面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田聚波

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

?

面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田聚波

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

摘要：暴恐事件發(fā)生后，指揮決策部門需要摸清實(shí)情、協(xié)同分析和及時(shí)處置，常常存在信息獲取不充分、信息匯總不及時(shí)、情況研判步驟多和方案制定時(shí)間長(zhǎng)的現(xiàn)象。針對(duì)上述問題，提出了一種面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)、物理部署和協(xié)同模式，簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)仿真測(cè)試過(guò)程和結(jié)果。該系統(tǒng)能夠使信息共享和情況研判更加快捷方便，有效提高針對(duì)暴恐事件的處置效率。

關(guān)鍵詞：圖形作業(yè)；協(xié)同指揮系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)；標(biāo)繪

0引言

近年來(lái)，恐怖襲擊、暴力沖突等危害國(guó)家和社會(huì)安全事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)維穩(wěn)處突應(yīng)急處置行動(dòng)提出了更高的要求[1]。首先，由于情況爆發(fā)突然，應(yīng)急指揮必須匯總多個(gè)部門的情報(bào)信息，摸清實(shí)情；再者事態(tài)發(fā)展多樣，恐怖活動(dòng)往往難以掌握，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提供指揮依據(jù)；另外現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，恐怖活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)往往無(wú)法人為深入偵察情況，需要借助信息手段，獲知大量相關(guān)信息[2]。

目前，GIS技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟[3]，基于GIS的設(shè)計(jì)思路充分考慮到了地理情況是指揮員做出決定時(shí)需要考慮的一個(gè)重要的因素[4]。協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)在軍事方面應(yīng)用比較廣泛[5]，在維穩(wěn)處突信息化建設(shè)方面應(yīng)用較少，各職能部門之間的信息共享和協(xié)同指揮還處于初級(jí)階段，仍大量使用電話、文電和WEB等手段，尤其是處于不同地域的部門和人員之間的協(xié)同工作效率極低。因此有必要建立基于GIS技術(shù)和協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)[6]的維穩(wěn)處突協(xié)同指揮系統(tǒng)，盡可能地利用各部門現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)備，整合已有的信息資源[7]，快速交換最新、最有價(jià)值的情報(bào)信息，實(shí)時(shí)反映綜合態(tài)勢(shì)，將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢(shì)，為立體化統(tǒng)一調(diào)配和扁平化協(xié)同指揮提供有效地技術(shù)支撐[8]。

1總體設(shè)計(jì)

維穩(wěn)處突工作最重要的特點(diǎn)是“反應(yīng)要快”，所謂“兵貴神速”，其次是“情報(bào)要準(zhǔn)”和“方案要實(shí)”。首先說(shuō)“情報(bào)要準(zhǔn)”，需要充分利用各種情報(bào)資源，拓展情報(bào)收集渠道，實(shí)現(xiàn)情報(bào)共享和資源共享；另外說(shuō)“方案要實(shí)”，應(yīng)提前制定多種預(yù)案，針對(duì)獲得的各種情報(bào)，協(xié)同各部門進(jìn)行情報(bào)研判分析，盡可能預(yù)測(cè)可能發(fā)生的事件，做出遂行任務(wù)需要的方案。

提高維穩(wěn)處突工作的信息化建設(shè)能力，必須整合反恐維穩(wěn)力量，提高快速反應(yīng)和處置能力，這就要求建立一個(gè)協(xié)調(diào)組織指揮體系[9,10]，共享情報(bào)，統(tǒng)一處置，協(xié)同指揮?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，從GIS平臺(tái)選擇、技術(shù)架構(gòu)、物理部署和協(xié)同模式幾個(gè)方面對(duì)維穩(wěn)處突協(xié)同指揮系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

1.1GIS平臺(tái)選擇

Skyline軟件是當(dāng)前的主流三維GIS，能夠基于航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其他的2D或3D數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建高分辨率的三維虛擬地球場(chǎng)景。提供三維測(cè)量及地形分析工具，提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口支持如Oracle，擁有強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力[11]。

地形數(shù)據(jù)MPT文件是用Skyline軟件中的TerraGate來(lái)發(fā)布的。TerraGate可以實(shí)時(shí)地以流模式的形式發(fā)布三維地形數(shù)據(jù)[12]。當(dāng)初始影像以低分辨率被用戶所接收，用戶就能夠開始進(jìn)行三維顯示，而不用等到所有的數(shù)據(jù)集都傳輸完畢。這種數(shù)據(jù)技術(shù)的突破能夠平滑和更有效地展示無(wú)縫的三維圖像。

