国家应急测绘调度系统设计

刘 磊，刘 津，翟 永，邢绪超

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

国家应急测绘保障能力建设项目(以下简称项目)按照国家关于突发事件应急体系建设规划要求[1]，以向党中央、国务院、各应急部门及应急前线提供高效应急测绘保障服务为目标[2-9]，在统筹各部门现有应急测绘资源的基础上，重点加强建设能够快速提升现场信息获取、应急前线保障、快速应急服务、资源共享等方面能力的装备，建设国家航空应急测绘能力、国家应急测绘保障分队能力、国家应急测绘中心能力和国家应急测绘资源共享能力。为提升应对各种突发事件的快速反应能力、指挥调度能力[10-12]和防范处理能力，科学统筹使用上述四种装备能力为代表的应急测绘资源，提升应急测绘效率，保障国家应急测绘工作的有序开展[2]，避免“打乱仗”，项目将应急测绘调度系统作为国家应急测绘中心能力建设的重要组成部分，按照软件工程的要求进行了设计。

该系统设计遵循科学的应急处理方法和现代化管理手段，充分利用现有资源，坚持平战结合、共享共用的原则，依托广域网络，以空间地理信息和业务数据为基础，采用协同与共享模式，实现突发事件的信息采集、应急值守、风险隐患管理、指挥调度、数字化预案管理、应急保障和信息发布等功能。系统主要部署在国家应急测绘中心和5个远程会商终端单位。

1 系统总体设计

1.1 总体架构设计

根据应急测绘工作实际需求，应急测绘调度系统设计采用7层体系架构，包括基础层、数据层、应用支撑层、业务应用层、展示层、标准规范体系和信息安全保障体系，如图1所示。

基础层主要包括支撑系统所需的应急通信系统、计算机网络系统、视频会议系统，以及服务器、存储备份等硬件设备；数据层主要包括基础信息库、事件信息库、预案库、知识库、模型库、案例库和文档库等；应用支撑层主要包括应用中间件、地理信息系统、报表控件、数据库管理系统、API接口服务、通信接口服务、数据交换服务和数据解析服务等；业务应用层包括应急值守系统、风险隐患管理系统、指挥调度系统、应急保障系统和数字化预案管理系统；展示层主要包括指挥调度与成果的可视化大屏展示、协同标绘和值守客户端。

标准规范体系作为应急测绘调度系统建设的基础，具有指导和规范作用；信息安全保障体系在各层面为应急测绘调度系统提供机密性、完整性、可用性和可鉴别性等安全服务。

1.2 总体流程设计

系统按照应急测绘调度机制设计总体业务流程。应急事件初始信息录入阶段，在录入事件名称、事件类型、事件等级、事件经纬度、影响范围等的基础上，根据录入事件等级与历史数据情况，系统进行智能化的预案匹配，供应急测绘调度人员选择最优的预案并予以启动。应急测绘工作启动后，根据预案执行步骤，对应急事件的相关任务进行调整，选择任务所需要的装备资源，形成最终可执行的优化方案。根据生成的优化方案，对任务指令进行下达并进行跟踪，对其返回的成果进行可视化展示与分析。在此基础上，将可发布的成果数据推送给应急测绘快速服务系统进行发布。应急测绘任务完成后结束预案，完成本次调度。

1.3 接口设计

应急测绘调度系统与地理信息公众服务平台天地图网站、快速处理、应急数据资源共享服务、无人机航空应急测绘[13-14]和应急勘测多功能工作方舱等系统之间存在数据流和控制流接口。各系统接口之间的控制流主要包括应急测绘调度指令、查询指令、成果请求指令等。各系统接口之间的数据流主要包括其他系统发送给应急测绘调度系统的位置数据、灾害现场图片数据、视频数据及处理完成的成果数据等，如图2所示。

1.4 系统功能设计

1.4.1 应急值守

应急值守子系统以应急事件为核心，建立信息报告制度，实现值守事件的记录、接收、管理，完成值守事件信息的加工合并、信息发送、事件归档、状态监控等功能。通过建立应急信息收集渠道，满足信息接收、记录和上报要求，完成常态下的应急管理相关工作和非常态下的事件信息报送。实现对值班加班、通信录和材料的系统化管理，为应急值班工作人员提供获取、传达突发事件相关信息和日常工作处理的渠道。

应急值守系统主要由信息接收、值班管理、信息报送、信息加工、通信录维护和材料管理等模块组成。

1.4.2 风险隐患管理

风险隐患管理子系统具有数据接入、隐患管理、风险隐患分析等功能，实现国家应急测绘中心、远程终端的监测信息与风险分析结果汇集、信息抽取，以及其他合作部门应急信息的收集整合，为事件处置提供依据，并据此进行风险分析，对分析结果进行可视化展现。

风险隐患管理系统主要由数据接入、目标管理等模块组成。

1.4.3 指挥调度

指挥调度子系统辅助应急调度人员有效部署应急队伍、应急装备等资源，及时将突发公共事件发生发展情况和应急处置状况传递给相关人员，实现协调指挥、有序调度和有效监督，提高应急效率。

