武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳世娥

0 前言

近10 多年來(lái)，各類(lèi)災(zāi)害頻發(fā)，特別是在“5.12”汶川大地震、“8.12”天津港大爆炸以后，國(guó)家越來(lái)越重視各類(lèi)救援力量的建設(shè)。武警部隊(duì)作為國(guó)家救援力量不可或缺的一支重要力量，對(duì)救援人員的訓(xùn)練和指揮提出更高的要求[1]。

當(dāng)前，隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，給各行各業(yè)帶來(lái)了數(shù)據(jù)使用方式的根本性轉(zhuǎn)變，也為部隊(duì)信息管理、行動(dòng)指揮提供了全新理念和手段[2]。目前，武警部隊(duì)參與搶險(xiǎn)救援信息獲取主要依靠現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)人機(jī)、相機(jī)、攝像機(jī)拍攝，語(yǔ)音信息傳輸?shù)确绞剑仍F(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建專(zhuān)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)前線作戰(zhàn)單位間、前線作戰(zhàn)單位和前線作戰(zhàn)指揮部進(jìn)行視頻、語(yǔ)音、文本等多媒體集群業(yè)務(wù)；利用衛(wèi)星網(wǎng)、公網(wǎng)的多鏈路聚合的方式，實(shí)現(xiàn)前線指揮部與各級(jí)指揮中心的音視頻互通。信息手段多，種類(lèi)復(fù)雜、信息數(shù)量大且碎，如何整合這些信息資源，在大量信息中提取出有用的信息為搶險(xiǎn)救援指揮服務(wù)，提升決策的效率，是本文考慮的重點(diǎn)問(wèn)題[3-4]。本系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)是在武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援訓(xùn)練、救援演練、救援行動(dòng)中總結(jié)出的指揮經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合長(zhǎng)期救援教學(xué)訓(xùn)練對(duì)指揮系統(tǒng)的需求，研究設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、整合軍地資源建立的搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)，對(duì)于提升武警部隊(duì)參與搶險(xiǎn)救援行動(dòng)有很好的輔助作用。

1 搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)概述

搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)就是在對(duì)各種資料信息搜集處理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用自動(dòng)化輔助決策手段，在搶險(xiǎn)救援指揮開(kāi)展過(guò)程中進(jìn)行籌劃、預(yù)測(cè)、評(píng)估、篩選，制定可供選擇的各種搶險(xiǎn)救援指揮信息數(shù)據(jù)，輔助搶險(xiǎn)救援指揮人員做出正確決策。

搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)搶險(xiǎn)救援?dāng)?shù)據(jù)綜合查詢、搜救行動(dòng)輔助決策和相關(guān)救援?dāng)?shù)據(jù)可視化顯示,使之成為綜合數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展現(xiàn)的一體化平臺(tái)。從系統(tǒng)功能上劃分,主要可分為指揮信息管理、救援信息管理、救援輔助管理和救援過(guò)程管理等四部分。

1.2 需求分析

1.2.1搶險(xiǎn)救援業(yè)務(wù)流程

部隊(duì)接到救援任務(wù)以后開(kāi)展實(shí)施救援任務(wù)，具體流程，如圖1 所示。

（1）接到救援任務(wù)。

（2）判定救援類(lèi)型，確定方案。首長(zhǎng)機(jī)關(guān)進(jìn)入系統(tǒng)，確定救援類(lèi)型，獲取救援信息。包括：災(zāi)害的性質(zhì)、等級(jí)、位置、交通、路線規(guī)劃、救援單位當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)性質(zhì)、作業(yè)時(shí)間、任務(wù)區(qū)域等信息。其中，災(zāi)害的性質(zhì)由上級(jí)給出，位置、交通、路線規(guī)劃由百度地圖提供；當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)性質(zhì)、作業(yè)時(shí)間、任務(wù)區(qū)域、作業(yè)量由命令給出。判定是否開(kāi)進(jìn)，判定的要素，如圖2 所示。

