人防塊數(shù)據(jù)在重要經(jīng)濟目標防護中的應用研究

鄧華權(quán)+李文洋+吳毅

[摘 要]本文針對現(xiàn)有的人防信息化建設(shè)存在的數(shù)據(jù)分散不準確、不完善、沒有統(tǒng)一的規(guī)劃和標準、不能互聯(lián)互通等問題，通過整合現(xiàn)有人防設(shè)施、人防物資、人防隊伍、重要目標地理空間信息、人口數(shù)據(jù)等條數(shù)據(jù)，建設(shè)人防塊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心，對各相關(guān)部門業(yè)務數(shù)據(jù)進行融合，按照重要經(jīng)濟目標防護需求進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和處理，研究基于塊數(shù)據(jù)的重要經(jīng)濟目標防護應用，為人防工作提供精準指導，使重要經(jīng)濟目標的人防工作更加及時有效。

[關(guān)鍵詞]條數(shù)據(jù)；塊數(shù)據(jù)；人防工程；塊數(shù)據(jù)分析；重要經(jīng)濟目標

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.032

[中圖分類號]E25 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）08-00-03

0 引 言

人防是國防的重要組成部分，人防工程是提高國家整體防衛(wèi)能力、提高城市抗御自然災害和防空抗毀能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，是戰(zhàn)時保障人民生命財產(chǎn)安全的重要手段。運用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，綜合采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代化手段，將人防各類資源真正實現(xiàn)數(shù)字化管理。發(fā)揮大數(shù)據(jù)平臺的技術(shù)優(yōu)勢，更精確地為全國戰(zhàn)時防空和平時防災提供服務，全面提升戰(zhàn)時防空、平時服務、應急支援使命任務的能力，具有重大意義。

人防與應急救援行動對信息的依賴性很強，及時、準確的數(shù)據(jù)信息是指揮、協(xié)調(diào)和組織城市人防和應急救援行動的重要保障，人防信息系統(tǒng)是人防工程的最重要組成部分?，F(xiàn)有的人防信息化建設(shè)存在著數(shù)據(jù)分散，準確性、完整性、標準化建設(shè)等都需要進一步規(guī)范和完善，作為信息系統(tǒng)核心的數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)資源往往處于一種分散的、相對獨立的狀態(tài)，已建系統(tǒng)往往存在有軟件無數(shù)據(jù)、有數(shù)據(jù)不流通的普遍現(xiàn)象，縱向和橫向沒有形成合力。人防塊數(shù)據(jù)工程建設(shè)是人防信息化建設(shè)的核心和基礎(chǔ)，對整個人防信息化建設(shè)的質(zhì)量有著極大的影響，只有對數(shù)據(jù)資源進行有效整合，形成規(guī)模效益，人防在未來軍事斗爭和應急救援行動中戰(zhàn)斗力才可以得到提高，收到倍增的效果。

人防重要經(jīng)濟目標，是維系國家或地區(qū)的經(jīng)濟命脈，在國民經(jīng)濟中占有重要地位，在遭到破壞后，對國計民生、戰(zhàn)爭潛力、維持城市基本運轉(zhuǎn)和經(jīng)濟恢復有重大的影響。人防重要經(jīng)濟目標單位防護工作的主要職責是：制訂本單位防空襲方案及實施計劃；根據(jù)戰(zhàn)時可能擔負的任務和需要，按照專業(yè)對口和便于領(lǐng)導、便于指揮、便于搶險救災的要求，組建搶險搶修專業(yè)隊伍，組織專業(yè)訓練和演習；配備必要的防護裝備、物資和器材，保障防護經(jīng)費，落實防護措施；組織開展人民防空知識教育，使所屬人員掌握人民防空的基本知識和技能；組織本單位力量進行臨戰(zhàn)準備及消除空襲后果。

