yīng)急，但對日常對象的監(jiān)控管理卻沒有進一步研究。文獻［10］提出了基于網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)急管理機制的難點與對策分析，主要從完善信息平臺建設(shè)、加強信息平臺的管理和維護、建立統(tǒng)一的應(yīng)急指揮平臺等方面提出了應(yīng)急體系建設(shè)的思想。文獻［11］提出的應(yīng)急管理體系中，對日常的管理只是采取加強知識宣傳和演練等常規(guī)措施。

針對該問題，本文在網(wǎng)格化精細(xì)數(shù)字管理的協(xié)同應(yīng)急處置機制的需求基礎(chǔ)上，提出了一種面向日常管理事務(wù)的動態(tài)監(jiān)管機制，利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信息技術(shù)實現(xiàn)各部門信息共享和協(xié)同工作，并以某人員眾多、辦公地分散、管理體系復(fù)雜的單位為對象，設(shè)計了基于日常管理的應(yīng)急指揮體系，實現(xiàn)日常事務(wù)的動態(tài)監(jiān)管、統(tǒng)計分析等基本功能和以此為支撐的實時高效的應(yīng)急控制。

1 需求分析

某單位是一個具有20個分支機構(gòu)、5 000多名工作人員、700多臺車輛、13 000件設(shè)備、200多處重要目標(biāo)的大型企業(yè)，各個辦公地點分布在500 km2的范圍之內(nèi)，若按照傳統(tǒng)的架構(gòu)來構(gòu)建應(yīng)急體系，會導(dǎo)致信息的時效性差、有效網(wǎng)絡(luò)覆蓋面小等問題，從而無法較好地實現(xiàn)應(yīng)急信息的協(xié)調(diào)和交流。同時，由于相關(guān)信息數(shù)據(jù)在時空上相對集中，缺乏實時性，在實際應(yīng)急處置時往往難以做到在全局上的人員、物資、車輛等的統(tǒng)籌安排。

大量的實證研究表明，日常運行管理數(shù)據(jù)的缺乏，讓決策者在應(yīng)急指揮中并不能很好地掌握相關(guān)信息。另一方面，在緊急情況下，不成熟的信息管理機制制約了上情下達和下情上達，導(dǎo)致所需要的相關(guān)決策支持信息無法獲取，從而難以發(fā)揮出應(yīng)急控制系統(tǒng)及時處理問題的作用。

例如，分支機構(gòu)A發(fā)生了一起重大安全事件，按照應(yīng)急預(yù)案應(yīng)調(diào)配500人、40臺車輛前往進行處理。但已有的應(yīng)急體系只記錄了編制，而對實時的人、車、物的在位情況并不了解，導(dǎo)致在組織應(yīng)急力量時，無法準(zhǔn)確及時地完成工作，從而影響應(yīng)急處突的效果。

因此，針對這樣的大型單位的應(yīng)急體系應(yīng)是日常管理和應(yīng)急控制相結(jié)合的系統(tǒng)。從整體需求來看，系統(tǒng)要求將各種應(yīng)急服務(wù)資源統(tǒng)一在一套完整的智能化信息處理與通訊方案之中。當(dāng)單位從日常狀態(tài)進入應(yīng)急狀態(tài)時，該系統(tǒng)隨即成為單位統(tǒng)一的指揮調(diào)度中心。

進一步分析，可知系統(tǒng)的整體需求包括:

1)日常管理和預(yù)警監(jiān)控。利用日常管理體系來對本單位的日常運行狀態(tài)進行記錄，同時監(jiān)控本單位及周邊的多發(fā)事件，以及因為環(huán)境、氣候等外界因素引發(fā)的突發(fā)事件。一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時向值班部門預(yù)報，并提供相關(guān)的實時數(shù)據(jù)信息。

2)應(yīng)急處理和人員、物資的統(tǒng)一調(diào)配。事件發(fā)生或未發(fā)生時，根據(jù)相關(guān)信息做決策分析，確定事態(tài)的發(fā)展程度和影響范圍，并啟動應(yīng)急機制。指揮中心根據(jù)事件的屬性來調(diào)用相應(yīng)的保障資源，實施針對性的應(yīng)對措施。

