地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)設計

何雅楓，許 娟，周志華，范開紅，顧 鐵

（1.四川省地震局,成都 610041）

0 引言

2019年至今，四川省自貢市、宜賓市等地地震災害頻發(fā)，大量地震現(xiàn)場前后方協(xié)同聯(lián)動工作實例表現(xiàn)出緊迫性、時效性和協(xié)同性等特點。地震現(xiàn)場指揮部在短時間內(nèi)需協(xié)調(diào)管理多個單位、處室、災情調(diào)查人員和車輛，在有限的時間內(nèi)收集、整理、共享現(xiàn)場指揮部產(chǎn)出與系統(tǒng)自動產(chǎn)出的震情、災情信息、地震現(xiàn)場災情調(diào)查數(shù)據(jù)以及實時會議視頻聯(lián)動信息等。此外，現(xiàn)場辦公人員的會議紀要仍采取傳統(tǒng)的文字記錄方式，導致辦公效率不高；現(xiàn)場災情調(diào)查人員的信息共享采用文件拷貝等方式，易出現(xiàn)格式不統(tǒng)一、共享不及時等問題；前后方信息交互采用的是專人整理方式，耗時較長、無法實現(xiàn)實時傳輸；部分實時信息仍使用通信軟件、文件傳送等交互方式，其時效性和承載性較差，且無法有效整合，不能適應新時代地震應急響應前后方的聯(lián)動協(xié)同需求，應急科技支撐能力不足。針對上述問題，以現(xiàn)場指揮部為核心迫切需要整合各工作主體的力量和資源共享，引入前后方協(xié)同聯(lián)動機制，建立針對地震現(xiàn)場工作的智能化辦公、數(shù)據(jù)通信和協(xié)同工作的模式，設計一套地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)，使地震現(xiàn)場應急期的工作更加快速、有序，為地震現(xiàn)場前后方應急指揮決策協(xié)同提供更有力支撐。

1 現(xiàn)狀分析

經(jīng)多年研究，國內(nèi)外在地震現(xiàn)場協(xié)同聯(lián)動方面已有一定的研究基礎和技術積累。近十年來，中國地震局先后頒布了一系列現(xiàn)場工作標準規(guī)范、應急指揮現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范、應急指揮場所網(wǎng)絡規(guī)范、應急預案管理、平臺建設使用辦法等，并建成了地震現(xiàn)場應急指揮系統(tǒng)，在專業(yè)系統(tǒng)基礎上圍繞地震現(xiàn)場協(xié)同聯(lián)動平臺的設計與構建，開展了科學研究工作，在視頻會議聯(lián)動、地震應急、災害調(diào)查等方面均取得了長足進步。

相關技術標準的出臺也為前后方協(xié)同聯(lián)動工作提供了技術保障。《地震現(xiàn)場應急指揮數(shù)據(jù)共享技術要求》、《地震現(xiàn)場工作》、《地震災情應急評估》規(guī)定了地震現(xiàn)場前后方協(xié)同聯(lián)動的規(guī)范化工作流程、應急指揮數(shù)據(jù)和災情調(diào)查數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)類型、編碼、格式，以及共享數(shù)據(jù)維護和管理的基本要求等。

同時，四川省地震局承擔的蘆山地震災后恢復重建“地震應急指揮場所與現(xiàn)場技術系統(tǒng)升級改造項目”中地震現(xiàn)場災情快速調(diào)查評估系統(tǒng)的研發(fā)，為本研究中人員、車輛統(tǒng)一管理、災情信息采集提供了流程化的建設依據(jù)和系統(tǒng)平臺支撐。

