基于大數(shù)據的突發(fā)公共事件應急輔助決策平臺設計與研究

李賀 張銳 蔣長帥 趙艷麗 田肖

（1.南陽師范學院 計算機科學與技術學院 河南省南陽市 473061）

（2.河南中光學集團有限公司 河南省南陽市 473003）

（3.南陽醫(yī)學高等專科學校衛(wèi)生管理系 河南省南陽市 473004）

1 引言

為了應對各類突發(fā)公共事件，國外發(fā)達國家相繼建立了相對完備的應急管理體系，2018 年3 月根據第十三屆全國人民代表大會第一次會議批準的國務院機構改革方案設立中華人民共和國應急管理部。充分說明黨中央、國務院高度重視突發(fā)事件的應急救援問題。因此，健全現(xiàn)代應急管理體系刻不容緩。

通過調研國內外現(xiàn)代應急管理體系及平臺建設，基于大數(shù)據的社會治理系統(tǒng)是現(xiàn)代應急管理體系建設的重要方向。目前，大數(shù)據產業(yè)已經日趨成熟。隨著大數(shù)據技術的發(fā)展與進步，其商業(yè)價值不斷被挖掘，大數(shù)據在各行業(yè)應用越來越廣，這也為大數(shù)據進入社會治理領域奠定了基礎。黨的十九大報告提出，加快建設創(chuàng)新型國家，拓展實施國家重大科技項目，為建設智慧型社會提供有力支撐。隨著我國大數(shù)據戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，基于大數(shù)據的應急管理體系迎來了重大的發(fā)展機遇。應結合我國特點，構建各類突發(fā)公共事件庫，建設應急管理大數(shù)據平臺，將分散在不同領域的“人、地、物、情、事、組織”基礎應急及災害事件數(shù)據壓縮、抽樣、挖掘集成起來，構建應急管理空間數(shù)據庫、公共數(shù)據庫、業(yè)務數(shù)據庫和人口數(shù)據庫，建立常態(tài)化的數(shù)據同步更新機制及突發(fā)事件預警機制。

2 國外應急管理平臺綜述

2.1 國外應急管理平臺概述

2.1.1 美國突發(fā)公共事件執(zhí)行系統(tǒng)

美國應急聯(lián)邦管理局(FEMA)是各領域應對危機的專門機構，該機構包括了12 個領域，如應對疫情的衛(wèi)生與醫(yī)療服務是其中之一。美國突發(fā)公共衛(wèi)生事件的執(zhí)行機構主要由橫向和縱向結構組成。橫向主要有6 大信息子系統(tǒng)，縱向結構是自上而下的聯(lián)邦（CDC）-州（HASA）-地方應急系統(tǒng)（MMRS）構成。

2.1.2 日本Phoenix DMS 系統(tǒng)

Phoenix DM 系統(tǒng)(Phoenix Disaster Management System)是基于阪神地震實際經驗教訓的基礎上所建立的防災響應系統(tǒng)，也是目前日本最完善的防災應急系統(tǒng)。該系統(tǒng)未考慮多重災害侵襲等意外突發(fā)狀況的分支數(shù)據流程的解決方案，使系統(tǒng)功能局限。

2.1.3 國外大數(shù)據應急管理體系研究

多源數(shù)據融合的一種常用方法是將數(shù)據組合成一個疊加的向量，并將其視為唯一的數(shù)據集。為了提高基于模糊邏輯的融合方案的準確性，有學者提出利用統(tǒng)計方法或支持向量機（SVM）對每個數(shù)據源分別進行處理，結合了統(tǒng)計方法和機器學習技術提出了一種決策級融合方法，并將該數(shù)據融合技術應用于堤防滑坡、龍卷風泥石流等災害管理研究。針對異常行為檢測國外學者提出了一種異構數(shù)據融合技術，該技術的巨大挑戰(zhàn)是將信用卡、積分卡、全球定位系統(tǒng)（GPS）信息與影像數(shù)據進行融合，具有一定的有效性。

