基于电子沙盘的指挥控制系统设计与实现

李腾飞 刘海旻

收稿日期：2023-08-15

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.011

摘  要：为满足公安实战指挥需求，采用基于业务重构、大数据融合、可视化呈现的方法，从体系层面实现对原有系统业务的重构，在有机融合的基础上充分发挥电子沙盘的实战功能优势，实现一屏尽览、一屏操作、一屏整合、一屏指挥，满足事前情报研判与预案推演，事中实时指挥，事后重演总结的全流程需要，为指挥员提供精确、动态、直观的信息展示，增强预案制定的实时性、科学性和高效性，为基于预案的实战指挥奠定技术基础，取得从传统警务指挥向实战高效转变的效果。

关键词：指挥控制；电子沙盘；警用；数据融合；信息化

中图分类号：TP391.9；E11 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）07-0046-05

Design and Implementation of Command and Control System Based on

Electronic Sandtable

LI Tengfei， LIU Haimin

（CSSC Systems Engineering Research Institute， Beijing  100094， China）

Abstract： In order to meet the practical command needs of public security， a method based on business reconstruction， big data fusion， and visual presentation is adopted to reconstruct the original system business from the system level. On the basis of organic integration， the practical function advantages of electronic sandtables are fully utilized to achieve one screen view， one screen operation， one screen integration， and one screen command. This meets the full process needs of pre intelligence analysis and plan deduction， real-time command during the process， and post replay summary. It provides accurate， dynamic， and intuitive information display for commanders， enhances the real-time， scientific， and efficient formulation of plans， and lays a technical foundation for the practical command based on plans， achieving the effect of transforming from traditional police command to practical and efficient combat.

Keywords： command and control; electronic sandtable; police; data fusion; informatization

0  引  言

伴随全国治安环境的逐步复杂化，公安系统紧紧围绕“基础信息化、警务实战化、执法规范化、队伍正规化”的装备建设要求，提出“纵横对应、横向集成、一体联动、高效运转”的信息化建设思路，并规划了“以信息采集为基础、以机制创新为牵引、以研判应用为核心、以提升效能为目标”的警用指挥平台建设需求。目前，公安领域的指挥一直存在孤岛分割、各自为战的问题，指挥手段单一，主要原因在于各层级、各职能之间多年来的“烟囱式”信息化建设，在实际工作过程中，经常出现各警种间协调不畅、各层级间互不联通，高层指挥官在指挥中心无法了解现场一手情况，无法做出准确判断与决策等一系列问题。

为了提升指挥控制能力，弥补上述不足，研发一种面向公安实战需求、整合现有信息化建设成果的一体化指挥调度产品[1]，能够通过科学友好的人机交互、科学规范的数据分析、虚实结合的预案制定与推演等途径，对现有业务系统进行重构与提升，满足指挥员对实时态势掌握、警力调配部署、预案方针推演与执行监督考察的需求，使得指挥工作更加精确、动态、直观、及时[2]。

1  设计目的与内容

设计一种新式警用电子沙盘指挥控制系统，以此为载体打造“集成、互通、共享、高效”的情指一体化指挥调度平台[3]，构建多层级扁平化的指挥体系[4]；整合、重构和优化现有的警务信息资源和信息系统，开展相关业务功能研究，实现可视化、扁平化、合成化的警务实战指挥，推动公安系统指挥模式向“纵向减少指挥层级，横向畅通指挥关系，实现对一线警力的点到点指挥”转变；结合基础数据高速增长的现状，研究采用新技术手段创新警用业务模式，对业务进行重构升级，实现体系效能的增加；研究虚实结合的预案制定方法，实现传统的应急预案向信息化实战贴近，从静态预案向动态预案转变，提升应急事件的处置水平。