但針對地震應急工作，尤其是地震現(xiàn)場指揮工作，大部分精力被投入到現(xiàn)場災情調(diào)查、“縱橫”視頻會議聯(lián)動、地震現(xiàn)場建筑物鑒定等，智能辦公與災情調(diào)查有效集成依然是空缺的。而現(xiàn)場指揮部成立后，各工作的處置階段劃分、現(xiàn)場人員組隊、工作部署、震情監(jiān)測分析、宏觀考察、社會影響、科普宣傳、輿情防控、與地方政府的聯(lián)系、文書通信、后勤保證等一系列工作的有序進行，對震后地震部門協(xié)助政府和社會最大限度地減輕地震災害以及后期地震科研探索與實踐具有重要意義。因此，研發(fā)地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)，提高地震現(xiàn)場工作效率和協(xié)同能力，是本次研究的重點和創(chuàng)新之處。

2 需求分析

實踐表明，目前四川省地震現(xiàn)場指揮部、上級行政單位、現(xiàn)場調(diào)查隊之間的聯(lián)動協(xié)同工作模式亟待加強，前后方仍缺乏有效的快速溝通機制和聯(lián)動協(xié)同能力。目前還存在災情信息共享、災情采集數(shù)據(jù)交換、智能辦公、工作會議記錄自動生成、前后方協(xié)同交互操作、人員調(diào)度、任務派遣等多項工作內(nèi)容的前后方協(xié)同需求。因此，研究地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動保障技術，發(fā)展省中心、現(xiàn)場指揮部、現(xiàn)場災情調(diào)查工作組三級聯(lián)動，設計地震現(xiàn)場移動辦公輔助平臺，重點在于明確前后方信息獲取需求、現(xiàn)場辦公智能化需求、現(xiàn)場災情調(diào)查需求、視頻會議需求、平臺功能需求；同時整合現(xiàn)有技術平臺資源，建立信息聯(lián)動協(xié)同機制；規(guī)范現(xiàn)場指揮部智能化辦公流程，在應用軟件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎上，對產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進行加工并共享，形成服務于不同工作主體的信息數(shù)據(jù)，進而提升前后方地震應急綜合響應能力。

在地震應急處置過程中，省中心主要以人員調(diào)動、任務指派、專業(yè)產(chǎn)品推送、實時通信聯(lián)動、震情跟蹤、數(shù)據(jù)接收等為主；現(xiàn)場指揮部則以現(xiàn)場調(diào)查、現(xiàn)場辦公、后勤保障、科普宣傳等為主；現(xiàn)場災情調(diào)查工作隊主要任務是獲取第一手災情資料和評估輔助資料[1]。因此，省中心、現(xiàn)場指揮部、現(xiàn)場災情調(diào)查工作隊因工作內(nèi)容、職能定位和所處地理位置不同，對信息獲取和產(chǎn)出也有不同的需求，同時利用好信息采集、產(chǎn)出和傳播手段，是平臺建設重點關注的技術指標。具體信息協(xié)同需求和平臺功能需求如表1所示。

表1 地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動保障需求表

3 關鍵技術及架構設計

3.1 擬采用的常用技術

1）自動語音識別技術。語音識別是機器將待識別音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠處理的文本字符串或命令等。其流程通常為預處理、特征提取、語音識別模型訓練、模式匹配以及后語音處理等。本研究將語音識別技術應用于將視頻會議系統(tǒng)中的錄音錄像轉(zhuǎn)為文字記錄中，實現(xiàn)地震現(xiàn)場工作會議紀要自動生成。

2）感知技術。包括智能傳感、射頻識別、音視頻采集等。以物聯(lián)網(wǎng)為媒介，采用深度學習算法等將終端設備、傳感器、系統(tǒng)平臺接收或識別的信息分類處理后匯聚至數(shù)據(jù)庫中[2]。本研究采用感知技術實現(xiàn)現(xiàn)場災情采集人員位置信息定位和實時回傳。

