海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

胡志強 申翔

海上應(yīng)急救援是指在海上發(fā)生災(zāi)變時所進行的緊急救援行動.在人類的海洋活動中,由于各種自然的或人為的因素隨時可能導(dǎo)致一些突發(fā)性事故,如海上鉆探平臺倒塌、航行船舶碰撞、擱淺、沉船,飛機墜海、海上火災(zāi)、爆炸、臺風(fēng)襲擊、海嘯、海上人質(zhì)劫持、突發(fā)性人員疾病等等,古今中外,曾發(fā)生很多情況下的海上事故.1912年4月14日,“泰坦尼克號”豪華郵輪處女航遭遇海上冰山沉沒,造成1520人死亡的特大事故,震驚了全世界.1967年,一艘利比亞籍油輪“托雷·卡尼翁號”裝載12萬噸原油從波斯灣啟航前往美國米爾福港,3月18日在英吉利海峽靠近英國一側(cè)觸礁破損,導(dǎo)致大量原油溢漏,造成了大面積的海洋污染.1999年11月24日,我國煙臺–大連航線客輪“大舜號”突然在煙臺近海沉沒,282人死亡,成為那年冬天最冰冷的一天.2000年8月12日,俄羅斯海軍最為現(xiàn)代化的大型核潛艇“庫爾斯克號”在巴倫支海參加俄北方艦隊演習(xí)時意外失事,艇員全部遇難,各種原因至今沒有準(zhǔn)確說法.2014年3月8日凌晨,載有227名乘客、飛往北京的馬航MH370航班在馬來西亞與越南的雷達覆蓋邊界與空中交通管制失去聯(lián)系,搜索至今沒有最后結(jié)果.據(jù)統(tǒng)計,僅人員傷亡,全球每年有約10萬人死于各種海難事故.已經(jīng)發(fā)生的各種海上事故不但造成了慘重的人員傷亡、巨額財產(chǎn)損失,還污染了海洋環(huán)境,嚴重影響地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和社會穩(wěn)定.海上應(yīng)急救援行動就是預(yù)防和控制緊急事件災(zāi)難的發(fā)生與擴大,最大限度地保護人員和財產(chǎn)安全,消除影響,恢復(fù)周邊正常的環(huán)境.

隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展,大數(shù)據(jù)已成為繼云計算、物聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)的重大發(fā)展.對社會發(fā)展、國家治理、企業(yè)決策,乃至人們的思維方式變革和生產(chǎn)生活模式產(chǎn)生了重大影響.目前,大數(shù)據(jù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于商業(yè)、金融、科研、交通、智慧城市、人工智能等許多領(lǐng)域[1].海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制是在公共安全和國家海洋大數(shù)據(jù)集中和整合的基礎(chǔ)上,通過挖掘、預(yù)測和評估相關(guān)大數(shù)據(jù),提供安全預(yù)警、準(zhǔn)備應(yīng)急救援預(yù)案、實時實施應(yīng)急救援方案,即所謂“大數(shù)據(jù)主導(dǎo)海上應(yīng)急救援”[1?2].盡管目前全球大數(shù)據(jù)在海上應(yīng)急救援領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段,但隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)在海上應(yīng)急救援行動中的巨大優(yōu)勢,沿海各國,特別是海洋大國都在瞄準(zhǔn)海上應(yīng)急救援服務(wù)需求,積極開展海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制研究.我國是海洋大國,也是世界航運大國.同時,我國也是國際海事組織(IMO)A類理事國,必須履行和承擔(dān)相關(guān)國際義務(wù).文獻[3]在分析現(xiàn)有海上應(yīng)急救援平臺現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了基于.Net和J2EE的海上應(yīng)急指揮系統(tǒng)架構(gòu)、海量異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)和多媒體一體化集成通信技術(shù)；文獻[4]具體研究了基于我國自行研制開發(fā)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的海上應(yīng)急救援系統(tǒng),給出了相應(yīng)的海上應(yīng)急救援搜救中心設(shè)計和海上遇險求救終端設(shè)計.本文基于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用,探討基于大數(shù)據(jù)的海上應(yīng)急救援指揮控制的基本概念和內(nèi)容,分析大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制模式和指揮控制信息流程、關(guān)鍵系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù).