Skyline Globe產(chǎn)品的TerraBuilder模塊負(fù)責(zé)三維數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與制作，它通過(guò)疊加航片、衛(wèi)星影像、地形數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型以及各種矢量地理數(shù)據(jù)，可以迅速方便地創(chuàng)建海量3D地形數(shù)據(jù)庫(kù)。TerraBuilder支持多種輸入數(shù)據(jù)格式，能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同分辨率、不同大小數(shù)據(jù)的融合、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)投影變換以及數(shù)據(jù)剪裁，從而構(gòu)建最終的海量地形數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)自下向上劃分為平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和交互層[13]，如圖1所示。

圖1　平臺(tái)體系架構(gòu)圖

在平臺(tái)層，操作系統(tǒng)采用Windows XP，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用Oracle，GIS平臺(tái)采用Skyline Globe產(chǎn)品；數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。主要包括地理信息文件庫(kù)、模型信息庫(kù)、基礎(chǔ)信息庫(kù)、方案庫(kù)和用戶信息庫(kù)；服務(wù)層負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的應(yīng)用提供算法處理服務(wù)。主要包括地圖服務(wù)、搜索定位服務(wù)、地理分析服務(wù)、協(xié)同服務(wù)和用戶認(rèn)證服務(wù)等；交互層則擔(dān)負(fù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的人機(jī)交互工作。主要包括三維交互瀏覽、三維空間查詢、三維空間分析、模型庫(kù)管理、協(xié)同工作區(qū)管理、情況研判協(xié)同、方案生成和用戶管理。

1.3物理部署

系統(tǒng)物理組成包括服務(wù)端和客戶端兩部分，其中地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于為應(yīng)用端提供地形場(chǎng)景數(shù)據(jù)，以文件形式存取；協(xié)同指揮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，提供協(xié)同指揮業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)信息，由用戶的級(jí)別限制顯示內(nèi)容；模型文件服務(wù)器提供模型文件存儲(chǔ)發(fā)布服務(wù)，統(tǒng)一管理并維護(hù)各客戶端使用的模型庫(kù)，保證協(xié)同操作的一致性；發(fā)布服務(wù)器，用于向多用戶遠(yuǎn)程發(fā)布推送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享，TerraGate服務(wù)器內(nèi)部的Collaboration Server模塊能夠?yàn)閰f(xié)同指揮應(yīng)用端之間的協(xié)作會(huì)議提供主機(jī)服務(wù)，使用戶在服務(wù)器上創(chuàng)建會(huì)議并邀請(qǐng)其他遠(yuǎn)程參會(huì)者加入；客戶端，用于創(chuàng)建協(xié)同會(huì)議并邀請(qǐng)遠(yuǎn)程的參會(huì)者在同一場(chǎng)景中進(jìn)行標(biāo)繪和分析。

1.4協(xié)同模式

系統(tǒng)使用協(xié)同會(huì)議模式保證多點(diǎn)、多部門和多人進(jìn)行情況研判，設(shè)計(jì)2種角色：管理員和參會(huì)者。管理員是唯一的，參會(huì)者可以有多個(gè)。系統(tǒng)的情況研判協(xié)同模式如圖2所示。

圖2 　情況研判協(xié)同模式設(shè)計(jì)

在會(huì)議準(zhǔn)備階段，管理員創(chuàng)建協(xié)同會(huì)議，設(shè)置參會(huì)者的ID和口令，設(shè)置會(huì)議場(chǎng)景。參會(huì)者輸入ID和口令，管理員批準(zhǔn)后，同步瀏覽管理員所在客戶端的場(chǎng)景；在協(xié)同研判階段，管理員的標(biāo)繪信息，同步顯示在所有客戶端；參會(huì)者的標(biāo)繪信息，需通過(guò)向管理員申請(qǐng)獲準(zhǔn)后，其場(chǎng)景在其他客戶端同步顯示；在權(quán)限傳遞階段，參會(huì)者可以向管理員提出權(quán)限變更并經(jīng)管理員同意后執(zhí)行；管理員模式的協(xié)同方式，可強(qiáng)化會(huì)議的集中性，統(tǒng)一管理、聚焦議題、會(huì)商研判和形成決策。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1情況研判協(xié)同技術(shù)

情況研判協(xié)同技術(shù)用于保證多用戶遠(yuǎn)程協(xié)同工作，達(dá)到“共同場(chǎng)景、共同視角”。該技術(shù)包括情況標(biāo)繪的并發(fā)操作、內(nèi)容同步和數(shù)據(jù)分級(jí)3部分，發(fā)起標(biāo)繪客戶端和標(biāo)繪協(xié)同客戶端如圖3和圖4所示。

圖3　 發(fā)起標(biāo)繪客戶端

圖4　標(biāo)繪協(xié)同客戶端

在情況研判過(guò)程中，管理者主導(dǎo)圖形顯示區(qū)域的瀏覽操作，所有會(huì)議參與用戶均可進(jìn)行標(biāo)繪操作。通過(guò)管理權(quán)限制，使得并發(fā)標(biāo)繪不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)形成壓力。