3）網(wǎng)絡通信技術。本研究將該技術應用于有效收集后的信息實際傳輸過程中，是保證信息共享和安全可靠傳輸?shù)幕A。

3.2 系統(tǒng)體系結構

本研究擬通過設計地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)架構，實現(xiàn)地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動，保障各方工作高效、穩(wěn)定地進行。利用各種傳感器和終端設備實時采集需要協(xié)同和記錄的信息，并通過網(wǎng)絡將獲取的信息傳輸?shù)胶笈_管理平臺，從而實現(xiàn)各種會議管理、信息共享等服務。本文系統(tǒng)邏輯層體系結構可參考物聯(lián)網(wǎng)的體系結構[2]，采用基于領域驅(qū)動微服務分層架構視圖方式進行邏輯設計，程序結構清晰，由于層間松散的耦合關系使得升級和維護容易。分別從數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、網(wǎng)絡層、應用層、服務層和基礎設施層進行闡述[3-4]（圖1，表2）。系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構如表2所示。

表2 系統(tǒng)體系結構

圖1 地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)體系結構示意圖

1）感知層。即為數(shù)據(jù)感知層，是包含現(xiàn)場錄音錄像、視頻會議接入、會議紀要（語音轉(zhuǎn)換、整理）、個人語音錄入轉(zhuǎn)換等相應的感知終端采集相關音視頻和文字信息，為會議管理人員提供自動化處理后的數(shù)據(jù)源和參數(shù)。

2）數(shù)據(jù)傳輸層。即為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)持久化和存儲等數(shù)據(jù)使用的設計，通過規(guī)定數(shù)據(jù)安全體系、數(shù)據(jù)質(zhì)量體系、元數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)格式標準，實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲、管理和應用等工作。

3）網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層通過對現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術進行整合和更新，在常用物聯(lián)網(wǎng)技術如射頻識別技術、無線網(wǎng)絡技術、移動通信技術、智能識別技術以及信息安全技術等的基礎上，研究在不同應用場景下采用自適應網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。

4）應用層。應用層是地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動工作中產(chǎn)出信息成果的一層，是很“瘦”的一層，主要負責服務的組合、編排和轉(zhuǎn)發(fā)，負責處理業(yè)務用例的執(zhí)行順序以及結果的拼裝，用來表述應用和用戶行為，通過 API 網(wǎng)關向前臺應用發(fā)布。本研究中應用層是基于現(xiàn)有的視頻會議系統(tǒng)和現(xiàn)場災情調(diào)查評估系統(tǒng)以及其他各業(yè)務系統(tǒng)，進行包括內(nèi)部即時辦公通信、應急信息文檔產(chǎn)出、工作會議記錄、視頻會議接入、流媒體點播服務、各類信息統(tǒng)一管理、前后方協(xié)同交互操作等功能的設計。應用層從功能模塊集成的角度，設計信息的分類、元數(shù)據(jù)、協(xié)同格式及數(shù)據(jù)質(zhì)量，將涉及地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動的共享信息劃分為3 類：第一類是出隊管理中的人員、車輛、物資等基本信息；第二類是地震現(xiàn)場工作會議的錄像、錄音及語音轉(zhuǎn)文字、會議共享文件等信息；第三類是現(xiàn)場災情調(diào)查數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場房屋調(diào)查、其他災害調(diào)查、災害損失評估及地震現(xiàn)場音視頻和圖像等。

5）服務層。是較“胖”的一層，其實現(xiàn)了全部業(yè)務邏輯并且通過各種校驗手段保證業(yè)務正確性，是介于邏輯與表現(xiàn)之間的中間層，也是合理安排全部業(yè)務邏輯并且通過各種校驗手段保證業(yè)務正確性展現(xiàn)的關鍵層。采用分布式架構和微服務技術體系，結合業(yè)務限界上下文與技術因素，對服務的粒度、分層、邊界劃分、依賴關系和集成關系進行梳理，完成微服務拆分和設計，增強可用性、服務易擴展、減少服務發(fā)布對整個平臺的影響。其設計原則簡化為領域驅(qū)動設計、邊界清晰、職能清晰和不過度拆分。

6）基礎設施層。封裝基礎資源服務，為應用層和服務層提供基礎資源服務（如數(shù)據(jù)庫、緩存等基礎資源），實現(xiàn)各層的解耦，降低外部資源的變化對核心業(yè)務邏輯的影響，同時通過技術框架來支持各層之間的交互。

3.3 功能實現(xiàn)