1 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制的基本概念和能力需求

1.1 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制的基本概念

大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援即基于并采用大數(shù)據(jù)技術(shù),以預(yù)警防范為基礎(chǔ),融合公共安全大數(shù)據(jù)、國家海洋大數(shù)據(jù)和國際海事信息大數(shù)據(jù),融合各類新聞媒體和互聯(lián)網(wǎng)上的國際政治、經(jīng)濟、安全等各種相關(guān)信息和數(shù)據(jù),對海上各類人工建造物、過往船舶、飛機、海上作業(yè)平臺大數(shù)據(jù)進行實時有效整合和采集,提供關(guān)聯(lián)規(guī)則分析、時序分析、聚類分析、數(shù)據(jù)挖掘等大數(shù)據(jù)分析挖掘服務(wù),為構(gòu)建預(yù)測預(yù)警、方案預(yù)定、效果評估等不同層次和方面服務(wù)和指導(dǎo).大數(shù)據(jù)的應(yīng)用貫穿于整個海上應(yīng)急救援行動的始終.其主要內(nèi)容包括以下5個方面.

1.1.1 確定海上災(zāi)變及其性質(zhì)

海上災(zāi)變具有突發(fā)性、迅速變化性,具有人為和自然災(zāi)害多種原因.當(dāng)海上災(zāi)變發(fā)生時,一般有兩種發(fā)現(xiàn)形式：一是現(xiàn)場人員通過各種求救設(shè)備(如EPIRB設(shè)備、SOS發(fā)生器等)發(fā)出信號進行求救；二是海洋監(jiān)視衛(wèi)星、海上巡邏船、岸基雷達、海上巡邏機、漁民等第三方發(fā)現(xiàn)的災(zāi)變.無論通過哪種形式,獲得海上災(zāi)變信息,第一時間就要盡力確定海上災(zāi)變是否發(fā)生,發(fā)生的時間、地點,災(zāi)變的對象和災(zāi)變的性質(zhì).

海上災(zāi)變根據(jù)原因可分為人為災(zāi)難、自然災(zāi)難和混合災(zāi)難；根據(jù)損失大小和嚴重程度,海上災(zāi)變可分為一級災(zāi)變、二級災(zāi)難和二級以下災(zāi)難.

1.1.2 大數(shù)據(jù)預(yù)警、估計和大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援預(yù)案制定

最好的海上救援是規(guī)避和避免海上災(zāi)難的發(fā)生,這就要事先提出警示.即事先通過大數(shù)據(jù)分析進行預(yù)警.真正海難發(fā)生時,海上應(yīng)急救援要及早發(fā)現(xiàn)、快速行動、預(yù)先準(zhǔn)備.預(yù)先根據(jù)歷史和現(xiàn)實情況,針對各類海上事故擬制應(yīng)急救援預(yù)案.

獲知海上災(zāi)變后,就要第一時間進行估計,分析事故情況、事故性質(zhì)、發(fā)生地點、發(fā)生原因；第一時間形成一致的現(xiàn)場狀況圖；依據(jù)預(yù)案行動,提出救援路線、救援手段、救援裝備、估計救援所需時間.

1.1.3 大數(shù)據(jù)決策

1)空間環(huán)境分析.隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是在GPS、RS、先進傳感器平臺及智能系統(tǒng)的支持下,GIS可以實現(xiàn)海洋環(huán)境信息空間查詢與分析、海洋環(huán)境信息敏感特征參數(shù)提取、航行路徑分析、可搜救區(qū)域分析、空間距離量算、面積(體積)量算等,為數(shù)據(jù)化智能化行動決策提供支持.

2)戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略層次智能任務(wù)規(guī)劃.根據(jù)海上災(zāi)變應(yīng)急救援的特點,進行戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)不同層次的智能任務(wù)規(guī)劃,如應(yīng)急救援基地規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施管理、管理區(qū)規(guī)劃、聯(lián)合行動救援任務(wù)規(guī)劃、行動方案支持、特種救援行動支持、救援效果評估、應(yīng)急準(zhǔn)備規(guī)劃、應(yīng)急救援目標(biāo)分析等.