本文以一個地區(qū)的重要經(jīng)濟目標———自來水廠為例，基于人防塊數(shù)據(jù)相關(guān)理論及技術(shù)，結(jié)合人防重要經(jīng)濟目標在受到空襲威脅時各個不同階段的防護工作，研究基于人防塊數(shù)據(jù)的重要經(jīng)濟目標防護指揮應用，一定程度的提高人防工程信息化應用水平以期在一定程度上提高人防工程信息化應用水平，增強重要經(jīng)濟目標防護決策支持和應急處理能力提高重要經(jīng)濟目標防護決策支持和應急處理能力，提升人防工程信息管理水平。

1 人防塊數(shù)據(jù)構(gòu)成

所謂塊數(shù)據(jù)，就是一個物理空間或者行政區(qū)域內(nèi)形成的涉及人、事、物的各類數(shù)據(jù)總和。塊數(shù)據(jù)比條數(shù)據(jù)的“4V”特征更為明顯，“4V”即Volume（大量）、Variety（多樣）、Value（價值）、Velocity（高速）。它如同一個計算機的主板，建立起了一個開放、共享、連接的數(shù)據(jù)基地，各個行業(yè)和部門的條數(shù)據(jù)就如同一個個可插拔的板卡，只有將其融合并集成到主板上，才能發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)真正的功效。塊數(shù)據(jù)實踐應用所形成的全產(chǎn)業(yè)鏈、全服務鏈和全治理鏈，將更大程度地驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級、服務改善民生、推進城市轉(zhuǎn)型和倒逼政府改革。

數(shù)據(jù)資源是大數(shù)據(jù)運用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)資源越豐富，大數(shù)據(jù)運用的效益就越高。人防數(shù)據(jù)是國防數(shù)據(jù)的重要組成部分，具有保密性強，信息量大等特點。人防塊數(shù)據(jù)包括人防工程的位置、經(jīng)緯度及圖片、戰(zhàn)術(shù)性能與技術(shù)性能以及人口疏散基地、避難場所建設(shè)等重要數(shù)據(jù)以及人的數(shù)據(jù)、物的數(shù)據(jù)，如人口、社區(qū)、物業(yè)、氣象、地理、醫(yī)療以及設(shè)施設(shè)備等數(shù)據(jù)，只有對集聚成“塊”的條數(shù)據(jù)進行儲備和有效的管理，才能體現(xiàn)其運用價值。人防塊數(shù)據(jù)的各類條數(shù)據(jù)的來源及數(shù)據(jù)共享方式，如表1所示。

2 人防塊數(shù)據(jù)存儲

2.1 數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計

人防大數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)、開放式數(shù)據(jù)庫進行總體設(shè)計?？傮w分為兩部分，一部分為利用公網(wǎng)組建的非涉密互聯(lián)網(wǎng)+人防公共服務管理系統(tǒng)，另一部分為利用自有光纜組建的涉密人防戰(zhàn)備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

人防大數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫分為“人防實施數(shù)據(jù)庫（戰(zhàn)備數(shù)據(jù)庫）”和“人防模擬數(shù)據(jù)庫（公共服務數(shù)據(jù)庫）”，其余功能以鏈接不同數(shù)據(jù)庫的方式實現(xiàn)戰(zhàn)備與演練的目的。鏈接人防實施數(shù)據(jù)庫則為涉密正式數(shù)據(jù)，鏈接人防模擬數(shù)據(jù)庫則為不涉密的模擬數(shù)據(jù)，如圖1所示。

人防實施數(shù)據(jù)庫采集、存儲、加工人防部門真實的物資、設(shè)施、預案、隊伍等信息，由于真實數(shù)據(jù)的保密等級較高，此部分數(shù)據(jù)不對外開放，僅用于戰(zhàn)時或災害發(fā)生時的應急處理與使用，即人防實施數(shù)據(jù)庫用于人防戰(zhàn)備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的使用。