指挥调度系统主要由传真调度、短信通知、信息展示、预案启动、事态标绘、指挥协调、决策标绘、应急任务管理、救援物资调度、处置跟踪和预案结束等模块组成。

1.4.4 应急保障

应急保障子系统实现对测绘专业应急单位、应急队伍、应急专家、应急装备、交通运输、通信保障等资源的动态管理，为应急调度提供保障。

应急保障系统主要由应急单位(部门)信息管理、应急队伍信息管理、应急专家信息管理、应急物资保障、应急抢救装备保障、应急物资信息查询和应急保障计划等模块组成。

1.4.5 数字化预案管理

将传统基于文本的纸质预案进行抽象，通过结合事件后果模拟分析、应急资源管理等功能，解决传统纸质预案的存储、管理、升级和使用不便等问题。根据文字应急预案提取信息要素，包括预案4阶段的任务(预防、准备、响应、恢复)及每项任务配备的资源，组成应急指挥基本信息单元，将文本化的应急预案转变为模块化、数字化的应急预案系统。

数字化预案管理系统主要由预案编制、预案发布、预案修订、预案查询、预案分解、预案资源管理、预案关联和预案演练等模块组成。

2 关键技术

2.1 基于多通道多协议的数据通信与传输技术

为高效快捷将受灾点各类测绘装备获取的图像数据、视频数据，以及自身的位置数据、状态信息实时传输至国家应急测绘中心，针对受灾点的复杂网络和通信环境，要求系统满足中航时、短航时固定翼无人机，无人直升机及多功能方舱等不同种类的测绘装备的使用特点，配备相适应的一种或多种不同的通信方式。系统支持的通信方式主要包括卫星多频通信、北斗卫星通信、4G无线与有线网络通信等，要求传输层支持UDP/TCP协议，应用层支持FTP协议。

系统设计针对应急测绘数据传输的复杂性和紧急性的特点，设计了能够自动适配卫星多频通信、北斗卫星通信、4G无线与有线网络通信的基础框架，当灾害发生时，不同的测绘装备可以选择不同的通信方式，即同一测绘装备可以灵活选择任何一种能够支持且可及时获取的通信方式。

下面以中航时固定翼无人机航空应急测绘系统的数据传输为例进行说明：

(1) 中航时固定翼无人机可提供的数据主要包括位置数据、灾害现场图片数据及视频数据, 其中位置数据包括无人机型号、经纬度、高度及速度等信息。

(2) 中航时固定翼无人机的位置数据通过中星十号卫星链路基于UDP协议进行传输，数据传输格式为二进制，由应急测绘调度系统接收后在地图上进行实时展示。

(3) 中航时固定翼无人机测绘完成后在地面站拼接生成灾害现场图片数据(格式为JPG或TIFF)，通过4G或有线广域网络基于FTP协议发送到应急测绘调度系统，接收完成后在地图上进行实时展示。

(4) 中航时固定翼无人机获取的视频数据通过中星十号卫星链路基于UDP协议进行传输，视频流遵从H.264标准,由应急测绘调度系统进行视频的接收和保存。

2.2 基于MPP架构的分布式数据库管理技术

发生测绘应急事件时，多架次无人机及多功能方舱会实时或准实时以秒级频率传输应急测绘数据，当灾害比较严重、覆盖范围较广时，无人机、多功能方舱测绘的周期较长，因此会产生海量的应急测绘数据。为了便于对海量数据的长期保存和统计分析，并考虑未来5年应急测绘数据的存储与分析节点扩展问题，本系统数据库设计采用了基于海量并行处理(massive parallel processing，MPP)架构的分布式数据库管理技术[15]。

该数据库在PostgreSQL基础上扩展开发，主要由1个Master实例和2个或2个以上Segment实例组成。Master实例协调所有数据库实例，管理分布式请求并且合并各Segment实例返回的结果。客户端使用PostgreSQL规范与Master交互，每个Segment实例由数据库服务端分配并管理相关数据的存储，采用独立端口监听管理。

该数据库可根据业务需要，在任何时间动态对节点进行扩展，并实时将数据Hash散列到不同的节点中，提高了存储与分析效率。

2.3 基于UML模型化的任务规划技术

随着信息技术在测绘行业的广泛应用, 现代测绘呈现出测绘空间多维、指挥要素多元、数据信息多样等显著特点,导致指挥调度方案计划制定的规模及复杂程度不断提高。由于传统的基于文本的指挥调度手段对各种测绘任务的描述不准确，易产生歧义，因此优化创新指挥调度手段、切实提高指挥调度效率,成为本系统设计重点解决的问题。

本系统设计采用基于统一建模语言(unified modeling language，UML)模型化的任务规划技术[16]，在业务表达上包括任务分析、任务设计、任务执行等环节，在技术表达上包括空间关系视图、结构视图、时间关系视图、活动视图、数据实行视图等。

空间关系视图能够描述测绘装备活动要素的空间关系，如部署图、决心图、协同图等。结构视图用于表达组成与分解关系。活动视图用于描述测绘装备活动要素的构成、分解、流程、顺序、依赖、同步、条件等关系，用于表达测绘装备活动的内在逻辑关系。时间关系视图以图示通过任务列表和时间刻度，表示不同阶段任务的顺序与持续时间。数据属性视图用于记录测绘装备活动要素的内在的静态、动态和评估等属性。

3 结 语

本文通过分析应急测绘调度的基本特点与实际需求，结合国家应急规范和标准体系建设指导意见，采用基于多通道多协议的数据通信与传输技术、基于MPP架构的分布式数据库管理技术和基于UML模型化的任务规划技术，设计和开发了一套具有应急调度方案制定、指令快速下达、测绘装备动态调度与实时跟踪、测绘任务进度监控等功能的应急测绘调度系统，能够满足应急测绘保障能力建设的需要。