3)戰(zhàn)術(shù)層次智能化行動管理.包括應(yīng)急救援模擬、救援現(xiàn)場監(jiān)測、行動管理、區(qū)域戰(zhàn)區(qū)規(guī)劃、航行計劃、導(dǎo)航管理與控制、救援平臺規(guī)劃與配置、救援行動戰(zhàn)術(shù)原則、后勤保障規(guī)劃、救援行動過程分析與效能評估等.

4)實時航路規(guī)劃與救援行動信息支持.包括抵近航路、搜索航路,實時數(shù)字海圖、救援行動方案優(yōu)化、地形匹配與精細目標(biāo)識別、航行路徑優(yōu)化等,并為聯(lián)合應(yīng)急救援提供不同層次和粒度的COP/CTP支持與多媒體專題信息服務(wù).

1.1.4 大數(shù)據(jù)現(xiàn)場管理

海上應(yīng)急救援行動涉及的方面、人員、物資、裝備、保障、后勤等十分復(fù)雜.大數(shù)據(jù)現(xiàn)場管理是一個臨場決策的過程,包括多方行動管理和搜救資源調(diào)配,因此,也是一個多因素動態(tài)統(tǒng)籌規(guī)劃的過程.

1.1.5 風(fēng)險規(guī)避與效果評估

海上災(zāi)變種類多樣、多態(tài),情況復(fù)雜,各種風(fēng)險存在,處置不當(dāng)或處置稍有不慎,就可能造成災(zāi)害擴大或造成其他意外災(zāi)害.因此,依據(jù)大數(shù)據(jù)分析,實施風(fēng)險的有效管控和規(guī)避.實時評估各種應(yīng)急救援方法和手段的效果.

可見,海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制是在海上發(fā)生災(zāi)變時依托大數(shù)據(jù)所實施和進行的緊急救援指揮控制行動.海上災(zāi)難和海上事故范圍廣,往往發(fā)現(xiàn)難、打撈難、急救難,具有突發(fā)性、復(fù)雜性和迅速變化性.歷史上,“泰坦尼克號”郵輪首航遭遇冰山沉沒、俄羅斯“庫爾斯克”號核潛艇突然失事都是如此.也因此,海上應(yīng)急救援行動是一種對專業(yè)性、技術(shù)性要求極高的海上指揮控制行動,具有以下特點.

1)時效性

海上災(zāi)變往往發(fā)展很快,如對失事人員的搜救、對火災(zāi)、核災(zāi)的處置都需要在極短的時間內(nèi)完成,需要救援力量在時限內(nèi)及時趕到,快速進行處置.

2)技術(shù)性

海上搜救技術(shù)性要求很高,特別是對于核事故、水下事故的救援需要具有相應(yīng)的技術(shù)裝備、手段和專業(yè)技能,甚至特殊的技術(shù)技能.

3)軍事性

一是必要時需要軍方力量參與應(yīng)急救援；二是有些應(yīng)急救援本身就具有高度的軍事機密性,比如核潛艇事故、海上軍機事故等.

4)系統(tǒng)性

參加應(yīng)急救援的有多種力量和專業(yè)分隊,組織協(xié)調(diào)方面多；參與的各類艦船、飛機平臺和設(shè)備多,需要相互配合,形成統(tǒng)一的整體.應(yīng)急救援處置受天氣海況變化、通信報知、搜索定位、航行距離等因素影響,程序復(fù)雜多變、難度大,系統(tǒng)性強.

1.2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制的能力需求

海上應(yīng)急救援是在海上發(fā)生災(zāi)變時所進行的緊急救援行動,需要在第一時間快速準(zhǔn)確地獲知海上災(zāi)變事故的情況,掌握地點、事故性質(zhì),要求情報準(zhǔn)確、信息精確、目標(biāo)明確、行動快速,需要做到“及時了解、快速反應(yīng)、準(zhǔn)確決策、統(tǒng)一調(diào)度、妥善處置、全程監(jiān)控”,在黃金救援時間有針對性地采取措施和行動.海上應(yīng)急救援應(yīng)具備應(yīng)急準(zhǔn)備、監(jiān)測分析、預(yù)測預(yù)警、反應(yīng)處置、事件中止、恢復(fù)評估等能力.

