武警部队抢险救援指挥辅助决策系统的设计与实现

陈世娥

0 前言

近10 多年来，各类灾害频发，特别是在“5.12”汶川大地震、“8.12”天津港大爆炸以后，国家越来越重视各类救援力量的建设。武警部队作为国家救援力量不可或缺的一支重要力量，对救援人员的训练和指挥提出更高的要求[1]。

当前，随着互联网和大数据技术的不断发展，给各行各业带来了数据使用方式的根本性转变，也为部队信息管理、行动指挥提供了全新理念和手段[2]。目前，武警部队参与抢险救援信息获取主要依靠现场的无人机、相机、摄像机拍摄，语音信息传输等方式，救援现场构建专网，实现前线作战单位间、前线作战单位和前线作战指挥部进行视频、语音、文本等多媒体集群业务；利用卫星网、公网的多链路聚合的方式，实现前线指挥部与各级指挥中心的音视频互通。信息手段多，种类复杂、信息数量大且碎，如何整合这些信息资源，在大量信息中提取出有用的信息为抢险救援指挥服务，提升决策的效率，是本文考虑的重点问题[3-4]。本系统研究设计是在武警部队抢险救援训练、救援演练、救援行动中总结出的指挥经验基础上，结合长期救援教学训练对指挥系统的需求，研究设计与实现了基于互联网平台、整合军地资源建立的抢险救援指挥辅助决策系统，对于提升武警部队参与抢险救援行动有很好的辅助作用。

1 抢险救援指挥辅助决策系统设计

1.1 系统概述

抢险救援指挥辅助决策系统就是在对各种资料信息搜集处理的基础上，运用自动化辅助决策手段，在抢险救援指挥开展过程中进行筹划、预测、评估、筛选，制定可供选择的各种抢险救援指挥信息数据，辅助抢险救援指挥人员做出正确决策。

抢险救援指挥辅助决策系统主要功能是实现抢险救援数据综合查询、搜救行动辅助决策和相关救援数据可视化显示,使之成为综合数据查询、数据分析和数据展现的一体化平台。从系统功能上划分,主要可分为指挥信息管理、救援信息管理、救援辅助管理和救援过程管理等四部分。

1.2 需求分析

1.2.1抢险救援业务流程

部队接到救援任务以后开展实施救援任务，具体流程，如图1 所示。

（1）接到救援任务。

（2）判定救援类型，确定方案。首长机关进入系统，确定救援类型，获取救援信息。包括：灾害的性质、等级、位置、交通、路线规划、救援单位当前状态、任务性质、作业时间、任务区域等信息。其中，灾害的性质由上级给出，位置、交通、路线规划由百度地图提供；当前状态、任务性质、作业时间、任务区域、作业量由命令给出。判定是否开进，判定的要素，如图2 所示。

图1 实施救援流程图

（3）部队携带装备，根据路线规划，出发救援地。

（4）到达现场，实施侦察。确定救援任务后，由作战单位派出侦察人员现地进行侦察，获取救援区域的相关救援作业数据。包括：救援区域面积，机动路线中的道路交通通行情况，救援地区的灾情、水情、地形、天气，灾情的性质、规模及发展趋势等数据。

（5）开展救援。判定灾情和兵力装备情况，确定参加的人员和装备的类型、数量，采取哪种战术进行救援。救援过程中时刻监测天气、作战环境、装备损耗情况，如遇到异常情况及时判定并处置。

（6）救援结束，拟制救援报告，向上级报告，储存救援数据。

1.2.2性能需求

武警部队抢险救援主要包含：水上、道路、桥梁、隧道、机场场道、港口码头、地震灾害、化学事故等类型。武警部队参与抢险救援，需要掌握天气、水文、地形地貌、交通等各类客观的条件信息，也需要对参与救援的人员、装备、物质等需要投入的因素进行有效的控制和运用。对于一个首长机关来说，需要利用各种手段，整合这些信息，迅速做出有效的决定指挥救援行动[5]。因此，对于一个指挥辅助决策系统来说要满足以下的几点需求：

（1）信息全面，实时准确。在系统上得包含指挥抢险救援所需要的信息，比如天气、水文、交通、救援装备、救援人员等信息，并且这些数据来源可靠，能够实时更新，为辅助首长机关作出决策，进行救援指挥行动提供数据支持。

