氣象防災(zāi)減災(zāi)仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)＊

夏權(quán)，孫林花，李揚，王丹

氣象防災(zāi)減災(zāi)仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)＊

夏權(quán)1，孫林花1，李揚2，王丹2

（1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州大方電子有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730051）

以省部共建甘肅應(yīng)急管理學(xué)院實訓(xùn)基地建設(shè)為依托，設(shè)計氣象防災(zāi)減災(zāi)仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，采取平臺+系統(tǒng)的實現(xiàn)方式，建立自然災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警模擬互動教學(xué)平臺，并嵌入氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)獲取、存儲、綜合處理及智慧仿真系統(tǒng)，對氣象災(zāi)害的進行直觀化表現(xiàn)，實現(xiàn)對氣象災(zāi)害的預(yù)判、發(fā)生、演變、發(fā)展等情景的構(gòu)建和推演，是氣象防災(zāi)減災(zāi)、氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實訓(xùn)教學(xué)手段的智慧化升級。

氣象；防災(zāi)減災(zāi)；應(yīng)急管理；仿真實訓(xùn)

中國幅員遼闊，受氣候和地形及人類活動等多方面的影響，各種氣象災(zāi)害頻發(fā)，嚴重威脅經(jīng)濟社會的良性發(fā)展，也對廣大人民生產(chǎn)生活乃至生命造成了嚴重危害。2018年，省部共建、政行企校多元參與的甘肅應(yīng)急管理學(xué)院在蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院掛牌成立。應(yīng)急管理學(xué)院掛牌后，先后對甘肅省各級應(yīng)急管理人員進行了不同層次的培訓(xùn)。但是，由于缺乏氣象災(zāi)害應(yīng)急管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境的支撐，人才培訓(xùn)和培養(yǎng)缺乏實際操作訓(xùn)練的環(huán)境和能力。新形勢下的應(yīng)急管理防災(zāi)減災(zāi)對于學(xué)院教學(xué)而言是新生事物，由于培訓(xùn)目標需要深化認識，加上參加培訓(xùn)人員水平的參差不齊，必須在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加新的輔助培訓(xùn)手段，應(yīng)急管理培訓(xùn)是應(yīng)急管理防災(zāi)減災(zāi)培訓(xùn)課程體系中的重要組成部分。因此，有必要建設(shè)一個集科普、教學(xué)、模擬等內(nèi)容的防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)平臺，通過軟件分析和實現(xiàn)技術(shù)手段，明確應(yīng)急培訓(xùn)的業(yè)務(wù)模型和技術(shù)架構(gòu)。通過培訓(xùn)平臺提升學(xué)員對于自然災(zāi)害應(yīng)急的快速甄別、反應(yīng)能力，見微知著的意識和信息綜合的水平，通過情境模擬、過程推演、分支選擇、過程回放、分組討論、專家點評等一系列全新的教學(xué)培訓(xùn)手段，極大地豐富以往單純課堂面授教學(xué)、案例分析的形式。實現(xiàn)通過角色深入和情境模擬，最大程度上重視各類自然災(zāi)害突發(fā)事件的情境和發(fā)展、處置脈絡(luò)，在培訓(xùn)和操作過程中“練指揮”“練協(xié)同”“練謀略”，學(xué)員互動和教師引導(dǎo)共同引導(dǎo)學(xué)員熟悉自然災(zāi)害應(yīng)急演練過程。

通過本項目的研究與初步實現(xiàn)，為全省氣象災(zāi)害應(yīng)急管理人才的培訓(xùn)、培養(yǎng)等工作提供應(yīng)急演練或?qū)嵱?xùn)支撐，使所有參加應(yīng)急管理培訓(xùn)或培養(yǎng)的人員具有一定應(yīng)急管理的實際操作能力。

1 防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)環(huán)境的設(shè)計理念

1.1 搭建氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警實訓(xùn)平臺

氣象災(zāi)害種類多、突發(fā)性強、預(yù)報預(yù)警及決策處置難，是氣象災(zāi)害事件應(yīng)急管理的典型特征，目前，在氣象災(zāi)害應(yīng)急管理的教學(xué)及培訓(xùn)中模擬真實災(zāi)害場景是實訓(xùn)教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

