新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 斌（新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪成果中心，新疆 烏魯木齊 830002）

0.引言

近年來(lái)，全球自然災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件頻發(fā)，建立應(yīng)急管理體系，有效預(yù)防和應(yīng)對(duì)各種突發(fā)公共事件已經(jīng)引起各國(guó)政府的高度重視。測(cè)繪地理信息技術(shù)作為突發(fā)公共事件信息的載體和空間定位基礎(chǔ)，是政府應(yīng)急管理和輔助決策的基礎(chǔ)。在測(cè)繪地理信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，現(xiàn)代測(cè)繪成果和數(shù)據(jù)快速獲取已經(jīng)成為災(zāi)情研判、指揮決策、災(zāi)后重建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。新疆地處祖國(guó)西北邊疆自然環(huán)境復(fù)雜，維穩(wěn)形勢(shì)嚴(yán)峻，因此加強(qiáng)應(yīng)急測(cè)繪保障體系建設(shè)在新疆具有十分重要的意義。原新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪地理信息局在“十二五”期間已開(kāi)始應(yīng)急測(cè)繪保障體系建設(shè)工作，新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)是原新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪地理信息局應(yīng)急測(cè)繪保障體系建設(shè)的關(guān)鍵，應(yīng)急測(cè)繪保障體系的指揮調(diào)度與決策保障平臺(tái)，也是應(yīng)急測(cè)繪保障體系建設(shè)的能力放大器。

1.建設(shè)目標(biāo)與架構(gòu)

1.1 建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)運(yùn)行在涉密內(nèi)網(wǎng)上的三維應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)和運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上二維應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)，形成內(nèi)外兼顧，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急輔助決策、應(yīng)急指揮調(diào)度、應(yīng)急隊(duì)伍監(jiān)控、在線會(huì)商、預(yù)案制定、災(zāi)情研判、決策部署等功能，以系統(tǒng)為平臺(tái)整合新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪成果中心已有的應(yīng)急人員、應(yīng)急設(shè)備、應(yīng)急數(shù)據(jù)等資源，形成一套完整的應(yīng)急測(cè)繪保障體系流程與方案，提升原新疆測(cè)繪地理信息局應(yīng)急測(cè)繪保障能力與水平。

1.2 總體架構(gòu)

新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和接入層，五層結(jié)構(gòu)構(gòu)成[1]。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用分層架構(gòu)技術(shù)，以上層服務(wù)為導(dǎo)向，逐級(jí)設(shè)計(jì)，來(lái)確定平臺(tái)組件的顆粒度，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)功能與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，可在基礎(chǔ)平臺(tái)上自行擴(kuò)展系統(tǒng)功能[3]，系統(tǒng)總體架構(gòu)（如圖1所示）:

圖1 新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.3.1 應(yīng)急測(cè)繪保障決策子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)行在涉密內(nèi)網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖2所示），數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端與應(yīng)用服務(wù)器和客戶端采用防火墻進(jìn)行隔離。

圖2 應(yīng)急測(cè)繪保障決策子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.3.2 應(yīng)急測(cè)繪保障指揮調(diào)度子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖3所示）。為減輕服務(wù)器壓力，提高系統(tǒng)響應(yīng)能力和穩(wěn)定性，平臺(tái)將采用分布式服務(wù)發(fā)布和服務(wù)聚合方式來(lái)組織相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由GIS服務(wù)器、空間數(shù)據(jù)服務(wù)器、短信平臺(tái)組成，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一調(diào)用。在應(yīng)急指揮人員的操作下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急任務(wù)的下達(dá)、短信推送、情況反饋等。

圖3 應(yīng)急測(cè)繪保障指揮調(diào)度子系統(tǒng)

2.新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 新疆應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)

新疆應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，使用C#語(yǔ)言基于Skyline軟件二次開(kāi)發(fā)而成。系統(tǒng)集成了三維影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、應(yīng)急專(zhuān)題數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了二、三維基礎(chǔ)地理信息查詢、空間分析、災(zāi)害影響范圍分析、無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃、測(cè)繪應(yīng)急指揮方案編制等功能[2]。系統(tǒng)界面采用模塊化設(shè)計(jì)并與功能分離，用戶可靈活定制系統(tǒng)界面及增加功能模塊。新疆應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)自下而上可劃為三個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)主要功能模塊包括：三維場(chǎng)景漫游、三維空間分析、二三維對(duì)比瀏覽、無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃、專(zhuān)題數(shù)據(jù)加載、應(yīng)急預(yù)案編制等功能模塊，系統(tǒng)架構(gòu)（如圖4所示）:

圖4 應(yīng)急測(cè)繪保障決策子系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）基礎(chǔ)應(yīng)用：系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能主要包括文件操作、場(chǎng)景漫游、地下模式、視圖快照、地名查詢、區(qū)劃定位、坐標(biāo)查詢定位、三維對(duì)比瀏覽、二三維對(duì)比瀏覽、對(duì)象加載、圖層加載等，通過(guò)這些功能應(yīng)急指揮人員能夠方便的進(jìn)行二、三維場(chǎng)景瀏覽、對(duì)比，從而更好的了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