在明晰系統(tǒng)網(wǎng)絡體系架構和邏輯架構的基礎上，擬采用BS/CS 架構進行系統(tǒng)研發(fā)。主要包含BS 架構的后臺管理系統(tǒng)及出隊管理、CS 架構的現(xiàn)場智能化辦公系統(tǒng)、基于Android 操作系統(tǒng)的現(xiàn)場災情調(diào)查系統(tǒng)等，各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過特定的功能模塊實現(xiàn)對調(diào)度數(shù)據(jù)的交互。為達到各子系統(tǒng)和第三方業(yè)務系統(tǒng)的信息協(xié)同目標，需要在地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)研發(fā)初期，合理規(guī)劃信息產(chǎn)出的控制方法和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方案，重點實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的互聯(lián)和互操作性。

地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)需提供強大的數(shù)據(jù)共享功能和智能化辦公功能，使地震前后方不同對象可以更深層次的信息交流和工作協(xié)同，故系統(tǒng)功能設計初步考慮有后臺管理模塊、出隊管理模塊、現(xiàn)場災情調(diào)查模塊、現(xiàn)場智能化辦公模塊、信息共享平臺架構5 個部分（圖2）。

圖2 地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)功能模塊架構設計

規(guī)范的后臺管理功能及自動化水平。后臺管理模塊通過業(yè)務流程劃分，建立前后方協(xié)同數(shù)據(jù)庫，在協(xié)同支撐組件的支持下設計公共數(shù)據(jù)處理工作站，向辦公軟件和災情調(diào)查軟件層進行各類數(shù)據(jù)處理、交換和調(diào)度。系統(tǒng)主要的功能模塊可包括但不限于流媒體點播服務、統(tǒng)計報表產(chǎn)出、會議管理、會議紀要自動產(chǎn)出、日志管理、資料搜索等。

高效的智能化辦公功能。通過設計現(xiàn)場智能化辦公模塊，以實現(xiàn)現(xiàn)場辦公人員可全面、準確、規(guī)范、快速、安全地完成各項現(xiàn)場辦公工作，滿足如現(xiàn)場實時錄像錄音、視頻會議聯(lián)動、會議紀要自動生成、語音錄入及轉(zhuǎn)換的實際需求。

實用的數(shù)據(jù)協(xié)同功能。采用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)前后方各業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)出資料、上報信息、現(xiàn)場采集信息、實時任務指令等信息共享平臺的搭建，同時可在視頻會議過程中進行桌面共享以及文字交流、文字實時傳輸，可以第一時間實現(xiàn)前后方基礎數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的收集和轉(zhuǎn)發(fā)。

強大的信息采集和任務管理功能。設計出隊管理模塊和現(xiàn)場災情調(diào)查模塊，主要包括基本的人員和車輛管理、人員分組和任務指派、隊伍行進軌跡及分析、房屋調(diào)查、其他災害調(diào)查、描述信息錄入和信息管理等。

針對信息采集和數(shù)據(jù)協(xié)同，需對數(shù)據(jù)存儲和集成進行有效的規(guī)劃和管理，以保障地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)分為結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)兩類，根據(jù)前文提出的信息協(xié)同需求將數(shù)據(jù)再分為基礎數(shù)據(jù)、來源數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和產(chǎn)出型數(shù)據(jù)，從存儲形態(tài)上可分為數(shù)據(jù)庫存儲和文件存儲。前后協(xié)同聯(lián)動主要是在已有省級應急指揮技術系統(tǒng)、現(xiàn)場災情調(diào)查系統(tǒng)以及音視頻信息采集工具的基礎上，有效整合原有數(shù)據(jù)庫和重新定義規(guī)劃的協(xié)同數(shù)據(jù)庫中地震應急快速響應期內(nèi)所需的應急產(chǎn)出和辦公產(chǎn)出資源，實現(xiàn)災情快速采集、會議資料產(chǎn)出、指令發(fā)布、快速評估產(chǎn)品協(xié)同等一體化運行。其階段性數(shù)據(jù)的成果依托協(xié)同系統(tǒng)后臺管理模塊進行傳輸和存儲，同時通過協(xié)同系統(tǒng)實時監(jiān)控各業(yè)務流程產(chǎn)出的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，向協(xié)同數(shù)據(jù)庫進行定向傳輸[5]（圖3）。