（2）系统整合度高，操作简单。可视化的界面，实现数据库的无缝连接，不需要切换平台，增加程序，减少不必要的信息和时间的损耗。

（3）层次清晰，方便查询。横向上可以查询救援的各类基本信息，纵向上可以查询救援案例、经验，供平时训练和以后的救援使用。

图2 要素判定

（4）训战结合，提升救援指挥效率。训练时为作战单位搭建装备、人员、地理、气象、交通、战法、战例等各要素的信息管理平台；战时为首长机关信息获取、灾情研判、指挥控制提供辅助决策支持[6]。

1.3 系统设计

经过调研，结合部队抢险救援指挥需求和实战需要及方案论证，抢险救援指挥辅助决策系统是为武警部队抢险救援实战实训提供指挥辅助决策服务的技术支撑系统，采取“战训结合”的设计思路，着眼实战实训，紧密结合部队作战任务，以达到灾情信息获取、装备评估、动态显示、信息查询、辅助决策、命令发布等功能，并为抢险救援指挥的“通信畅通、现场及时、数据完备、指挥到位”提供技术保障。本系统设计包含四个子系统，分别是：指挥信息管理、救援信息管理、救援辅助信息管理、救援过程信息管理，如图3 所示。

图3 系统体系结构

1.4 系统数据库设计

1.4.1模型数据存储

通过构建5 个基础数据库和8 个类型数据库，实现子系统的设计和数据的交互，如图4 所示。基础数据库包含天气条件、自然条件、数字地图、用户权限，构成系统基本信息。其中用户权限根据首长、机关、现场指挥员、救援人员等不同的层级设置不同的权限。类型数据库根据不同的救援类型设置不同的装备器材数据库，保证系统运行的清晰顺畅。

1.4.2数据查询

系统中需要展示的救援信息多，按内容不同大致分为以下几个情况：自然条件，天气条件，装备器材，兵力编成，救援进展等情况。根据权限的不同大致分为首长、机关、其他用户三个类型的信息查询。首长通过点击武警部队救援指挥辅助决策系统进入救援模式，对救援现场、救援态势、自然条件、天气条件、装备器材、兵力编成进行查询；机关可通过进入武警部队救援指挥辅助决策系统对救援信息查询，还可以进入后台通过关键字查询，必要时对救援信息更新，以供首长和其他用户使用；其他用户只能通过武警部队救援指挥辅助决策系统界面进入救援模式，了解救援动态。

2 抢险救援指挥辅助决策系统实现

本系统开发是基于J2EE（Java 2 Platform,Enterprise Edition） 体 系 结构的B/S 三层架构设计，采用SSM（Spring+SpringMVC+MYBatis） 框 架 技术实现。Spring 是一个开源框架，起源于2003 年的轻量级Java 框架，Spring 是一个轻量级的控制反转（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架。SpringMVC 是一 个 MVC（Model View Controller） 框架，在实际开发中，接收浏览器的请求响应，对数据进行处理，然后返回页面进行显示。MYBatis 是一款优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。系统的层与层之间相互解耦，提高了开发的效率和运行速度。应用MySQL 数据库管理数据，将ARCGIS Server 提供的二维地图资源嵌入到Web（World Wide Web）应用中[7-8]。本文用水上救援模块为例展示系统实现效果。点击水上救援模块，进入水上救援模式。

图4 系统数据库结构

2.1 指挥信息管理子系统

指挥信息管理模块主要是对灾情进行描述，对兵力进行部署，实时进行数据更新。机关协助首长通过权限入口对灾情信息录入，并对救援时间进行计时。

2.1.1灾情描述模块

根据上级给的命令指示结合救援现场的侦查数据对灾情进行描述。包括灾害的类型、救援面积、水域情况、转移受灾待救援的人数、需要救援的物资、救援进行的时间等。

2.1.2救援信息模块

关联灾害位置和类型，快速部署救援力量，自动提取救援人力、装备、预案、战法等业务信息，为首长机关辅助决策、定下决心提供信息支持。首长机关可以通过该模块，快速掌握各组配置的兵力和装备，救援时间的长短，救援的效率等信息，如图5 所示。图5 左边显示共3 组的救援力量、携带装备、需要救援的人数，作战时间，右边显示各组行动实时信息。

