突发事件应急准备与应急预案系统平台设计与实现*

李　群

(中国安全生产科学研究院，北京 100012)

0　引言

图1　系统平台整体业务组成Fig.1　Whole Business of system platform

近些年，随着我国各级应急管理部门对突发事件应急的逐年重视与投入，国家整体应急管理水平明显提高，但总结2008年我国南方冰雪灾害、“5·12”四川汶川大地震以及“4·14”青海玉树地震的抗灾工作，在面对巨灾方面，应急准备工作存在明显不足[1]。而纵观目前国内外应急管理的最新研究成果，以“应急准备”和“应急预案”为核心的应急管理模式以成为共识而被普遍接受，在应急准备体系方面，李湖生[2]等在大量国内外调研与分析的基础上，提出应急准备规划理论与方法、应急准备系统结构、任务和目标能力、应急准备评估理论与方法、应急准备文化的内涵与特征等应急准备体系理论研究方面的关键科学问题。在应急预案体系方面，刘铁民[3]在分析国内外突发事件应急预案体系发展沿革基础上，提出应急预案体系建设，应以重大突发事件情景构建为基础、加强应急准备为指导思想、提高应急准备能力为核心目标，以系统论和系统工程为基本方法，形成具有战略性、前瞻性、继承性和致用性应急预案体系框架的总体设计。在深入研究应急准备体系、应急预案体系及二者相互关系的基础上[3]，以应急预案系统、应急准备框架、突发事件风险评估、预案运行基础、基于基础平台的预案系统运行环境等为方向的细化研究领域得到快速发展，其中在风险评估方面，江田汉[4]等选择突发事件应急准备能力指标和突发事件固有风险指标，构建区域突发事件应急准备脆弱性评估指标体系，计算突发事件应急准备脆弱性指数；席学军[5]等提出基于动态毒性负荷分析的安全疏散评估方法。在应急预案系统方面，荣莉莉[6]在突发事件风险结构层次模型及预案的应急响应流程基础上，提出可实现预案之间有效衔接的预案体系模型；刘晓[7]等研究关键基础设施(CI)及其安全管理过程中的若干问题，对CI的特点进行分析和总结，建立网络化CI系统的体系结构；朱晓寒[8]等采用“情景-应对”模式，借助情景的灵活性，从演化趋势途径提升对自然灾害的认知-行为能力。在应急准备框架方面，刘铁民[9]结合我国应急管理工作实际，提出突发事件情景基本概念、分类矩阵、构建程序、情景框架结构与要素内容等；李湖生[10]在对中国、美国、英国、澳大利亚、爱尔兰等国家应急准备规划相关规范性指导文件的分析基础上，对各个国家在应急规划的分级分类、政策指导、规划过程、理论基础和规划工具等方面的情况进行比较研究；彭宗超[11]等基于公民文化理论，以问卷调研的实证方法考察中国6个城市公民的应急准备文化现状。在预案运行基础方面，朱建明[12]在同时考虑应急设施可能的损毁情景以及设施两两之间的调度时间基础上，建立可靠连通应急设施选址模型；张超[13]等提出建立公共安全应急标准体系的基本原则，构建公共安全应急标准体系的四维结构模型，并建立公共安全应急标准体系框架。纵观以上已有成果，在应急准备和应急预案业务体系的多个方面均有较为深入的研究，但在预案系统运行环境方面，由于大规模的业务系统集成往往需要建立在业务清晰(子系统之间的业务逻辑关系)、功能明确(系统角色与功能设计合理)和标准规范(数据结构和系统接口)的前提下，故需要在应急业务与信息化技术，尤其是系统集成技术，之间兼顾才可实现，文献[14]提出基于“情景-应对”的国家应急平台体系基础科学问题与构建“网络集成-计算集成-应用系统集成”3层交互的立体集成模式可作为借鉴，但专门围绕应急准备和应急预案业务体系的整体集成系统平台方面的研究仍较为少见。针对此类问题，提出1套高度集成的突发事件应急准备与应急预案系统平台的设计与实现思路，从集成业务分析、集成功能框架、集成系统架构与数据结构、集成系统实现关键技术等4个方面进行针对性讨论。