圖3 協(xié)同數(shù)據(jù)入庫

友好簡易的操作功能。系統(tǒng)擬基于移動APP應用進行研發(fā)，使用者只需要安裝、升級軟件即可。其高質(zhì)量的音頻處理和視頻信息采集效果均基于移動終端配置。功能模塊分類清晰，操作簡便。

3.4 系統(tǒng)設計的創(chuàng)新點

1）現(xiàn)場災情調(diào)查任務分派和人員管理

本系統(tǒng)設計中有關任務分派、人員管理和行進路線的模塊是基于開源地圖和GIS 地圖，將人員車輛管理、人員分組、顯示人員位置、快速分派任務、隊伍軌跡分析等功能有機地集成到一起，相對于現(xiàn)有系統(tǒng)已有內(nèi)容，其新增功能和智能化程度大幅增加，直接關系到現(xiàn)場災情調(diào)查和信息共享工作能否有效、有序地開展。

2）傳統(tǒng)會議和視頻會議智能記錄

會議智能記錄分為傳統(tǒng)會議和視頻會議兩部分，包含現(xiàn)場會議錄音錄像、視頻會議接入、會議紀要整理等，功能簡單但智能化水平要求高，尤其在會議錄音錄像以及語音轉(zhuǎn)文字的記錄方面，視頻會議在4G 或5G 自適應網(wǎng)絡接入方面要形成一套實用、自動、盡量少的人工干預和調(diào)整的現(xiàn)場辦公模塊是整個系統(tǒng)架構和系統(tǒng)建設的核心問題，既要滿足現(xiàn)場辦公工作需求，又要符合信息共享需求，并方便后臺管理和資料整理歸檔。

3）地震現(xiàn)場災情調(diào)查和信息共享

地震現(xiàn)場災情調(diào)查主要由房屋和災害調(diào)查、信息上報音頻錄入和轉(zhuǎn)換、使用終端管理、任務分派組成，災情調(diào)查數(shù)據(jù)的協(xié)同是前后方指揮部數(shù)據(jù)共享的核心部分，是實現(xiàn)前后方無縫連接、減少數(shù)據(jù)協(xié)同的時間和誤差、實時修正和評估地震災情、提高應急期地震現(xiàn)場工作效率的關鍵因素。

4 結論與討論

基于自動語音識別技術、感知技術、網(wǎng)絡通信技術等，通過研發(fā)地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)將現(xiàn)場信息管理、智能辦公、信息共享、調(diào)查信息錄入和上報等功能有機地集成到一起，做到“內(nèi)外兼顧”。向內(nèi)主要服務于現(xiàn)場指揮部的會議內(nèi)容精準記錄和文檔快速產(chǎn)出，向外服務于現(xiàn)場災情調(diào)查人員災情信息快速采集、指令獲取和信息共享，從而提高地震現(xiàn)場信息錄入上報效率、提高現(xiàn)場辦公流程的保密和安全性、提高前后方協(xié)同聯(lián)動的可操作性，最終提高地震應急響應前后方協(xié)同聯(lián)動能力。同時，該系統(tǒng)具有強大后臺管理和可視化顯示的優(yōu)勢，進行流媒體點播管理、現(xiàn)場設備位置和狀態(tài)顯示、會議記錄管理、數(shù)據(jù)共享管理和人員管理等。在今后的研究工作中，研發(fā)系統(tǒng)的各個模塊應既可集成一體，也可拆分成獨立的服務模塊，不同特定功能模塊在使用中互不干涉且不占用過多資源，而且根據(jù)使用者的不同，系統(tǒng)界面也可不同，滿足不同使用者需求的地震現(xiàn)場移動辦公輔助系統(tǒng)。