圖1 實(shí)施救援流程圖

（3）部隊(duì)攜帶裝備，根據(jù)路線規(guī)劃，出發(fā)救援地。

（4）到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)施偵察。確定救援任務(wù)后，由作戰(zhàn)單位派出偵察人員現(xiàn)地進(jìn)行偵察，獲取救援區(qū)域的相關(guān)救援作業(yè)數(shù)據(jù)。包括：救援區(qū)域面積，機(jī)動(dòng)路線中的道路交通通行情況，救援地區(qū)的災(zāi)情、水情、地形、天氣，災(zāi)情的性質(zhì)、規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)等數(shù)據(jù)。

（5）開(kāi)展救援。判定災(zāi)情和兵力裝備情況，確定參加的人員和裝備的類(lèi)型、數(shù)量，采取哪種戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行救援。救援過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)天氣、作戰(zhàn)環(huán)境、裝備損耗情況，如遇到異常情況及時(shí)判定并處置。

（6）救援結(jié)束，擬制救援報(bào)告，向上級(jí)報(bào)告，儲(chǔ)存救援?dāng)?shù)據(jù)。

1.2.2性能需求

武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援主要包含：水上、道路、橋梁、隧道、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道、港口碼頭、地震災(zāi)害、化學(xué)事故等類(lèi)型。武警部隊(duì)參與搶險(xiǎn)救援，需要掌握天氣、水文、地形地貌、交通等各類(lèi)客觀的條件信息，也需要對(duì)參與救援的人員、裝備、物質(zhì)等需要投入的因素進(jìn)行有效的控制和運(yùn)用。對(duì)于一個(gè)首長(zhǎng)機(jī)關(guān)來(lái)說(shuō)，需要利用各種手段，整合這些信息，迅速做出有效的決定指揮救援行動(dòng)[5]。因此，對(duì)于一個(gè)指揮輔助決策系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要滿足以下的幾點(diǎn)需求：

（1）信息全面，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。在系統(tǒng)上得包含指揮搶險(xiǎn)救援所需要的信息，比如天氣、水文、交通、救援裝備、救援人員等信息，并且這些數(shù)據(jù)來(lái)源可靠，能夠?qū)崟r(shí)更新，為輔助首長(zhǎng)機(jī)關(guān)作出決策，進(jìn)行救援指揮行動(dòng)提供數(shù)據(jù)支持。

（2）系統(tǒng)整合度高，操作簡(jiǎn)單。可視化的界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的無(wú)縫連接，不需要切換平臺(tái)，增加程序，減少不必要的信息和時(shí)間的損耗。

（3）層次清晰，方便查詢。橫向上可以查詢救援的各類(lèi)基本信息，縱向上可以查詢救援案例、經(jīng)驗(yàn)，供平時(shí)訓(xùn)練和以后的救援使用。

圖2 要素判定

（4）訓(xùn)戰(zhàn)結(jié)合，提升救援指揮效率。訓(xùn)練時(shí)為作戰(zhàn)單位搭建裝備、人員、地理、氣象、交通、戰(zhàn)法、戰(zhàn)例等各要素的信息管理平臺(tái)；戰(zhàn)時(shí)為首長(zhǎng)機(jī)關(guān)信息獲取、災(zāi)情研判、指揮控制提供輔助決策支持[6]。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)調(diào)研，結(jié)合部隊(duì)搶險(xiǎn)救援指揮需求和實(shí)戰(zhàn)需要及方案論證，搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)是為武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)提供指揮輔助決策服務(wù)的技術(shù)支撐系統(tǒng)，采取“戰(zhàn)訓(xùn)結(jié)合”的設(shè)計(jì)思路，著眼實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)，緊密結(jié)合部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)，以達(dá)到災(zāi)情信息獲取、裝備評(píng)估、動(dòng)態(tài)顯示、信息查詢、輔助決策、命令發(fā)布等功能，并為搶險(xiǎn)救援指揮的“通信暢通、現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)、數(shù)據(jù)完備、指揮到位”提供技術(shù)保障。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含四個(gè)子系統(tǒng)，分別是：指揮信息管理、救援信息管理、救援輔助信息管理、救援過(guò)程信息管理，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1.4.1模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