1　系统平台集成业务分析

应急准备与应急预案体系作为目前应急管理领域的核心内容，从应急管理业务上来说，无论在广度上，还是深度上，均是多个细化研究领域和方向的高度集成，故在此业务层面上开展具体物理技术系统平台的集成，需要首先分析、构建系统平台的整体业务模型，在对现有应急准备与应急预案体系的梳理与分析基础上，抽取“应急情景构建与管理”、“应急预案数字化管理”、“应急模拟演练与评估”和“应急辅助支持”等4个业务板块作为系统平台集成的落脚点，力求在众多相关“应急准备与应急预案理论、方法、模型”与“各类应急管理实践”之间搭建沟通的桥梁，实现相关细化领域研究成果的标准化、工具化、系统化应用，如图1所示。

在完成顶层业务板块的设计后，进一步梳理各个业务板块之间在应急管理实践中的相互关系，如图2所示。

图2　系统平台整体业务流程与逻辑关系Fig.2　Whole business process and logic relation of system platform

从图2可知，“应急情景构建与管理”是整个系统平台业务流程的第1个环节，在该环节，需要围绕某类的突发事件进行情景构建工作，梳理出该类突发事件的“情景-任务-能力”列表并进行数据存储，在该业务过程中，需要调用“应急辅助支持”业务板块下的“应急辅助工具库”、“应急辅助知识数据库”、“应急辅助模型库”进行相应“工具”、“知识”与“模型”的支持，以保证情景构建过程的科学性、合理性与规范性。在“应急情景构建与管理”基础上，提炼出应急预案所要针对的具体目标与对象，明确需要针对什么情景进行准备与处置、需要考虑哪些具体的任务，并最终落实到需要哪些能力进行保障，将应急预案按照“情景—应对”模式进行结构化重构进而实现数字化的存储与表示。“应急模拟演练与评估”是在“情景构建与管理”提出的演练事件情景的基础上，结合具体应急预案演练所要实现的目标、参与对象以及评估标准，实现基于信息化系统平台的应急模拟演练的脚本设计、演练组织实施与评估等，相应的演练脚本以结构化、半结构化数据的形式存入“应急模拟演练数据库”，而模拟演练发现的问题用于相应应急预案的修订与相应应急能力的完善。“应急辅助决策支持”业务板块是整个系统平台所有外部工具、专业知识数据与模型方法的调用接口，根据不同的辅助支持类型，提供不同的调用与返回模式。

2　系统平台集成功能框架

按照软件工程的思想，在完成系统平台的集成业务分析后，需要从系统用户角度分析、确定系统平台的集成功能框架，而相应的系统功能是相关业务在物理系统层面的具体对应，系统平台的集成功能框架如图3所示，由图可知，整个系统平台主要包括：6个1级功能点、28个2级功能点及若干下属不同细化粒度的3级功能点，其中“应急情景构建与管理”、“应急预案数字化管理”、“应急模拟演练与评估”、“应急辅助支持”4个1级功能点基本覆盖上文系统平台业务模型的相关业务环节，以“应急情景构建与管理”为例，下设“应急情景构建”、“应急情景展示”、“应急情景分析”和“应急情景应用”4个2级功能点，已基本上从信息化系统的角度响应了相关“应急情景构建与管理”的业务需求。而“平台安全管控”与“平台对外信息发布”2个1级功能点则是为了满足应急准备与应急预案系统平台以1个具体的、可访问的物理信息化系统实际运行的需求，具体功能分析限于篇幅不做过多讨论。

图3　系统平台集成功能框架Fig.3　Whole integration function framework of system platform

图4　系统平台集成架构Fig.4　Integration architecture of system platform

3　系统平台架构与数据结构

在明确和系统平台的整体业务与功能后，相关系统平台的架构与数据结构设计则是物理系统平台设计的技术难点与关键，既是物理系统平台安全、稳定运行的保障，也是系统平台向外扩展与集成的关键，考虑到应急准备与应急预案系统的业务广度、深度以及接入系统、数据的结构复杂度，采用分层设计思想，在不同层面采用有针对性的集成策略，如图4所示。

