基于大数据的城市综合应急指挥决策平台设计与研究

李贺，蒋长帅，白晓波，余科，田肖，杨帅鹏

（1.南阳师范学院 计算机与信息技术学院，河南南阳，473061；2.北京邮电大学 网络与交换技术国家重点实验室，北京，100876；3.河南中光学集团有限公司，河南南阳，473003；4.南阳医学高等专科学校 卫生管理系，河南南阳，473004；5.西安恒品电子科技有限公司，陕西西安，710086）

0 引言

随着我国城市化的发展，伴随着的各类突发公共事件日益增多，如2019年以来已发生多起的台风、洪涝、火灾等在自然灾害。还有突发公共卫生事件（COVID-19）“新冠肺炎”，都严重危害社会和城市安全，每次危机的起因、特性、周期都复杂多样，其影响越来越广泛[1]。对于应急管理部门来说不断扩大的救援职能及救援范围，将会面临极高的要求和挑战。应急管理部门在接警后，为尽可能减小突发事件所造成的危害，是否能够快速将突发事件的各类信息进行整合与共享，协调联动各个相关应急部门的资源和力量，成为快速有效处置各类重大突发事件的关键环节。

王勇根据城市运营集团所管理的城市基础设施，构建了应急指挥调度系统。该系统采用可视化应急指挥大屏综合整合了应急信息及资源，可以提升城市运营集团应对气象灾害的能力[2]。赵士达研究了地震应急基础数据的特征、分析方法和展现形式，采用数据可视化技术建立了天津市应急数据可视化平台，为震后应急决策提供了有力的数据支撑[3]。张猛综合分析政府的建设需求，提出了面向城市综合应急指挥的智能指挥调度系统的总体建设思路，明确系统的建设目标和系统架构设计，并采用可视化、通信与智能辅助决策等技术设计了面向城市综合应急的智能指挥调度系统[4]。

大数据技术可以综合社会各方采集的突发公共事件数据，能够在短时间内做出分析，在很大程度上将会提高突发公共事件预警的准确性，从而能让应急管理各部门准确地做出预防方案[5]，还可以为指挥决策提供有效的数据支撑。因此，本文基于大数据设计了城市综合应急指挥决策平台，该平台采用大数据、地理信息系统（GIS）和高精度定位等技术实现突发事件的自动接入。能够在GIS地图上智能展示报警人的位置及周边应急救援力量，推送对应处理预案，综合性实时指挥调度，缩短反应时间，提高整体反应能力，最大限度减少人民的生命和财产损失。还可以满足日常业务管理和社会服务的需求，实现各级单位业务信息资源共享，形成了一套科学的、智能化的管理体系。

1 系统结构设计

1.1 平台总体架构

基于大数据的城市综合应急指挥决策平台的总体架构如图1所示。本系统主要利用SOA(面向服务的框架)技术实现信息化的集成和整合，可将系统架构具体分为用户层、业务层、信息处理层和数据存储层。

图1 平台总体架构

用户层提供可视化的应急指挥操作界面；业务层提供实现决策平台的具体功能，包括事件管理、资源管理、预案管理及指挥决策等功能；数据处理层完成对城市应急大数据的处理及操作。数据存储层完成对城市应急大数据的存储。

1.2 用户层

事件管理主要实现突发事件的进行定位，同时在地图上标注对应位置，并能够在GIS地图上自动标绘周围的应急力量、应急保障 及防护目标的分布情况。如图2所示。应急力量主要包括公安、武警、消防、车辆及人员等救援力量。应急保障主要包括救援队伍、医疗机构、避难场所、运输企业、通信保障、应急物资储备库及雪亮工程等。防护目标主要包括幼儿园、小学、中学、大学、政府机构、公司企业及银行等目标。另外，可以展示当前平台内未处理及已处理完成的突发事件信息，还可以进行突发事件相关信息的统计。

图2 应急指挥GIS屏演示

1.3 业务逻辑层

业务逻辑层中通过对事件管理、资源管理、预案管理及指挥决策等功能模块构建相应服务。采用Java EE和Java ME进行城市综合应急指挥决策平台的开发，利用Struts框架实现与前端用户层页面的交互及相应服务的调动，采用Hibernate实现对数据库的高性能访问，利用Spring提供高效的事务管理。