1)應(yīng)急準(zhǔn)備能力

具備快速反應(yīng)、快速部署、快速處置能力,包括條件保障、物資裝備準(zhǔn)備、完善法律法規(guī),進行預(yù)案準(zhǔn)備,平時進行實戰(zhàn)模擬訓(xùn)練.

2)實時監(jiān)測分析能力

實時接收、分析、檢測海上活動情況、海洋狀況、各類飛行器和船舶運行狀況,不間斷進行動態(tài)監(jiān)測,實時跟蹤事態(tài)、實時評估.

3)預(yù)測預(yù)警能力

根據(jù)海洋活動的特點和近期海洋情況、歷史數(shù)據(jù),對有關(guān)海域、水道和海峽進行預(yù)測評估；對有關(guān)船舶、啟航飛機、海上活動進行提示和預(yù)警.

4)快速指揮與控制能力

按照有關(guān)規(guī)定,啟動海上救援應(yīng)急預(yù)案,迅速展開指揮與執(zhí)行工作,快速而有條不紊地組織、調(diào)度人員和物資,協(xié)調(diào)國際、國內(nèi),軍民各方救援力量,調(diào)配海陸空天相關(guān)資源,展開應(yīng)急救援的專業(yè)處理與相關(guān)配合工作.同時,根據(jù)反饋情況,動態(tài)評估事件的發(fā)展情況,及時調(diào)整處置措施,最大限度地實施救援和恢復(fù)工作.

5)全過程評估完善能力

具有包括預(yù)先情況評估、傷害等級評估、行動過程評估、風(fēng)險評估、保障條件評估、完成時間評估,以及災(zāi)害修復(fù)評估等能力.

2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援模式與應(yīng)急救援指揮中心組成

2.1 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援模式

海上應(yīng)急救援主要的問題和難點是：1)對于遇險平臺和遇險者,如何在第一時間將遇險信息準(zhǔn)確、可靠地報告到海上應(yīng)急救援中心；2)對于海上應(yīng)急救援中心,如何提前預(yù)測及發(fā)現(xiàn)遇險情報信息并對搜救工作進行迅速而科學(xué)的決策,拿出最合適的搜救方案；3)對于搜救現(xiàn)場,如何快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和定位遇險目標(biāo)和遇險者,從而第一時間施救；4)應(yīng)急救援中心如何達成與搜救現(xiàn)場快速可靠的通信,從而實施持續(xù)準(zhǔn)確的指揮[4].

大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援模式按照不同情況可分為4種：1)面向全球海洋的戰(zhàn)略級海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援,它是國際性的、戰(zhàn)略級的；2)面向固定區(qū)域海洋的戰(zhàn)役級海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援,它是區(qū)域性的、戰(zhàn)役級的,如面向南中國海的大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援指揮控制系統(tǒng)；3)面向特定平臺或海面的戰(zhàn)術(shù)級海上應(yīng)急救援,如針對大型集裝箱貨輪、石油鉆井平臺的海上應(yīng)急救援；4)針對某個海域或某條航道的集成式海上應(yīng)急救援,如針對馬六甲航道的海上應(yīng)急救援.

2.2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮中心組成

目前,海上應(yīng)急救援指揮控制中心主要有岸基國家海上應(yīng)急救援指揮中心、車載機動式應(yīng)急救援指揮中心和船載機動式應(yīng)急救援指揮中心.岸基國家海上應(yīng)急救援指揮中心是一國海上應(yīng)急救援指揮控制的主體單位,通常設(shè)置于國家負責(zé)海上應(yīng)急救援行動的行政主體機構(gòu)內(nèi)(如海事局),組成復(fù)雜、功能全面,因而也是一國海上應(yīng)急救援指揮控制的中心；車載機動式應(yīng)急救援指揮中心主要部署在各岸基指揮中心的直屬派出支隊/分隊,組成相對簡單,功能相對簡化,主要用于海上應(yīng)急救援的前進指揮,就近協(xié)調(diào)應(yīng)急救援的相關(guān)事務(wù),如安全警戒、醫(yī)療保障、事故調(diào)查、應(yīng)急保障和宣傳報道等；船載機動式應(yīng)急救援指揮中心部署于現(xiàn)場搜救指揮船舶,功能相對齊全,主要用于開展海上應(yīng)急救援的直接指揮.

