面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

田聚波

(中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

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面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

田聚波

(中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

摘要：暴恐事件發(fā)生后，指揮決策部門需要摸清實情、協(xié)同分析和及時處置，常常存在信息獲取不充分、信息匯總不及時、情況研判步驟多和方案制定時間長的現(xiàn)象。針對上述問題，提出了一種面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計了系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)、物理部署和協(xié)同模式，簡要介紹了系統(tǒng)仿真測試過程和結(jié)果。該系統(tǒng)能夠使信息共享和情況研判更加快捷方便，有效提高針對暴恐事件的處置效率。

關(guān)鍵詞：圖形作業(yè)；協(xié)同指揮系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)；標(biāo)繪

0引言

近年來，恐怖襲擊、暴力沖突等危害國家和社會安全事件時有發(fā)生，對維穩(wěn)處突應(yīng)急處置行動提出了更高的要求[1]。首先，由于情況爆發(fā)突然，應(yīng)急指揮必須匯總多個部門的情報信息，摸清實情；再者事態(tài)發(fā)展多樣，恐怖活動往往難以掌握，需要進行數(shù)據(jù)分析，提供指揮依據(jù)；另外現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，恐怖活動現(xiàn)場往往無法人為深入偵察情況，需要借助信息手段，獲知大量相關(guān)信息[2]。

目前，GIS技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟[3]，基于GIS的設(shè)計思路充分考慮到了地理情況是指揮員做出決定時需要考慮的一個重要的因素[4]。協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)在軍事方面應(yīng)用比較廣泛[5]，在維穩(wěn)處突信息化建設(shè)方面應(yīng)用較少，各職能部門之間的信息共享和協(xié)同指揮還處于初級階段，仍大量使用電話、文電和WEB等手段，尤其是處于不同地域的部門和人員之間的協(xié)同工作效率極低。因此有必要建立基于GIS技術(shù)和協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)[6]的維穩(wěn)處突協(xié)同指揮系統(tǒng)，盡可能地利用各部門現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)備，整合已有的信息資源[7]，快速交換最新、最有價值的情報信息，實時反映綜合態(tài)勢，將信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢，為立體化統(tǒng)一調(diào)配和扁平化協(xié)同指揮提供有效地技術(shù)支撐[8]。

1總體設(shè)計

維穩(wěn)處突工作最重要的特點是“反應(yīng)要快”，所謂“兵貴神速”，其次是“情報要準”和“方案要實”。首先說“情報要準”，需要充分利用各種情報資源，拓展情報收集渠道，實現(xiàn)情報共享和資源共享；另外說“方案要實”，應(yīng)提前制定多種預(yù)案，針對獲得的各種情報，協(xié)同各部門進行情報研判分析，盡可能預(yù)測可能發(fā)生的事件，做出遂行任務(wù)需要的方案。

提高維穩(wěn)處突工作的信息化建設(shè)能力，必須整合反恐維穩(wěn)力量，提高快速反應(yīng)和處置能力，這就要求建立一個協(xié)調(diào)組織指揮體系[9,10]，共享情報，統(tǒng)一處置，協(xié)同指揮?；谏鲜鎏攸c，從GIS平臺選擇、技術(shù)架構(gòu)、物理部署和協(xié)同模式幾個方面對維穩(wěn)處突協(xié)同指揮系統(tǒng)進行總體設(shè)計。

1.1GIS平臺選擇

Skyline軟件是當(dāng)前的主流三維GIS，能夠基于航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其他的2D或3D數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建高分辨率的三維虛擬地球場景。提供三維測量及地形分析工具，提供數(shù)據(jù)庫接口支持如Oracle，擁有強大數(shù)據(jù)分析能力[11]。

地形數(shù)據(jù)MPT文件是用Skyline軟件中的TerraGate來發(fā)布的。TerraGate可以實時地以流模式的形式發(fā)布三維地形數(shù)據(jù)[12]。當(dāng)初始影像以低分辨率被用戶所接收，用戶就能夠開始進行三維顯示，而不用等到所有的數(shù)據(jù)集都傳輸完畢。這種數(shù)據(jù)技術(shù)的突破能夠平滑和更有效地展示無縫的三維圖像。

Skyline Globe產(chǎn)品的TerraBuilder模塊負責(zé)三維數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與制作，它通過疊加航片、衛(wèi)星影像、地形數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型以及各種矢量地理數(shù)據(jù)，可以迅速方便地創(chuàng)建海量3D地形數(shù)據(jù)庫。TerraBuilder支持多種輸入數(shù)據(jù)格式，能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同分辨率、不同大小數(shù)據(jù)的融合、動態(tài)數(shù)據(jù)投影變換以及數(shù)據(jù)剪裁，從而構(gòu)建最終的海量地形數(shù)據(jù)庫。

1.2技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)自下向上劃分為平臺層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和交互層[13]，如圖1所示。

