基于大数据的突发公共事件应急辅助决策平台设计与研究

李贺 张锐 蒋长帅 赵艳丽 田肖

（1.南阳师范学院 计算机科学与技术学院 河南省南阳市 473061）

（2.河南中光学集团有限公司 河南省南阳市 473003）

（3.南阳医学高等专科学校卫生管理系 河南省南阳市 473004）

1 引言

为了应对各类突发公共事件，国外发达国家相继建立了相对完备的应急管理体系，2018 年3 月根据第十三届全国人民代表大会第一次会议批准的国务院机构改革方案设立中华人民共和国应急管理部。充分说明党中央、国务院高度重视突发事件的应急救援问题。因此，健全现代应急管理体系刻不容缓。

通过调研国内外现代应急管理体系及平台建设，基于大数据的社会治理系统是现代应急管理体系建设的重要方向。目前，大数据产业已经日趋成熟。随着大数据技术的发展与进步，其商业价值不断被挖掘，大数据在各行业应用越来越广，这也为大数据进入社会治理领域奠定了基础。党的十九大报告提出，加快建设创新型国家，拓展实施国家重大科技项目，为建设智慧型社会提供有力支撑。随着我国大数据战略的稳步推进，基于大数据的应急管理体系迎来了重大的发展机遇。应结合我国特点，构建各类突发公共事件库，建设应急管理大数据平台，将分散在不同领域的“人、地、物、情、事、组织”基础应急及灾害事件数据压缩、抽样、挖掘集成起来，构建应急管理空间数据库、公共数据库、业务数据库和人口数据库，建立常态化的数据同步更新机制及突发事件预警机制。

2 国外应急管理平台综述

2.1 国外应急管理平台概述

2.1.1 美国突发公共事件执行系统

美国应急联邦管理局(FEMA)是各领域应对危机的专门机构，该机构包括了12 个领域，如应对疫情的卫生与医疗服务是其中之一。美国突发公共卫生事件的执行机构主要由横向和纵向结构组成。横向主要有6 大信息子系统，纵向结构是自上而下的联邦（CDC）-州（HASA）-地方应急系统（MMRS）构成。

2.1.2 日本Phoenix DMS 系统

Phoenix DM 系统(Phoenix Disaster Management System)是基于阪神地震实际经验教训的基础上所建立的防灾响应系统，也是目前日本最完善的防灾应急系统。该系统未考虑多重灾害侵袭等意外突发状况的分支数据流程的解决方案，使系统功能局限。

2.1.3 国外大数据应急管理体系研究

多源数据融合的一种常用方法是将数据组合成一个叠加的向量，并将其视为唯一的数据集。为了提高基于模糊逻辑的融合方案的准确性，有学者提出利用统计方法或支持向量机（SVM）对每个数据源分别进行处理，结合了统计方法和机器学习技术提出了一种决策级融合方法，并将该数据融合技术应用于堤防滑坡、龙卷风泥石流等灾害管理研究。针对异常行为检测国外学者提出了一种异构数据融合技术，该技术的巨大挑战是将信用卡、积分卡、全球定位系统（GPS）信息与影像数据进行融合，具有一定的有效性。

2.2 国内应急管理平台概述

2.2.1 国内突发公共卫生应急管理系统

在2003 年SARS 以后，中国卫生部以国家为核心的建设目标，逐步构建了我国应对突发公共卫生事件的应急指挥决策系统，形成一个覆盖全国的应急指挥与决策系统网络。国内应急管理系统侧重于突发公共卫生事件监测和救援方案设计，在风险评估、应急决策模型及指挥调度方面研究的较少。

2.2.2 环境污染突发事件应急决策支持系统

北京市针对突发环境污染事件构建了科学的管理体系和应急决策支持系统。该系统包括人机对话系统、数据库管理系统、模型库管理子系统、方法论管理子系统、知识库管理子系统，实现最终预案生成。

2.2.3 全国森林防火管理信息系统

对森林造成破坏最大的是森林火灾，国家林业局森林防火办公室委托国家林业局信息中心开发了全国森林防火管理信息系统。该系统提高了森林防火管理部门的工作效率。

2.2.4 国内大数据应急管理的相关研究

在滑坡风险评估研究方面，邱丹丹等人以数据融合技术为主要手段，完成了降雨和地震诱发的区域滑坡风险分析，提出了基于多源数据融合的滑坡风险分析评估模型。该方法中存在数据统计不完整的问题，造成风险评价存在一定的不确定性。王峰等人针对物联网出现的新特点设计了物联网多源异构信息融合框架，提出一种基于本体的物联网多源异构信息融合方法。

总体上看，目前我国对于突发公共事件的应急辅助决策系统处于发展阶段，采用大数据进行突发事件应急决策及指挥调度问题仍处于尝试阶段。

3 大数据应急管理平台构建要求

3.1 应急数据采集的智能化

当前日常大量面对的应急信息并不是纯粹的结构化数据或非结构化数据，而是介于二者之间的表单及文档信息。面临日常表单处理时，会出现收发繁琐、分析复杂、反馈不及时等诸多问题，政府部门需要迅速收集大量信息以制定应急预案，快速、高效的数据收集分析成为了迫切的需求。智能数据采集及可视化分析系统能够收集和管理数据，可以根据需求快速创建任何表单，利用大数据可视化技术进行分析展示，满足应急事件、日常办公等多应用场景的需求，极大提高工作效率。

