公安應急預案與輔助決策平臺設計與實現

蔡勝勝，卜凡亮

(中國人民公安大學 信息技術與網絡安全學院， 北京 102600)

0 引 言

近年來，隨著現代科技的迅猛發(fā)展，社會各界對服務民生的各個方面、諸如公安工作的關注度也正處于穩(wěn)步上升中。一般來說，突發(fā)事件多會呈現預期外的異常態(tài)勢，因而尤其需要公安部門對突發(fā)事件進行先進科學、且及時有效的調控處置。突發(fā)事件除了具備難以預測的性質外，還同時兼具著突然性、隨機性、復雜性和破壞性等特征[1]。應急預案是在突發(fā)事件發(fā)生前制訂的一系列處置方案。一個合格的應急預案應能確保救援行動的快速高效，從而盡可能減少突發(fā)事件帶來的損失[2]。在應急管理領域，面對突發(fā)事件發(fā)生時應如何在第一時間迅捷采取行動、以及合理組織指揮應對即已成為時下的研究熱點，其中涉及的重點關鍵性問題就是分析各類突發(fā)事件并制定推出有針對性的實用應急預案[3]。

傳統(tǒng)文本結構的應急預案已無法滿足現代應急管理的需要，特別是在處理突發(fā)事件上，直觀性、可行性、可指導性均已顯出欠缺與不足[4]。文本應急預案內容難以提取，可操作性差，在突發(fā)事件的處置過程中難以真正發(fā)揮作用[5]。目前，國內外關于應急預案生成和輔助決策的研究及應用已相繼涌現了一定數量的研究成果：在鐵路領域，張振海等人[6]提出了基于整體相似度的鐵路應急救援預案推理決策的方法，湯兆平等人[7]提出了鐵路突發(fā)事件應急資源調配的優(yōu)化與決策；在電力領域，李從善等人[8]提出了停電應急預案快速匹配與智能生成方法。但是在公安領域，有關該方面的文獻和應用卻仍然較少。自公安部2003年啟動金盾工程至今，公安實戰(zhàn)部門已經積累了數目可觀的處置突發(fā)事件的案例并集結形成各種預案，在此基礎上可以充分利用公安領域豐富的處置經驗，同時結合現行公安部門的組織機構和處置流程，真正做到全方位提升公安部門對突發(fā)事件的處置能力。但是當突發(fā)事件發(fā)生時，卻無法從海量預案庫中快速檢索出與當前發(fā)生的突發(fā)事件相匹配的預案。另外，由于事件發(fā)生現場情況復雜，檢索出的預案也難以與當前事件的狀況完全吻合。

為此，本文基于Java EE規(guī)范和MVC開發(fā)模式設計并實現了公安突發(fā)事件應急預案平臺。按照突發(fā)事件的級別、類型和公安各部門的職能劃分將已頒布的應急預案錄入預案庫中，采用案例推理技術(Case-based Reasoning, CBR)，通過分級檢索算法和K最近鄰算法(K-Nearest Neighbor, KNN)檢索出相似度最高的案例，再根據案發(fā)現場情況通過規(guī)則推理技術(Rule-based Reasoning, RBR)對生成的結果進行修正優(yōu)化。通過采集案例對平臺功能的有效性和可行性進行驗證。結果表明，在突發(fā)事件發(fā)生時，該平臺能夠快速生成相應預案并實現輔助決策功能，為公安指揮人員提供可靠的處置決策方案，填補了國內公安領域在處置突發(fā)事件過程中使用數字化應急預案及輔助決策的空白，提高了公安應急預案在實際工作中的可操作性。

1 平臺功能需求分析

平臺共分為4個模塊，分別是管理員模塊、用戶模塊、預案模塊和輔助決策模塊。針對各研發(fā)模塊的功能設計，可做闡釋解析如下。

1.1 管理員模塊

功能包括：管理員登錄、新增管理員、信息審核、修改管理員信息、刪除管理員。對管理員登錄的賬號/密碼有效性進行驗證；管理員需要對預案庫和案例庫進行定期維護。同時為了保證預案庫和案例庫的數據不會受到惡意修改、刪除，當用戶對預案庫和案例庫數據采取了增加、修改、刪除的操作后，管理員則需審核用戶操作的合理性，待審核通過后，用戶對數據庫的操作才能生效。