本地標(biāo)繪完成后，可決定是否進(jìn)行內(nèi)容共享，使用UDP協(xié)議將標(biāo)繪信息打包發(fā)送，將需要同步的內(nèi)容設(shè)計(jì)為“數(shù)據(jù)來(lái)源+數(shù)據(jù)索引”，數(shù)據(jù)來(lái)源設(shè)計(jì)為部門名稱，“數(shù)據(jù)索引”指向該數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置。

在內(nèi)容同步的過(guò)程中，為了保證圖形顯示和操作的流暢，設(shè)計(jì)使用多線程技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)解包、數(shù)據(jù)查詢、模型下載、更新模型庫(kù)面板和圖形顯示等。在數(shù)據(jù)顯示上，設(shè)計(jì)使用數(shù)據(jù)分級(jí)技術(shù)，包括將不在當(dāng)前顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)需要過(guò)濾掉；將位置相同或相近的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并顯示；為每一個(gè)顯示數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)顯示高度，當(dāng)瀏覽高度大于此設(shè)置時(shí)，該數(shù)據(jù)將不加載顯示。數(shù)據(jù)分級(jí)顯示技術(shù)提高了系統(tǒng)的顯示和操作效率。

2.2協(xié)同指揮方案生成技術(shù)

協(xié)同指揮方案生成技術(shù)用于在情況研判完成后，生成處置方案。該技術(shù)包括協(xié)同記錄存儲(chǔ)和Word 文檔生成2部分，協(xié)同指揮方案生成流程如圖5所示。

協(xié)同指揮方案的內(nèi)容來(lái)自協(xié)同會(huì)議過(guò)程中產(chǎn)生的協(xié)同記錄，本系統(tǒng)通過(guò)“協(xié)同工作區(qū)”進(jìn)行標(biāo)識(shí)，使用樹形結(jié)構(gòu)表明數(shù)據(jù)的隸屬層次關(guān)系，第一級(jí)節(jié)點(diǎn)表明所屬部門，第二級(jí)節(jié)點(diǎn)表明標(biāo)號(hào)的種類，葉子節(jié)點(diǎn)用于對(duì)情況研判過(guò)程中標(biāo)繪的目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)記錄。標(biāo)繪目錄樹的葉子節(jié)點(diǎn)只顯示情況的主題，其具體信息保存于數(shù)據(jù)庫(kù)。會(huì)議用戶進(jìn)行情況標(biāo)繪時(shí)，其標(biāo)繪內(nèi)容顯示在圖形工作區(qū)，其主題自動(dòng)顯示到對(duì)應(yīng)的標(biāo)繪目錄樹的葉子節(jié)點(diǎn)上。在生成方案時(shí)，通過(guò)對(duì)標(biāo)繪目錄樹進(jìn)行遍歷，即可提取所對(duì)應(yīng)的具體信息。

在Word文檔生成時(shí)，將office軟件目錄下“MSWORD.OLB”文件中的類庫(kù)全部導(dǎo)入C#.NET中，利用COM技術(shù)編程，在NET中實(shí)例化一個(gè)Word.Application 對(duì)象，調(diào)用API函數(shù)進(jìn)行打開、編輯和關(guān)閉操作。在為Application對(duì)象事件編寫過(guò)程之前，新建一個(gè)類模塊并聲明一個(gè)包含事件的Application 類型對(duì)象[14]。

圖5 　協(xié)同指揮方案生成流程

3系統(tǒng)仿真測(cè)試

環(huán)境準(zhǔn)備：使用配置在局域網(wǎng)中的2臺(tái)服務(wù)器和3臺(tái)工作站，其中1臺(tái)作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和FTP文件服務(wù)器；1臺(tái)作為地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和發(fā)布服務(wù)器；3臺(tái)工作站使用Windows XP操作系統(tǒng)，安裝業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：包括環(huán)境模擬數(shù)據(jù)和裝備實(shí)力數(shù)據(jù)。環(huán)境模擬數(shù)據(jù)包括：人員密集地—車站廣場(chǎng)地圖與地理信息數(shù)據(jù)；裝備實(shí)力數(shù)據(jù)包括：武警、交通和醫(yī)療部門，行動(dòng)預(yù)案和應(yīng)急處置策略。

用例設(shè)計(jì)：從系統(tǒng)的功能、性能、健壯性和裝卸載等方面，設(shè)計(jì)測(cè)試用例，重點(diǎn)針對(duì)系統(tǒng)的仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)測(cè)試用例。