2.2 國內應急管理平臺概述

2.2.1 國內突發(fā)公共衛(wèi)生應急管理系統(tǒng)

在2003 年SARS 以后，中國衛(wèi)生部以國家為核心的建設目標，逐步構建了我國應對突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應急指揮決策系統(tǒng)，形成一個覆蓋全國的應急指揮與決策系統(tǒng)網絡。國內應急管理系統(tǒng)側重于突發(fā)公共衛(wèi)生事件監(jiān)測和救援方案設計，在風險評估、應急決策模型及指揮調度方面研究的較少。

2.2.2 環(huán)境污染突發(fā)事件應急決策支持系統(tǒng)

北京市針對突發(fā)環(huán)境污染事件構建了科學的管理體系和應急決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括人機對話系統(tǒng)、數(shù)據庫管理系統(tǒng)、模型庫管理子系統(tǒng)、方法論管理子系統(tǒng)、知識庫管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)最終預案生成。

2.2.3 全國森林防火管理信息系統(tǒng)

對森林造成破壞最大的是森林火災，國家林業(yè)局森林防火辦公室委托國家林業(yè)局信息中心開發(fā)了全國森林防火管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了森林防火管理部門的工作效率。

2.2.4 國內大數(shù)據應急管理的相關研究

在滑坡風險評估研究方面，邱丹丹等人以數(shù)據融合技術為主要手段，完成了降雨和地震誘發(fā)的區(qū)域滑坡風險分析，提出了基于多源數(shù)據融合的滑坡風險分析評估模型。該方法中存在數(shù)據統(tǒng)計不完整的問題，造成風險評價存在一定的不確定性。王峰等人針對物聯(lián)網出現(xiàn)的新特點設計了物聯(lián)網多源異構信息融合框架，提出一種基于本體的物聯(lián)網多源異構信息融合方法。

總體上看，目前我國對于突發(fā)公共事件的應急輔助決策系統(tǒng)處于發(fā)展階段，采用大數(shù)據進行突發(fā)事件應急決策及指揮調度問題仍處于嘗試階段。

3 大數(shù)據應急管理平臺構建要求

3.1 應急數(shù)據采集的智能化

當前日常大量面對的應急信息并不是純粹的結構化數(shù)據或非結構化數(shù)據，而是介于二者之間的表單及文檔信息。面臨日常表單處理時，會出現(xiàn)收發(fā)繁瑣、分析復雜、反饋不及時等諸多問題，政府部門需要迅速收集大量信息以制定應急預案，快速、高效的數(shù)據收集分析成為了迫切的需求。智能數(shù)據采集及可視化分析系統(tǒng)能夠收集和管理數(shù)據，可以根據需求快速創(chuàng)建任何表單，利用大數(shù)據可視化技術進行分析展示，滿足應急事件、日常辦公等多應用場景的需求，極大提高工作效率。

3.2 應急數(shù)據分析自動化

大數(shù)據技術可以為指揮決策提供有效的數(shù)據支撐。應急化信息平臺從數(shù)據采集系統(tǒng)額數(shù)據存儲層獲取數(shù)據，采用MapReduce 并行編程平臺對突發(fā)事件數(shù)據及歷史數(shù)據進行處理?？梢詫崿F(xiàn)應急數(shù)據的日常分析及預測，比如火災分析、危險行業(yè)分析、事故行業(yè)分析、指標控制、地質災害預警、煤礦態(tài)勢分析、森林火災預警及事故數(shù)量統(tǒng)計分析等。

3.3 應急業(yè)務平戰(zhàn)統(tǒng)一化

應急業(yè)務信息化建設應平戰(zhàn)結合，平時直接指派對應的主管單位進行事件的處置，在突發(fā)事件或緊急情況下，通過應急中心的聯(lián)合指揮進行事件處置。比如，報警人利用通信網絡向報警中心報告突發(fā)事件，報警中心通過應急業(yè)務信息化平臺可對突發(fā)事件進行精準定位，并將其位置標注在電子地圖中。其次，對突發(fā)事件進行數(shù)據采集分析，評估該事件是否屬于重大事故，如果不是就由主管單位進行獨立處置，在處置過程后將結果返回聯(lián)動中心存檔并進行評價。如果是重大事故則除了主管單位，應急聯(lián)動指揮中心還要積極協(xié)調其他應急資源前往事發(fā)地進行救援，通過該平臺將現(xiàn)場指揮及相關圖像進行實時傳輸，實現(xiàn)對突發(fā)事件的聯(lián)合指揮與處置。