以岸基海上應(yīng)急救援指揮中心和船載機動式應(yīng)急救援指揮中心為例,大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援指揮中心通常由大數(shù)據(jù)情報接收處理裝備、應(yīng)急救援指揮作業(yè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、多媒體通信設(shè)備,以及供電等配套設(shè)備組成[4].海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制中心組成如圖1所示.

海上應(yīng)急救援指揮中心由大數(shù)據(jù)決策席(總指揮席)、大數(shù)據(jù)預(yù)警席(協(xié)同指揮席)、大數(shù)據(jù)接警席(態(tài)勢監(jiān)控席)、大數(shù)據(jù)評估席(專家咨詢席)和大數(shù)據(jù)現(xiàn)場管理席等5個席位組成,可實時顯示海洋氣象環(huán)境、海上災(zāi)難現(xiàn)場狀態(tài)、搜救裝備位置,提供大數(shù)據(jù)預(yù)警、搜救方案,提供大數(shù)據(jù)決策,供各職能人員進行海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援預(yù)警、決策、接警、評估和現(xiàn)場指揮管理使用.

大數(shù)據(jù)分析處理平臺由大型信息處理服務(wù)器、大數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器和社會互聯(lián)網(wǎng)等組成,接收各類目標(biāo)位置信息,存儲海量大數(shù)據(jù),接收相關(guān)社會網(wǎng)絡(luò)信息,實時分析處理,提供相關(guān)各類信息和情報,進行險情預(yù)警、救援決策、行動規(guī)劃,是整個海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制系統(tǒng)的核心.

大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括有線、無線和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、路由器、防火墻等,用于有效傳輸和接收通過各種渠道來源的海上應(yīng)急救援用大數(shù)據(jù)；音視頻多媒體顯示系統(tǒng)顯示搜救現(xiàn)場實時狀況,開展音視頻電視電話會議和在線指揮.

配套設(shè)備包括供電設(shè)備、各種機柜等,為各系統(tǒng)設(shè)備提供用電保障和維護保障.

3 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制信息流程分析

3.1 基本想定

假定在南中國海某海域有颶風(fēng)突然生成來襲,一艘正在航行的某國大型集裝箱船處于風(fēng)險之中,該集裝箱船通過船用無線電信號(EPIRB、G4GPS、海事衛(wèi)星E型終端等)發(fā)出求救信號.如圖2所示,海事衛(wèi)星截獲信號后立即將求救信號發(fā)送給相關(guān)國岸基海上應(yīng)急救援指揮中心；國家岸基海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮中心依據(jù)大數(shù)據(jù)預(yù)測和氣象水文數(shù)據(jù)分析第一時間提出預(yù)警并形成應(yīng)急救援行動方案；國家岸基海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援中心接警后第一時間根據(jù)求救信號和預(yù)案進行大數(shù)據(jù)決策,同時協(xié)調(diào)國際、國內(nèi),軍民各方救援力量,緊急調(diào)配海陸空天相關(guān)搜救平臺和專業(yè)搜救裝備,展開大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援指揮控制行動.

3.2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制信息流程分析

海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援行動通過大數(shù)據(jù)搜集、大數(shù)據(jù)預(yù)測、決策和評估指揮控制整個海上應(yīng)急救援行動.以戰(zhàn)役級、區(qū)域性的大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援指揮控制行動為例,其海上應(yīng)急救援指揮控制信息流程如圖3所示.