本系統(tǒng)仿真場(chǎng)景中，武警部門作為管理員召開協(xié)同會(huì)議，首先進(jìn)行情況說(shuō)明，執(zhí)行情況標(biāo)繪，交通部門和醫(yī)療部門進(jìn)行情況補(bǔ)充，各自執(zhí)行情況標(biāo)繪，共同進(jìn)行情況研判，確定行動(dòng)方案，各自進(jìn)行行動(dòng)方案標(biāo)繪，最后形成協(xié)同指揮方案。系統(tǒng)通過(guò)協(xié)同會(huì)議模式，使得各部門能夠及時(shí)反應(yīng)，達(dá)到了“反應(yīng)要快”；各部門通過(guò)“共同場(chǎng)景、共同視角”了解態(tài)勢(shì)，做到了信息共享和情報(bào)印證，保證了“情報(bào)要準(zhǔn)”；能夠快速整合各部門意見，達(dá)成共識(shí)，形成協(xié)同指揮方案，做到了“方案要實(shí)”。

4結(jié)束語(yǔ)

將面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)用于維穩(wěn)處突工作，是一個(gè)新的嘗試，其核心在于如何利用協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題。本文從平臺(tái)框架、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)同模式、功能組成、關(guān)鍵技術(shù)和仿真測(cè)試等方面設(shè)計(jì)了面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)，能有效提高暴恐事件的處置效率。經(jīng)系統(tǒng)仿真分析和實(shí)際運(yùn)行，相對(duì)于傳統(tǒng)的處置流程，效率提高50%以上，協(xié)同部門越多，處置效率提高越明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]趙思思,楊琳,張洪順.反恐維穩(wěn)軍地聯(lián)合指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的組建與實(shí)施[J].數(shù)字通信,2011(5):34-35.

[2]牛博.GIS在反恐應(yīng)急指揮中的應(yīng)用研究[J].信息安全與技術(shù),2015(3):90-91.

[3]劉海濤.GIS協(xié)同標(biāo)繪技術(shù)研究[D].青島：山東大學(xué),2010:5-10.

[4]陸朝鋒,廖順華.基于GIS的人武部反恐維穩(wěn)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的開發(fā)[J].測(cè)繪與空間地理信息2010,33(4):83-87.

[5]馬得生,王剛,閆冬梅,等.基于ArcGIS的自然災(zāi)害協(xié)同標(biāo)繪系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2013,34(6):2235-2236.

[6]李蘇軍,戰(zhàn)曉蘇.作戰(zhàn)構(gòu)想?yún)f(xié)同標(biāo)繪與演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2013,25(2):246-250.

[7]趙東輝,耿郁,朱文才.區(qū)域性防汛協(xié)同指揮系統(tǒng)的構(gòu)建及其應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2010,30(5):55-58.

[8]王偉,章民融.基于云架構(gòu)的智能警務(wù)協(xié)同指揮系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2014,31(8):67-69.

[9]馬芳芳.基于XML的態(tài)勢(shì)圖協(xié)同標(biāo)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,39(12):51-53.

[10] 馮明奎,楊玉峰.海警艦艇海上搜救協(xié)同指揮機(jī)制研究[J].公安海警學(xué)院學(xué)報(bào),2011,10(2):1-3.

[11]付亞梁.基于三維GIS的城市空間規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D].昆明：昆明理工大學(xué),2010:15-30.

[12]林海華.基于SkyLine海洋管理三維可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].福建水產(chǎn),2012,34(6):442-444.

[13]田聚波.基于3D GIS的方案推演平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)線電工程，2016,46(2):76-79.

[14]衡量.應(yīng)急預(yù)案生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué),2012：10-15.

Design and Implementation on the Graphical Operation Oriented Collaborative Command System

TIAN Ju-bo

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Abstract：Command decision department need to find out the truth,analyze collaboratively and deal with the events timely after violent terrorism incidents.There are problems such as inadequate information access,untimely information aggregation,unnecessary processing steps and longtime program formulation.To mitigate these problems,this paper presents a graphical operation oriented Collaborative Command System.The key technologies of the system are analyzed.The technical architecture,the physical deployment and collaborative model of the system are designed.And a brief description is presented on the system simulation test process and results.The system can make the information sharing and situation analysis more fast and convenient,improve the disposal efficiency of violent terrorist incidents.

Key words：graphical operation; collaborative command system; GIS; plot

中圖分類號(hào)：E917

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-3114(2016)02-92-4

作者簡(jiǎn)介：田聚波(1969— )，男，高級(jí)工程師，主要研究方向：一體化情報(bào)與指控。

收稿日期：2016-11-09

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.02.24

引用格式：田聚波.面向圖形作業(yè)的協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)線電通信技術(shù),2016,42(2):92-95.