基于事件特征的城市公共安全管理應急決策指揮平臺框架設計

姜少偉+賀賢達+陸金花+毛文彥

摘 要：基于我國城市安全管理中存在的不足，圍繞城市公共安全類事件的應急決策問題，提出基于不同事件的復雜特征的城市公共安全管理與應急決策指揮平臺框架設計，將可視化救援GIS技術（V-RGIS）、應急決策的推理技術和開放式規(guī)則引擎技術融合，構建城市安全管理應急指揮平臺體系，并利用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡與LEACH算法相結合對網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)進行融合，實現(xiàn)事件特征數(shù)據(jù)快速、準確提取和傳輸，提高及時發(fā)現(xiàn)、快速處置城市管理突發(fā)事件的能力。

關鍵詞：城市公共安全 可視化GIS 應急決策 數(shù)據(jù)融合算法

中圖分類號：X92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0014-05

Design of Platform for Urban Public Security Management and Emergency Command Based on Event Characteristics

Jiang Shaowei1 He Xianda2* Lu Jinhua1 Mao Wenyan1

（1.Jiangsu Yuanwang shenzhou Software co.，LTD，Jiangyin Jiangsu，214400，China；2.Hohai Universtity College of Internet of Things Engineering，Changzhou Jiangsu，213022，China）

Abstract：Because of inadequate management of urban security and emergency decision problem around the city public safety events， we propose the application of visual rescue GIS technology to urban public security management combined with the inference technology for emergency decision and open rule-script engine to build the command platform for city emergency security management system， and using BP neural network combined with LEACH algorithm to realize data fusion of network node， which is aimed at transferring data quickly and accurately and making up for past deficiencies. Improving the capacity of the timely detection and rapid disposal of the city emergency management， which can ensure the operation of the city orderly and safely.

Key Words：Urban public security；Visualization of GIS；Emergency decision；Data fusion algorithm

隨著社會發(fā)展規(guī)模的擴大和日益多元化，公共安全形勢也日益復雜，同時也伴隨著潛在的危機與矛盾，社會差距逐步擴大，矛盾也日益凸顯，公共安全受到嚴峻的挑戰(zhàn)，各種公共安全事件給個人生命和財產(chǎn)造成了巨大損失[1]，并對社會公共秩序和可持續(xù)發(fā)展構成威脅，其中人為制造危機、自然災害危機的不斷增加，成為公共安全風險不斷加大的主要因素。2005年3月29日京滬高速公路淮安路段發(fā)生液氯泄露事故，導致29人死亡，350人入院治療，上萬人緊急疏散，直接損失1 700余萬元；2013年11月22日青島東黃輸油管道泄漏爆炸事故發(fā)生后導致62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟損失75 172萬元。這些重大的公共安全事故給我們留下了深刻的教訓：城市運行管理必須把公共安全放在首位，并針對不同的事件建立相應的應急預案，達到在事故發(fā)生前做好應急準備工作；在突發(fā)事件的預防、響應和處置過程中需要科學規(guī)范的決策和組織協(xié)調(diào)，才能在事故發(fā)生時，有條不紊，盡可能地控制風險，在災后重建中有法可依、有章可循的目的[2]。

而在復雜重特大公共安全的應對中，事故往往表現(xiàn)出高度破壞性、衍生性、快速擴散性和不研究性等特征，每一次重特大公共安全事故的發(fā)生對于決策者而言，很可能都是類型全新、特征全新、危害全新的災難，如何快速且有效應對這類重特大公共安全事故是該文的研究重點。

1 城市公共安全管理應急決策指揮系統(tǒng)

1.1 城市公共安全管理

城市公共安全管理是及多部門、多行業(yè)與一體的復雜體系，事故處理過程中通常匯集了公安、交通、安監(jiān)、環(huán)保、衛(wèi)生、氣象等多個部門，以及消防搶險、疏散搜救、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療救護、工程搶修等多支救援隊伍?？偠灾鞘泄舶踩芾碇饕福汗舶踩块T對城市公眾活動和社會運行實施影響、控制、協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)公共安全目標的過程[3]。

城市公共安全管理以城市公共安全類事件的應急角色為主要研究對象，其中公共安全類事件大多是在人們毫無準備的情況下發(fā)生，尤其是重特大安全事故往往使應急救援人員不知所措，很可能導致錯誤決策或者錯過最佳應對時間。因此，如何采取應急決策，對于決策者能夠在應對各種災害和安全事件突發(fā)時，及時采取有效措施降低事件的嚴重程度、減小損失有一定的決定性作用。

