基于日常管理的应急控制系统的统一建模和体系结构分析

谯 琳，柴 毅，徐 均

(1.重庆大学自动化学院，重庆 400030;2.四川交通职业技术学院计算机工程系，成都 611130)

突发事件的应急控制作为稳定社会和国家的重要因素，已成为一门新兴的学科。当代西方发达国家在构建应急控制领域已经总结出了几条经验，最基本的是建立统一的应急管理协调机制和高效的信息管理系统［1-2］。西方发达国家已建立了各种以数学计算为基础的危机处理模型，如英国建立了监测防范网络［3］，法国建立了疫情信息网络［3］。目前，我国参照世界各国的先进经验，建立了比较完善的应急管理组织体系，把应对突发事件的职能集中于一个部门，建立分级管理体制，协调各部门联合应对［4-5］。在这个框架下，要求应急方具有较高等级的应急能力，准确及时掌握事件发生的原因及发展态势，积极高效地实现应急资源和力量的调度和协调。

已有的大量应急控制系统［6-9］主要是针对突发事件本身所具有的瞬时性、不可预知性和不确定性因素。但是，由于相关信息的不完整且效率不高，日常相关辅助数据不被重视。文献［1］结合国外先进的应急指挥体系提出了我国构建应急管理体系的几个关键点，主要强调应急信息系统对于应急控制及其能力的提高至关重要。文献［5］建立的应急指挥体系，从信息交流平台和信息汇集分析平台2部分来实现应急，但对日常对象的监控管理却没有进一步研究。文献［10］提出了基于网络体系的应急管理机制的难点与对策分析，主要从完善信息平台建设、加强信息平台的管理和维护、建立统一的应急指挥平台等方面提出了应急体系建设的思想。文献［11］提出的应急管理体系中，对日常的管理只是采取加强知识宣传和演练等常规措施。

针对该问题，本文在网格化精细数字管理的协同应急处置机制的需求基础上，提出了一种面向日常管理事务的动态监管机制，利用网络环境和信息技术实现各部门信息共享和协同工作，并以某人员众多、办公地分散、管理体系复杂的单位为对象，设计了基于日常管理的应急指挥体系，实现日常事务的动态监管、统计分析等基本功能和以此为支撑的实时高效的应急控制。

1 需求分析

某单位是一个具有20个分支机构、5 000多名工作人员、700多台车辆、13 000件设备、200多处重要目标的大型企业，各个办公地点分布在500 km2的范围之内，若按照传统的架构来构建应急体系，会导致信息的时效性差、有效网络覆盖面小等问题，从而无法较好地实现应急信息的协调和交流。同时，由于相关信息数据在时空上相对集中，缺乏实时性，在实际应急处置时往往难以做到在全局上的人员、物资、车辆等的统筹安排。

大量的实证研究表明，日常运行管理数据的缺乏，让决策者在应急指挥中并不能很好地掌握相关信息。另一方面，在紧急情况下，不成熟的信息管理机制制约了上情下达和下情上达，导致所需要的相关决策支持信息无法获取，从而难以发挥出应急控制系统及时处理问题的作用。

例如，分支机构A发生了一起重大安全事件，按照应急预案应调配500人、40台车辆前往进行处理。但已有的应急体系只记录了编制，而对实时的人、车、物的在位情况并不了解，导致在组织应急力量时，无法准确及时地完成工作，从而影响应急处突的效果。

因此，针对这样的大型单位的应急体系应是日常管理和应急控制相结合的系统。从整体需求来看，系统要求将各种应急服务资源统一在一套完整的智能化信息处理与通讯方案之中。当单位从日常状态进入应急状态时，该系统随即成为单位统一的指挥调度中心。

进一步分析，可知系统的整体需求包括:

1)日常管理和预警监控。利用日常管理体系来对本单位的日常运行状态进行记录，同时监控本单位及周边的多发事件，以及因为环境、气候等外界因素引发的突发事件。一旦发现异常，及时向值班部门预报，并提供相关的实时数据信息。

2)应急处理和人员、物资的统一调配。事件发生或未发生时，根据相关信息做决策分析，确定事态的发展程度和影响范围，并启动应急机制。指挥中心根据事件的属性来调用相应的保障资源，实施针对性的应对措施。

按照以上基本需求，系统应被分为应急控制平台、综合应用平台、日常管理平台、基础支持平台、数据支持平台、安全保障体系等部分，如图1所示。各部分系统的接口从设计到实施遵循国际和国内已有的相关标准，保证不同信息和信令的互联互通。

图1 系统总体框架

如图2所示，系统将实现以下目标:

1)为应急管理运行提供有效及时的信息反馈手段，实现安全管理工作的信息化、规范化，完成管理信息数据从无序化到有序化的转变。

2)建立一个集成信息化交互平台，为其他相关系统提供数据信息和功能交互接口，实现信息、功能的有效整合，为单位现有安全力量、物资设备的调配补充和管理决策提供完整的信息数据和功能支持。

由图1和图2分析可知，应急控制系统采用监控分析和精准管理实现监控目标和日常工作的信息化管理，通过信息共享集成技术共享监控信息，建立信息交互处理平台，采用协调目标分解与重组技术、事件控制技术及决策冲突化解技术实现信息的有效执行和控制。

图2 系统功能需求和目标

2 应急控制系统的统一建模

UML是一种支持模型化和软件系统开发的图形化语言，描述真实世界中的对象和它们之间的关系，实现对软件系统进行面向对象的描述和建模。本文以ROSE为统一建模分析工具，对应急指挥控制系统进行UML分析建模。

根据系统的整体需求及实现目标，通过统一建立需求模型来详细剖析应急指挥控制系统的总体功能，建立行为模型来描述其运作顺序和事件的处理流程，并建立对象结构模型反映系统组件及其相互关系。

2.1 用例图

用例图直观反映出角色参与者与用例之间的关系及实现的系统功能，指出各功能实现的操作者。图3是应急指挥控制系统用例图。本系统的其他子系统的细节分析与设计参照该图进行。

图3 系统用例图

系统用例图列出了本系统的主要功能。从需求分析可见，设备监控和资源保障管理数据模块属日常管理的范畴，监控信息并分析预警数据属预警分析的范畴，应急处理平台属应急指挥的范畴，3个部分可以被视为独立的功能系统，通过综合应用、数据支持、基础支持平台完成应急指挥系统的功能。三者联动可发挥其优越性。

日常管理的数据在应急状态下被作为应急控制的参考数据。如人员、物资等作为整个应急决策的组成部分。最终应急控制的目标是使这些部分回归到常态，而日常管理数据正是常态的最佳表现。

当日常管理中某些部分出现了异常，即可通过预警分析将该部分的状态由常态转换为应急状态，并产生一条应急时间链，提交应急指挥系统进行处理，从而较好地实现了三者内部的数据交互联动机制。

2.2 交互图

交互图分为序列图和协作图2种。序列图按时间顺序排列，协作图按对象本身组织。图4为应急指挥序列图，动态描述了决策领导与系统间的互动行为，体现了信息传递逻辑上的先后顺序，反映出应对突发事件的处理流程。

图4 应急指挥序列图

由图4分析可知，当日常监控对象出现异常问题时预警启动，指挥领导通过应急处理平台查看事件的性质及发展形势。通过数据支持平台和基础支撑等平台实现信息的查阅及决策命令的下达，协调各部门共同完成突发事件的控制和善后处理等问题。

应急控制系统预案库的应对预案主要针对突发类事件而设定。应对预案的选择则是由本单位环境、力量配备等关键信息所决定。

2.3 系统类图

类图在统一建模中反映了系统的逻辑结构。如图5所示，该系统主要包括人员类、物资类和信息类。从类型来说人员、物资、信息属于实体类，应急界面属于边界类，操作数据属于控制类。通过类图可以看出系统包括突发事件、应急人员、应急物资等信息及相应的应急方案等，这些信息都集成到了该系统中。

图5 应急控制系统类图

2.4 业务流程

根据需求分析和统一建模分析所得的系统功能和实现目标，可得出系统业务流程，如图6所示，其中系统运行过程中所需要的信息资源为:P1监控数据;P2预警门限;P3人员信息;P4物资信息;P5应急命令(应急决策)。

在日常状态下，单位只需要通过应急指挥控制系统对目标进行常规监控，对本单位资源物资进行管理并保持最新即可。当监控目标出现异常行为时，应急指挥控制系统进入应急状态，并通过预警、预案匹配、命令调度等一系列规范的流程措施来进行应对。

图6 系统业务流程

3 体系结构分析

3.1 硬件构成

服务器:存储本系统所有与应急相关的监控、物资装备等信息数据，同时包括关于处理各种突发事件的紧急预案数据。

外部设备:采集监控目标的信息。

计算机工作组:为值班人员和单位部门工作人员提供界面交互平台。所有的涉及应急相关的信息都在计算机上显示。

网络连接:实现计算机、外部设备和服务器及计算机之间的通信连接。

图7为系统硬件结构。基础支持平台建设包括应急通信系统、计算机局域网、计算机广域网、视频会议系统、图像接入系统、数据共享与交换系统、存储备份系统和安全支撑系统建设。应急指挥场所作为各个硬件服务的汇总中心，同时也是值守应急和指挥会商的办公场所，以及支撑应急平台基础设备运行维护的场所，其建设应满足日常应急管理和应急处置的需求。