為此，設(shè)計了氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警指揮平臺，為氣象災(zāi)害應(yīng)急管理教學(xué)提供了一個仿真實訓(xùn)平臺，從事前、事中、事后整個事件流程高度還原給學(xué)生和學(xué)員，讓學(xué)生能夠身臨其境般地學(xué)習(xí)，掌握氣象災(zāi)害應(yīng)急管理的每個環(huán)節(jié)中的各項細節(jié)和要點。事前以預(yù)防為主，包括監(jiān)測防控、模擬演練、預(yù)測預(yù)警與應(yīng)急保障；事中主要為事件描述、問題導(dǎo)向、應(yīng)急會商、動態(tài)方案、快速響應(yīng)；事后做好應(yīng)急綜合評價和災(zāi)后處置。通過對各項技術(shù)的重構(gòu)和整合，建立起一套低耦合、高擴展性、靈活的仿真防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)平臺，從而構(gòu)建動態(tài)應(yīng)急預(yù)案及互動式培訓(xùn)模擬系統(tǒng)平臺。

1.2 平時用于教學(xué)，戰(zhàn)時用于應(yīng)急

防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)平臺的另一個設(shè)計理念就是“平戰(zhàn)結(jié)合”，即平臺的設(shè)計堅持“真實、可用”的觀點，真實就是數(shù)據(jù)、流程、方法、模型都盡最大可能接入現(xiàn)有、現(xiàn)行的實實在在的數(shù)據(jù)，切實可行的計算方法和模型，按照各級應(yīng)急管理部門以及氣象、水旱、地質(zhì)、自然災(zāi)害等職能部門應(yīng)急管理的法律法規(guī)、條例、辦法、標準制訂自然災(zāi)害應(yīng)急處置流程。這樣的理念能夠保證防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)平臺不僅僅是一個能夠單純地用于培訓(xùn)教學(xué)的系統(tǒng)平臺，而且，在有氣象災(zāi)害發(fā)生時，能夠支撐蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院協(xié)助相關(guān)部門對該突發(fā)事件進行應(yīng)急處置。

2 氣象防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)環(huán)境的硬件建設(shè)內(nèi)容

2.1 氣象防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)平臺

與甘肅省氣象局CIMISS系統(tǒng)積極對接，部署必要的硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)接收環(huán)境，實現(xiàn)氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)所急需的氣象衛(wèi)星、氣象雷達、高空探測和地面觀測數(shù)據(jù)的實時獲取，實現(xiàn)多種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品和氣象反演數(shù)據(jù)的實時獲取。與此同時，針對氣象數(shù)據(jù)種類多、格式多樣、時序性強等特點，從氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實訓(xùn)現(xiàn)狀和需求出發(fā)，應(yīng)用計算機通信、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，設(shè)計一套基于元數(shù)據(jù)管理的氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)環(huán)境，初步實現(xiàn)氣象災(zāi)害實訓(xùn)急需的功能（資料收集、加工處理、入庫、產(chǎn)品生產(chǎn)等），為氣象災(zāi)害應(yīng)急管理人才培訓(xùn)或培養(yǎng)提供良好的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

2.2 氣象災(zāi)害仿真模擬體驗實訓(xùn)教學(xué)平臺

通過各類監(jiān)測設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析而做到提前預(yù)警、綜合風(fēng)險評估、災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警、災(zāi)害態(tài)勢智能分析，從而形成一個完整的監(jiān)測預(yù)警體系，更真切、更有效地還原和體現(xiàn)自然災(zāi)害綜合監(jiān)測預(yù)警的流程和關(guān)鍵節(jié)點，系統(tǒng)可以人工添加模擬數(shù)據(jù)，也可以接入實際數(shù)據(jù)。