1.4 数据处理层

平台的数据处理层从数据存储层的获取数据，通过数据处理进行突发事件的监控和应急救援预案的生成，为决策者提供有利的数据支撑及必要的辅助决策。采用MapReduce并行编程平台对突发事件数据及历史数据进行处理，提高处理这些非结构化数据的效率。然后，基于一定的筛选和分类机制，可以实现城市火灾分析、危险行业分析、事故行业分析、指标控制、地质灾害预警、煤矿态势分析、森林火灾预警及事故数量统计分析等。如图3所示，这些信息可以作为系统展示的一部分数据。

图3 应急指挥大数据分析屏演示

1.5 数据存储层

事件管理、资源管理、预案管理及指挥决策等信息包含了各类结构化、非结构化数据。对于这些海量的数据，要对其进行存储。在大数据处理框架下采用HDFS文件存储系统。HDFS（Hadoop Distributed File System）是一个高度容错性的系统，HDFS能提供高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用[6]。

2 平台功能设计

平台的主要功能模块如图4所示：

图4 平台功能模块图

2.1 事件管理

（1）信息接报：当接收到突发信息报警后，平台GIS地图自动移动至事发地点，并在地图上标注对应位置，显示报送人的电话号码以及基本情况。信息接报主要包括：发生时间、报送标题、报送人、报送人单位、电话、接报内容、位置、处理状态及处理操作（主要包括下发任务、升级事件、查看及编辑等操作）。

（2）突发事件：记录突发事件信息，主要包括发生时间、事件类型、事件来源途径、报送标题、报送人、报送人电话、接报内容、地址、死亡人数、重伤人数、轻伤人数、失踪人数及操作（主要包括关联预案、任务下发、查看及编辑等操作）。

（3）任务管理：主要对救援力量下发应急救援任务。主要包括任务创建时间、任务截止时间、任务类型、任务状态（是否下发）、任务分派人、分派人电话、任务信息及操作（可以查看任务详情）。

（4）任务上报：主要用于应急救援力量通过手持终端上报任务处理情况。手持终端应急救援App主要用于事件接报，GIS地图资源标注，现场图片及实时画面4G/5G无限回传，应急大数据一键查询，根据预案下发任务接受与反馈，预案处置卡接收与查看功能，通讯录一键呼叫等功能。

如图5所示。任务上报内容主要包括：发生时间、报送标题、报送人、报送人单位、报送人电话、位置、接报内容、处理状态及操作（可以查看任务详情，修改任务内容及处理意见）。

图5 手持终端应急救援App任务上报

2.2 资源管理

（1）地理信息系统（GIS）应急资源：主要包括2D地图和3D地图渲染。通过本功能可以在GIS地图上显示应急专家、公安消防武警、医疗单位、救援队伍、应急物资、运输企业、通信保障、防护目标及避难场所等各类应急资源。

（2）应急专家及公安消防武警：通过本功能可查询、添加、修改或者删除应急专家信息及公安消防武警。应急专家主要包括姓名、性别、专家类型、政治面貌、出生日期、民族、工作时间、职称、健康状况、及移动电话等。公安消防武警主要包括名称、类型、归属、地址、联系人、联系电话、负责人、负责人电话及级别等信息。

（3）医疗单位及救援队伍：通过本功能可查询、添加、修改或者删除医疗单位及救援队伍信息。医疗单位和救援队伍主要包括名称、归属、地址、联系人、联系电话、负责人、负责人电话、级别及组织机构等信息。

（4）应急物资及运输企业：通过本功能可查询、添加、修改或者删除应急物资及运输企业信息。应急物资和运输企业主要包括名称、归属、地址、联系人、联系电话、负责人、负责人电话、级别及组织机构等信息。

（5）通信保障及防护目标：通过本功能可查询、添加、修改或者删除通信保障机构及防护目标等信息。通信保障及防护目标主要包括名称、归属、地址、联系人、联系电话、负责人、负责人电话、级别及组织机构等信息。

2.3 预案管理

预案管理主要包括预案的查找、查看、添加、删除及修改等功能。主要分为综合预案、专项预案和部门预案。主要内容包括：预案编号、预案名称、预案类型、预案级别、编制单位、适用范围、编制目的、工作原则、发布范围及发布时间等。