圖1 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制中心組成

圖2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制基本想定

船舶、飛機、鉆井平臺等通過EPIRB等標(biāo)配的海上應(yīng)急救援求救設(shè)備自動向外發(fā)出求救信號；海上遇險人員通過定制的個人求救終端,以及煙霧信號、信號彈、反光鏡乃至衣物等方式方法主動向外發(fā)出求救信號；海上巡邏機、海巡船,以及各類社會人員發(fā)現(xiàn)險情及時向當(dāng)?shù)睾Ｉ蠎?yīng)急救援中心報告險情.岸基海上應(yīng)急救援指揮中心24h接收AIS系統(tǒng)信息,實時接收海圖信息、國家海洋大數(shù)據(jù)信息,獲取相關(guān)海域海事信息、當(dāng)?shù)厣鐣畔?實時進行大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警.在獲悉海洋險情時,迅速啟動海上應(yīng)急救援預(yù)案,進行大數(shù)據(jù)決策行動規(guī)劃,包括搜救方案規(guī)劃、搜救航路規(guī)劃和支援保障規(guī)劃,展開海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援行動,同時展開應(yīng)急救援行動推演和效果評估.在有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的今天,在通信和定位上,岸基海上應(yīng)急救援指揮中心和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相互通信,確定事發(fā)海域,定位目標(biāo)位置；指示就近海域的車載/船載機動式指揮中心前往事發(fā)海域展開現(xiàn)場海上應(yīng)急救援指揮控制行動.

4 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制關(guān)鍵系統(tǒng)與技術(shù)

4.1 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制關(guān)鍵系統(tǒng)

4.1.1 海上應(yīng)急救援大數(shù)據(jù)保障系統(tǒng)

海上應(yīng)急救援大數(shù)據(jù)是確定海上災(zāi)變發(fā)生、發(fā)展、性質(zhì)和實施緊急救援的關(guān)鍵.包括AIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、海洋地理大數(shù)據(jù)、海洋監(jiān)視衛(wèi)星數(shù)據(jù)、海洋磁場聲場變化數(shù)據(jù)、各類通信數(shù)據(jù)、船舶飛機等航行動力大數(shù)據(jù)、相關(guān)設(shè)備狀態(tài)大數(shù)據(jù)、地震海嘯資料數(shù)據(jù)、歷史資料數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、機場港口活動數(shù)據(jù)、相關(guān)人員活動大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、社會大數(shù)據(jù),等等.

圖3 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制信息流程

具體來說,海上應(yīng)急救援大數(shù)據(jù)保障系統(tǒng)提供：

1)基礎(chǔ)海洋環(huán)境信息保障,以掌握有關(guān)海域的地理環(huán)境、地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)、氣候、地震帶分布、氣象水文特點、海底電纜管線分布、海上人工建造物種類數(shù)量和分布等,如海水溫度、鹽度、密度、聲速、海流、潮汐、地質(zhì)、地形、透明度、水色、水深分布等,云、霧、降水、濕度、臺風(fēng)等,海峽水道情況,航行安全參數(shù)(海岸線、島礁、禁區(qū)、領(lǐng)海、人工設(shè)施)等.

2)應(yīng)用產(chǎn)品信息保障,包括有關(guān)的海洋水聲環(huán)境信息(如聲傳播損失、海洋噪聲與混響、聲納作用距離、海洋中尺度特征、躍層參數(shù)、會聚區(qū)參數(shù)等),水下航行深度優(yōu)化參數(shù)、磁力場、重力場等,提供關(guān)鍵受保護目標(biāo)的位置、狀態(tài)和特征信息.

3)歷史數(shù)據(jù)與實時信息保障,包括歷史信息數(shù)據(jù)、實時環(huán)境信息、海洋空間數(shù)據(jù)、應(yīng)急救援特色數(shù)據(jù),以及網(wǎng)絡(luò)信息實時獲取、動態(tài)更新,按需實時進行網(wǎng)絡(luò)化發(fā)布.

其中,以地理空間位置為基準(zhǔn)的地理信息系統(tǒng)(GIS)可以為海上應(yīng)急救援行動指揮控制提供多維、多尺度、多分辨率、多數(shù)據(jù)源、高精度的海洋基礎(chǔ)性數(shù)據(jù),可以為海上應(yīng)急救援指揮控制行動提供精確的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制,可為救援決策提供精確的地理空間信息和事變態(tài)勢支持.

GIS的信息和數(shù)據(jù)來源于海陸空天的各種探測、遙感系統(tǒng)和裝置,包括天基的遙感衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星,以及偵察衛(wèi)星等；空中有人偵察飛機、無人偵察飛機,以及飛艇等搭載的光電探測雷達、高分辨率成像和遙感裝置、氣體氣旋分析裝置等；岸基的高頻天波雷達、地波雷達、微波超視距雷達、激光探測雷達、光學(xué)探測與成像裝置、無線電信號探測與分析裝置,以及海洋氣象與水文探測和分析裝置等；?；臏y量船、浮標(biāo)、潛標(biāo)、潛艇(包括UUV)、蛙人、沉底式海床基、接駁器等攜載的各種物理生化傳感器、光電探測器、水聽器等.