文中建立了如圖1所示的應急決策過程，該決策表現(xiàn)為一個動態(tài)過程，是指在突發(fā)事件突然發(fā)生時，應急決策主體在有限的時間、資源和人力等約束的壓力下，搜集、處理災難事故現(xiàn)場的信息，通過全局性考量而明確問題與目標，依據(jù)決策經(jīng)驗和計算機輔助決策支持系統(tǒng)等，分析評價各種預案并選擇適用的方案，組織實施應急方案，跟蹤檢驗并不斷調(diào)整方案直至行動更趨于合理化并且事件得到控制為止的一個動態(tài)決策過程。

1.2 基于事件復雜特征的應急決策指揮系統(tǒng)

基于事件復雜特征的應急決策和指揮系統(tǒng)，是采用定性研究輔以定量研究的方式，對重大安全突發(fā)事件的復雜系統(tǒng)特征進行系統(tǒng)研究，繼而綜合應用復雜系統(tǒng)、優(yōu)化理論、系統(tǒng)建模、層次分析、模糊評價、案例分析等理論和方法，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）技術、數(shù)字視頻技術、三維技術，提供包括電子地圖、多維報表、三維影像、視頻圖像等不同層面的圖形化展現(xiàn)形式，為應急指揮人員提供決策依據(jù)。

其中，地理信息系統(tǒng)[2-3]（GIS）是一種空間信息系統(tǒng)，其功能是對各種空間的復雜結構進行處理、表示和分析。其具有強大的空間處理能力和分析能力以及數(shù)據(jù)唯一空間的分析功能和決策[4]，GIS在城市公共安全管理中起到重要作用。但是，現(xiàn)階段GIS主要基于2維平面來處理現(xiàn)實中遇到的問題，在動態(tài)性和可見性并沒有達到要求。應急技術支撐平臺綜合應用系統(tǒng)是復雜的應急管理與決策支持系統(tǒng)，將應急信息進行可視化表達，并借助真實的地理三維場景、遙感影像、DEM等數(shù)據(jù)手段，再現(xiàn)事故現(xiàn)場周邊環(huán)境情況，對應急決策是至關重要的。因此，基于事件復雜特性采用了可視化救援地理信息系統(tǒng)（V-RGIS）輔助決策者做出更優(yōu)、更準確的決策。

除了原始的地理信息之外，V-RGIS還包括了多個信息層的結合，其中主要包括以下幾個方面。

（1）空間信息平臺：包括與公共安全事件相關的具有空間信息的矢量數(shù)據(jù)和專題圖件柵格數(shù)據(jù)，以及遙感動態(tài)系統(tǒng)采集的具有空間信息的遙感影像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)等。

（2）公共數(shù)據(jù)接口層：整個系統(tǒng)各個子系統(tǒng)實現(xiàn)繼承的關鍵和基礎。它以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)連接，通過連接管理數(shù)據(jù)，并能為下一層提供基本的數(shù)據(jù)組織形式。

（3）專業(yè)應用分析層：此層在不考慮應用的基礎上，抽象出一些地理信息系統(tǒng)的基本、通用的功能，為下一層提供的功能模塊、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡分析、DEM分析、涂層疊置分析、行動標繪、方案預演等應用。

2 基于事件特征和V-RGIS的應急決策指揮平臺設計

2.1 系統(tǒng)總體設計

應急指揮決策系統(tǒng)涉及領域廣，技術層次深，系統(tǒng)的構架也是比較復雜[5]，其平臺功能結構如圖2所示。文中基于上節(jié)分析，在決策平臺結構基礎上主要圍繞可視化救援地理信息系統(tǒng)中的空間信息平臺、公共數(shù)據(jù)接口層、專業(yè)應用分析層之間的關系，建立基于事件特征的城市公共安全管理應急指揮平臺系統(tǒng)框架，如圖3所示。該系統(tǒng)涉及主要技術包括V-RGIS技術、應急決策的推理技術和開放式規(guī)則引擎技術[6]。

2.2 可視化應急救援地理信息（V-RGIS）技術

采用多層次的方式建立如圖5所示的數(shù)字地圖，實現(xiàn)基于地理位置的“靜態(tài)”和“動態(tài)”信息結合：（1）以電子地圖的方式真實模擬城市及其周邊地區(qū)的地貌、設施、道路、橋梁等信息；（2）以數(shù)據(jù)連接的方式把不直觀的報表數(shù)據(jù)直觀地在地圖上表現(xiàn)出來；（3）利用GPS定位對重點的人員、車輛、物資的實施運送情況和路線進行了解。