2.3 互動教學(xué)云桌面平臺

學(xué)生操作電腦選用云桌面的方式+15.6英寸（1英寸=2.54 cm）超薄單屏觸摸升降一體機，可將教學(xué)視頻根據(jù)教學(xué)需要呈現(xiàn)到顯示終端，通過互動顯示屏、直播系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)等，實現(xiàn)教學(xué)中的多媒體互動交流。該平臺能夠把學(xué)生需要掌握的教學(xué)知識點的操作方式錄制成視頻，學(xué)生們可以在自主學(xué)習(xí)的過程中通過研究視頻來掌握這些知識點，這樣能有效節(jié)約課堂教學(xué)時間，把更多教學(xué)時間用于交流。平臺的優(yōu)勢在于能夠減少板書，把時間更好地用于交互，提高教學(xué)質(zhì)量，同時視頻化可以提高記憶與想像力，學(xué)生預(yù)習(xí)也可視頻化、PPT化。

3 氣象防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)教學(xué)軟件系統(tǒng)

3.1 氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)實時獲取系統(tǒng)

通過與甘肅省氣象局已有網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和數(shù)據(jù)連接通道，積極與甘肅省氣象信息中心等技術(shù)機構(gòu)對接，實時獲取每6 min一次的氣象雷達數(shù)據(jù)，每30 min一次的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，每10 min的全國地面監(jiān)測數(shù)據(jù)，每天2次的全球高空探測數(shù)據(jù)，以及每天全球5個數(shù)值天氣預(yù)報中心的數(shù)百種預(yù)報產(chǎn)品等。

3.2 氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

完善氣象應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，綜合應(yīng)用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式表格系統(tǒng)、分布式對象存儲和分布式文件系統(tǒng)等存儲技術(shù)，升級完善我院氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，針對應(yīng)用按需設(shè)計多副本存儲，建立混合云高效的數(shù)據(jù)同步機制。

3.3 氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)

實現(xiàn)對實時收集的有關(guān)氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)所需資料進行質(zhì)量控制，并對收集的各類資料進行解碼、入庫等處理。選用先進數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)對所收集各類氣象災(zāi)害應(yīng)急管理實訓(xùn)所需資料及實訓(xùn)結(jié)果的永久性存儲管理。構(gòu)建多級存儲、在線備份和離線歸檔的自動化流程，實現(xiàn)交互應(yīng)用的毫秒級訪問和數(shù)據(jù)服務(wù)的秒級響應(yīng)。

3.4 氣象災(zāi)害應(yīng)急實訓(xùn)輔助系統(tǒng)

根據(jù)各類氣象災(zāi)害的發(fā)布標準，實時共享“國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)”發(fā)布的各類預(yù)警信號，輔助應(yīng)急管理培訓(xùn)學(xué)員和我院學(xué)生對監(jiān)測到的突發(fā)事件產(chǎn)生的影響進行綜合分析，輔助強化孕災(zāi)環(huán)境分析能力，從而強化應(yīng)急管理培訓(xùn)學(xué)員和我院學(xué)生對突發(fā)事件影響區(qū)域、影響人群的綜合研判能力，為精準靶向發(fā)布和首次有效應(yīng)急響應(yīng)打下基礎(chǔ)。

3.5 應(yīng)急指揮仿真系統(tǒng)

應(yīng)急指揮仿真系統(tǒng)以空天地感知、融合通信、知識圖譜等技術(shù)為支撐，突出應(yīng)急信息全面匯聚、快速展現(xiàn)、上傳下達、協(xié)同會商、專題研判、指揮調(diào)度和輔助決策等支撐能力，建立反應(yīng)靈敏、協(xié)同聯(lián)動、高效調(diào)度、科學(xué)決策的應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)，實現(xiàn)全省應(yīng)急救援智能化、扁平化和一體化指揮作戰(zhàn)。應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)主要包括突發(fā)事件信息接報、值班管理、綜合信息匯聚可視化、協(xié)同會商、輔助決策、指揮調(diào)度、信息發(fā)布、應(yīng)急指揮體系管理、總結(jié)評估、業(yè)務(wù)應(yīng)用移動化、專題研判、案例推演、指揮演練、數(shù)字化預(yù)案、災(zāi)害救助、社會救災(zāi)捐贈管理、應(yīng)急資源管理等子系統(tǒng)。