3.2 应急数据分析自动化

大数据技术可以为指挥决策提供有效的数据支撑。应急化信息平台从数据采集系统额数据存储层获取数据，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。可以实现应急数据的日常分析及预测，比如火灾分析、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。

3.3 应急业务平战统一化

应急业务信息化建设应平战结合，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。比如，报警人利用通信网络向报警中心报告突发事件，报警中心通过应急业务信息化平台可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。

3.4 应急指挥决策可视化

给地区设计的综合应急指挥决策平台，应采用多种信息技术（包括大数据、人工智能、物联网、高精度定位技术及地理信息系统GIS 等）综合性实时指挥调度，融合3G/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及视频通信指挥系统，可实现终端到终端实时双向音视频沟通，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。

4 平台功能及流程设计

4.1 平台功能设计

平台的主要功能模块如图1 所示。

图1：平台的主要功能模块

（1）事件管理。事件管理功能主要包括信息接报、突发事件、任务管理及任务上报等子模块。该功能主要进行突发事件的接报登记，救援任务的下发及救援任务事件处理的上报。

（2）资源管理。应急资源管理主要包括2D 地图和3D地图渲染。该功能可以在地理信息系统（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。

（3）预案管理。该功能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。

（4）指挥决策。指挥决策功能主要包括协同管理及系统监控、语音指挥系统、视频会议系统及通信及数据管理。其中，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。

4.2 平台工作流程

该平台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。战时系统的工作流程如图2 所示。

图2：系统工作流程

首先，应急管理平台可根据报警人的电话报告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。

5 关键技术

5.1 通信及信息系统融合技术

融合4G/5G、基站定位、北斗/GPS、GIS 及多媒体技术，实时传输(RTMP)任务及视频分组管理。如图3 所示，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。这些技术的融合，当报警人通过电信运营商打电话报警时可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 和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。

图3：信息技术融合的可视化指挥中心

5.2 应急预案管理技术

（1）应急预案生成。根据事件评估模型的评估结果初步生成应急预案。生成过程中提供专家人工干预的机制，保证预案内容合理性和可靠性。初步的应急预案的实时性极强，有助于第一时间指导进行人员物资调度。

（2）应急预案修正。随着灾后现场数据的不断获取，系统据此对模型的评估结果进行修正，进而不断补充和完善预案，使其内容与当前灾害的实际情况保持高度的同步性和一致性，进而保证在满足救灾需求的基础上，合理投入人力和物资，达到高效理性救灾的目的。

（3）历史预案对比。将应急预案与历史类似灾害的应急预案进行对比，对预案的合理性和可靠性进行横向评估。为确保当前应急预案的科学可信度，系统将历史应急预案的内容进行细节对比，通过可视化的方式呈现。

5.3 应急指挥调度机制

（1）应急人员调度。救灾人员的调度，是根据生成的应急预案，对救灾人员进行合理的分配。根据距离、地形及人员专长等信息对救灾人员合理调度，达到减少响应时间，提高救援效率的目的。在应急预案生成后，确定救援人员名单，根据救援人员的人数、类别、分工和批次等信息进行救援人员的挑选。在救援实施过程中，系统根据实时获得的信息（如某局部区域救援完成），对预案进行修正，此时也需要对救援人员进行重新分配与调度，更新并明确所有人员的职责，从而科学、快速、合理的组织救援力量。

（2）应急物资调度。由于灾害事件发生后是动态变化的，如何根据动态变化的信息进行合理的人员和物资调度也是应急救援平台的关键问题。平台应根据实时获得的灾情信息，以时间最短和出救点最少为目标，结合运输成本的大小，根据物资调度算法建立多目标决策优化模型，确定最佳的物资调度方案。救援路线规划是根据救援物资储备仓库的设置点到配送点之间的路线可能有多个，会根据路况等信息选出最佳路线。根据应急预案产生的信息，合理分配出救灾物资储备仓库和配送点的位置后，将物资需求点、配送车辆及物资库等作为节点，从而组成一个地理空间网络。采用强大的GIS 技术，从而可以大大提高物资运输的效率。

5.4 数据挖掘技术

对累积的大量应急救援数据进行挖掘，可以提高应急救援工作的效率，提高应急救援和指挥调度的主动性。采用先进的Hadoop 平台及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。

6 结束语

本文针对应急管理平台的关键技术展开，研究了大数据应急管理平台的构建要求，设计了应急管理平台的基本功能及工作流程，探讨了基于大数据的突发公共事件应急辅助决策平台的关键技术，构建了相关的应急指挥决策平台。该平台可为突发公共事件处置提供有效的数据决策支撑及应用方案。该系统主要面向各省市县级政府应急管理部门，具有一定的应用前景和推广价值。