按照以上基本需求，系統(tǒng)應(yīng)被分為應(yīng)急控制平臺、綜合應(yīng)用平臺、日常管理平臺、基礎(chǔ)支持平臺、數(shù)據(jù)支持平臺、安全保障體系等部分，如圖1所示。各部分系統(tǒng)的接口從設(shè)計到實施遵循國際和國內(nèi)已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證不同信息和信令的互聯(lián)互通。

圖1 系統(tǒng)總體框架

如圖2所示，系統(tǒng)將實現(xiàn)以下目標(biāo):

1)為應(yīng)急管理運行提供有效及時的信息反饋手段，實現(xiàn)安全管理工作的信息化、規(guī)范化，完成管理信息數(shù)據(jù)從無序化到有序化的轉(zhuǎn)變。

2)建立一個集成信息化交互平臺，為其他相關(guān)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息和功能交互接口，實現(xiàn)信息、功能的有效整合，為單位現(xiàn)有安全力量、物資設(shè)備的調(diào)配補充和管理決策提供完整的信息數(shù)據(jù)和功能支持。

由圖1和圖2分析可知，應(yīng)急控制系統(tǒng)采用監(jiān)控分析和精準(zhǔn)管理實現(xiàn)監(jiān)控目標(biāo)和日常工作的信息化管理，通過信息共享集成技術(shù)共享監(jiān)控信息，建立信息交互處理平臺，采用協(xié)調(diào)目標(biāo)分解與重組技術(shù)、事件控制技術(shù)及決策沖突化解技術(shù)實現(xiàn)信息的有效執(zhí)行和控制。

圖2 系統(tǒng)功能需求和目標(biāo)

2 應(yīng)急控制系統(tǒng)的統(tǒng)一建模

UML是一種支持模型化和軟件系統(tǒng)開發(fā)的圖形化語言，描述真實世界中的對象和它們之間的關(guān)系，實現(xiàn)對軟件系統(tǒng)進行面向?qū)ο蟮拿枋龊徒?。本文以ROSE為統(tǒng)一建模分析工具，對應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)進行UML分析建模。

根據(jù)系統(tǒng)的整體需求及實現(xiàn)目標(biāo)，通過統(tǒng)一建立需求模型來詳細(xì)剖析應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)的總體功能，建立行為模型來描述其運作順序和事件的處理流程，并建立對象結(jié)構(gòu)模型反映系統(tǒng)組件及其相互關(guān)系。

2.1 用例圖

用例圖直觀反映出角色參與者與用例之間的關(guān)系及實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，指出各功能實現(xiàn)的操作者。圖3是應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)用例圖。本系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)的細(xì)節(jié)分析與設(shè)計參照該圖進行。

圖3 系統(tǒng)用例圖

系統(tǒng)用例圖列出了本系統(tǒng)的主要功能。從需求分析可見，設(shè)備監(jiān)控和資源保障管理數(shù)據(jù)模塊屬日常管理的范疇，監(jiān)控信息并分析預(yù)警數(shù)據(jù)屬預(yù)警分析的范疇，應(yīng)急處理平臺屬應(yīng)急指揮的范疇，3個部分可以被視為獨立的功能系統(tǒng)，通過綜合應(yīng)用、數(shù)據(jù)支持、基礎(chǔ)支持平臺完成應(yīng)急指揮系統(tǒng)的功能。三者聯(lián)動可發(fā)揮其優(yōu)越性。

日常管理的數(shù)據(jù)在應(yīng)急狀態(tài)下被作為應(yīng)急控制的參考數(shù)據(jù)。如人員、物資等作為整個應(yīng)急決策的組成部分。最終應(yīng)急控制的目標(biāo)是使這些部分回歸到常態(tài)，而日常管理數(shù)據(jù)正是常態(tài)的最佳表現(xiàn)。