3.2 软件构成

应急控制要求有监控信息的汇总和分析，围绕突发事件的控制，实现单位整体的统一化管理。根据图1的系统功能分析，主要的功能系统分为日常管理子系统、预警分析子系统、应急指挥子系统和单位管理数据库。其中单位管理数据库又包括日常管理数据库和应急数据库。

图7 系统硬件结构

1)日常管理模块。日常管理是基础，保证了目标数据完整性、实时性。在日常状态下包括目标监控和单位基本情况管理，为应急指挥子系统的数据提供参考。该子系统依靠外部设备如传感器、摄像头、气体探测器等实现图像、数据采集及目标跟踪监控，通过记录实现单位资源的管理。资源管理以部门为子单位进行，应急命令直接下达至各部门，所以要处理好应急指挥控制和资源管理系统的接口，以准确完成在应急状态下的资源分配和及时下达调度命令。该模块响应需求分析中系统总体框架的综合应用平台和日常管理平台。

2)预警分析模块。预警是指对日常监控数据等可能产生影响的数据进行整合、分析和判断，对容易造成危害的因素形成日常监控目标的异常分析报告。该分析报告通过基于TCP/IP协议的网络通信技术发送到应急指挥子系统。该模块响应需求分析中系统总体框架的预警分析平台。

3)应急指挥模块。应急指挥是指挥控制的枢纽，通过数据视图的方式直接从应急资源和监控数据中获取信息数据，采用统计学方法统计获取数据并以报表、图形、GIS等方式在Web上展示。该模块响应需求分析中系统总体框架的应急控制平台。

4)数据库管理。本系统涉及大量应急决策相关的数据信息，需要通过数据库对数据进行存储、处理、分析对比、调用等。按照数据表现形式主要分为空间数据和属性数据。

各功能模块相互独立又相互关联。每个子系统根据其具体的事件设置相应的管理功能项，负责和各级子系统间的通信和信息传递，通过各层业务管理系统的信息集成，实现各级业务管理的贯通。

该模块响应需求分析中系统总体框架的数据支持平台，数据包括日常管理信息、应急所需的基础信息、空间信息、事件信息、预案、案例、模型、知识和文档等。

4 案例分析

系统以单位日常管理为决策指挥的依据，涵盖包括对象监控、突发事件的预防控制、应急指挥和综合调度等。以毒气泄露为例说明该系统的应用。

1)日常管理:单位值班人员对当天的人员分布及到位情况、目标监控视频进行管理。

2)监控分析:针对传感器采集到的数据进行分析，发现某种有害气体含量超标。

3)预警:接收报告结果并自动预警，值班人员上报该事件。

4)应急指挥办公室对有害气体超标的原因进行分析，并确定模型库中匹配的应急预案，根据日常管理的数据统一进行人员和应急物资的调度阻止有害气体继续蔓延。

5)完善后续处理及恢复工作，有害气体应急事件保存到数据库，根据历史经验加强安全防范。

由此完成该系统从日常管理到突发事件应急的功能实现。

5 结束语

目前，在对于应急管理的研究中，大多数主要针对的是当事件发生后的应对处理。由于突发事件的发生都是由于日常的一些微小因素在时间和数量上的大量积淀导致的，若应急控制系统仅仅着眼于对事件本身流程的处理，则将导致系统的应急控制流于事后总结分析。因此，为了有机整合和最大化资源配置，全面提高单位应对突发事件的能力，有必要建立基于日常管理的应急指挥控制系统。本文主要基于UML分析了应急控制和日常管理间的相互关系，从事件的日常情况进行跟踪管理，以各部门日常管理的人员和物资等储备信息为实时数据支撑，结合实时预警分析机制，通过从发现问题到应急控制的完整工作流程来及时应对突发事件。设计了应急指挥控制系统的体系结构，并在设计时以UML对系统进行建模分析，通过面向对象的方法设计开发应急指挥控制系统。该系统是对传统意义的应急系统的有益创新。

致谢:本文获得重庆市自然科学基金(CSTCJJA40004)和中央高校基本科研业务费(CDJRC10170005，CDJZR11170005)的资助。感谢导师柴毅教授的指导，感谢项目合作成员的帮助。

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