气象防灾减灾仿真实训教学环境的设计与实现＊

夏权，孙林花，李扬，王丹

气象防灾减灾仿真实训教学环境的设计与实现＊

夏权1，孙林花1，李扬2，王丹2

（1.兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州 730020；2.兰州大方电子有限责任公司，甘肃 兰州 730051）

以省部共建甘肃应急管理学院实训基地建设为依托，设计气象防灾减灾仿真实训教学环境，采取平台+系统的实现方式，建立自然灾害综合监测预警模拟互动教学平台，并嵌入气象灾害应急实训数据获取、存储、综合处理及智慧仿真系统，对气象灾害的进行直观化表现，实现对气象灾害的预判、发生、演变、发展等情景的构建和推演，是气象防灾减灾、气象灾害应急管理实训教学手段的智慧化升级。

气象；防灾减灾；应急管理；仿真实训

中国幅员辽阔，受气候和地形及人类活动等多方面的影响，各种气象灾害频发，严重威胁经济社会的良性发展，也对广大人民生产生活乃至生命造成了严重危害。2018年，省部共建、政行企校多元参与的甘肃应急管理学院在兰州资源环境职业技术学院挂牌成立。应急管理学院挂牌后，先后对甘肃省各级应急管理人员进行了不同层次的培训。但是，由于缺乏气象灾害应急管理基础数据环境的支撑，人才培训和培养缺乏实际操作训练的环境和能力。新形势下的应急管理防灾减灾对于学院教学而言是新生事物，由于培训目标需要深化认识，加上参加培训人员水平的参差不齐，必须在理论教学的基础上，增加新的辅助培训手段，应急管理培训是应急管理防灾减灾培训课程体系中的重要组成部分。因此，有必要建设一个集科普、教学、模拟等内容的防灾减灾实训平台，通过软件分析和实现技术手段，明确应急培训的业务模型和技术架构。通过培训平台提升学员对于自然灾害应急的快速甄别、反应能力，见微知著的意识和信息综合的水平，通过情境模拟、过程推演、分支选择、过程回放、分组讨论、专家点评等一系列全新的教学培训手段，极大地丰富以往单纯课堂面授教学、案例分析的形式。实现通过角色深入和情境模拟，最大程度上重视各类自然灾害突发事件的情境和发展、处置脉络，在培训和操作过程中“练指挥”“练协同”“练谋略”，学员互动和教师引导共同引导学员熟悉自然灾害应急演练过程。

通过本项目的研究与初步实现，为全省气象灾害应急管理人才的培训、培养等工作提供应急演练或实训支撑，使所有参加应急管理培训或培养的人员具有一定应急管理的实际操作能力。

1 防灾减灾实训环境的设计理念

1.1 搭建气象灾害监测预警实训平台

气象灾害种类多、突发性强、预报预警及决策处置难，是气象灾害事件应急管理的典型特征，目前，在气象灾害应急管理的教学及培训中模拟真实灾害场景是实训教学不可或缺的重要环节。

为此，设计了气象灾害监测预警指挥平台，为气象灾害应急管理教学提供了一个仿真实训平台，从事前、事中、事后整个事件流程高度还原给学生和学员，让学生能够身临其境般地学习，掌握气象灾害应急管理的每个环节中的各项细节和要点。事前以预防为主，包括监测防控、模拟演练、预测预警与应急保障；事中主要为事件描述、问题导向、应急会商、动态方案、快速响应；事后做好应急综合评价和灾后处置。通过对各项技术的重构和整合，建立起一套低耦合、高扩展性、灵活的仿真防灾减灾实训平台，从而构建动态应急预案及互动式培训模拟系统平台。

1.2 平时用于教学，战时用于应急

防灾减灾实训平台的另一个设计理念就是“平战结合”，即平台的设计坚持“真实、可用”的观点，真实就是数据、流程、方法、模型都尽最大可能接入现有、现行的实实在在的数据，切实可行的计算方法和模型，按照各级应急管理部门以及气象、水旱、地质、自然灾害等职能部门应急管理的法律法规、条例、办法、标准制订自然灾害应急处置流程。这样的理念能够保证防灾减灾实训平台不仅仅是一个能够单纯地用于培训教学的系统平台，而且，在有气象灾害发生时，能够支撑兰州资源环境职业技术学院协助相关部门对该突发事件进行应急处置。

2 气象防灾减灾实训环境的硬件建设内容

2.1 气象防灾减灾应急实训数据平台

与甘肃省气象局CIMISS系统积极对接，部署必要的硬件设备和数据接收环境，实现气象灾害应急实训所急需的气象卫星、气象雷达、高空探测和地面观测数据的实时获取，实现多种数值预报产品和气象反演数据的实时获取。与此同时，针对气象数据种类多、格式多样、时序性强等特点，从气象灾害应急管理实训现状和需求出发，应用计算机通信、数据库等技术，设计一套基于元数据管理的气象灾害应急实训数据环境，初步实现气象灾害实训急需的功能（资料收集、加工处理、入库、产品生产等），为气象灾害应急管理人才培训或培养提供良好的数据支撑服务。

2.2 气象灾害仿真模拟体验实训教学平台

通过各类监测设备传输的数据进行关联分析而做到提前预警、综合风险评估、灾害风险预警、灾害态势智能分析，从而形成一个完整的监测预警体系，更真切、更有效地还原和体现自然灾害综合监测预警的流程和关键节点，系统可以人工添加模拟数据，也可以接入实际数据。