當(dāng)日常管理中某些部分出現(xiàn)了異常，即可通過預(yù)警分析將該部分的狀態(tài)由常態(tài)轉(zhuǎn)換為應(yīng)急狀態(tài)，并產(chǎn)生一條應(yīng)急時間鏈，提交應(yīng)急指揮系統(tǒng)進行處理，從而較好地實現(xiàn)了三者內(nèi)部的數(shù)據(jù)交互聯(lián)動機制。

2.2 交互圖

交互圖分為序列圖和協(xié)作圖2種。序列圖按時間順序排列，協(xié)作圖按對象本身組織。圖4為應(yīng)急指揮序列圖，動態(tài)描述了決策領(lǐng)導(dǎo)與系統(tǒng)間的互動行為，體現(xiàn)了信息傳遞邏輯上的先后順序，反映出應(yīng)對突發(fā)事件的處理流程。

圖4 應(yīng)急指揮序列圖

由圖4分析可知，當(dāng)日常監(jiān)控對象出現(xiàn)異常問題時預(yù)警啟動，指揮領(lǐng)導(dǎo)通過應(yīng)急處理平臺查看事件的性質(zhì)及發(fā)展形勢。通過數(shù)據(jù)支持平臺和基礎(chǔ)支撐等平臺實現(xiàn)信息的查閱及決策命令的下達，協(xié)調(diào)各部門共同完成突發(fā)事件的控制和善后處理等問題。

應(yīng)急控制系統(tǒng)預(yù)案庫的應(yīng)對預(yù)案主要針對突發(fā)類事件而設(shè)定。應(yīng)對預(yù)案的選擇則是由本單位環(huán)境、力量配備等關(guān)鍵信息所決定。

2.3 系統(tǒng)類圖

類圖在統(tǒng)一建模中反映了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。如圖5所示，該系統(tǒng)主要包括人員類、物資類和信息類。從類型來說人員、物資、信息屬于實體類，應(yīng)急界面屬于邊界類，操作數(shù)據(jù)屬于控制類。通過類圖可以看出系統(tǒng)包括突發(fā)事件、應(yīng)急人員、應(yīng)急物資等信息及相應(yīng)的應(yīng)急方案等，這些信息都集成到了該系統(tǒng)中。

圖5 應(yīng)急控制系統(tǒng)類圖

2.4 業(yè)務(wù)流程

根據(jù)需求分析和統(tǒng)一建模分析所得的系統(tǒng)功能和實現(xiàn)目標(biāo)，可得出系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，如圖6所示，其中系統(tǒng)運行過程中所需要的信息資源為:P1監(jiān)控數(shù)據(jù);P2預(yù)警門限;P3人員信息;P4物資信息;P5應(yīng)急命令(應(yīng)急決策)。

在日常狀態(tài)下，單位只需要通過應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)對目標(biāo)進行常規(guī)監(jiān)控，對本單位資源物資進行管理并保持最新即可。當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)出現(xiàn)異常行為時，應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)進入應(yīng)急狀態(tài)，并通過預(yù)警、預(yù)案匹配、命令調(diào)度等一系列規(guī)范的流程措施來進行應(yīng)對。

圖6 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

3 體系結(jié)構(gòu)分析

3.1 硬件構(gòu)成

服務(wù)器:存儲本系統(tǒng)所有與應(yīng)急相關(guān)的監(jiān)控、物資裝備等信息數(shù)據(jù)，同時包括關(guān)于處理各種突發(fā)事件的緊急預(yù)案數(shù)據(jù)。

外部設(shè)備:采集監(jiān)控目標(biāo)的信息。

計算機工作組:為值班人員和單位部門工作人員提供界面交互平臺。所有的涉及應(yīng)急相關(guān)的信息都在計算機上顯示。

網(wǎng)絡(luò)連接:實現(xiàn)計算機、外部設(shè)備和服務(wù)器及計算機之間的通信連接。

圖7為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)支持平臺建設(shè)包括應(yīng)急通信系統(tǒng)、計算機局域網(wǎng)、計算機廣域網(wǎng)、視頻會議系統(tǒng)、圖像接入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享與交換系統(tǒng)、存儲備份系統(tǒng)和安全支撐系統(tǒng)建設(shè)。應(yīng)急指揮場所作為各個硬件服務(wù)的匯總中心，同時也是值守應(yīng)急和指揮會商的辦公場所，以及支撐應(yīng)急平臺基礎(chǔ)設(shè)備運行維護的場所，其建設(shè)應(yīng)滿足日常應(yīng)急管理和應(yīng)急處置的需求。

