基于SOA架構(gòu)的應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

焦立彬 丁宅偉 詹克通 周冰 蘇峰

摘要：在對(duì)應(yīng)急通信主流手段和主要問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于SOA架構(gòu)的應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)。采用SOA、融合通信和WebGIS等關(guān)鍵技術(shù)，基于天地一體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)圖上應(yīng)急指揮調(diào)度、通信裝備智能管理和業(yè)務(wù)配置綜合管理等功能。系統(tǒng)滿足應(yīng)急通信裝備日常管理、突發(fā)事件應(yīng)對(duì)和重要任務(wù)保障等場(chǎng)景的應(yīng)急通信指揮需要，并在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信指揮；SOA；融合通信；WebGIS

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）04-56-4

0引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)，災(zāi)害事件層出不窮，各種自然和人為災(zāi)難帶來(lái)了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在各種自然災(zāi)害侵襲下，災(zāi)區(qū)的交通、電力、通信廣播、水利和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施等都受到嚴(yán)重?fù)p毀[1]，通常會(huì)出現(xiàn)大面積停電、通信電源中斷、通信電桿倒桿等情況，導(dǎo)致部分地區(qū)無(wú)法使用通信業(yè)務(wù)。因此，應(yīng)急響應(yīng)的重點(diǎn)是盡快恢復(fù)通信[2]，應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)作為指揮中心的“大腦”，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

1現(xiàn)狀及問(wèn)題

目前主流的應(yīng)急通信手段包括有線通信、衛(wèi)星通信[3]、數(shù)字集群通信、短波通信[4]和公網(wǎng)通信等。在災(zāi)害處理中，常規(guī)的通信裝備往往失效，專(zhuān)用通信裝備顯得更加重要。

目前應(yīng)急通信存在的主要問(wèn)題有以下3個(gè)。

（1）多種制式通信裝備無(wú)法融合互通

應(yīng)急通信涉及公網(wǎng)電話、衛(wèi)星電話、集群終端等通信裝備，沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各部門(mén)條塊分割比較嚴(yán)重，采用不同體制的通信手段和不同格式的信息報(bào)文，不易互連互通互操作，也難于實(shí)現(xiàn)資源共享[5]。

（2）無(wú)法統(tǒng)一指揮調(diào)度

現(xiàn)有應(yīng)急通信保障指揮體系主要是縱向到底的垂直指揮，同時(shí)橫向?yàn)檎膽?yīng)急機(jī)構(gòu)提供應(yīng)急通信保障[6]。日常情況下，應(yīng)急隊(duì)伍和人員由各級(jí)單位管理，突發(fā)事件情況下指揮中心無(wú)法迅速和應(yīng)急隊(duì)伍和人員取得聯(lián)系、無(wú)法及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況和統(tǒng)一快速下發(fā)應(yīng)急指令。

（3）應(yīng)急通信裝備無(wú)法統(tǒng)一管理和定檢

應(yīng)急通信裝備多種多樣，廠家不同、屬性信息不同、通信制式不同、管理單位級(jí)別不同并分布在全省不同地域，造成管理工作繁瑣、復(fù)雜、耗時(shí)。

為進(jìn)一步整合多種應(yīng)急通信手段，加強(qiáng)應(yīng)急通信處理能力，有必要建立應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)，全方位掌控應(yīng)急救援全過(guò)程。

2基本概念

2.1 SOA架構(gòu)

1996年，Gartner Group提出SOA采用客戶(hù)端/服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)方法，由軟件服務(wù)和軟件服務(wù)使用者組成，松散耦合，并使用獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)接口[7]。SOA是一種由彼此之間可通信且具有特定功能的服務(wù)構(gòu)成的靈活抽象的分布式IT架構(gòu)模式。SOA架構(gòu)增加了系統(tǒng)靈活性，通過(guò)配置層即可完成系統(tǒng)更改，具有服務(wù)與行為的重用、層次化等優(yōu)勢(shì)。

2.2融合通信

融合通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)融為一體的通信技術(shù)，以語(yǔ)音、視頻、會(huì)議、數(shù)據(jù)通信、呼叫控制與協(xié)同辦公等為核心業(yè)務(wù)能力，通過(guò)對(duì)各類(lèi)通信系統(tǒng)的整合，將全部信息通信類(lèi)型融為一體，為業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)提供統(tǒng)一融合通信支撐。融合通信平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)各類(lèi)指揮通信系統(tǒng)和資源的橫向互聯(lián)、縱向貫通，提供了一種解決方案[8]。