2  指挥控制系统构建

2.1  系统组成

电子沙盘指挥控制系统是由多类软件单元及硬件组成，各软件单元之间协同操作，职责划分明确、数据集成全面、指挥操纵灵活便捷。警用电子沙盘指挥控制系统从架构上分为硬件层、中间层和应用层，系统框架图如图1所示。

1）硬件层：指挥控制系统硬件由显控单元、主控单元、数据库服务器、操控单元、通信单元、适配主机、壳体及支撑结构共同组成。具备精细显示、精准触控交互、语音准确拾取的效果，满足人机工程要求[5]，设计了标准机架和便捷移动装置，内外预留各级接口，能适应不同条件使用情况，可快速连接部署，便于设备维护、扩展与升级。

2）中间层：中间层由底层操作系统硬件驱动、数据库管理中间件、数据访问汇集预处理中间件、业务模型中间件及显示优化中间件组成，负责系统的触控交互优化，可视化呈现优化，硬件通信优化、数据传输优化及安全管理。

3）应用层：应用层与公安系统的具体需求结合，根据电子沙盘的特点[6]定制开发相应的警务应用，重点包括在电子地图之上警务要素的呈现及查询，应急突发事件时的指挥调度，各类应急事件的预案制定及仿真推演，跨界跨域的精确查询，任务快速下发，事后重演复盘等。

2.2  系统软件功能设计

系统应用软件分为以下九个功能模块：

1）基础操作与系统设置：实现天地图数据接入[7]、对地图基础操作、图层管理、市州的快速定位、基础的测量工具和鹰眼视图；根据不同用户的级别，进行分级管理及个性化定制，电子沙盘指挥功能支持级别区分。

2）态势呈现功能：通过二维、三维显示及二-三维联动技术将现场态势展现于指挥员，将相关的情报信息接入辅助指挥员研判。

3）态势分析功能：通过将视频、巡逻警车、图传车、移动终端等信息及各类情报系统信息的扩展接入，结合警情，辅助指挥员完成对情报信息的研判。

4）指挥调度功能：与现有指挥调度系统进行对接，通过短信、语音等方式及时将任务部署下发到现场人员，支持与各业务警种及外部单位的互通，实时掌握了解任务执行情况并及时调整。

5）统计分析功能：利用电子沙盘数据可视化的优势，支持各类系统的历史、实时数据的接入，进行大数据可视化呈现分析。

6）界域查询功能：对界域内要素信息进行查询，同时通过数据可视化手段在电子沙盘上进行展示。

7）记录重演功能：通过对实战任务中的数据和操作进行实时记录，方便事后对实战任务进行调用重演、归类研判，以总结经验、完善预案。

8）仿真推演功能：可实现在真实数据支持下对假定的案事件进行联动性推演，形成可积累的关联性决策预案库。

9）预案制定功能：对纸质预案的要素、行为、关系等进行抽象建模，积累各类应急预案，注重预案的设计和实战过程的推演展示，针对突发情况，能够及时反映和下达决策指令。

2.3  典型流程设计

根据设计的功能，典型的业务流程包含态势聚合流程、指挥调度流程、界域查询流程、重演总结流程、仿真推演流程和预案制定流程，结合典型业务流程深化应用软件功能。

2.3.1  态势聚合流程

势聚合流程是系统接入警务要素和环境要素等信息，在电子地图上进行态势聚合，直观地为情报研判和指挥调度做支持，态势聚合流程示意图如图2所示。

图2  态势聚合流程示意图

警务要素和环境要素接入：系统通过网络实时接收处理警车、图传车和手持终端的GPS定位信息，从监控摄像头信息数据库中抽取监控摄像头经纬度位置信息；系统通过预定义的WebService接口与原有的多个信息系统进行交互，获取公安机构、派出所、看守所、拘留所、网吧、旅店等经纬度位置信息。

1）数据汇聚与自适应撒点：系统将警务要素与环境要素进行分层次、分类别地汇集，并根据当前地图可视范围，筛选出当前可视的要素进行可视化呈现[8]；系统根据不同类别要素密集程度对数据显示进行优化处理，当地图比例尺较小时，要素显示为不可交互的像素点，随地图比例尺增大，要素显示逐渐放大且可进行点击、圈选等交互操作。

