面向突发公共事件的数字化应急指挥系统研发

赵宏伟,赵西珂,王阳阳,尤静月

(沈阳大学 信息工程学院,辽宁 沈阳 110003)

0 引 言

随着城市化进程的不断加快,各种突发公共事件呈多元高发态势。自然灾害、事故灾难、社会安全事件以及公共卫生事件四大类型的突发事件每年都会对国内的经济社会发展与人民群众的生命财产造成巨大损失[1]。如2008年“5·12”汶川地震,2011年“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故,2015年天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故,2019年末持续至今的新型冠状病毒疫情,2021年河南郑州“7·20”特大暴雨灾害。诸如此类突发公共事件的不断发生,对国家的应急管理水平和指挥决策部门处置突发事件的能力提出了更高的要求[2]。因此,建立一个信息化、结构化和数字化的应急指挥系统是必不可少的,高效的应急指挥系统能够有效处置突发公共事件,做到及时防范,快速响应。

目前,国家大力提倡采用大数据、云计算、物联网、人工智能、移动互联网等先进技术建设面向突发公共事件的数字化应急指挥系统,以信息化手段推动应急救援体系和应急救援能力现代化。国内许多学者对此也有研究,如刘家福等[3]基于WebGIS技术配合SuperMap iServer服务以及iQuery框架设计了城市灾害应急系统。余其鹏[4]基于ArcGIS Runtime SDK for Android 开发了地震应急系统。宁玉辉等[5]将Petri网引入系统建模实现预案智能化析出,以此设计了一种应急指挥系统。赵开功等[6]以一体化运营综合能源集团为背景,设计了面向生产安全事故的智能应急指挥系统。然而,经过研究发现,相关的应急指挥系统在应急处置流程数字化和应急救援信息可视化方面还不够完善。

因此,该文对相关系统需要完善的内容展开研究,并针对应急管理部门在处置突发公共事件时存在的业务流程不规范,应急数据孤立难以共享,指挥决策支撑不足、处置效率低下、业务系统分散,调度指挥难以形成合力,缺乏辅助决策工具,资源调度方案不合理等问题,利用国内外先进理论,采用Web2.0、WebGIS、数据采集、数据分析等数字化技术,结合具体场景的实际应用,研究并设计实现了面向突发公共事件的数字化应急指挥系统,完善了应急处置流程数字化和应急救援信息可视化方面的内容,并设计指挥部署、资源调度、辅助决策等模块,增加了应急指挥系统的实用性,提高了应急管理部门的应急救援管理水平和应急响应能力。

1 系统需求分析

1.1 总体需求分析

面向突发公共事件的数字化应急指挥系统要提升应急管理工作的效率,满足日常管理和突发事件应急处置两个方面的需求。日常管理要实现工作流程信息化,业务管理规范化、精细化,包括对值班情况、事件案例、通讯录等内容的管理以及应急资源和应急预案的管理。应急处置要实现快速响应,高效救援,指挥调度信息化、可视化,依托WebGIS技术和智能模型算法,提高辅助决策能力,实现资源科学调度、预案关联析出和事故风险分析等内容。

1.2 业务流程分析

突发公共事件种类繁多,整个应急指挥系统的应急处置流程以事件处理为主线,通过对上报事件的审核,依据事件的级别和紧急程度,启动对应的预案,指挥员和专家等综合会商配置救援方案,之后成立工作组以及分配相应任务,并调度相应的资源进行应急处置,对处置过程持续跟踪,形成续报、终报,直到事件处理完毕。最后对事件评估,积累经验,改进预案,整个应急处置流程形成一个闭环。应急处置业务流程如图1所示。

图1 应急处置业务流程

2 系统设计

2.1 系统总体架构

面向突发公共事件的数字化应急指挥系统采用B/S模式搭建,后端使用Spring Boot核心框架,前端使用Vue框架,利用MyBatis框架与MySQL数据库进行交互,并且结合了WebGIS技术、智能模型算法等手段。根据层次化设计理念,系统由基础支撑层、数据服务层、业务应用层、用户展现层等4层组成,并建设标准规范体系、信息安全保障体系、运行维护体系[7]。系统总体架构如图2所示。

图2 系统总体架构

2.2 系统数据架构

应急工作的开展需要多部门协作,尤其是需要收集、维护应急相关部门的专业数据和基础数据,为应急指挥调度、决策分析提供服务。面向突发公共事件的数字化应急指挥系统要对各基层应急单位的应急相关数据资源进行整合,规划和综合利用多种来源的应急数据[8]。在数据层面要基于已发布的数据标准规范,对各部门的专业应急数据进行清洗、比对和入库[9],实现部门应急数据的实时共享和更新,为应急指挥系统作用的发挥提供充分的数据支撑[10]。

