基于DoDAF的重大灾害救援系统结构模型

李迎春，李新明，刘 东

（装备学院，北京 101416）

基于DoDAF的重大灾害救援系统结构模型

李迎春，李新明，刘 东

（装备学院，北京 101416）

重大灾害之后的及时救援是减少损失的关键，建立并分析重大灾害救援系统结构模型十分必要。针对重大灾害普遍特点，借鉴美国国防部体系结构框架V2.0（Department of Defense Architecture Framework，DoDAF V2.0）思想，采用基于活动（Activity⁃Based Methodology，ABM）的建模方法，建立了典型的重大灾害救援系统模型；利用体系结构工具System Architect（SA）绘制多种DoDAF视图。从多个视角下对该系统阐述和分析，为仿真活动以及任务执行打下了基础。

重大灾害；救援系统；美军体系结构框架；结构模型；指挥控制

近年来，自然或者非自然的重大灾害频发，地震、泥石流、矿难或者武装冲突等重大灾害或战争深深威胁着人们的生命安全。这些重大灾害（包括战争）的救援工作是减少损失的关键，显得尤为重要，也越来越受到重视。建立完善的灾后救援系统有利于最大程度地运用救援力量，高效有序完成救援工作。

本文基于美国国防部结构框架DoDAF V2.0，采用基于活动ABM方法进行体系建模。DoDAF是美国国防部建立的一种规范化描述体系的方法，其定义的体系结构产品构成了体系结构设计的基本语法规则，是设计和开发体系结构的指南［1］。DoDAF的视图产品分为作战视图（Operation View，OV）、技术视图（Technique View，TV）、系统视图（System View，SV）和全视图（All View，AV）4种。作战视图有9种视图产品，其主要目的是清楚、完整地描述作战任务，明确作战任务对系统的需求，比如明确作战活动、作战节点、节点间的信息关系、指挥关系等，为系统总体设计奠定基础。系统视图有13种视图产品，其目的是描述满足上述作战要求的系统组成单元、功能和单元之间的相互关系等，它的作用是将作战视图产品表示的作战任务需求转换为系统的功能，说明多个系统如何进行连接和互操作。技术视图有2种视图产品，它规定了需要采用的信息技术标准和指南，包括技术标准、惯例、规则和准则等。全视图有2种视图产品，它提供系统的全景透视图，说明被设计体系结构的范围、目的、背景，说明设计采用的工具和格式，以及设计结论和重要术语的整合词典［2⁃3］。

SA（System Architect）是美国Telelogic公司开发的一款帮助系统构建人员规划、建模和执行变更等任务的软件。利用SA可以快捷地构建系统建模的各种视图，建立视图之间的联系，便于系统构建人员的阅读和分析。

1 体系结构建模步骤

1.1 基本思想

基于DoDAF建模过程的基本思想是将整个系统模型的构建划分为若干阶段进行，每一阶段分别侧重解决不同的建模问题，分别在不同的抽象层次、以不同的粒度对系统模型进行描述。这样既分解了建模的步骤，降低了建模的难度，还使得建模的准确性得到提高，模型更加直观。

1.2 基于活动的建模方法

目前，适用于DoDAF的体系结构设计方法主要分为三类［4］：面向过程的建模方法、面向对象的建模方法和基于活动的建模（Activity⁃Based Methodology，ABM）方法。ABM方法是一种以DoDAF框架为标准的三视图方法，相比于前两种方法，ABM方法更加以信息集成为特点，以数据为中心活动。信息、活动、节点、角色、过程是信息流动的前提；系统功能、系统节点、数据、系统等实体是体系结构设计的核心实体；需求线代表信息之间的联系；活动和信息交换的节点提供需求线的属性。

1.3 建模步骤

ABM以作战活动⁃作战节点⁃组织关系⁃系统功能⁃系统为体系结构的设计主线，进行体系结构的建模［5⁃6］。首先，根据重大灾害的实际情况和现实需求，创建高层作战概念模型（OV⁃1），确定该系统交互的外部系统和组织实体（即参与者或角色，完成场景需求）；然后建立带有简单的对象流（消息）的活动节点树（OV⁃5a），以及与之相对应的活动模型图（OV⁃5b）；在不同的活动场景中，识别连接描述（OV⁃2）中的节点；根据作战节点的关系建立组织关系模型（OV⁃4），确定节点、角色之间的所属关系或者指挥关系；根据节点关系自动生成作战节点的连接描述（OV⁃2）。本阶段以OV⁃1为驱动，OV⁃5为过程，OV⁃2为核心，OV⁃4为指挥关系，循环往复逐步完善作战模型。根据OV⁃2和OV⁃5中出现的信息流，将信息的传递以矩阵的形式表现出来，生成信息交换矩阵（OV⁃3）。最后设计得到系统的整体功能描述视图（OV⁃4）［7］。