圖1　平臺體系架構(gòu)圖

在平臺層，操作系統(tǒng)采用Windows XP，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Oracle，GIS平臺采用Skyline Globe產(chǎn)品；數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用存儲管理數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。主要包括地理信息文件庫、模型信息庫、基礎(chǔ)信息庫、方案庫和用戶信息庫；服務(wù)層負責(zé)為系統(tǒng)的應(yīng)用提供算法處理服務(wù)。主要包括地圖服務(wù)、搜索定位服務(wù)、地理分析服務(wù)、協(xié)同服務(wù)和用戶認證服務(wù)等；交互層則擔(dān)負業(yè)務(wù)應(yīng)用的人機交互工作。主要包括三維交互瀏覽、三維空間查詢、三維空間分析、模型庫管理、協(xié)同工作區(qū)管理、情況研判協(xié)同、方案生成和用戶管理。

1.3物理部署

系統(tǒng)物理組成包括服務(wù)端和客戶端兩部分，其中地理信息數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于為應(yīng)用端提供地形場景數(shù)據(jù)，以文件形式存取；協(xié)同指揮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供協(xié)同指揮業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)信息，由用戶的級別限制顯示內(nèi)容；模型文件服務(wù)器提供模型文件存儲發(fā)布服務(wù)，統(tǒng)一管理并維護各客戶端使用的模型庫，保證協(xié)同操作的一致性；發(fā)布服務(wù)器，用于向多用戶遠程發(fā)布推送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享，TerraGate服務(wù)器內(nèi)部的Collaboration Server模塊能夠為協(xié)同指揮應(yīng)用端之間的協(xié)作會議提供主機服務(wù)，使用戶在服務(wù)器上創(chuàng)建會議并邀請其他遠程參會者加入；客戶端，用于創(chuàng)建協(xié)同會議并邀請遠程的參會者在同一場景中進行標(biāo)繪和分析。

1.4協(xié)同模式

系統(tǒng)使用協(xié)同會議模式保證多點、多部門和多人進行情況研判，設(shè)計2種角色：管理員和參會者。管理員是唯一的，參會者可以有多個。系統(tǒng)的情況研判協(xié)同模式如圖2所示。

圖2 　情況研判協(xié)同模式設(shè)計

在會議準備階段，管理員創(chuàng)建協(xié)同會議，設(shè)置參會者的ID和口令，設(shè)置會議場景。參會者輸入ID和口令，管理員批準后，同步瀏覽管理員所在客戶端的場景；在協(xié)同研判階段，管理員的標(biāo)繪信息，同步顯示在所有客戶端；參會者的標(biāo)繪信息，需通過向管理員申請獲準后，其場景在其他客戶端同步顯示；在權(quán)限傳遞階段，參會者可以向管理員提出權(quán)限變更并經(jīng)管理員同意后執(zhí)行；管理員模式的協(xié)同方式，可強化會議的集中性，統(tǒng)一管理、聚焦議題、會商研判和形成決策。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1情況研判協(xié)同技術(shù)

情況研判協(xié)同技術(shù)用于保證多用戶遠程協(xié)同工作，達到“共同場景、共同視角”。該技術(shù)包括情況標(biāo)繪的并發(fā)操作、內(nèi)容同步和數(shù)據(jù)分級3部分，發(fā)起標(biāo)繪客戶端和標(biāo)繪協(xié)同客戶端如圖3和圖4所示。

圖3　 發(fā)起標(biāo)繪客戶端

圖4　標(biāo)繪協(xié)同客戶端

在情況研判過程中，管理者主導(dǎo)圖形顯示區(qū)域的瀏覽操作，所有會議參與用戶均可進行標(biāo)繪操作。通過管理權(quán)限制，使得并發(fā)標(biāo)繪不會對網(wǎng)絡(luò)形成壓力。

本地標(biāo)繪完成后，可決定是否進行內(nèi)容共享，使用UDP協(xié)議將標(biāo)繪信息打包發(fā)送，將需要同步的內(nèi)容設(shè)計為“數(shù)據(jù)來源+數(shù)據(jù)索引”，數(shù)據(jù)來源設(shè)計為部門名稱，“數(shù)據(jù)索引”指向該數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中的位置。

在內(nèi)容同步的過程中，為了保證圖形顯示和操作的流暢，設(shè)計使用多線程技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)解包、數(shù)據(jù)查詢、模型下載、更新模型庫面板和圖形顯示等。在數(shù)據(jù)顯示上，設(shè)計使用數(shù)據(jù)分級技術(shù)，包括將不在當(dāng)前顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)需要過濾掉；將位置相同或相近的數(shù)據(jù)進行合并顯示；為每一個顯示數(shù)據(jù)設(shè)置一個顯示高度，當(dāng)瀏覽高度大于此設(shè)置時，該數(shù)據(jù)將不加載顯示。數(shù)據(jù)分級顯示技術(shù)提高了系統(tǒng)的顯示和操作效率。

2.2協(xié)同指揮方案生成技術(shù)