相對于人防實施數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的真實可靠，模擬數(shù)據(jù)庫中存放的是用于日常演練、訓練、學習的數(shù)據(jù)，其中存儲的數(shù)據(jù)均為人工模擬數(shù)據(jù)，不涉及泄密問題。此數(shù)據(jù)庫用于人防公共服務管理系統(tǒng)。

2.2 塊數(shù)據(jù)存儲方式

塊數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)是條數(shù)據(jù)，根據(jù)各類條數(shù)據(jù)的特點，需要通過不同的大數(shù)據(jù)方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。

人防相關(guān)的文檔、圖片、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)采用HDFS（Hadoop Distributed File System）進行存儲。HDFS對應用程序的數(shù)據(jù)提供高吞吐量，適用于大數(shù)據(jù)集應用程序。HDFS開放了POSIX的一些必需接口，容許流式訪問文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，HDFS是主或從結(jié)構(gòu)，由一個名字節(jié)點和多個數(shù)據(jù)節(jié)點組成的，HDFS將大規(guī)模數(shù)據(jù)分割為多個64 MByte的數(shù)據(jù)塊，存儲在多個數(shù)據(jù)節(jié)點組成的分布式集群中。隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷增長，HDFS只需要在集群中增加更多的數(shù)據(jù)節(jié)點即可，具有很強的可擴展性；同時每個數(shù)據(jù)塊會在不同的節(jié)點中存儲三個副本，具有高容錯性；數(shù)據(jù)的分布式存儲可以提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問能力，在海量數(shù)據(jù)成批處理方面有很強的性能表現(xiàn)。

人防數(shù)據(jù)中的人口、隊伍、物資等數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)固定等特點，該類數(shù)據(jù)的存儲采用HBase（Hadoop Database）技術(shù)來實現(xiàn)。HBase是一個高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲系統(tǒng)，利用HBase技術(shù)搭建的大規(guī)模結(jié)構(gòu)化存儲集群，具有查找速度快、可擴展性強、更容易進行分布式擴展等特點。

3 人防重要經(jīng)濟目標防護應用功能

人防重要經(jīng)濟目標防護應用有三大核心應用功能模塊，即空襲前疏散指揮模塊、空襲中損失估算模塊、空襲后搶修指揮模塊。本文結(jié)合自來水廠在空襲不同階段的人防工作，對這三個模塊進行功能描述。

3.1 空襲前疏散指揮模塊

在接到空襲預警后，疏散指揮模塊會將重要經(jīng)濟目標附近需要疏散的人員、物資進行分析，并根據(jù)疏散預案在地圖上形成疏散路線。

人員的疏散地點分配根據(jù)塊數(shù)據(jù)中的人口數(shù)據(jù)，按照年齡、家庭關(guān)系、社會關(guān)系、身體狀況等人口基本信息以及疏散人口數(shù)量、防空設(shè)施容納數(shù)量，對人員進行不同的疏散路線規(guī)劃。例如在自來水廠附近有兩個防空設(shè)施，較近的容納1 000人，較遠的可容納800人，需要疏散總?cè)藬?shù)為1 500人。疏散指揮模塊會將老、幼、病、殘、孕此類人員安排在較近的防空設(shè)施，并根據(jù)家庭關(guān)系、社會關(guān)系數(shù)據(jù)篩選保證此類人員有親近的人員照顧；其他青壯年人員安排在較遠的防空設(shè)施，并按照不同的時間段進行分時疏散，如圖2所示。

戰(zhàn)前物資的調(diào)配有兩類，一類是生活物資，另一類是重要經(jīng)濟目標物資。生活物資的調(diào)配根據(jù)人員疏散位置進行調(diào)配運輸；重要經(jīng)濟目標物資調(diào)配根據(jù)經(jīng)濟運行因素所屬位置進行就近分配。塊數(shù)據(jù)分析方式與人員疏散分析類似。