2 重大灾难救援系统结构视图模型

重大灾害一般具有突然性和极大的破坏性，比如地震、泥石流、矿难、山体滑坡等。灾害发生后，救援工作必须及时展开，才能最大可能减少人员伤亡和财产损失。本文以某地发生的某重大自然灾害为案例，其过程大致描述如下。

受灾人员发出求救信号到达救援指挥中心；中心向卫星、情报组织请求相关受灾环境信息，并派遣救援队、生命迹象探测人员、医疗队、后勤保障人员到达现场，指挥调度相关卫星提供定位、气象等服务；搜救人员向生命探测人员请求获得人员伤亡情况，并向卫星请求气象、定位、测绘等服务，实施搜救；搜救后，医疗后勤等保障人员进行抢救和持续补给，并向上级反馈伤亡和物资信息［8］。

2.1 高层作战概念视图

当受灾人员发出灾害信号到达救援指挥中心和灾情信息处理中心时，救援指挥中心根据信息处理中心送来的灾情信息，即刻做出决策，派出救援队，医疗分队和后勤补给队进行现场救援。其中救援分队分为生命迹象探测、直升机救援、地面救援及大型器械救援等小组，拥有探测装备、空中救援装备、现场救援机器和人员等；后勤补给分为地面输送和空投补给等小组，拥有地面补给车辆，空中投送装备等；医疗分队分为前线医疗分队和附近医疗实体等小组，拥有救护车、救援器械、相关药品、医疗人员和疫情防护人员等。参与救灾的系统有：指挥控制系统、卫星定位导航系统、医疗系统、后勤保障系统、直升机搜救系统等。

救灾过程中基本的信息流如下：灾情信息中心向卫星导航通信气象服务系统请求获取通信服务、导航定位服务和气象测绘信息，并进行实时分析和灾情预测，然后将相关信息转发给救援指挥中心进行辅助决策。救援指挥中心根据信息处理中心处理后的消息进行救援计划拟定，将救灾命令和任务计划发给救援队、补给分队和救援医疗分队等。救援队也应将实时的现场信息反馈给救援指挥中心进行辅助决策。

根据上述描述，建立高层作战概念视图OV⁃1，如图1所示。

2.2 作战活动模型

作战活动模型是描述救援作战过程中，为完成特定任务和目标的一系列活动的集合，由能力、作战活动、活动间的输入／输出（I／O）流等建模元素构成。其中OV⁃5a是活动模型节点树（Node Tree），以树状图形式呈现，将大的活动分为小的活动，描述节点活动的层次关系；OV⁃5b是活动模型（Activity Model），主要描述活动具体内容以及输入／输出流的情况。

本案中，将救援活动分为5个分活动，按开始发生的先后次序分别为卫星资源调度、现场情况获取、救援指挥、现场救援以及医疗保障和补给。每个分活动还可继续细分，让阅读者对系统活动全过程有一个细节性的认识。作战活动节点树OV⁃5a如图2所示。针对每一个活动，设计和建立活动相互关系和输入／输出流，生成作战活动模型图OV⁃5b，如图3所示。

2.3 建立组织关系

组织关系视图OV⁃4不仅清晰显示系统结构中的组织情况，而且能表示出组织与组织之间、组织与角色之间的关系。如图4所示为重大灾害救援系统的组织结构图，从图可以看出组织所属关系及层次情况。救援过程中，特定的组织或角色需要指挥其下一级组织或角色，协调救援行动。

2.4 节点连接描述

信息是救援行动顺利的保障，信息链路的畅通促使各节点的工作更有效率［9］。节点连接描述图描述了各个节点之间信息流的传递，本案中，通过作战活动模型和组织关系，将特定角色或者设备等抽象成节点，用箭头表示信息传递和传递的方向。如图5所示是重大灾害救援系统的节点连接描述图，图中清晰展示了各个节点对信息的需求以及信息的来源。