2）叠加优化：当图标发生重叠且地图无法继续放大时，系统通过在全新的显示界面中根据要素相对位置关系大比率放大场景使要素图标分离，优化要素重叠显示。

2.3.2  指挥调度流程

指挥调度流程是指挥员通过指挥调度流程对警力资源进行实时指挥，并能够在指挥完成后进行总结。指挥调度流程示意图如图3所示。

图3  指挥调度流程示意图

1）方案标绘：指挥员根据态势情况标绘行动决心及行动方案，分为警力标绘和行动标绘，警力标绘包括安检、岗哨、治安亭、路障等，行动标绘包括多边形、行动方向、双向夹击箭头、燕尾箭头等用于路径规划的图形。

2）命令下发和电话指挥：系统根据行动标绘内容，自动匹配相应的警力并下发行动命令，命令可通过短信、手机、固话和350M电台四种方式下发[9]；在电子沙盘上查看警员或警车及其联系方式，通过语音电话对现场警员进行实时指挥。

3）行动记录和任务总结：系统自动记录指挥调度过程中的所有要素及命令的详细信息，记录内容包括任务的分配情况和事件处置过程中的下发命令、参与事件处置的警员（警车）数据、电话指挥数据等；指挥过程完成后根据相应的文档模版格式，将记录的数据生成任务总结报告，供指挥人员参考分析，总结经验，改进事件处置流程。

2.3.3  界域查询流程

界域查询流程是通过指定区域或圈选方式对界域内信息进行查询。界域查询流程示意图如图4所示。

1）触控圈选：圈选方式为自由圈选或矩形圈选，自由圈选时系统识别捕获用户触控手势和触摸轨迹，自动化补全或取齐构造封闭轨迹，转换为地理多边形作为界域查询条件。

2）数据查询：系统将数据查询代理服务与现有警用信息系统集成，将查询请求转发至不同代理服务上，包括人口、房屋、公共场所、特种场所、重点单位、监控和案件等查询服务。

3）详细信息查询：用户需查看界域查询中要素的详细信息时，查询代理服务根据要素类型将查询请求转发到对应查询服务中，接收返回的查询结果并在电子沙盘上显示。

2.3.4  重演总结流程

重演总结流程通过重演总结重现指定时间段的场景，将视频监控、警车轨迹、移动终端轨迹、图传车视频监控、通信记录等历史信息进行回放，辅助用户复盘总结行动处置过程中的经验。重演总结流程示意图如图5所示。

1）时间设定和过往数据查询：用户设定回放的开始时间与结束时间，进行重演总结；系统从数据库中查询历史数据信息，包括过往视频码流、过往警车/警员轨迹信息及用户过程操作信息。

2）回放控制和场景回放：系统在时钟信号的驱动下，推算当前时刻进行回放的视频码流、警车/警员轨迹和操作并播放，显示历史操作，重现历史场景。

2.3.5  仿真推演流程

仿真推演流程根据预案中的特定参数设置模拟该情况下事件的处置过程，可对仿真中的参数进行控制与仿真进行交互，通过多次仿真推演帮助用户检查预案的完备性与科学性，从而能够不断完善预案。仿真推演流程示意图如图6所示。

1）想定编辑和仿真执行：使用想定编辑工具通过对警务要素及环境要素查询进行仿真参数设置；仿真引擎读取仿真模型及仿真参数，将两者结合推动仿真进程。

2）模型解算和仿真控制：仿真引擎根据模型库，结合模型的参数设置完成仿真中模型的解算，模型解算完成后可按照时间进行仿真推进；用户通过状态窗体监视仿真的进程，通过控制功能对仿真进行开始、暂停、加速、停止。