2.3 互动教学云桌面平台

学生操作电脑选用云桌面的方式+15.6英寸（1英寸=2.54 cm）超薄单屏触摸升降一体机，可将教学视频根据教学需要呈现到显示终端，通过互动显示屏、直播系统、录播系统等，实现教学中的多媒体互动交流。该平台能够把学生需要掌握的教学知识点的操作方式录制成视频，学生们可以在自主学习的过程中通过研究视频来掌握这些知识点，这样能有效节约课堂教学时间，把更多教学时间用于交流。平台的优势在于能够减少板书，把时间更好地用于交互，提高教学质量，同时视频化可以提高记忆与想像力，学生预习也可视频化、PPT化。

3 气象防灾减灾实训教学软件系统

3.1 气象灾害应急实训数据实时获取系统

通过与甘肃省气象局已有网络连接设备和数据连接通道，积极与甘肃省气象信息中心等技术机构对接，实时获取每6 min一次的气象雷达数据，每30 min一次的气象卫星数据，每10 min的全国地面监测数据，每天2次的全球高空探测数据，以及每天全球5个数值天气预报中心的数百种预报产品等。

3.2 气象灾害应急实训分布式数据库系统

完善气象应急实训数据存储结构，综合应用分布式关系型数据库、分布式表格系统、分布式对象存储和分布式文件系统等存储技术，升级完善我院气象数据管理系统，针对应用按需设计多副本存储，建立混合云高效的数据同步机制。

3.3 气象灾害应急实训数据综合处理系统

实现对实时收集的有关气象灾害应急实训所需资料进行质量控制，并对收集的各类资料进行解码、入库等处理。选用先进数据库技术，实现对所收集各类气象灾害应急管理实训所需资料及实训结果的永久性存储管理。构建多级存储、在线备份和离线归档的自动化流程，实现交互应用的毫秒级访问和数据服务的秒级响应。

3.4 气象灾害应急实训辅助系统

根据各类气象灾害的发布标准，实时共享“国家突发事件预警信息发布系统”发布的各类预警信号，辅助应急管理培训学员和我院学生对监测到的突发事件产生的影响进行综合分析，辅助强化孕灾环境分析能力，从而强化应急管理培训学员和我院学生对突发事件影响区域、影响人群的综合研判能力，为精准靶向发布和首次有效应急响应打下基础。

3.5 应急指挥仿真系统

应急指挥仿真系统以空天地感知、融合通信、知识图谱等技术为支撑，突出应急信息全面汇聚、快速展现、上传下达、协同会商、专题研判、指挥调度和辅助决策等支撑能力，建立反应灵敏、协同联动、高效调度、科学决策的应急指挥信息系统，实现全省应急救援智能化、扁平化和一体化指挥作战。应急指挥信息系统主要包括突发事件信息接报、值班管理、综合信息汇聚可视化、协同会商、辅助决策、指挥调度、信息发布、应急指挥体系管理、总结评估、业务应用移动化、专题研判、案例推演、指挥演练、数字化预案、灾害救助、社会救灾捐赠管理、应急资源管理等子系统。

3.6 领导驾驶舱

领导驾驶舱为领导坐镇指挥提供全方位的、动态的公共安全辅助决策信息。将采集的数据形象化、直观化、具体化，通过速度表、音量柱、预警雷达、雷达球等大数据图表，形象标示安全运行的关键数据。同时，提供一键全域搜索功能，通过各种条件组合实现数据的搜索、展示。可视化部分支持拖拽、页面灵活组合。领导驾驶舱实现了多用户、不同权限的不同操作，每个有权限的用户都能够配置适合自己的图形，从而能够让相关领导查看到自己所关心的数据，实现多用户、多权限、多图形、多指标的操作目的。

4 结论与讨论

自然灾害的产生和发展是一个动态的过程，现实的自然灾害发生包括各类触发条件和承灾载体的具体情况，要素众多，要素及要素间的关系复杂、不断变化，这种变化具有不确定性和不可预知性，并且无法预演和重现，因此，需要借助模拟的系统（或已投入业务使用的系统）研究各类自然灾害的产生和发展过程。掌握自然灾害的产生和发展规律并用防灾减灾实训平台进行直观的表现，实现对于自然灾害发生、演变、预判、发展等情景的构建和推演，便于对培训人员形成直观的理解。情景构建是提取某一时刻自然灾害环境系统和承灾载体系统中，对于灾害的产生和发展起关键作用的要素及其之间的关系，并在平台系统中建立与之对应的相关模型。情景推演是依据灾害环境、承灾载体以及相互间作用的客观规律，并充分考虑到可能的应急管理措施及其效果，在平台系统中，由相关模型某一时刻的状态推断其下一时刻的各种可能状态。对于学生而言，能够将复杂的自然灾害情况直观地呈现出来，有助于其快速熟悉和掌握。

［1］杨金花.高职环境艺术设计专业特色实训室的建设与探索［J］.山西青年，2020（10）：185-187.

［2］王芳.大数据时代经侦专业综合模拟实训创新研究［J］.法制与社会，2020（27）：175-176.

［3］刘永峰，张雪茹.食品专业实践教学与大学生培养的关系分析［J］.安徽农业科学，2020（18）：272-274.

［4］杨力，崔江涛，黄伯虎，等.面向资源共享的计算机类虚拟在线实验建设与实践［J］.计算机教育，2020（10）：42-46.

［5］刘海峰，庞在祥，王晓东，等.新工科背景下智能制造虚拟仿真实训教学平台建设与应用［J］.实验技术与管理，2020，37（10）：255-262.

G712

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.034

2095－6835（2021）08－0092－02

2019年甘肃省高等学校创新能力提升项目（编号：2019A-216）；2020年兰资环院级科研项目（编号：Y2020C-02）；2020年兰资环校级教育教学改革项目（编号：JG2020013）；2020年兰资环校级创新创业教育教学改革研究项目（编号：CXJG2020008）

夏权（1983—），男，甘肃兰州人，高级工程师，研究方向为应用气象、气象服务。

〔编辑：王霞〕