图1 OV⁃1高级作战概念图

图2 OV⁃5a作战活动节点树

2.5 信息交换矩阵

信息交换矩阵是以表格的形式表示出信息交换的内容、相关节点、目的活动和源活动等信息。信息矩阵是节点描述更具体的形式，根据具体系统，信息矩阵可以有更加丰富的内涵。在本例中，救援行动信息需求者和提供者的角色关乎信息传递的最佳路径，所以应当标注。救援系统信息交换矩阵如表1所示。

图3 OV⁃5b活动模型图

图4 OV⁃4组织关系图

2.6 典型系统视图

系统功能分解描述图SV⁃4描述了各个系统的功能及其之间的信息流，便于阅读者更加方便地了解该系统的各种功能和其分解功能，有助于救援行动的及时展开和资源合理调配。本例中，根据系统节点图和活动模型图，总结出系统的具体功能并将其分解成更小的功能。如图6所示。

图5 OV⁃2节点连接描述图

表1 OV⁃3信息交换矩阵

图6 SV⁃4系统功能分解图

3 结束语

本文基于美国国防部体系结构框架，采用基于活动的建模方法，着重从作战层面建立了重大灾害救援系统应用体系结构模型，利用DoDAF相关视图产品描述了该系统的功能、结构、组织关系、活动、信息流等关键因素，为仿真活动以及执行任务打下了基础。文章表明，利用不同层次的视图来表述系统构架，有利于不同的阅读者直观地了解自己想要的信息，从而提高救援作战效率，提升救援作战能力。

［1］ 姚延军，王红，谭贤四，等.基于DoDAF的体系结构开发方法［J］.火力与指挥控制，2013，38（3）：103⁃107.

［2］ 张少兵，郭忠伟，钱晓进，等.基于DoDAF的防空兵指挥信息系统作战体系结构［J］.兵工自动化，2011，30（3）：18⁃21.

［3］ ZhaoX，LiangT.ResearchonActivity：Based Methodology of Modeling Complex System Architecture［J］.Science Technology＆Engineering，2010，33.

［4］ 简平，邹鹏，熊伟.基于DoDAF的天基预警系统体系结构模型研究［J］.现代防御技术，2014，42（4）：46⁃54.

［5］ 李云全，陈瑜.基于系统建模的探讨［J］.现代电子技术，2008，31（4）：59⁃62.

［6］ 李志淮，谭贤四，王红，等.基于DoDAF能力视角的武器装备体系评估方法［J］.装备学院学报，2012，23（4）：121⁃125

［7］ 熊伟，简平.以数据为中心的天基预警系统视图模型研究［J］.指挥控制与仿真，2013，35（5）：11⁃17.

［8］ 施建兴，魏靖彪，等.基于DoDAF的直升机海上搜救系统作战需求研究［C］.北京：第三十届（2014）全国直升机年会论文集，2014：38⁃42.

［9］ 高昂，王增福，赵慧波，等.DoDAF体系结构分析［J］.中国电子科学研究院学报，2011，6（5）：461⁃466.

Architecture Models of Major Disaster Rescue System Based on DoDAF

LI Ying⁃chun，LI Xin⁃ming，LIU Dong
（Academy of Equipment，Beijing 101416，China）

Timely rescue after major disaster is the key to reduce damage.Establishing and analyzing the architecture model of major disaster rescue system are very necessary.In allusion to common features of major disasters，referring to department of defense architecture framework（DoDAF V2.0）and activity⁃based methodology（ABM），typical architecture model of major disaster rescue system is established.By using System Architect tool，different kinds of diagrams of DoDAF are drew to explain and analyze this system，laying a foundation for simulation activity and mission operation.

major disaster；rescue system；DoDAF；architecture model；command control

TP302.1；E917

A

10.3969／j.issn.1673⁃3819.2016.06.004

1673⁃3819（2016）06⁃0016⁃06

2016⁃07⁃04

2016⁃08⁃22

李迎春（1993⁃），男，湖北随州人，硕士研究生，研究方向为电子信息系统的建模与评估。

李新明（1965⁃），男，研究员，博士，博士生导师。

刘 东（1981⁃），男，博士。