人防塊數據在重要經濟目標防護中的應用研究

鄧華權+李文洋+吳毅

[摘 要]本文針對現有的人防信息化建設存在的數據分散不準確、不完善、沒有統一的規劃和標準、不能互聯互通等問題，通過整合現有人防設施、人防物資、人防隊伍、重要目標地理空間信息、人口數據等條數據，建設人防塊數據數據中心，對各相關部門業務數據進行融合，按照重要經濟目標防護需求進行數據關聯和處理，研究基于塊數據的重要經濟目標防護應用，為人防工作提供精準指導，使重要經濟目標的人防工作更加及時有效。

[關鍵詞]條數據；塊數據；人防工程；塊數據分析；重要經濟目標

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.08.032

[中圖分類號]E25 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）08-00-03

0 引 言

人防是國防的重要組成部分，人防工程是提高國家整體防衛能力、提高城市抗御自然災害和防空抗毀能力的物質基礎，是戰時保障人民生命財產安全的重要手段。運用“互聯網+”思維，綜合采用物聯網、大數據等現代化手段，將人防各類資源真正實現數字化管理。發揮大數據平臺的技術優勢，更精確地為全國戰時防空和平時防災提供服務，全面提升戰時防空、平時服務、應急支援使命任務的能力，具有重大意義。

人防與應急救援行動對信息的依賴性很強，及時、準確的數據信息是指揮、協調和組織城市人防和應急救援行動的重要保障，人防信息系統是人防工程的最重要組成部分。現有的人防信息化建設存在著數據分散，準確性、完整性、標準化建設等都需要進一步規范和完善，作為信息系統核心的數據庫，其數據資源往往處于一種分散的、相對獨立的狀態，已建系統往往存在有軟件無數據、有數據不流通的普遍現象，縱向和橫向沒有形成合力。人防塊數據工程建設是人防信息化建設的核心和基礎，對整個人防信息化建設的質量有著極大的影響，只有對數據資源進行有效整合，形成規模效益，人防在未來軍事斗爭和應急救援行動中戰斗力才可以得到提高，收到倍增的效果。

人防重要經濟目標，是維系國家或地區的經濟命脈，在國民經濟中占有重要地位，在遭到破壞后，對國計民生、戰爭潛力、維持城市基本運轉和經濟恢復有重大的影響。人防重要經濟目標單位防護工作的主要職責是：制訂本單位防空襲方案及實施計劃；根據戰時可能擔負的任務和需要，按照專業對口和便于領導、便于指揮、便于搶險救災的要求，組建搶險搶修專業隊伍，組織專業訓練和演習；配備必要的防護裝備、物資和器材，保障防護經費，落實防護措施；組織開展人民防空知識教育，使所屬人員掌握人民防空的基本知識和技能；組織本單位力量進行臨戰準備及消除空襲后果。

本文以一個地區的重要經濟目標———自來水廠為例，基于人防塊數據相關理論及技術，結合人防重要經濟目標在受到空襲威脅時各個不同階段的防護工作，研究基于人防塊數據的重要經濟目標防護指揮應用，一定程度的提高人防工程信息化應用水平以期在一定程度上提高人防工程信息化應用水平，增強重要經濟目標防護決策支持和應急處理能力提高重要經濟目標防護決策支持和應急處理能力，提升人防工程信息管理水平。

1 人防塊數據構成

所謂塊數據，就是一個物理空間或者行政區域內形成的涉及人、事、物的各類數據總和。塊數據比條數據的“4V”特征更為明顯，“4V”即Volume（大量）、Variety（多樣）、Value（價值）、Velocity（高速）。它如同一個計算機的主板，建立起了一個開放、共享、連接的數據基地，各個行業和部門的條數據就如同一個個可插拔的板卡，只有將其融合并集成到主板上，才能發揮數據資產真正的功效。塊數據實踐應用所形成的全產業鏈、全服務鏈和全治理鏈，將更大程度地驅動產業升級、服務改善民生、推進城市轉型和倒逼政府改革。