4.1.2 大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援通信指揮控制系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援指揮控制突出了海上應(yīng)急救援指揮控制行動中的大數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用,保障岸基國家海上應(yīng)急救援指揮中心、車載機動式應(yīng)急救援指揮中心和船載機動式應(yīng)急救援指揮中心之間,以及保障與船載搜救終端、個人搜救終端、搜救船舶、搜救飛機、海事衛(wèi)星之間通信指揮控制系統(tǒng)的可靠性、通暢性、敏捷性、靈活性是海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制行動的關(guān)鍵.

如圖2所示,建立基于衛(wèi)星通信的海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制網(wǎng)絡(luò)在通信方面能對進入應(yīng)急救援體系的行動實體或行動單元實時分發(fā)所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和信息(包括救援行動實體或行動單元的位置信息、對災(zāi)變現(xiàn)場情勢的跟蹤監(jiān)視信息等)用于產(chǎn)生實時救援態(tài)勢和危險報警信息、指揮、控制及引導(dǎo)信息.對于二級及以上災(zāi)變事故,大數(shù)據(jù)實時信息分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)達到10Mbit/s.當(dāng)用于對二級以下海、陸災(zāi)變時,信息分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率要求可適當(dāng)降低,并具有視頻語音通信功能.

在導(dǎo)航定位方面,系統(tǒng)應(yīng)為進入應(yīng)急救援系統(tǒng)的行動實體和行動單元提供公共坐標(biāo)系及相互間精確的相對位置數(shù)據(jù).當(dāng)進入救援體系的成員有兩個或兩個以上能準(zhǔn)確知道自己的位置時,它便能對相對坐標(biāo)系進行地理定位,以接力方式傳送高準(zhǔn)確度的地理導(dǎo)航定位信息.在識別方面,體系工作網(wǎng)內(nèi)各成員之間在交換位置數(shù)據(jù)信息和識別數(shù)據(jù)信息時,完成網(wǎng)內(nèi)成員之間的識別.

4.2 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制關(guān)鍵技術(shù)

大數(shù)據(jù)海上應(yīng)急救援需要處理海量異構(gòu)的海上大數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用現(xiàn)代最新的高新技術(shù)和設(shè)備,如基于網(wǎng)絡(luò)和云計算的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、數(shù)據(jù)中心,海事衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、通信導(dǎo)航衛(wèi)星、地理信息系統(tǒng)(GIS)等.其中涉及海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制的關(guān)鍵技術(shù)如下.

4.2.1 海上大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)

海上大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)是海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援指揮控制技術(shù)的核心.大數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)的堆棧式信息處理,需要共性創(chuàng)造和共同分享.海上大數(shù)據(jù)處理核心是應(yīng)用分布式大數(shù)據(jù)處理平臺分析處理海量結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù),完成海上應(yīng)急救援行動大數(shù)據(jù)實時分析、災(zāi)難預(yù)測、搜救行動決策和行動效果評估.在諸多大數(shù)據(jù)分析平臺技術(shù)中,Hadoop是目前大數(shù)據(jù)分析平臺中應(yīng)用率最高的一種技術(shù),特別是針對諸如文本、社交媒體訂閱以及視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理.該技術(shù)平臺基于Google公司2003年研發(fā)的Google文件系統(tǒng)GFS和2004年研發(fā)的MapReduce編程模型,包括分布式開源產(chǎn)品HDFS(Hadoop Distributed File System)和大數(shù)據(jù)集處理MapReduce架構(gòu)及以其為基礎(chǔ)建立的系列產(chǎn)品.如美國在位于美國加州“中國湖”的海軍地球物理中心針對海上作戰(zhàn)和海上應(yīng)急救援氣象環(huán)境需求,采用基于Hadoop的互聯(lián)網(wǎng)云計算技術(shù)研究和預(yù)測全球海洋的氣候和天氣情況.美國海軍與圣地亞哥州立大學(xué)合作,使用Google公司的InRelief.org大數(shù)據(jù)云計算平臺.該平臺是一種協(xié)作環(huán)境,用來在自然或人為災(zāi)難時提升國際組織、非政府組織、政府組織和軍隊之間的信息共享水平.海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援分析處理框架如圖4所示.