3.2 軟件構(gòu)成

應(yīng)急控制要求有監(jiān)控信息的匯總和分析，圍繞突發(fā)事件的控制，實現(xiàn)單位整體的統(tǒng)一化管理。根據(jù)圖1的系統(tǒng)功能分析，主要的功能系統(tǒng)分為日常管理子系統(tǒng)、預(yù)警分析子系統(tǒng)、應(yīng)急指揮子系統(tǒng)和單位管理數(shù)據(jù)庫。其中單位管理數(shù)據(jù)庫又包括日常管理數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急數(shù)據(jù)庫。

圖7 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1)日常管理模塊。日常管理是基礎(chǔ)，保證了目標(biāo)數(shù)據(jù)完整性、實時性。在日常狀態(tài)下包括目標(biāo)監(jiān)控和單位基本情況管理，為應(yīng)急指揮子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供參考。該子系統(tǒng)依靠外部設(shè)備如傳感器、攝像頭、氣體探測器等實現(xiàn)圖像、數(shù)據(jù)采集及目標(biāo)跟蹤監(jiān)控，通過記錄實現(xiàn)單位資源的管理。資源管理以部門為子單位進行，應(yīng)急命令直接下達至各部門，所以要處理好應(yīng)急指揮控制和資源管理系統(tǒng)的接口，以準(zhǔn)確完成在應(yīng)急狀態(tài)下的資源分配和及時下達調(diào)度命令。該模塊響應(yīng)需求分析中系統(tǒng)總體框架的綜合應(yīng)用平臺和日常管理平臺。

2)預(yù)警分析模塊。預(yù)警是指對日常監(jiān)控數(shù)據(jù)等可能產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)進行整合、分析和判斷，對容易造成危害的因素形成日常監(jiān)控目標(biāo)的異常分析報告。該分析報告通過基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)送到應(yīng)急指揮子系統(tǒng)。該模塊響應(yīng)需求分析中系統(tǒng)總體框架的預(yù)警分析平臺。

3)應(yīng)急指揮模塊。應(yīng)急指揮是指揮控制的樞紐，通過數(shù)據(jù)視圖的方式直接從應(yīng)急資源和監(jiān)控數(shù)據(jù)中獲取信息數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學(xué)方法統(tǒng)計獲取數(shù)據(jù)并以報表、圖形、GIS等方式在Web上展示。該模塊響應(yīng)需求分析中系統(tǒng)總體框架的應(yīng)急控制平臺。

4)數(shù)據(jù)庫管理。本系統(tǒng)涉及大量應(yīng)急決策相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，需要通過數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲、處理、分析對比、調(diào)用等。按照數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式主要分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

各功能模塊相互獨立又相互關(guān)聯(lián)。每個子系統(tǒng)根據(jù)其具體的事件設(shè)置相應(yīng)的管理功能項，負(fù)責(zé)和各級子系統(tǒng)間的通信和信息傳遞，通過各層業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的信息集成，實現(xiàn)各級業(yè)務(wù)管理的貫通。

該模塊響應(yīng)需求分析中系統(tǒng)總體框架的數(shù)據(jù)支持平臺，數(shù)據(jù)包括日常管理信息、應(yīng)急所需的基礎(chǔ)信息、空間信息、事件信息、預(yù)案、案例、模型、知識和文檔等。

4 案例分析

系統(tǒng)以單位日常管理為決策指揮的依據(jù)，涵蓋包括對象監(jiān)控、突發(fā)事件的預(yù)防控制、應(yīng)急指揮和綜合調(diào)度等。以毒氣泄露為例說明該系統(tǒng)的應(yīng)用。