數據資源是大數據運用的基礎。數據資源越豐富，大數據運用的效益就越高。人防數據是國防數據的重要組成部分，具有保密性強，信息量大等特點。人防塊數據包括人防工程的位置、經緯度及圖片、戰術性能與技術性能以及人口疏散基地、避難場所建設等重要數據以及人的數據、物的數據，如人口、社區、物業、氣象、地理、醫療以及設施設備等數據，只有對集聚成“塊”的條數據進行儲備和有效的管理，才能體現其運用價值。人防塊數據的各類條數據的來源及數據共享方式，如表1所示。

2 人防塊數據存儲

2.1 數據庫總體設計

人防大數據綜合管理系統采用模塊化結構、開放式數據庫進行總體設計。總體分為兩部分，一部分為利用公網組建的非涉密互聯網+人防公共服務管理系統，另一部分為利用自有光纜組建的涉密人防戰備數據管理系統。

人防大數據綜合管理系統中心數據庫分為“人防實施數據庫（戰備數據庫）”和“人防模擬數據庫（公共服務數據庫）”，其余功能以鏈接不同數據庫的方式實現戰備與演練的目的。鏈接人防實施數據庫則為涉密正式數據，鏈接人防模擬數據庫則為不涉密的模擬數據，如圖1所示。

人防實施數據庫采集、存儲、加工人防部門真實的物資、設施、預案、隊伍等信息，由于真實數據的保密等級較高，此部分數據不對外開放，僅用于戰時或災害發生時的應急處理與使用，即人防實施數據庫用于人防戰備數據管理系統的使用。

相對于人防實施數據庫中數據的真實可靠，模擬數據庫中存放的是用于日常演練、訓練、學習的數據，其中存儲的數據均為人工模擬數據，不涉及泄密問題。此數據庫用于人防公共服務管理系統。

2.2 塊數據存儲方式

塊數據的基礎是條數據，根據各類條數據的特點，需要通過不同的大數據方式來實現數據存儲。

人防相關的文檔、圖片、音頻、視頻等非結構化的數據采用HDFS（Hadoop Distributed File System）進行存儲。HDFS對應用程序的數據提供高吞吐量，適用于大數據集應用程序。HDFS開放了POSIX的一些必需接口，容許流式訪問文件系統的數據，HDFS是主或從結構，由一個名字節點和多個數據節點組成的，HDFS將大規模數據分割為多個64 MByte的數據塊，存儲在多個數據節點組成的分布式集群中。隨著數據規模的不斷增長，HDFS只需要在集群中增加更多的數據節點即可，具有很強的可擴展性；同時每個數據塊會在不同的節點中存儲三個副本，具有高容錯性；數據的分布式存儲可以提供高吞吐量的數據訪問能力，在海量數據成批處理方面有很強的性能表現。

人防數據中的人口、隊伍、物資等數據具有數據量大、數據結構固定等特點，該類數據的存儲采用HBase（Hadoop Database）技術來實現。HBase是一個高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲系統，利用HBase技術搭建的大規模結構化存儲集群，具有查找速度快、可擴展性強、更容易進行分布式擴展等特點。

3 人防重要經濟目標防護應用功能

人防重要經濟目標防護應用有三大核心應用功能模塊，即空襲前疏散指揮模塊、空襲中損失估算模塊、空襲后搶修指揮模塊。本文結合自來水廠在空襲不同階段的人防工作，對這三個模塊進行功能描述。

3.1 空襲前疏散指揮模塊

在接到空襲預警后，疏散指揮模塊會將重要經濟目標附近需要疏散的人員、物資進行分析，并根據疏散預案在地圖上形成疏散路線。

人員的疏散地點分配根據塊數據中的人口數據，按照年齡、家庭關系、社會關系、身體狀況等人口基本信息以及疏散人口數量、防空設施容納數量，對人員進行不同的疏散路線規劃。例如在自來水廠附近有兩個防空設施，較近的容納1 000人，較遠的可容納800人，需要疏散總人數為1 500人。疏散指揮模塊會將老、幼、病、殘、孕此類人員安排在較近的防空設施，并根據家庭關系、社會關系數據篩選保證此類人員有親近的人員照顧；其他青壯年人員安排在較遠的防空設施，并按照不同的時間段進行分時疏散，如圖2所示。