1)物理层

物理层主要是系统平台运行的硬件与网络基础，从用途角度主要包括：WEB服务器、数据库服务器、通信服务器、流媒体服务器、地图服务器和计算模拟服务器等；从系统集成角度，目前有多种高扩展性、高存储、高性能的解决方案，其中基于可扩展计算与存储节点的云平台是典型代表，既可直接使用商用的公有云(譬如：阿里云、美团云等)，也可自建私有云。

2)基础软件层

基础软件层主要是系统平台运行的软件基础，主要包括操作系统、数据库管理系统、文件传输服务系统、GIS系统、流媒体服务系统、通信服务系统、多媒体交互与会商系统等，其中操作系统和数据库管理系统的统一选取格外重要，目前基于VDB中间件的解决方案从某种程度上能够部分解决数据库管理系统的集成问题。

3)数据层

数据层要是系统平台运行的业务数据服务基础，不但存储相关的标准结构和接口定义，而且相关的业务数据、分析与计算的过程与结果数据的交互访问均由数据层统一提供，按照数据格式，可分为结构化数据和非结构化数据。

4)业务层

业务层是系统平台的人机交互界面，是不同用户直接操作系统平台的入口与媒介，业务层往往对上提供统一且无异议的功能服务，向下屏蔽相关数据与模块的访问接口，使系统平台最终用户聚焦在具体的业务范畴。

5)用户层

用户层实际是系统平台的外部访问者，主要包括：系统管理员、数据维护管理员、普通用户和专家用户等4类角色。

目前，系统平台存储的业务数据按照格式分为：结构化数据和非结构化数据，其中结构化数据存储于应急情景数据库、应急预案数据库、应急模拟演练数据库、应急辅助知识数据库和地理信息数据库；非结构化数据以文件形式存储在文件服务器上，同时实现基于FTP服务的文件共享和部分视频信息的流媒体服务推送。

4　系统平台实现关键技术

在系统平台业务与功能分析基础上，参照系统整体物理架构和数据结构的设计思想，采用B/S与C/S混合结构，JAVA，C#等主流程序语言，开发实现物理系统平台，选取数据集成、模型集成和系统集成等3方面的案例说明系统平台的实现关键技术。

1)数据集成

采用VDB实现业务数据的集成，VDB是1款由中国科学院计算机网络信息中心开发的、可以帮助数据库建设人员简化数据库系统开发工作的软件，具有Web应用自动生成能力，在数据库物理建模之后，只需要通过VDB进行一些配置，便可得到用于数据管理和数据查询访问的Web应用界面，发布后即可为用户所使用，如图5所示。

图5　基于VDB的数据集成Fig.5　Data integration on basis of VDB

2)模型集成

采用“DLL+Webservice”的形式实现专业模拟计算模型的集成，由算法实现语言(如fortran，java或C#)变成实现模型，通过DLL形式封装、打包，Webservice接口发布，如图6所示。

图6　基于Web Service的固体火灾事故后果计算Fig.6　Accident results calculation of solid fires on basis of Web Service

3)系统集成

采用单点登录(SSO)形式实现不同业务系统的整合，如图7所示。

图7　基于SSO的系统平台整合效果Fig.7　Integration system platform effect on basis of SSO

5　结论

1)在充分梳理、分析应急准备与应急预案体系范畴内各项研究成果基础上，提出整合风险评估、应急准备框架、应急预案系统和预案运行基础的集成系统平台业务模型，确立“应急情景构建与管理”、“应急预案数字化管理”、“应急模拟演练与评估”和“应急辅助支持”等4个业务板块作为系统平台集成的落脚点。

2)在系统平台整体业务模型基础上，从系统用户角度提出系统平台的集成功能框架，主要包括：6个1级功能点、28个2级功能点及若干下属不同细化粒度的3级功能点。

3)从系统平台的物理设计与实现角度，提出系统平台的整体集成架构与数据结构。

4)选取数据集成、模型集成和系统集成等3方面的实际案例，说明系统平台的实现关键技术要点。

5)相关业务模型、架构与设计思想、关键集成技术等可为相应应急准备与应急预案体系的建设与工程应用提供参考。

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