2.2 救援信息管理子系统

救援信息管理模块是对救援装备、力量、通信设备、水文、气象、专家、协同单位进行统计。

2.2.1气象信息数据模块

通过定位灾害位置，关联当地气象信息，实现对当地的温度、湿度、风速、降水的实时监测[9-10]。系统实时获取、自动更新近15 日的气象数据，通过比照多天的气象情况，为指挥救援进展、提供决策提供参考，如图6 所示。气象信息显示，1 月22 日后，会持续降温，降雨量减少，湿度减低，首长可依据数据，指挥救援进程。

2.2.2水文信息模块

采集救援地的水文信息，包括水系、平均流量、水位、50 年甚至100 年的最大降雨量等数据。结合本地视频跟踪数据，为实施指挥决策提供数据参考。

2.2.3装备情况模块

对调用兵力、装备等基础数据进行描述，机关人员对参战信息进行录入。通过该模块首长可以准确掌握出动兵力，剩余兵力，动用的装备数量，为后勤保障提供依据。

2.3 救援辅助子系统

图5 救援部署

救援辅助模块是对救援预案、救援案例、救援战法进行储存、分类、调用，数学模型是对投入救援的综合实力进行评估。对影响救援的因素进行数学模型分析，如图7 所示。系统通过时间、路况、气象、救援难度等要素智能计算出作业的效率、装备损伤、人员疲劳等情况，为首长进行救援兵力调配、装备补充、救援难易作出预判提供依据，与气象和人员装备信息模块配合使用。

2.4 救援过程子系统

救援过程信息管理主要是对救援路径进行规划、视频追踪救援过程并储存救援数据、对救援过程进行监督管理。

2.4.1视频监控设备模块

各救援组接入无人机、摄像头等视频数据，前线救援人员将现场采集到的高清视频信息，通过搭载的通讯模块及时回传现场救援指挥车。利用无人机搭载机动节点空中优势，实现救援现场的大范围实时侦测监控及救援数据传输，实现对救援信息的线上共享，为首长机关进行灾情评估、指挥行动提供情报支持。

2.4.2地图功能模块

图6 气象信息

图7 作业影响因素分析

图8 救援组位置和救援进程

借助GIS 服务，实现地理数据管理，通过点取、输入位置信息，能够快速获取救援地区范围内的路况信息，在地图上用红色标示各救援组行进和救援位置信息，获取某救援组的救援进展信息[11]，如图8 所示。定位救援位置，救援信息以图层的形式叠加在地图上，建立视频跟踪系统和智能路径优化系统，实时进行最优路径选择，智能语音提示、语音通话，确保进程顺利，发现情况能够得到及时处置。

2.4.3轨迹储存功能模块

建立轨迹储存功能，把救援过程的轨迹全部储存起来。不同的救援组用不同的颜色标识出来，在救援行进和实施救援过程中遇到的各种情况和处置方式也通过视频方式记录下来，存在各自的数据库中。在救援任务结束后，可利用储存信息进行客观的讲评和总结，建立案例库，为后续的训练和救援提供参考，进一步提升部队的救援能力。

3 抢险救援指挥辅助决策系统的应用展望

本系统是为指挥员和机关首长指挥服务的、交互式的抢险救援指挥辅助决策系统，采取了“战训结合”的设计思路，着眼实战实训，紧密结合部队作战任务。救援时为首长提供信息，提供分层次的、必要的应急救援行动辅助决策建议，以协助指挥员快速制定救援方案、部署救援行动。训时依据训练要求，选择不同的训练场景，按照训练的业务流程，及时学习新的案例和战法，突出了“好用、使用、管用”。在武警部队参与的水上、道路、桥梁、隧道、机场跑道、地震灾害、港口码头、化学事故救援等任务中都可使用，也可供地方救援使用。

4 结语

本文针对当前在救援过程中指挥手段单一、集成不高、效率低的问题，研究设计了武警部队抢险救援指挥辅助决策系统。系统可以实现救援信息的综合管理，辅助建立预案、战例、战法数据库，并对抢险救援过程进行实时监督和有效管理，对武警部队首长机关指挥抢险救援任务辅助作用明显。另该系统建设成本低，操作简便、通用性高、适用性强，具有较高的推广价值。今后可在救援指挥的智能化程度、视频点采集的精准定位方面做进一步的研究，研制出更适应部队救援服务的系统，为武警部队参加救援兵力投送、救援支援、后勤补充等的组织与实施提供技术支持。