1.2 用戶模塊

功能包括：用戶注冊、修改用戶資料、提交審核、用戶注銷。

1.3 預案模塊

功能包括：新增預案、預案查詢、預案修改、預案刪除、預案生成。應急預案根據表1所示的《國家突發(fā)公共事件總體應急預案》對突發(fā)公共事件的分級分類[9]和公安各部門的職能劃分存入預案庫中。

表1 突發(fā)事件等級分類

1.4 輔助決策模塊

功能包括：案例錄入、案例查詢、生成決策方案、決策方案評估。支持案例的批量導入，案例庫是輔助決策功能的基礎，由于CBR技術的特性，輔助決策的準確性會隨著案例庫數量的增加而增加。

2 平臺及開發(fā)設計

2.1 平臺功能結構

公安應急預案與輔助決策平臺功能結構設計如圖1所示。

圖1 平臺功能結構

2.2 數據庫設計

數據庫服務器采用Oracle數據庫，相比MySQL、SQL Sever等數據庫而言，Oracle為企業(yè)級數據庫，有著更高的數據安全性和更強的穩(wěn)定性[10]，因而更加符合公安部門工作的需求。數據庫主要包含的表單可表述如下。

(1)管理員信息表(admin)：字段有管理員賬號(aid)、密碼(password)、姓名(aname)、聯系方式(phone)、最后一次登錄日期(lastdate)等。

(2)用戶信息表(member):字段有用戶賬號(mid)、密碼(password)、姓名(mname)、所屬部門(dept)等。

(3)預案信息表(plan):字段有預案編號(pid)、預案等級(planlevel)、一級分類(firstlevel)、二級分類(secondlevel)、參戰(zhàn)部門(team)等。

(4)公安各部門職責表(teamduty):字段有部門編號(tid)、名稱(tname)、組長(leader)、副組長(viceleader)、成員(member)、職責(duty)、組長短號(ldphone)、副組長短號(vldphone)等。

(5)事故案例表(case)：字段有案例編號(cid)、事故類型(type)、事故日期(casedate)、事故地點(location)、死亡人數(death)、受傷人數(hurt)、影響范圍(area)、公安干警人數(policeman)、消防員人數(fireman)、消防車人數(firecart)、救護車(ambulance)、醫(yī)生(doctor)等。

使用PowerDesign將設計好的表單生成數據庫腳本，在Oracle SQL Developer軟件中執(zhí)行數據庫腳本建立數據庫。

2.3 平臺設計架構

考慮到公安工作的實際情況，設計的平臺需要具有良好的兼容性、移動性和互通性。平臺采用B/S(瀏覽器/服務器)模式。相比C/S(客戶機/服務器)的模式，B/S模式以Web技術為基礎，用戶使用該平臺不需要安裝用戶界面程序，電腦和手機上的任何主流瀏覽器就可以直接運行，民警在使用電腦辦公時或者在外通過手機、警務通均可以使用該平臺。同時，由于B/S的功能都在Web服務器上實現，這就大大簡化了維護工作，管理、升級也更為方便[11]。

平臺開發(fā)采用Java語言，Java具有簡單性、面向對象、分布式、健壯性、安全性、平臺獨立與可移植性、多線程、動態(tài)性等特點[12]。服務器端基于JavaEE服務器端服務框架規(guī)范開發(fā)，使用JSP(Java Serve Pages)和Servlet技術進行前后端的數據交互。分析可知，JSP已整合了Java技術的簡單易用、平臺無關、安全可靠、完全的面向對象、主要面向因特網的所有特點。同時，在研究中采用了MVC(Model View Controller)設計模式的思想，按照Model層、View層和Controller層分層開發(fā)，MVC設計模式將數個常用功能分為一層，特別適合Web應用程序開發(fā)，有助于管理復雜的Web應用程序[13]。前端頁面開發(fā)采用BootStrap框架，使用BootStrap框架開發(fā)的前端頁面會自動識別設備瀏覽器和分辨率，調整頁面大小和布局來適應設備的屏幕便于用戶使用，使得該平臺操作界面對移動設備也變得十分友好[14]。應急預案平臺的后臺服務器部署在Tomcat服務器上。完整設計架構可如圖2所示。