3.4 應急指揮決策可視化

給地區(qū)設計的綜合應急指揮決策平臺，應采用多種信息技術（包括大數(shù)據、人工智能、物聯(lián)網、高精度定位技術及地理信息系統(tǒng)GIS 等）綜合性實時指揮調度，融合3G/4G/5G 及多媒體技術，結合有線及無線集群對講等技術建立多路語音及視頻通信指揮系統(tǒng)，可實現(xiàn)終端到終端實時雙向音視頻溝通，縮短反應時間，提高整體反應能力，最大限度減少人民的生命和財產損失。

4 平臺功能及流程設計

4.1 平臺功能設計

平臺的主要功能模塊如圖1 所示。

圖1：平臺的主要功能模塊

（1）事件管理。事件管理功能主要包括信息接報、突發(fā)事件、任務管理及任務上報等子模塊。該功能主要進行突發(fā)事件的接報登記，救援任務的下發(fā)及救援任務事件處理的上報。

（2）資源管理。應急資源管理主要包括2D 地圖和3D地圖渲染。該功能可以在地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖上顯示應急專家、公安消防武警、醫(yī)療單位、救援隊伍、應急物資、運輸企業(yè)、通信保障、防護目標及避難場所等各類應急資源。

（3）預案管理。該功能主要包括預案的查找、查看、添加、刪除及修改等功能。主要分為綜合預案、專項預案和部門預案。主要內容包括：預案編號、預案名稱、預案類型、預案級別、編制單位、適用范圍、編制目的、工作原則、發(fā)布范圍及發(fā)布時間等。

（4）指揮決策。指揮決策功能主要包括協(xié)同管理及系統(tǒng)監(jiān)控、語音指揮系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)及通信及數(shù)據管理。其中，協(xié)同管理主要包括應急模型管理、事件流程管理、請假管理、待辦任務及值班管理等。系統(tǒng)監(jiān)控主要包括服務監(jiān)控、接口文檔、事務監(jiān)控、任務監(jiān)控、任務軌跡、拓撲調用、終端管理、定位管理及緩存監(jiān)控等功能。

4.2 平臺工作流程

該平臺平時直接指派對應的主管單位進行事件的處置，在突發(fā)事件或緊急情況下，通過應急中心的聯(lián)合指揮進行事件處置。戰(zhàn)時系統(tǒng)的工作流程如圖2 所示。

圖2：系統(tǒng)工作流程

首先，應急管理平臺可根據報警人的電話報告對突發(fā)事件進行精準定位，并將其位置標注在電子地圖中。其次，對突發(fā)事件進行數(shù)據采集分析，評估該事件是否屬于重大事故，如果不是就由主管單位進行獨立處置，在處置過程后將結果返回聯(lián)動中心存檔并進行評價。如果是重大事故則除了主管單位，應急聯(lián)動指揮中心還要積極協(xié)調其他應急資源前往事發(fā)地進行救援，通過該平臺將現(xiàn)場指揮及相關圖像進行實時傳輸，實現(xiàn)對突發(fā)事件的聯(lián)合指揮與處置。