協(xié)同指揮方案生成技術(shù)用于在情況研判完成后，生成處置方案。該技術(shù)包括協(xié)同記錄存儲和Word 文檔生成2部分，協(xié)同指揮方案生成流程如圖5所示。

協(xié)同指揮方案的內(nèi)容來自協(xié)同會議過程中產(chǎn)生的協(xié)同記錄，本系統(tǒng)通過“協(xié)同工作區(qū)”進行標(biāo)識，使用樹形結(jié)構(gòu)表明數(shù)據(jù)的隸屬層次關(guān)系，第一級節(jié)點表明所屬部門，第二級節(jié)點表明標(biāo)號的種類，葉子節(jié)點用于對情況研判過程中標(biāo)繪的目標(biāo)進行標(biāo)識記錄。標(biāo)繪目錄樹的葉子節(jié)點只顯示情況的主題，其具體信息保存于數(shù)據(jù)庫。會議用戶進行情況標(biāo)繪時，其標(biāo)繪內(nèi)容顯示在圖形工作區(qū)，其主題自動顯示到對應(yīng)的標(biāo)繪目錄樹的葉子節(jié)點上。在生成方案時，通過對標(biāo)繪目錄樹進行遍歷，即可提取所對應(yīng)的具體信息。

在Word文檔生成時，將office軟件目錄下“MSWORD.OLB”文件中的類庫全部導(dǎo)入C#.NET中，利用COM技術(shù)編程，在NET中實例化一個Word.Application 對象，調(diào)用API函數(shù)進行打開、編輯和關(guān)閉操作。在為Application對象事件編寫過程之前，新建一個類模塊并聲明一個包含事件的Application 類型對象[14]。

圖5 　協(xié)同指揮方案生成流程

3系統(tǒng)仿真測試

環(huán)境準備：使用配置在局域網(wǎng)中的2臺服務(wù)器和3臺工作站，其中1臺作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和FTP文件服務(wù)器；1臺作為地理信息數(shù)據(jù)庫和發(fā)布服務(wù)器；3臺工作站使用Windows XP操作系統(tǒng)，安裝業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)準備：包括環(huán)境模擬數(shù)據(jù)和裝備實力數(shù)據(jù)。環(huán)境模擬數(shù)據(jù)包括：人員密集地—車站廣場地圖與地理信息數(shù)據(jù)；裝備實力數(shù)據(jù)包括：武警、交通和醫(yī)療部門，行動預(yù)案和應(yīng)急處置策略。

用例設(shè)計：從系統(tǒng)的功能、性能、健壯性和裝卸載等方面，設(shè)計測試用例，重點針對系統(tǒng)的仿真場景設(shè)計測試用例。

本系統(tǒng)仿真場景中，武警部門作為管理員召開協(xié)同會議，首先進行情況說明，執(zhí)行情況標(biāo)繪，交通部門和醫(yī)療部門進行情況補充，各自執(zhí)行情況標(biāo)繪，共同進行情況研判，確定行動方案，各自進行行動方案標(biāo)繪，最后形成協(xié)同指揮方案。系統(tǒng)通過協(xié)同會議模式，使得各部門能夠及時反應(yīng)，達到了“反應(yīng)要快”；各部門通過“共同場景、共同視角”了解態(tài)勢，做到了信息共享和情報印證，保證了“情報要準”；能夠快速整合各部門意見，達成共識，形成協(xié)同指揮方案，做到了“方案要實”。

4結(jié)束語

將面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)用于維穩(wěn)處突工作，是一個新的嘗試，其核心在于如何利用協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)解決實際應(yīng)用問題。本文從平臺框架、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)同模式、功能組成、關(guān)鍵技術(shù)和仿真測試等方面設(shè)計了面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)，能有效提高暴恐事件的處置效率。經(jīng)系統(tǒng)仿真分析和實際運行，相對于傳統(tǒng)的處置流程，效率提高50%以上，協(xié)同部門越多，處置效率提高越明顯。

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Design and Implementation on the Graphical Operation Oriented Collaborative Command System

TIAN Ju-bo

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Abstract：Command decision department need to find out the truth,analyze collaboratively and deal with the events timely after violent terrorism incidents.There are problems such as inadequate information access,untimely information aggregation,unnecessary processing steps and longtime program formulation.To mitigate these problems,this paper presents a graphical operation oriented Collaborative Command System.The key technologies of the system are analyzed.The technical architecture,the physical deployment and collaborative model of the system are designed.And a brief description is presented on the system simulation test process and results.The system can make the information sharing and situation analysis more fast and convenient,improve the disposal efficiency of violent terrorist incidents.

Key words：graphical operation; collaborative command system; GIS; plot

中圖分類號：E917

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-3114(2016)02-92-4

作者簡介：田聚波(1969— )，男，高級工程師，主要研究方向：一體化情報與指控。

收稿日期：2016-11-09

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.02.24

引用格式：田聚波.面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].無線電通信技術(shù),2016,42(2):92-95.