1)日常管理:單位值班人員對當(dāng)天的人員分布及到位情況、目標(biāo)監(jiān)控視頻進行管理。

2)監(jiān)控分析:針對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)某種有害氣體含量超標(biāo)。

3)預(yù)警:接收報告結(jié)果并自動預(yù)警，值班人員上報該事件。

4)應(yīng)急指揮辦公室對有害氣體超標(biāo)的原因進行分析，并確定模型庫中匹配的應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)日常管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行人員和應(yīng)急物資的調(diào)度阻止有害氣體繼續(xù)蔓延。

5)完善后續(xù)處理及恢復(fù)工作，有害氣體應(yīng)急事件保存到數(shù)據(jù)庫，根據(jù)歷史經(jīng)驗加強安全防范。

由此完成該系統(tǒng)從日常管理到突發(fā)事件應(yīng)急的功能實現(xiàn)。

5 結(jié)束語

目前，在對于應(yīng)急管理的研究中，大多數(shù)主要針對的是當(dāng)事件發(fā)生后的應(yīng)對處理。由于突發(fā)事件的發(fā)生都是由于日常的一些微小因素在時間和數(shù)量上的大量積淀導(dǎo)致的，若應(yīng)急控制系統(tǒng)僅僅著眼于對事件本身流程的處理，則將導(dǎo)致系統(tǒng)的應(yīng)急控制流于事后總結(jié)分析。因此，為了有機整合和最大化資源配置，全面提高單位應(yīng)對突發(fā)事件的能力，有必要建立基于日常管理的應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)。本文主要基于UML分析了應(yīng)急控制和日常管理間的相互關(guān)系，從事件的日常情況進行跟蹤管理，以各部門日常管理的人員和物資等儲備信息為實時數(shù)據(jù)支撐，結(jié)合實時預(yù)警分析機制，通過從發(fā)現(xiàn)問題到應(yīng)急控制的完整工作流程來及時應(yīng)對突發(fā)事件。設(shè)計了應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并在設(shè)計時以UML對系統(tǒng)進行建模分析，通過面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計開發(fā)應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是對傳統(tǒng)意義的應(yīng)急系統(tǒng)的有益創(chuàng)新。

致謝:本文獲得重慶市自然科學(xué)基金(CSTCJJA40004)和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(CDJRC10170005，CDJZR11170005)的資助。感謝導(dǎo)師柴毅教授的指導(dǎo)，感謝項目合作成員的幫助。

［1］岳世平.當(dāng)代西方發(fā)達國家構(gòu)建應(yīng)急管理體系的經(jīng)驗及其啟示［C］//應(yīng)急管理國際研討會.北京:［出版者不詳］，2010.

［2］蔣彬.網(wǎng)格化精細(xì)管理數(shù)字化協(xié)同處置［J］.上海信息化，2009(12):41-42.

［3］王明旭，劉家全，毛瑛.突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急管理［M］北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2004.

［4］皺逸江.國外應(yīng)急管理體系的發(fā)展現(xiàn)狀及經(jīng)驗啟示［J］.災(zāi)害學(xué)，2008，23(1):14-16.

［5］沈宇青.突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急指揮體系建設(shè)研究與應(yīng)用［J］.計算機應(yīng)用軟件，2010，27(8):188-191.

［6］袁辛奮，胡子林.淺析突發(fā)事件的特征、分類及意義［J］.科技與管理，2005(2):23-25.

［7］王振耀.國家減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)提高后救災(zāi)工作面臨的形勢與任務(wù)［J］.中國減災(zāi)，2007(11):32-33.

［8］陳虹，李蕊.國外突發(fā)事件應(yīng)急救援標(biāo)準(zhǔn)綜述［J］.災(zāi)害學(xué)，2011，26(3):133-138.

［9］Deva K D，Sanyal R.Static UML Model Generator from Analysis of Requirements［J］.Advanced Software Engineering and Its Applications，2008，27:77-84.

［10］洪偉.基于網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)急管理機制研究［J］.科協(xié)論壇，2009(6):55.

［11］席煜宸.煤礦應(yīng)急管理體系建設(shè)探討［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2010，20(1):159-164.