通過(guò)構(gòu)建5 個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和8 個(gè)類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的交互，如圖4 所示。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包含天氣條件、自然條件、數(shù)字地圖、用戶權(quán)限，構(gòu)成系統(tǒng)基本信息。其中用戶權(quán)限根據(jù)首長(zhǎng)、機(jī)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)指揮員、救援人員等不同的層級(jí)設(shè)置不同的權(quán)限。類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)不同的救援類(lèi)型設(shè)置不同的裝備器材數(shù)據(jù)庫(kù)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的清晰順暢。

1.4.2數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)中需要展示的救援信息多，按內(nèi)容不同大致分為以下幾個(gè)情況：自然條件，天氣條件，裝備器材，兵力編成，救援進(jìn)展等情況。根據(jù)權(quán)限的不同大致分為首長(zhǎng)、機(jī)關(guān)、其他用戶三個(gè)類(lèi)型的信息查詢。首長(zhǎng)通過(guò)點(diǎn)擊武警部隊(duì)救援指揮輔助決策系統(tǒng)進(jìn)入救援模式，對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)、救援態(tài)勢(shì)、自然條件、天氣條件、裝備器材、兵力編成進(jìn)行查詢；機(jī)關(guān)可通過(guò)進(jìn)入武警部隊(duì)救援指揮輔助決策系統(tǒng)對(duì)救援信息查詢，還可以進(jìn)入后臺(tái)通過(guò)關(guān)鍵字查詢，必要時(shí)對(duì)救援信息更新，以供首長(zhǎng)和其他用戶使用；其他用戶只能通過(guò)武警部隊(duì)救援指揮輔助決策系統(tǒng)界面進(jìn)入救援模式，了解救援動(dòng)態(tài)。

2 搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是基于J2EE（Java 2 Platform,Enterprise Edition） 體 系 結(jié)構(gòu)的B/S 三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用SSM（Spring+SpringMVC+MYBatis） 框 架 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Spring 是一個(gè)開(kāi)源框架，起源于2003 年的輕量級(jí)Java 框架，Spring 是一個(gè)輕量級(jí)的控制反轉(zhuǎn)（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架。SpringMVC 是一 個(gè) MVC（Model View Controller） 框架，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，接收瀏覽器的請(qǐng)求響應(yīng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后返回頁(yè)面進(jìn)行顯示。MYBatis 是一款優(yōu)秀的持久層框架，它支持定制化SQL、存儲(chǔ)過(guò)程以及高級(jí)映射。系統(tǒng)的層與層之間相互解耦，提高了開(kāi)發(fā)的效率和運(yùn)行速度。應(yīng)用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)，將ARCGIS Server 提供的二維地圖資源嵌入到Web（World Wide Web）應(yīng)用中[7-8]。本文用水上救援模塊為例展示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果。點(diǎn)擊水上救援模塊，進(jìn)入水上救援模式。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

2.1 指揮信息管理子系統(tǒng)

指揮信息管理模塊主要是對(duì)災(zāi)情進(jìn)行描述，對(duì)兵力進(jìn)行部署，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。機(jī)關(guān)協(xié)助首長(zhǎng)通過(guò)權(quán)限入口對(duì)災(zāi)情信息錄入，并對(duì)救援時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

2.1.1災(zāi)情描述模塊

根據(jù)上級(jí)給的命令指示結(jié)合救援現(xiàn)場(chǎng)的偵查數(shù)據(jù)對(duì)災(zāi)情進(jìn)行描述。包括災(zāi)害的類(lèi)型、救援面積、水域情況、轉(zhuǎn)移受災(zāi)待救援的人數(shù)、需要救援的物資、救援進(jìn)行的時(shí)間等。