2.3 WebGIS

WebGIS網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，是傳統(tǒng)GIS與Internet的結(jié)合，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作，具有應(yīng)用的全球化、服務(wù)的大眾化和良好的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)[9]。WebGIS支持互聯(lián)網(wǎng)地圖訪問(wèn)、空間數(shù)據(jù)檢索、專(zhuān)題圖制作、空間信息處理以及非空間信息疊加等應(yīng)用，具有極大的便利性[10]。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)和分層模塊化設(shè)計(jì)理念，減少應(yīng)用耦合度、降低系統(tǒng)復(fù)雜度、提高系統(tǒng)可靠性，便于功能擴(kuò)展和維護(hù)。系統(tǒng)整體上劃分為通信裝備層、接入層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

（1）通信裝備層

通信裝備層是指系統(tǒng)可管理和調(diào)度的應(yīng)急通信裝備。包括北斗終端（北斗指揮機(jī)、車(chē)載機(jī)、手持機(jī)、藍(lán)牙接入終端）、窄帶集群（模擬集群手臺(tái)、PDT手臺(tái)、Tetra手臺(tái)）、寬帶集群（LTE終端）、智能手機(jī)、衛(wèi)星電話（天通衛(wèi)星電話、海事衛(wèi)星電話、歐星/銥星電話）和單兵圖傳等。

（2）接入層

實(shí)現(xiàn)協(xié)議和數(shù)據(jù)解析，包括衛(wèi)星電話接入服務(wù)、北斗終端接入服務(wù)、無(wú)線集群接入服務(wù)和視頻圖像接入服務(wù)等。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，提供的數(shù)據(jù)資源包括指揮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、資源數(shù)據(jù)庫(kù)、短數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、位置數(shù)據(jù)庫(kù)、配置數(shù)據(jù)庫(kù)及綜合管理數(shù)據(jù)庫(kù)等。

（4）平臺(tái)層

平臺(tái)層為系統(tǒng)提供核心的后臺(tái)服務(wù)，包括融合通信平臺(tái)、應(yīng)急綜合支撐平臺(tái)、WebGIS平臺(tái)和服務(wù)總線。融合通信平臺(tái)能夠整合接入不同制式、不同頻段的通信系統(tǒng)，提供語(yǔ)音、視頻、會(huì)議、數(shù)據(jù)的通信傳輸和展現(xiàn)能力。應(yīng)急綜合支撐平臺(tái)提供資源管理、統(tǒng)一位置和統(tǒng)一短數(shù)據(jù)功能。WebGIS平臺(tái)提供基礎(chǔ)地圖應(yīng)用、路網(wǎng)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)，包括天地圖和行業(yè)專(zhuān)用GIS。服務(wù)總線為平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用各服務(wù)之間動(dòng)態(tài)交互提供支持。

（4）應(yīng)用層

應(yīng)用層用于系統(tǒng)核心功能呈現(xiàn)和提供用戶(hù)交互界面。包括圖上應(yīng)急指揮調(diào)度、通信裝備智能管理和業(yè)務(wù)配置綜合管理。圖上應(yīng)急指揮調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急隊(duì)伍、人員位置的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、指揮調(diào)度、信息上報(bào)和電子圍欄管控；通信裝備智能管理實(shí)現(xiàn)裝備可視化管理和裝備定期巡檢，并生成定檢報(bào)告；業(yè)務(wù)配置綜合管理實(shí)現(xiàn)應(yīng)急人員、應(yīng)急通信錄、任務(wù)管理以及分級(jí)權(quán)限管理功能。

4系統(tǒng)應(yīng)用

4.1圖上應(yīng)急指揮調(diào)度

采用基于任務(wù)應(yīng)急指揮通信錄，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急隊(duì)伍、人員位置的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、圖上指揮調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)信息上報(bào)、電子圍欄管控及綜合呈現(xiàn)應(yīng)急保障態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)指揮中心扁平化。

（1）態(tài)勢(shì)綜合呈現(xiàn)

基于任務(wù)，關(guān)聯(lián)應(yīng)急隊(duì)伍、人員和通信裝備形成應(yīng)急指揮通信錄，展示現(xiàn)場(chǎng)人員、裝備位置及數(shù)量信息。

提供位置動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)位置呈現(xiàn)、位置跟蹤和軌跡回放。其中，智能終端采用專(zhuān)用APP主動(dòng)上報(bào)，北斗終端采用北斗RDSS位置報(bào)告，天通/海事衛(wèi)星電話采用短信息主動(dòng)上報(bào)位置。

提供現(xiàn)場(chǎng)信息上報(bào)功能，實(shí)時(shí)信息框動(dòng)態(tài)展示與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員通信的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)信息，包括北斗短報(bào)文、集群短數(shù)據(jù)、短信、圖片、視頻及文件等，如圖2所示。

（2）指揮調(diào)度

基于應(yīng)急指揮通信錄可快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)急隊(duì)伍、人員語(yǔ)音、視頻、指令的圖上調(diào)度功能，包括語(yǔ)音通信、視頻通信、數(shù)據(jù)通信、圈選群呼和圈選群聊的多種調(diào)度方式。