2.4 指挥决策

（1）协同管理及系统监控：协同管理主要包括应急模型管理、事件流程管理、请假管理、待办任务及值班管理（如图6所示）等。系统监控主要包括服务监控、接口文档、事务监控、任务监控、任务轨迹、拓扑调用、终端管理、定位管理及缓存监控等功能。

图6 后台值班管理

（2）语音指挥系统：融合4G/5G及多媒体技术，结合有线及无线集群对讲等技术建立多路语音通信指挥系统，可实现终端到终端实时双向音视频沟通。

（3）视频会议管理：主要包括视频源管理、实时传输(RTMP)任务及视频分组管理。视频源管理主要包括视频名称、地址、摄像头IP、通道号、默认预览码流及分组名称等。RTMP任务主要包括任务名称、RTMP流路径、创建时间及操作等。视频分组管理主要包括根分组、父级节点、节点IP、标题及操作（添加、修改和删除）等。

（4）通信及数据管理：通信管理主要包括通话记录管理、通讯录组管理、通讯录管理及通讯调度管理。数据管理主要包括：文件管理、知识库管理（知识库的分类及检索）以及复盘分析（案例库、事件复盘及复盘评估管理）。

3 平台工作流程

该平台平时和战时的处置流程如图7所示，平时直接指派对应的主管单位进行事件的处置，在突发事件或紧急情况下，通过应急中心的联合指挥进行事件处置。

图7 系统工作流程

首先，报警人利用通信网络向报警中心报告突发事件，报警中心通过平台对突发事件进行精准定位，并将其位置标注在电子地图中。其次，对突发事件进行数据采集分析，评估该事件是否属于重大事故，如果不是就由主管单位进行独立处置，在处置过程后将结果返回联动中心存档并进行评价。如果是重大事故则除了主管单位，应急联动指挥中心还要积极协调其他应急资源前往事发地进行救援，通过该平台将现场指挥及相关图像进行实时传输，实现对突发事件的联合指挥与处置。

4 关键技术

4.1 多定位系统融合技术

为了准确定位报警人及突发事件的位置，精确指挥调动值勤力量，该平台采用多定位系统融合的方法。报警人通过电信运营商打电话报警时采用基站定位技术对报警人进行定位，确定突发事件发生的位置。在报警人挂断电话后采用北斗/GPS定位技术确定报警人和应急救援力量的位置。结合设计的地图 API，实现北斗/GPS和基站定位相结合，从而能够在报警和处置过程中精准定位报警人和应急救援力量。

4.2 GIS技术

GIS（地理信息系统）是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机空间信息系统。地图服务拥有地图GIS资源，对客户端提供操作地图GIS资源的接口，也提供给开发人员多种接口,功能强大而且操作简单,结果可以直观地显示在地图上。采用GIS技术能够将事件、资源、力量进行范围分析，再通过视频融合平台或是融合通信进行事件状况的查看和指令的下达，能够实时掌握事件的处置进度。

4.3 大数据处理技术

对累积的大量应急救援信息，需要通过大数据处理技术提取出有价值的信息，辅助指挥决策，提高应急救援工作的效率，提高应急救援和指挥调度的前瞻性和主动性。如图8所示，平台在大数据分布式计算框架下，使用先进的Hadoop平台，采用MapReduce并行编程模型，能够处理 PB 级数据，提高数据挖掘的效率。可以很好支撑2D/3D地图渲染，能够进行多发时段、多发区域、多发类型及四色预警等数据分析业务。

图8 应急指挥大数据挖掘技术框架

5 结束语

本文所提出的基于大数据的城市综合应急指挥决策平台由预防、启动、处置、分析四个部分组成，预防时平时的检查和监控，遇到突发事件时，以预案和任务的方式进行启动，再通过无线图传、融合通信等进行联合处置，最后通过复盘分析进行事件的回溯和评估，能够掌握资源，上达下行，快速响应。该平台可为城市突发事件处置提供有效的数据决策依据及应用方案。该系统主要面向各省市县级应急管理部门，具有广阔的应用前景和推广价值。