3.6 領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙

領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙為領(lǐng)導(dǎo)坐鎮(zhèn)指揮提供全方位的、動態(tài)的公共安全輔助決策信息。將采集的數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化，通過速度表、音量柱、預(yù)警雷達、雷達球等大數(shù)據(jù)圖表，形象標示安全運行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時，提供一鍵全域搜索功能，通過各種條件組合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的搜索、展示?？梢暬糠种С滞献?、頁面靈活組合。領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙實現(xiàn)了多用戶、不同權(quán)限的不同操作，每個有權(quán)限的用戶都能夠配置適合自己的圖形，從而能夠讓相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)查看到自己所關(guān)心的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多用戶、多權(quán)限、多圖形、多指標的操作目的。

4 結(jié)論與討論

自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展是一個動態(tài)的過程，現(xiàn)實的自然災(zāi)害發(fā)生包括各類觸發(fā)條件和承災(zāi)載體的具體情況，要素眾多，要素及要素間的關(guān)系復(fù)雜、不斷變化，這種變化具有不確定性和不可預(yù)知性，并且無法預(yù)演和重現(xiàn)，因此，需要借助模擬的系統(tǒng)（或已投入業(yè)務(wù)使用的系統(tǒng)）研究各類自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展過程。掌握自然災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律并用防災(zāi)減災(zāi)實訓(xùn)平臺進行直觀的表現(xiàn)，實現(xiàn)對于自然災(zāi)害發(fā)生、演變、預(yù)判、發(fā)展等情景的構(gòu)建和推演，便于對培訓(xùn)人員形成直觀的理解。情景構(gòu)建是提取某一時刻自然災(zāi)害環(huán)境系統(tǒng)和承災(zāi)載體系統(tǒng)中，對于災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展起關(guān)鍵作用的要素及其之間的關(guān)系，并在平臺系統(tǒng)中建立與之對應(yīng)的相關(guān)模型。情景推演是依據(jù)災(zāi)害環(huán)境、承災(zāi)載體以及相互間作用的客觀規(guī)律，并充分考慮到可能的應(yīng)急管理措施及其效果，在平臺系統(tǒng)中，由相關(guān)模型某一時刻的狀態(tài)推斷其下一時刻的各種可能狀態(tài)。對于學(xué)生而言，能夠?qū)?fù)雜的自然災(zāi)害情況直觀地呈現(xiàn)出來，有助于其快速熟悉和掌握。

［1］楊金花.高職環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)特色實訓(xùn)室的建設(shè)與探索［J］.山西青年，2020（10）：185-187.

［2］王芳.大數(shù)據(jù)時代經(jīng)偵專業(yè)綜合模擬實訓(xùn)創(chuàng)新研究［J］.法制與社會，2020（27）：175-176.

［3］劉永峰，張雪茹.食品專業(yè)實踐教學(xué)與大學(xué)生培養(yǎng)的關(guān)系分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020（18）：272-274.

［4］楊力，崔江濤，黃伯虎，等.面向資源共享的計算機類虛擬在線實驗建設(shè)與實踐［J］.計算機教育，2020（10）：42-46.

［5］劉海峰，龐在祥，王曉東，等.新工科背景下智能制造虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)與應(yīng)用［J］.實驗技術(shù)與管理，2020，37（10）：255-262.

G712

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.034

2095－6835（2021）08－0092－02

2019年甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升項目（編號：2019A-216）；2020年蘭資環(huán)院級科研項目（編號：Y2020C-02）；2020年蘭資環(huán)校級教育教學(xué)改革項目（編號：JG2020013）；2020年蘭資環(huán)校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革研究項目（編號：CXJG2020008）

夏權(quán)（1983—），男，甘肅蘭州人，高級工程師，研究方向為應(yīng)用氣象、氣象服務(wù)。

〔編輯：王霞〕