采用天地圖和行業(yè)專(zhuān)用GIS相結(jié)合的方式，構(gòu)建基礎(chǔ)GIS平臺(tái)。其中，天地圖運(yùn)行于互聯(lián)網(wǎng)，是中國(guó)數(shù)據(jù)資源最全的地理信息服務(wù)平臺(tái)；行業(yè)專(zhuān)用GIS包含豐富行業(yè)數(shù)據(jù)，為態(tài)勢(shì)研判和指揮調(diào)度提供有利支撐。

指揮中心在GIS上對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域（洪水、泥石流、山體滑坡、雪災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等）或禁止作業(yè)區(qū)域繪制電子圍欄。如果圍欄內(nèi)有應(yīng)急隊(duì)伍或現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員進(jìn)入圍欄，可通過(guò)語(yǔ)音、短信、短報(bào)文等方式進(jìn)行告警，如圖3所示。

4.2通信裝備智能管理

結(jié)合地理信息系統(tǒng)，提供基于臺(tái)帳信息的裝備信息可視化管理。針對(duì)衛(wèi)星電話和北斗終端等2類(lèi)裝備進(jìn)行智能定檢，并生成定檢報(bào)告，直觀呈現(xiàn)裝備可用情況，支持應(yīng)急人員與裝備快速動(dòng)態(tài)綁定，定檢流程如圖4所示。

（1）基于語(yǔ)音郵箱的衛(wèi)星電話智能定檢

裝備保管人操作衛(wèi)星電話撥打巡檢號(hào)碼，與語(yǔ)音郵箱服務(wù)建立語(yǔ)音通信，播放一段標(biāo)準(zhǔn)音頻，語(yǔ)音郵箱服務(wù)接收衛(wèi)星電話音頻，存儲(chǔ)為輸入音頻文件。語(yǔ)音質(zhì)量檢測(cè)服務(wù)將輸入音頻文件與標(biāo)準(zhǔn)音頻文件進(jìn)行比較，分析輸入音頻文件的干擾、變形、缺幀等問(wèn)題。巡檢服務(wù)檢查輸入音頻文件干擾、變形、缺幀等問(wèn)題是否超出允許閾值，如果在閾值內(nèi)，記錄為巡檢正常；如果在閾值外，記錄為巡檢異常，并向裝備保管人發(fā)送告警短信。

（2）基于北斗協(xié)議的北斗終端智能定檢

裝備定檢報(bào)告如圖5所示。

裝備保管人操作北斗終端向巡檢系統(tǒng)發(fā)送巡檢短報(bào)文，巡檢系統(tǒng)根據(jù)巡檢短報(bào)文判斷北斗終端是否正常。如果北斗終端異常，回復(fù)盡快完成修復(fù)；如果北斗終端正常，回復(fù)開(kāi)啟位置上報(bào)，并且開(kāi)啟位置報(bào)告接收檢測(cè)。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)未接收到位置報(bào)告，回復(fù)巡檢失敗，請(qǐng)重新開(kāi)始；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)接收到位置報(bào)告，回復(fù)裝備狀態(tài)正常，巡檢完成。

巡檢報(bào)告以圖表等方式直觀展示目前巡檢終端總數(shù)量、正常數(shù)量、故障數(shù)量和未巡檢數(shù)量，并可詳細(xì)查看巡檢記錄。管理員可通過(guò)巡檢報(bào)告，實(shí)時(shí)掌握裝備巡檢情況和可用情況，為應(yīng)急搶修提供裝備保障。

5結(jié)束語(yǔ)

基于SOA架構(gòu)的應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)北斗、衛(wèi)星電話和寬窄帶集群等多種制式通信裝備的統(tǒng)一可視化管理，提供圖上指揮調(diào)度、位置動(dòng)態(tài)跟蹤和態(tài)勢(shì)綜合呈現(xiàn)等功能，滿足了應(yīng)急通信指揮統(tǒng)管統(tǒng)調(diào)的要求。本系統(tǒng)已經(jīng)在政府應(yīng)急、電力應(yīng)急等行業(yè)開(kāi)展了廣泛的示范應(yīng)用，并取得良好的應(yīng)用效果。尤其在南方電網(wǎng)總部、廣東電網(wǎng)、廣西電網(wǎng)、海南電網(wǎng)、貴州電網(wǎng)和汕頭供電局等單位上線，形成網(wǎng)—省—市三級(jí)應(yīng)用，并在抗擊臺(tái)風(fēng)的應(yīng)急通信保障中發(fā)揮重要作用。

本文結(jié)合應(yīng)急通信現(xiàn)狀及主要問(wèn)題，利用成熟理論和體系架構(gòu)，提出了基于任務(wù)的圖上應(yīng)急指揮調(diào)度和通信裝備智能定檢方法，可大幅提高應(yīng)急指揮效率和裝備管理水平，具有較好的工程意義和借鑒作用。

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