（2）三維空間分析：系統(tǒng)三維空間分析功能主要包括空間量算、坡向分析、最佳路徑、地形剖面分析、空間影響分析、通視分析、視域路徑、日照分析、挖填方分析、淹沒(méi)分析、等高線分析、空間威脅分析、斷面分析、泥石流分析等功能。

（3）無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃：無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類(lèi)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的集成管理，航飛范圍、任務(wù)區(qū)劃分的三維繪制，根據(jù)高分辨率地形數(shù)據(jù)及新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪成果中心已有各型無(wú)人機(jī)及相機(jī)的參數(shù)，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)及航飛路線的快速選定，應(yīng)急無(wú)人機(jī)型號(hào)的輔助選擇等功能，提高了無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)及航飛路線制定的合理性，縮短了無(wú)人機(jī)航飛前的準(zhǔn)備時(shí)間。

（4）專(zhuān)題數(shù)據(jù)加載：專(zhuān)題數(shù)據(jù)加載實(shí)現(xiàn)了對(duì)地災(zāi)等專(zhuān)題數(shù)據(jù)的快速配置、加載、查詢、定位展示和詳情查看等功能，應(yīng)急指揮員可方便的對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，為科學(xué)指揮提供了數(shù)據(jù)支撐。

（5）應(yīng)急方案編制：應(yīng)急方案編制是新疆應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)的核心功能，通過(guò)該功能利用系統(tǒng)已有的應(yīng)急方案及各類(lèi)數(shù)據(jù)，應(yīng)急人員可快速制定科學(xué)合理的應(yīng)急方案，并對(duì)不同的應(yīng)急方案進(jìn)行比較分析及動(dòng)態(tài)推演，為應(yīng)急指揮人員的指揮調(diào)度提供決策依據(jù)。

2.2 新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)

新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，使用分布式服務(wù)發(fā)布和服務(wù)聚合的方式來(lái)組織相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)Web服務(wù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件功能和數(shù)據(jù)的重用及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。系統(tǒng)底層由GIS服務(wù)器、專(zhuān)題數(shù)據(jù)服務(wù)器、短信平臺(tái)組成，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一調(diào)用，在測(cè)繪應(yīng)急指揮人員的操作下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急任務(wù)的下達(dá)、短信推送、情況反饋等功能。新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)主要功能包括：地圖瀏覽、地圖量算、信息查詢、測(cè)繪應(yīng)急任務(wù)、測(cè)繪應(yīng)急會(huì)商、位置監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)信息接入、人員及設(shè)備管理、GPS及北斗設(shè)備位置監(jiān)控。系統(tǒng)架構(gòu)（如圖5所示）：

圖5 新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）地圖操作：瀏覽主要包含放大、縮小、移動(dòng)、定位當(dāng)前位置、等基礎(chǔ)性操作功能；量算主要包含多點(diǎn)距離量算、面積量算；其他功能包含屏幕刷新、屏幕清除、控制顯示圖層、地名點(diǎn)搜索等功能。

（2）應(yīng)急任務(wù)：在應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)急工作人員首先需要通過(guò)系統(tǒng)建立一個(gè)事例，然后在事例里面添加任務(wù)，在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)選擇具體的任務(wù)類(lèi)型和任務(wù)執(zhí)行人后即可下發(fā)任務(wù)，前方應(yīng)急人員在收到任務(wù)后查看任務(wù)并根據(jù)任務(wù)要求執(zhí)行，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)前方應(yīng)急人員可通過(guò)新疆應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)的移動(dòng)端及時(shí)反饋任務(wù)進(jìn)展情況。

（3）應(yīng)急會(huì)商：在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星信道與指揮中心建立通信網(wǎng)絡(luò)后，應(yīng)急指揮人員可利用新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)急會(huì)商模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻回傳并與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員召開(kāi)視頻會(huì)議，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)最新情況對(duì)應(yīng)急方案進(jìn)行完善、修改、態(tài)勢(shì)標(biāo)繪，并打印出圖。

（4）位置監(jiān)控：新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)移動(dòng)終端在有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域使用GPS定位，無(wú)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域使用北斗進(jìn)行定位，并利用北斗短報(bào)文功能將位置信息實(shí)時(shí)回傳，實(shí)現(xiàn)了不受移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍限制的位置回傳能力。應(yīng)急指揮人員通過(guò)新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)位置監(jiān)控模塊可實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員、設(shè)備的實(shí)時(shí)位置及行動(dòng)軌跡，并根據(jù)最新信息指揮現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員調(diào)整行動(dòng)路線從而快速到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而提升指揮人員在應(yīng)急事件處理中的指揮能力及掌控力。