戰前物資的調配有兩類，一類是生活物資，另一類是重要經濟目標物資。生活物資的調配根據人員疏散位置進行調配運輸；重要經濟目標物資調配根據經濟運行因素所屬位置進行就近分配。塊數據分析方式與人員疏散分析類似。

3.2 空襲中損失估算模塊

影響自來水廠運行的要素主要包含圖3中的內容，其數據來源于自動采集以及人工錄入。

在空襲中，根據各類運行因素的狀態數據，戰時損失評估模塊會評估各類的受損等級，根據各類運行要素的受損狀況，結合重要目標周邊人防塊數據信息，生成重要目標受損評估報告。

3.3 空襲后搶修指揮模塊

在空襲結束后，經濟目標搶修指揮模塊將重要目標的運行要素評估報告發送至人防指揮中心，指揮中心根據報告中的信息，分析目標受損情況，對人防隊伍和人防物資進行調配。

在搶修過程中，將根據周邊道路、橋梁、隧道等受損情況，對搶修路線進行重新評估和制定，繞過無法行進的路線，通過最優路線算法在地圖上標出人防隊伍搶修行進路線。

最短路徑問題的算法有很多種，包括基于限制條件的深度優先搜索算法、Dijkstra算法、Floyd算法、A*算法等，各種算法在空間復雜度、時間復雜度、易實現性等方面各具特色。其中，采用啟發式策略的Dijkstra算法是目前公認的、求解最短路問題的經典算法。

4 人防經濟目標防護應用系統設計

4.1 總體設計

人防經濟目標防護系統采用B/S架構，主要功能模塊都可以進行涉密數據（人防實施數據庫）和非涉密數據（人防模擬數據庫）的切換，以符合戰時指揮和平時演練兩種不同的場景。其主要功能模塊分為基礎數據管理模塊、空襲前人員疏散模塊、空襲中受損分析模塊、空襲后搶修指揮模塊，如圖4所示。

4.2 基礎數據管理模塊

基礎數據管理模塊主要維護人口信息、戰備物資信息、人防設施信息、人防工程信息和人防隊伍信息，其可以對這些數據進行基本的增、刪、改、查操作，并且可將這些數據與地理信息進行關聯。

4.3 疏散指揮模塊

疏散指揮模塊可以加載已經制定好的疏散預案，也可根據實際情況，對疏散路線進行調整。疏散預案確定后，將向相關人員發送疏散通知短信，并向手機APP推送疏散路線。

4.4 經濟要素評估模塊

重要經濟目標的運行狀況以實時報表的形式展示，數據來源于設備采集或者手工錄入，在空襲過程中，實時報表中的數據將根據實際數據情況進行動態更新。在空襲結束后，評估模塊將生成重要經濟目標的最終評估報告。

4.5 搶修指揮模塊

在空襲結束后，根據重要經濟目標評估報告，搶修指揮模塊自動分析出人防隊伍的行動路線以及戰備物資的運輸路線，指揮人員可以根據實際情況對推薦方案進行修訂，方案確定后，將向人防隊伍推送搶修任務，通過手機APP指導人防隊伍的行動方向。

5 結 語

為了提高人防信息管理系統的智能化、自動化水平，本文通過對人防塊數據在重要目標防護的應用，研究在戰時人防工作的不同階段，通過對塊數據的挖掘、分析，實現人防應用的精準定位，使指揮人員可以更快速的作出準確的指揮決策，并通過移動應用信息推送方式對人防現場人員進行現場指揮。這有利于降低人防指揮的難度和成本，降低人防指揮人員戰時決策的難度，提高人防工作的質量及決策水平。

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