2.1.2救援信息模塊

關(guān)聯(lián)災(zāi)害位置和類(lèi)型，快速部署救援力量，自動(dòng)提取救援人力、裝備、預(yù)案、戰(zhàn)法等業(yè)務(wù)信息，為首長(zhǎng)機(jī)關(guān)輔助決策、定下決心提供信息支持。首長(zhǎng)機(jī)關(guān)可以通過(guò)該模塊，快速掌握各組配置的兵力和裝備，救援時(shí)間的長(zhǎng)短，救援的效率等信息，如圖5 所示。圖5 左邊顯示共3 組的救援力量、攜帶裝備、需要救援的人數(shù)，作戰(zhàn)時(shí)間，右邊顯示各組行動(dòng)實(shí)時(shí)信息。

2.2 救援信息管理子系統(tǒng)

救援信息管理模塊是對(duì)救援裝備、力量、通信設(shè)備、水文、氣象、專(zhuān)家、協(xié)同單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.2.1氣象信息數(shù)據(jù)模塊

通過(guò)定位災(zāi)害位置，關(guān)聯(lián)當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，?shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度、風(fēng)速、降水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[9-10]。系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取、自動(dòng)更新近15 日的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)比照多天的氣象情況，為指揮救援進(jìn)展、提供決策提供參考，如圖6 所示。氣象信息顯示，1 月22 日后，會(huì)持續(xù)降溫，降雨量減少，濕度減低，首長(zhǎng)可依據(jù)數(shù)據(jù)，指揮救援進(jìn)程。

2.2.2水文信息模塊

采集救援地的水文信息，包括水系、平均流量、水位、50 年甚至100 年的最大降雨量等數(shù)據(jù)。結(jié)合本地視頻跟蹤數(shù)據(jù)，為實(shí)施指揮決策提供數(shù)據(jù)參考。

2.2.3裝備情況模塊

對(duì)調(diào)用兵力、裝備等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，機(jī)關(guān)人員對(duì)參戰(zhàn)信息進(jìn)行錄入。通過(guò)該模塊首長(zhǎng)可以準(zhǔn)確掌握出動(dòng)兵力，剩余兵力，動(dòng)用的裝備數(shù)量，為后勤保障提供依據(jù)。

2.3 救援輔助子系統(tǒng)

圖5 救援部署

救援輔助模塊是對(duì)救援預(yù)案、救援案例、救援戰(zhàn)法進(jìn)行儲(chǔ)存、分類(lèi)、調(diào)用，數(shù)學(xué)模型是對(duì)投入救援的綜合實(shí)力進(jìn)行評(píng)估。對(duì)影響救援的因素進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析，如圖7 所示。系統(tǒng)通過(guò)時(shí)間、路況、氣象、救援難度等要素智能計(jì)算出作業(yè)的效率、裝備損傷、人員疲勞等情況，為首長(zhǎng)進(jìn)行救援兵力調(diào)配、裝備補(bǔ)充、救援難易作出預(yù)判提供依據(jù)，與氣象和人員裝備信息模塊配合使用。

2.4 救援過(guò)程子系統(tǒng)

救援過(guò)程信息管理主要是對(duì)救援路徑進(jìn)行規(guī)劃、視頻追蹤救援過(guò)程并儲(chǔ)存救援?dāng)?shù)據(jù)、對(duì)救援過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督管理。

2.4.1視頻監(jiān)控設(shè)備模塊

各救援組接入無(wú)人機(jī)、攝像頭等視頻數(shù)據(jù)，前線救援人員將現(xiàn)場(chǎng)采集到的高清視頻信息，通過(guò)搭載的通訊模塊及時(shí)回傳現(xiàn)場(chǎng)救援指揮車(chē)。利用無(wú)人機(jī)搭載機(jī)動(dòng)節(jié)點(diǎn)空中優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場(chǎng)的大范圍實(shí)時(shí)偵測(cè)監(jiān)控及救援?dāng)?shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)救援信息的線上共享，為首長(zhǎng)機(jī)關(guān)進(jìn)行災(zāi)情評(píng)估、指揮行動(dòng)提供情報(bào)支持。