圖4 海上大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援分析處理架構(gòu)

4.2.2 全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)

海上應(yīng)急救援的前提是定位海上災(zāi)難發(fā)生地,而搜救也需要實時航路規(guī)劃自動導(dǎo)航,以最快的速度達到事發(fā)地.GPS、“北斗”衛(wèi)星通信導(dǎo)航系統(tǒng)為代表的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為現(xiàn)代海上應(yīng)急救援指揮控制行動提供了現(xiàn)代化的通信導(dǎo)航定位技術(shù)和手段.以我國自行研制的“北斗”衛(wèi)星通信導(dǎo)航系統(tǒng)為例,可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠導(dǎo)航、定位、授時服務(wù),并具有短報文通信能力.目前其定位精度優(yōu)于20m,授時精度優(yōu)于100ns,可對飛機、船舶、人員等目標(biāo)實現(xiàn)類似于GPS的無源定位、導(dǎo)航和跟蹤功能,并能向有更高要求的授權(quán)用戶提供進一步服務(wù),軍用民用目的兼具.

4.2.3 實時、寬帶、大容量、抗干擾多路由通信技術(shù)

由于應(yīng)急救援平臺、岸基指揮控制中心、移動應(yīng)急指揮控制平臺、海洋監(jiān)測衛(wèi)星、海洋通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星,空間分布,位置相距遙遠,要求各個應(yīng)急救援行動實體能構(gòu)成“智能”共同體,展現(xiàn)從時間協(xié)同到空間融合有機統(tǒng)一的行動.這就要跨越時空及時通信,特別是在復(fù)雜的海洋環(huán)境下,需要及時分類、按需高效地分發(fā)海上應(yīng)急救援所需信息和數(shù)據(jù),并盡可能預(yù)先為下一個搜救決策提供需要的信息.實時、寬帶、大容量、抗干擾多路由通信技術(shù)是提供及時的現(xiàn)場情勢感知,進行高效集中統(tǒng)一指揮、精確實時的救援行動和實時的后勤保障的關(guān)鍵技術(shù).針對突發(fā)事件處置的圖像、應(yīng)急救援預(yù)案、任務(wù)下達、處置的結(jié)果等都需要通過移動網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等傳輸?shù)綉?yīng)急平臺,并通過政務(wù)外網(wǎng)實現(xiàn)多部門共享.其通訊容量、周期時間、數(shù)據(jù)更新率、報文差錯率和抗干擾能力要求較高.海上應(yīng)急救援指揮控制系統(tǒng)依托網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)有線、無線、衛(wèi)星、微波等信號的接收,并通過大屏幕顯示、數(shù)字會議、視頻會議等系統(tǒng)將事件情況向指揮人員顯示,完成輔助決策和命令的下達和情況上報.

在突發(fā)事件現(xiàn)場,海上應(yīng)急救援通過移動式應(yīng)急平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和圖像的傳輸.通信手段主要由CDMA、GSM 等移動網(wǎng)絡(luò)和集群通信、無線寬帶網(wǎng)和衛(wèi)星通信來保證現(xiàn)場與應(yīng)急平臺、移動應(yīng)急車之間的通信.

5 結(jié)論

海上應(yīng)急救援行動涉及全球,除了相關(guān)當(dāng)事國需要建立相應(yīng)的海上應(yīng)急救援組織體制、高效統(tǒng)一的指揮控制機構(gòu)和應(yīng)急救援平臺外,還需要全社會與各有關(guān)機構(gòu)和國際組織通力協(xié)作,構(gòu)建全球海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援的基礎(chǔ)設(shè)施.建立和完善全球海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)急救援的法律基礎(chǔ)、全球保障體系和運行機制,形成國際國內(nèi),國家和地方,軍隊、公安海警和地方指揮控制平臺相互銜接和彼此聯(lián)動,形成以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以海上應(yīng)急救援大數(shù)據(jù)中心為依托、以應(yīng)急救援能力為導(dǎo)向的知識化智能化全球海上應(yīng)急救援體系機制.