5 關鍵技術

5.1 通信及信息系統(tǒng)融合技術

融合4G/5G、基站定位、北斗/GPS、GIS 及多媒體技術，實時傳輸(RTMP)任務及視頻分組管理。如圖3 所示，結合有線及無線集群對講等技術建立多路語音通信指揮系統(tǒng)，可實現(xiàn)終端到終端實時雙向音視頻溝通。這些技術的融合，當報警人通過電信運營商打電話報警時可采用基站定位技術對報警人進行定位，確定突發(fā)事件發(fā)生的位置。在報警人掛斷電話后采用北斗/GPS 定位技術確定報警人和應急救援力量的位置。結合設計的地圖 API 和GIS技術，能夠將事件、資源、力量進行范圍分析，再通過視頻融合平臺或是融合通信進行事件狀況的查看和指令的下達，能夠實時掌握事件的處置進度。

圖3：信息技術融合的可視化指揮中心

5.2 應急預案管理技術

（1）應急預案生成。根據事件評估模型的評估結果初步生成應急預案。生成過程中提供專家人工干預的機制，保證預案內容合理性和可靠性。初步的應急預案的實時性極強，有助于第一時間指導進行人員物資調度。

（2）應急預案修正。隨著災后現(xiàn)場數(shù)據的不斷獲取，系統(tǒng)據此對模型的評估結果進行修正，進而不斷補充和完善預案，使其內容與當前災害的實際情況保持高度的同步性和一致性，進而保證在滿足救災需求的基礎上，合理投入人力和物資，達到高效理性救災的目的。

（3）歷史預案對比。將應急預案與歷史類似災害的應急預案進行對比，對預案的合理性和可靠性進行橫向評估。為確保當前應急預案的科學可信度，系統(tǒng)將歷史應急預案的內容進行細節(jié)對比，通過可視化的方式呈現(xiàn)。

5.3 應急指揮調度機制

（1）應急人員調度。救災人員的調度，是根據生成的應急預案，對救災人員進行合理的分配。根據距離、地形及人員專長等信息對救災人員合理調度，達到減少響應時間，提高救援效率的目的。在應急預案生成后，確定救援人員名單，根據救援人員的人數(shù)、類別、分工和批次等信息進行救援人員的挑選。在救援實施過程中，系統(tǒng)根據實時獲得的信息（如某局部區(qū)域救援完成），對預案進行修正，此時也需要對救援人員進行重新分配與調度，更新并明確所有人員的職責，從而科學、快速、合理的組織救援力量。

（2）應急物資調度。由于災害事件發(fā)生后是動態(tài)變化的，如何根據動態(tài)變化的信息進行合理的人員和物資調度也是應急救援平臺的關鍵問題。平臺應根據實時獲得的災情信息，以時間最短和出救點最少為目標，結合運輸成本的大小，根據物資調度算法建立多目標決策優(yōu)化模型，確定最佳的物資調度方案。救援路線規(guī)劃是根據救援物資儲備倉庫的設置點到配送點之間的路線可能有多個，會根據路況等信息選出最佳路線。根據應急預案產生的信息，合理分配出救災物資儲備倉庫和配送點的位置后，將物資需求點、配送車輛及物資庫等作為節(jié)點，從而組成一個地理空間網絡。采用強大的GIS 技術，從而可以大大提高物資運輸?shù)男省?/p>

5.4 數(shù)據挖掘技術

對累積的大量應急救援數(shù)據進行挖掘，可以提高應急救援工作的效率，提高應急救援和指揮調度的主動性。采用先進的Hadoop 平臺及MapReduce 并行編程模型，能夠處理PB 級數(shù)據，提高數(shù)據挖掘的效率。可以很好支撐2D/3D 地圖渲染，能夠進行多發(fā)時段、多發(fā)區(qū)域、多發(fā)類型及四色預警等數(shù)據分析業(yè)務。

6 結束語

本文針對應急管理平臺的關鍵技術展開，研究了大數(shù)據應急管理平臺的構建要求，設計了應急管理平臺的基本功能及工作流程，探討了基于大數(shù)據的突發(fā)公共事件應急輔助決策平臺的關鍵技術，構建了相關的應急指揮決策平臺。該平臺可為突發(fā)公共事件處置提供有效的數(shù)據決策支撐及應用方案。該系統(tǒng)主要面向各省市縣級政府應急管理部門，具有一定的應用前景和推廣價值。