基于需求分析和业务分析,面向突发公共事件的数字化应急指挥系统汇聚的数据资源可划分为8类,分别是应急基础数据库、应急预案库、应急知识库、应急演练库、应急事件信息库、应急模型库、地理信息库和应急案例库。然后以国家应急数据治理标准和规范为基础,按照“数用分离,智能驱动”的思路,构建符合大数据发展的应急数据治理体系[11],通过数据自动接入、数据智能处理以及数据智慧管控三个模块,实现从数据接入、处理、存储、应用等全生命周期的治理总体架构设计。系统数据架构设计如图3所示。

2.3 系统功能设计

面向突发公共事件的数字化应急指挥系统主要包括综合值守、突发事件报送、指挥部署、资源调度和辅助决策五大功能模块,系统功能结构如图4所示。

图4 系统功能结构

(1)综合值守模块:综合值守模块由事件管理、值班管理、案例管理、通讯录管理等四个子模块构成,覆盖日常管理和值守的各个方面,实现日常办公的信息传输和工作内容统一管理,用户可通过本系统实现无纸化管理,以提高工作效率。综合值守支持各种突发公共事件的接受和报送,应急值守人员通过填写表单内的突发公共事件相关内容,即可新建应急事件,引导之后该应急事件的现场处置、指挥部署、资源调度等流程。事件添加成功可将事故发生地点标注在WebGIS地图中,为辅助决策提供支撑。

(2)突发事件报送模块:突发事件报送模块在突发事件发生后,基层应急单位通过此模块首报、修改、续报和终报事件信息给相关领导和相关部门,实现信息的快速送达。报告的信息内容有九要素:时间、地点、单位名称、信息来源、事件类别、伤亡或者经济损失的初步评估、影响范围、时间发展态势及处置情况。

(3)指挥部署模块:指挥部署功能模块是针对综合值守中创建提交的突发公共应急事件进行相应的处置工作,应急指挥员对事件进行预案匹配和选择操作,制定解决方案,建立工作组同时分配任务,为任务配置相应的资源,然后跟踪事件处理情况随时进行持续调度,直到应急终止。指挥部署功能模块进行时会协同处理资源调度模块、辅助决策模块、综合值守模块等其他模块,是应急指挥系统应急事件处理的相应中心。通过对应急指挥救援业务流程的分析和分解,应急指挥系统将指挥部署功能流程划分为九个阶段:启动事件处置、等级确认、启动预案、综合会商、配置方案、成立工作组、任务下达、任务跟踪和应急终止。

(4)资源调度模块:资源调度模块实现当突发公共事件发生时,可以精准调取所需的应急资源,同时资源地理位置信息与WebGIS地图关联,可以在WebGIS地图上显示突发公共事件周围的资源分布情况,如救援队伍分布、物资仓库分布等;还可以在WebGIS地图上查看应急资源具体信息,如资源类型、可调度数量、负责人、联系方式、地址等;以及实现资源调度时的合理配置、可视化展示和对资源库的日常管理和维护。

(5)辅助决策模块:辅助决策模块实现应急信息展示、事故点范围分析、事故风险分析等功能。其中应急信息展示主要实现救援队伍、应急物资与装备、医院、预案等应急基础数据在一张图上的查询、分类、展示、统计的功能。事故点范围分析实现发生突发事件时,确保用户能迅速、全面了解、掌握事故点周边一定范围内应急信息资源情况,辅助用户科学有效快速做出突发事件应对决策。事故风险分析实现依据现有对突发事件数据的掌握,对后续事故风险进行分析[12]。

2.4 关键技术

(1)WebGIS技术。WebGIS是因特网技术应用于地理信息系统的产物,是一种基于Internet的开源地理信息系统,其通过浏览器和用户交互。当突发公共事件发生时,WebGIS能够直观地将地理信息通过网络技术进行展示,将事件信息、资源、力量进行范围分析,为政府和应急部门提供快速的决策支持信息。

(2)资源调度优化。突发公共事件发生后应急资源调度方案的快速制定尤为重要。系统根据实时获得的事故信息,以时间最短为目标,结合运输成本,调用双目标应急资源调度模型,使用群体智能优化算法确定最优的资源调度方案。