（5）現(xiàn)場(chǎng)信息接入：應(yīng)急指揮人員通過(guò)新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信息接入模塊可實(shí)時(shí)接收任務(wù)執(zhí)行人員在現(xiàn)場(chǎng)或任務(wù)執(zhí)行途中傳回的多媒體信息，并對(duì)該條信息進(jìn)行查閱和定位，輔助應(yīng)急指揮人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)險(xiǎn)情、任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行預(yù)估判斷，從而更加合理化的下發(fā)任務(wù)、評(píng)估險(xiǎn)情、制作方案。系統(tǒng)在有新的現(xiàn)場(chǎng)信息傳入時(shí)會(huì)自動(dòng)提醒應(yīng)急指揮人員有新的信息接入。

（6）其他功能：新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)其他功能模塊主要實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)基礎(chǔ)類(lèi)信息，包含人員信息、設(shè)備信息、單位信息的管理，用戶權(quán)限的分配，應(yīng)急測(cè)繪人員與移動(dòng)終端的綁定等功能，為系統(tǒng)的功能應(yīng)用提供了基礎(chǔ)信息及條件支撐。

3.系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新

（1）創(chuàng)新的多期影像對(duì)比技術(shù)。在多期影像對(duì)比的時(shí)候，由于影像數(shù)據(jù)比較大，影像在顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)拖動(dòng)的時(shí)候會(huì)有黑塊等問(wèn)題。我們采用幀緩存加擴(kuò)大緩存范圍的方法解決了該問(wèn)題，在提升了拖動(dòng)流暢度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫拖動(dòng)。

（2）集成化的應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)。應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害情況分析、測(cè)繪應(yīng)急工作預(yù)案編制、無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)等功能，使應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)功能上更加全面。三維系統(tǒng)展示、地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急信息查詢展示、測(cè)繪應(yīng)急工作預(yù)案編制、無(wú)人機(jī)航線設(shè)計(jì)等功能相輔相成，為應(yīng)急指揮提供更加科學(xué)的輔助決策功能。

（3）多模態(tài)定位通信技術(shù)。為了應(yīng)急指揮人員方便實(shí)時(shí)查看應(yīng)急設(shè)備的位置，更加準(zhǔn)確地下達(dá)應(yīng)急任務(wù)，定位通信信息顯得尤為重要。系統(tǒng)通過(guò)接受設(shè)備返回的GPS位置信息和北斗定位信息，將獲得固定編碼格式的位置信息解析，以此得到三維坐標(biāo)信息點(diǎn)。系統(tǒng)將這些點(diǎn)的信息顯示在地圖上，應(yīng)急指揮人員可以了解到車(chē)輛當(dāng)前所在位置，集成北斗通信和移動(dòng)通訊實(shí)現(xiàn)應(yīng)急隊(duì)伍在有無(wú)網(wǎng)絡(luò)情況下均可及時(shí)接發(fā)應(yīng)急任務(wù)。

（4）主動(dòng)消息推送技術(shù)。應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器主動(dòng)推送技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通知、消息發(fā)送等主動(dòng)推送，支持瀏覽器、手機(jī)端等多客戶端，減少了服務(wù)器的負(fù)載，提升了系統(tǒng)效率和用戶體驗(yàn)。

（5）應(yīng)急標(biāo)繪序列化技術(shù)。應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)態(tài)勢(shì)標(biāo)繪和應(yīng)急符號(hào)標(biāo)繪功能實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)符號(hào)和應(yīng)急符號(hào)的反序列化和序列化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急指揮方案的自動(dòng)化保存，以便前方與后方指揮中心的聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)，保證方案的復(fù)用性，提升了應(yīng)急指揮調(diào)度效率。

（6）任務(wù)模式的定制。在應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)中，制定理想的任務(wù)下達(dá)模式尤為重要。為了使任務(wù)的下達(dá)有條不紊，避免由于任務(wù)繁多而造成雜亂無(wú)章的情況出現(xiàn)，系統(tǒng)采用了“事例-流程-任務(wù)”的模式，一個(gè)事例包含一個(gè)或多個(gè)流程，一個(gè)流程包含一個(gè)或多個(gè)任務(wù)，使得任務(wù)下達(dá)更加條理清晰。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前新疆應(yīng)急測(cè)繪指揮與決策系統(tǒng)已建設(shè)完畢，投入運(yùn)行，并在新疆維吾爾自治區(qū)測(cè)繪成果中心的應(yīng)急測(cè)繪保障工作中發(fā)揮了巨大的作用。系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行在涉密內(nèi)網(wǎng)上的三維應(yīng)急測(cè)繪保障決策系統(tǒng)和運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上二維應(yīng)急測(cè)繪指揮調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)，形成內(nèi)外兼顧，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)，在國(guó)土調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、數(shù)字城市、智慧城市等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。