基于GIS建立的可視化物理環(huán)境模型，可以實現(xiàn)各種可能的物理破壞情形的模擬，如危機發(fā)生時，某條道路被水淹沒等可能情況下如何產(chǎn)生有效的冗余計劃；還可以分析各相關部門協(xié)作的能力評估，如協(xié)助分析消防站、救助站如何分布才能實現(xiàn)最佳應急救助的反應能力和效率。在演習或?qū)嶋H災害發(fā)生前后的災前準備、災中應對、災后重建等應急管理過程中能藉由GIS提供充分的地理環(huán)境資訊：（1）在危機發(fā)生前可藉由此系統(tǒng)，了解與應急管理相關的各種信息，包括政府機構、重要設施、道路建設、管網(wǎng)建設、及周邊可利用資源等各種城市信息；（2）危機發(fā)生時，可以根據(jù)所模擬或?qū)嶋H發(fā)生的情況，在第一時間提供即時的資訊，如災害的位置、颶風路徑、道路淹水情況、事件的蔓延范圍、需要調(diào)用的資源位置等；（3）提供中央、地區(qū)、及地方政府正確的應急預案資訊，幫助其做出正確的處理方式。

2.3 應急決策的推理技術與實現(xiàn)方法

在充滿變化、極具風險、難以預測的公共安全事故發(fā)生初始，根據(jù)實時事態(tài)信息，應急決策者需要解決的問題是如何從案例庫中迅速檢索并提取相似度最高的案例做決策提示與對策參考；如何根據(jù)源案例進行事件推理以獲取目標問題解；如何基于地理信息技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、以及風險分析預警技術實現(xiàn)應急指揮平臺的智能感知。

根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡的特點，網(wǎng)絡節(jié)點對采集的對象收集數(shù)據(jù)時會存在很多信息的冗余或者錯誤，如果對這些情況不進行處理再進行傳輸?shù)脑?，那么會加快?jié)點能量的消耗，從而縮短網(wǎng)絡壽命[6-7]。因此該系統(tǒng)增加如圖6所示的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，其中融合算法采用LEACH算法。

2.4 開放式規(guī)則引擎技術

可視化應急救援地理信息（V-RGIS）技術為應急決策提供了可靠的輔助信息，而如何將這些數(shù)據(jù)和資源提取出來并作為輔助決策的參考，并運用到?jīng)Q策演練當中，需要一套完備的業(yè)務規(guī)則管理系統(tǒng)（BRMS），其中開放式規(guī)則引擎[8]是BRMS的核心部分，是代替規(guī)則嵌入到程序代碼中的部分，是鏈接應用程序與業(yè)務規(guī)則的橋梁。主要分為接口層、適配層、核心、數(shù)據(jù)層、規(guī)則管理層，各層之間的關系如圖4所示。規(guī)則引擎核心得到BOM之后，將該對象（LUA中的Table）傳入運行的上下文環(huán)境，然后對規(guī)則進行逐條運算，最終得到運算結果的輸出BOM，中間可能也得經(jīng)過適配層并訪問數(shù)據(jù)庫填充數(shù)據(jù)成為DTO并返回給應用程序。

該系統(tǒng)使用LUA腳本與C++混合使用的方法實現(xiàn)規(guī)則外置。使用這種方法，在執(zhí)行代碼中，嵌入對規(guī)則判斷及處理的LUA腳本的調(diào)用，在LUA腳本中調(diào)用執(zhí)行代碼中的部分代碼。舉例來說，對于行動規(guī)則，主要是依賴應急力量的類型、行動點值（與行動時間相關）、以及地圖、地形、路況等數(shù)據(jù)來進行綜合判斷。那么規(guī)則就可以寫成如下形式（偽代碼）：

Function condition_move（Object A）

{

If （A.type = 0） then //地面力量

Mapgrid=GetCurrentMapGrid（A

Barrier=GetCurrentBarrier（Mapgrid）

A.MoveHP=A.MoveHP–Mapgrid.value– Barrier.value

Else if （A.type == 1） then // 空中力量

…

Else if （A.type == 2） then // 水面力量

…

Endif

}

在每個時間片的執(zhí)行代碼中，只需按照一定的篩選方法，篩選出在當前時刻所發(fā)生的事件，并調(diào)用LUA腳本中對應的事件處理函數(shù)即可。

3 結語

通過引入應急救援地理信息技術、計算機技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等，實現(xiàn)機構聯(lián)動、資源聯(lián)動、信息聯(lián)動，進一步增強應急管理的綜合減災和早期預警能力。通過采用開放式規(guī)則引擎技術和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構的LEACH算法的數(shù)據(jù)融合提高城市管理資源的整合利用效率，加強城市管理的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一協(xié)調(diào)力度，實現(xiàn)常態(tài)管理與應急處置的有機結合，提高及時發(fā)現(xiàn)、快速處置城市管理突發(fā)事件的能力，能夠確保城市運行安全、有序運轉，減少災害的再度發(fā)生。

參考文獻

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