圖2 完整設計架構

3 主要功能實現

3.1 登錄功能實現

管理員或用戶通過域名訪問平臺的登錄頁面如圖3所示，輸入賬號密碼，進入數據庫中進行身份驗證，驗證成功后提示“登錄成功”，進入平臺主頁，后臺記錄下當前登錄的賬號身份，將賬號的身份、名字、最后一次登錄日期的數據傳送至主頁并顯示。若數據庫中無當前輸入的賬號或密碼，則提示“登錄失敗”，并返回登錄頁面，通過點擊忘記密碼按鈕跳轉至找回密碼頁面。登錄操作的流程設計步驟如圖4所示。

圖3 平臺登錄頁面

圖4 登錄操作流程

3.2 新增管理員

點擊左側導航欄管理員→新增管理員，輸入管理員賬號、密碼、姓名、聯系方式等信息后，點擊提交。若數據為空或數據庫中已存在相同賬號則給出提示；若提交成功則進行提示并返回原頁面。之后可以通過新注冊的管理員賬號密碼進行登錄。新增管理員的流程設計步驟如圖5所示。

圖5 新增管理員流程

3.3 新增預案

點擊左側導航欄預案管理→增加預案，跳轉至新增預案頁面，輸入預案編號、預案等級、事故一級分類、事故二級分類、需要出動的應急職能組和完整文本預案后，點擊提交。若預案庫中已存在當前預案，則提示“提交失敗”并返回原頁面。若預案庫中不存在當前預案，則對當前操作人員身份進行檢查。若當前操作人員為管理員，則提示“提交成功”并返回；若當前操作人員為用戶，則提示“提交成功等待管理員審核”并返回。新增預案的流程設計步驟如圖6所示。

3.4 生成預案

根據用戶輸入的預案信息，首先在預案庫中進行分級檢索，按照預案等級→事故一級分類→事故二級分類總共3級設置檢索到相應預案，從預案庫中抽取預案關鍵信息，如預案等級、事故分類、參戰(zhàn)部門。再按照預案的等級和分類將相應關鍵信息的詳細內容，如參戰(zhàn)部門的組長、副組長、聯系短號、組員、職責進行抽取整理。而在整理完成后就展示到前端頁面，最終生成效果如圖7所示。

圖6 新增預案流程

圖7 應急預案生成結果

3.5 輔助決策

輔助決策是平臺的核心，為處置突發(fā)事件提供決策支持。輔助決策功能的實現采用CBR技術，利用分級檢索算法和改進型的KNN算法從案例庫中檢索出與突發(fā)事件相似度最高的案例處置方案，再利用RBR技術對檢索出的案例處置方案進行優(yōu)化來生成輔助決策方案。這里，以表2所示突發(fā)事件為例在平臺生成輔助決策方案，輔助決策方案輸出結果如圖8所示。

表2 突發(fā)事件屬性值

圖8 輔助決策方案結果

4 結束語

針對國內公安部門在應急處置方面的實際需求，本文設計并提出了B/S模式的公安應急預案與輔助決策平臺。該平臺具有跨平臺、簡單、方便、易使用的優(yōu)點，實現了用戶管理、預案管理、預案生成、輔助決策等功能。平臺根據用戶輸入的條件能夠快速生成應急行動預案。輔助決策的研究中，通過CBR和RBR的結合，兼具了CBR和RBR的優(yōu)點，在突發(fā)事件發(fā)生時能夠快速生成有效、可靠的決策方案，從而為公安指揮人員提供參考，對于提升公安工作的信息化應用水平有重要意義。