(3)应急预案智能匹配。根据上报的事故信息确定事故类型和事故地点,通过检索系统内的应急预案和当前事故智能匹配[13],匹配过程中提供专家人工干预的机制,保证所匹配预案的合理性和可靠性[14]。之后随着现场信息的不断获取,指挥员和专家进行综合会商不断修正预案,研判出符合实际情况的高效救援方案。

(4)视频融合。将本级横向委办局及监测监控视频资源的有效融合,满足使用系统进行突发公共事件处置时,对事件和现场情况的快速研判和会商决策,对应急指挥起到辅助作用。系统依托数据库、中间件及基础应用框架技术,接入硬件设备,实现视频实时预览、监控视频回放、视频管理、接口管理和运维管理等功能。系统整合多媒体交互组件,提供语音对讲、社交媒体等服务,满足应急指挥调度需求[15]。

3 系统实现

(1)事件创建。创建事件是综合值守模块的一部分,它是在应急值守人员接到突发事件报警并审核后进行的一步操作。在事件创建页面输入相应的事故信息,并通过位置检索功能获取事故坐标点,创建了此事故信息后,系统才能进行后续的预案匹配,指挥部署,资源调度,WebGIS辅助决策等功能的调用,事件创建是应急指挥系统应急处置的开端。事件创建实现效果图如图5所示。

图5 事件创建实现效果图

(2)指挥面板。指挥面板是指挥部署模块的一部分,它是在应急指挥员进行突发公共事件处置时用到的功能,指挥面板可以查看事件基本信息、预案信息,并且可以在指挥面板成立工作组,进行任务的分配,以及应急力量、应急物资的调度等,在指挥面板的左边还有事件处理情况的时间线等内容,指挥面板是系统处置突发公共事件的核心。指挥面板实现效果图如图6所示。

图6 指挥面板实现效果图

(3)辅助决策。辅助决策模块是应急事件处置时不可缺少的一环,其整合了系统内的应急信息,并内置有各类事故模型,可为应急指挥员科学决策提供有力的帮助。在辅助决策页面中间是WebGIS地图,在地图上可清晰查看事故地点所处位置以及周围的资源信息,包括救援队伍、物资仓库、医院等内容,在页面下方可查询各事件处置过程中的详细信息,包括物资的调度状态,救援队伍是否到位,以及任务的完成情况等内容,所查询内容在页面右边显示。辅助决策页面实现效果图如图7所示。

图7 辅助决策页面实现效果图

(4)资源管理。资源管理是资源调度模块的一部分,它是应急处置时资源调度的支撑,资源管理的日常维护十分重要,每当一种资源入库时都需进行记录,包括资源类型,入库地点,联系人,是初始入库还是归还入库,这样才能在资源调度时掌握完整准确的资源信息,提高应急救援效率。资源管理入库页面效果图如图8所示。

图8 资源管理入库页面效果图

(5)资源调度可视化。资源调度可视化是资源调度模块十分重要的一部分,当突发公共事件时,系统能检索出事故点周边可调用的应急资源,然后通过调用系统中内置的应急资源调度模型结合智能算法计算出最合理的资源调度方案。资源调度详情在WebGIS地图上可视化显示,用户点击各起点资源图标即可查看此处资源调度信息,并给出了起点到事故点的资源调度路线,便于用户直观了解资源调度情况。下面给出某一事故的资源调度可视化页面,实现效果图如图9所示。

图9 资源调度可视化实现效果图

4 系统应用效果

目前该系统已在沈阳市大东区应急管理局投入业务使用,应急网格员可以进行突发事件的一体化、无纸化报送及审批,既减少了工作量,也减少了纸张等资源浪费;应急指挥中心可以按照规范后的应急业务流程,统一指挥、统一调度,进行高效的应急处置;并且应急基础数据集成共享、辅助模块功能完善,为用户提供有效的系统支撑。系统实用性、通用性强,可推广至其他应急管理部门使用。

5 结束语

鉴于当前突发公共事件频发,以及应急指挥系统信息化、数字化、智能化水平有待提高的实际需求,给出了一种面向突发公共事件的数字化应急指挥系统的设计框架与具体实现方法。对系统应急处置业务流程进行了分析,对系统总体架构、数据架构、功能模块进行了设计,最终基本实现了面向突发公共事件的数字化应急指挥系统。该系统以应急事件处置为导向,可视化指挥部署为支撑,融合多种技术手段、多源数据进行辅助决策[16],有效提升了应急管理部门应急处置效率和应急指挥能力。下一步,将在系统整体功能的细节上,包括应急模型精确度、智能算法运用、应急场景等方面,进行深入的研究与完善。