2.4.2地圖功能模塊

圖6 氣象信息

圖7 作業(yè)影響因素分析

圖8 救援組位置和救援進(jìn)程

借助GIS 服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理，通過(guò)點(diǎn)取、輸入位置信息，能夠快速獲取救援地區(qū)范圍內(nèi)的路況信息，在地圖上用紅色標(biāo)示各救援組行進(jìn)和救援位置信息，獲取某救援組的救援進(jìn)展信息[11]，如圖8 所示。定位救援位置，救援信息以圖層的形式疊加在地圖上，建立視頻跟蹤系統(tǒng)和智能路徑優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行最優(yōu)路徑選擇，智能語(yǔ)音提示、語(yǔ)音通話，確保進(jìn)程順利，發(fā)現(xiàn)情況能夠得到及時(shí)處置。

2.4.3軌跡儲(chǔ)存功能模塊

建立軌跡儲(chǔ)存功能，把救援過(guò)程的軌跡全部?jī)?chǔ)存起來(lái)。不同的救援組用不同的顏色標(biāo)識(shí)出來(lái)，在救援行進(jìn)和實(shí)施救援過(guò)程中遇到的各種情況和處置方式也通過(guò)視頻方式記錄下來(lái)，存在各自的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在救援任務(wù)結(jié)束后，可利用儲(chǔ)存信息進(jìn)行客觀的講評(píng)和總結(jié)，建立案例庫(kù)，為后續(xù)的訓(xùn)練和救援提供參考，進(jìn)一步提升部隊(duì)的救援能力。

3 搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)的應(yīng)用展望

本系統(tǒng)是為指揮員和機(jī)關(guān)首長(zhǎng)指揮服務(wù)的、交互式的搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)，采取了“戰(zhàn)訓(xùn)結(jié)合”的設(shè)計(jì)思路，著眼實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)，緊密結(jié)合部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)。救援時(shí)為首長(zhǎng)提供信息，提供分層次的、必要的應(yīng)急救援行動(dòng)輔助決策建議，以協(xié)助指揮員快速制定救援方案、部署救援行動(dòng)。訓(xùn)時(shí)依據(jù)訓(xùn)練要求，選擇不同的訓(xùn)練場(chǎng)景，按照訓(xùn)練的業(yè)務(wù)流程，及時(shí)學(xué)習(xí)新的案例和戰(zhàn)法，突出了“好用、使用、管用”。在武警部隊(duì)參與的水上、道路、橋梁、隧道、機(jī)場(chǎng)跑道、地震災(zāi)害、港口碼頭、化學(xué)事故救援等任務(wù)中都可使用，也可供地方救援使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前在救援過(guò)程中指揮手段單一、集成不高、效率低的問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了武警部隊(duì)搶險(xiǎn)救援指揮輔助決策系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)救援信息的綜合管理，輔助建立預(yù)案、戰(zhàn)例、戰(zhàn)法數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)搶險(xiǎn)救援過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和有效管理，對(duì)武警部隊(duì)首長(zhǎng)機(jī)關(guān)指揮搶險(xiǎn)救援任務(wù)輔助作用明顯。另該系統(tǒng)建設(shè)成本低，操作簡(jiǎn)便、通用性高、適用性強(qiáng)，具有較高的推廣價(jià)值。今后可在救援指揮的智能化程度、視頻點(diǎn)采集的精準(zhǔn)定位方面做進(jìn)一步的研究，研制出更適應(yīng)部隊(duì)救援服務(wù)的系統(tǒng)，為武警部隊(duì)參加救援兵力投送、救援支援、后勤補(bǔ)充等的組織與實(shí)施提供技術(shù)支持。