2.3.6  预案制定流程

预案制定流程是通过预案制定流程编制应急处置预案，系统支持多节点同步预案拟制。预案制定流程示意图如图7所示。

1）新建/打开预案和组成设置：用户新建或打开预案，系统自动连接预案包含的模型库；用户编辑预案中包含的流程，进行添加、修改和删除等操作，设置流程间的关系以构成完整的流程树框架。

2）行为设置和图形标绘：在预案流程树框架上设置流程对应的行为和参数，所有行为设置完成同时即完成预案的文字描述；可使用图形标绘工具在地图上实现预案的图形化，根据对应流程设置标绘的行为和参数[10]。

3）合理性检查：预案的图形化表达完成后系统会对预案进行合理性检查，完全正确则保存成功。

3  关键技术

该项目将电子沙盘这一人机交互技术手段引入到公安业务实战指挥上来，采用基于业务重构、大数据融合、可视化呈现的方法，突破关键技术包括：

1）采用体系设计的方法，打破传统数据分级采集汇聚呈现使用的模式，实现了对原有系统的重构与赋能，采用跨界跨域数据查询策略与信息智能推送技术，从体系层面实现了对原有系统业务的重构，为指挥员提供精确、动态、直观的信息展示。

2）采用虚实结合的预案制定推演技术，通过仿真域与物理域的迭代分步优化，在仿真域设计预案流程，推演形成应急草案，在物理域代入真实参数进行演练，完善形成可信预案，实现从静态预案向动态预案的转变，增强了预案制定的实时性、科学性和高效性，为基于预案的实战指挥奠定了技术基础。

3）以电子沙盘为载体，采用海量数据聚合呈现的方法，融合了视觉、触觉、听觉等多维度人机交互手段，将触控操作沙盘、麦克风拾音阵列等融入警务实战，实现高效的可视化、扁平化、合成化作战指挥。

4  应用情况

该系统部署以来圆满完成了多次警力调配、警车指挥、视频读取与预案推演等实战任务，取得了从传统警务指挥向实战高效转变的效果，满足了公安维护公共安全和社会稳定的指挥需求和信息保障需求，应用实例如图8所示。

5  结  论

面向警务实战化需求，以电子沙盘为载体开展了指挥控制系统的研究，形成从传感器到指挥控制的警用一体化集成解决方案，支持指挥员事前情报研判与预案推演，事中实时指挥，事后重演总结，实现了指挥控制系统的一屏尽览、一屏操作、一屏整合、一屏指挥，在警用执法领域、国防动员领域、应急指挥领域及军事领域有着广泛的应用前景。

参考文献：

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[3] 刘静.一体化指挥调度综合业务系统平台设计 [D].武汉：武汉大学，2020.

[4] 廖波涛，张剑，雷静，等.对扁平化指挥的思考 [J].舰船电子工程，2010，30（10）：6-8+80.

[5] 田树涛，金玲，孙来忠.人体工程学：第2版 [M].北京：北京大学出版社，2018.

[6] 李辉，刘乐斌，赵家正.电子沙盘在公安学专业课程教学中的应用研究 [J].公安教育，2021（11）：60-65.

[7] 中华人民共和国公安部.城市警用地理信息数据采集与更新规范：GA/T 627—2006 [S].北京：中国标准出版社，2006.

[8] 王雪，鞠晓杰，王铎，等.面向实战的军用交互式电子沙盘系统设计 [J].火力与指挥控制，2021，46（6）：149-154.

[9] 陈健军，王锦尧，李翔，等.新一代智慧警务指挥调度体系设计 [J].中国电子科学研究院学报，2021，16（12）：1228-1238.

[10] 臧义华，梁佳，吴亚非.态势标绘系统标号重用设计 [J].软件导刊，2020，19（7）：122-126.

作者简介：李腾飞（1991—），男，汉族，陕西汉中人，工程师，硕士研究生，研究方向：指挥控制与信息化。