3.2 空襲中損失估算模塊

影響自來水廠運行的要素主要包含圖3中的內(nèi)容，其數(shù)據(jù)來源于自動采集以及人工錄入。

在空襲中，根據(jù)各類運行因素的狀態(tài)數(shù)據(jù)，戰(zhàn)時損失評估模塊會評估各類的受損等級，根據(jù)各類運行要素的受損狀況，結(jié)合重要目標周邊人防塊數(shù)據(jù)信息，生成重要目標受損評估報告。

3.3 空襲后搶修指揮模塊

在空襲結(jié)束后，經(jīng)濟目標搶修指揮模塊將重要目標的運行要素評估報告發(fā)送至人防指揮中心，指揮中心根據(jù)報告中的信息，分析目標受損情況，對人防隊伍和人防物資進行調(diào)配。

在搶修過程中，將根據(jù)周邊道路、橋梁、隧道等受損情況，對搶修路線進行重新評估和制定，繞過無法行進的路線，通過最優(yōu)路線算法在地圖上標出人防隊伍搶修行進路線。

最短路徑問題的算法有很多種，包括基于限制條件的深度優(yōu)先搜索算法、Dijkstra算法、Floyd算法、A*算法等，各種算法在空間復雜度、時間復雜度、易實現(xiàn)性等方面各具特色。其中，采用啟發(fā)式策略的Dijkstra算法是目前公認的、求解最短路問題的經(jīng)典算法。

4 人防經(jīng)濟目標防護應用系統(tǒng)設(shè)計

4.1 總體設(shè)計

人防經(jīng)濟目標防護系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，主要功能模塊都可以進行涉密數(shù)據(jù)（人防實施數(shù)據(jù)庫）和非涉密數(shù)據(jù)（人防模擬數(shù)據(jù)庫）的切換，以符合戰(zhàn)時指揮和平時演練兩種不同的場景。其主要功能模塊分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、空襲前人員疏散模塊、空襲中受損分析模塊、空襲后搶修指揮模塊，如圖4所示。

4.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊主要維護人口信息、戰(zhàn)備物資信息、人防設(shè)施信息、人防工程信息和人防隊伍信息，其可以對這些數(shù)據(jù)進行基本的增、刪、改、查操作，并且可將這些數(shù)據(jù)與地理信息進行關(guān)聯(lián)。

4.3 疏散指揮模塊

疏散指揮模塊可以加載已經(jīng)制定好的疏散預案，也可根據(jù)實際情況，對疏散路線進行調(diào)整。疏散預案確定后，將向相關(guān)人員發(fā)送疏散通知短信，并向手機APP推送疏散路線。

4.4 經(jīng)濟要素評估模塊

重要經(jīng)濟目標的運行狀況以實時報表的形式展示，數(shù)據(jù)來源于設(shè)備采集或者手工錄入，在空襲過程中，實時報表中的數(shù)據(jù)將根據(jù)實際數(shù)據(jù)情況進行動態(tài)更新。在空襲結(jié)束后，評估模塊將生成重要經(jīng)濟目標的最終評估報告。

4.5 搶修指揮模塊

在空襲結(jié)束后，根據(jù)重要經(jīng)濟目標評估報告，搶修指揮模塊自動分析出人防隊伍的行動路線以及戰(zhàn)備物資的運輸路線，指揮人員可以根據(jù)實際情況對推薦方案進行修訂，方案確定后，將向人防隊伍推送搶修任務，通過手機APP指導人防隊伍的行動方向。

5 結(jié) 語

為了提高人防信息管理系統(tǒng)的智能化、自動化水平，本文通過對人防塊數(shù)據(jù)在重要目標防護的應用，研究在戰(zhàn)時人防工作的不同階段，通過對塊數(shù)據(jù)的挖掘、分析，實現(xiàn)人防應用的精準定位，使指揮人員可以更快速的作出準確的指揮決策，并通過移動應用信息推送方式對人防現(xiàn)場人員進行現(xiàn)場指揮。這有利于降低人防指揮的難度和成本，降低人防指揮人員戰(zhàn)時決策的難度，提高人防工作的質(zhì)量及決策水平。

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