互聯網+應急指揮系統的設計和安全保障研究

陸以軍，劉 漢，劉建紅，桂鵬飛

（廣州供電局，廣州 510620）

1 引言

廣州供電局在用應急指揮平臺信息系統實現了應急日常管理、應急處置、應急保供電等業務流程的信息化固化，對外已實現與政府應急平臺可視化對接，具備視頻會商功能；對內與南方電網公司應急指揮中心、各基層單位應急指揮部、現場指揮部以及搶修現場的音視頻互聯互通，信息系統覆蓋網、省、地、縣（區）四級，實現應急指揮、處置等環節可視化，應急信息統一平臺傳遞。

面對當前日趨高標準、嚴要求的應急會商、應急指揮需求，現階段應急指揮信息系統已逐步暴露出對應急指揮、處置支持不足的問題，比如緊急應急會商難以高效組織，缺少應急處置關鍵環節工作指引，應急資源無法動態監控，難以實現應急指揮及應急資源需求的有效聯動，應急指揮輔助決策技術支持不夠等。有必要升級完善應急指揮系統，推進“互聯網+應急管理”，進一步提升應急指揮信息化支撐水平，達到應急資源動態監控、應急指揮有效聯動、應急信息高效傳遞，實現應急指揮及處置全過程可觀、可控、可追溯、可評價。

2 國際應急系統安全研究現狀

隨著網絡技術的不斷發展，網上安全技術也一直在進步，依靠科學的安全計劃找出系統不足、入侵舉動從而完善系統的安全工作的過程，這是Anderson（2008）給出關于網上安全審查的定義。網上安全審查是記載與檢查客戶網上娛樂的過程，其主要內容如下：對在暗處的破壞者就行有效的預警；確保可以安全的運行相關策略；深究有關責任人員；進行有效評價并及時反饋；及時找出隱藏的安全紕漏。

繼Anderson后，網上系統安全結論在有序的前進和不斷完善過程中，如今已經發展為科學的理論系統，也存在許多可以在現實中使用的系統。syslog機制在Unix的環境下得以完成，并提出了完整的網上安全計劃，其內容主要為：保護計劃，安全準則，保護等級的區分，對策略進行正確的判斷等。微軟企業也設計了類似syslog機制的網上系統安全體系SCE（Security Con fi guration Editor），其工作需要以Windows為背景。WebTrends Firewall Suite是一種記錄程序，它可以記錄下防火墻所留下的日常信息，并啟用分析功能對這些信息實施科學的分析，進而為客戶收集安全審查數據。LANguardSecurity Event Log Monitor這一產品是GFI公司為了除SCE網絡以外的網絡安全提供保護所開發的產品，它的主要功能是對Windows系統進行監控，發現并阻止違規現象的發生，并為客戶收集入侵檢查數據。

3 系統功能需求

目前，廣州供電局在用應急指揮平臺系統實現了應急日常管理、應急處置、應急保供電等業務流程的信息化固化，各功能模塊可開展應急管理工作的相關報表報送流程及信息綜合展示并通過駕駛艙技術實現監控過程可視化展示。

基于前期應急指揮平臺的建設，應急工作取得了較快的發展，但仍存在一定問題，如應急指揮技術支撐能力不足，預測預警準確性有待提升，事件影響范圍評估分析能力不足和搶修調配資源缺乏智能決策輔助平臺等。

為解決上述系統不足問題，需升級完善應急指揮管理系統，推進“互聯網+應急管理”，進一步提升應急指揮信息化支撐水平，達到應急資源動態監控、應急指揮有效聯動、應急信息高效傳遞，實現應急指揮及處置全過程可觀、可控、可追溯、可評價。具體需求如下：

（1）信息交互全面貫通：應急預警及響應信息以語音呼叫和短信形式通知到人；應急處置卡同步推送到人，明確應處置要點；利用移動APP功能實現現場災情圖文并茂實時報送，聯動物資需求申請，精準提供物資配送點定位信息；上級應急指揮指令準確下達及執行情況跟蹤；應急報表自動統計上報。

（2）應急通信全方位銜接：整合公網、專網、自組網、衛星通信各類應急通信資源，充分銜接外部通信行業的資源，實現語音、視頻、多媒體等應急現場信息回傳至應急指揮中心集中展示，實現可視化遠程指揮。

（3）資源調配可觀可控：整合各類應急資源，主要包括：應急搶修隊伍動態、應急物資配送動態、大型應急裝備調撥動態、應急通信裝備動態、重點保供電場所、重點設備等。實現“網上采集、網上監測、圖上分析、圖上調度、圖上會商”的應急一張圖功能構想，輔助應急指揮人員科學指揮決策。

（4）災情風險有效聯動：氣象動態信息與GIS系統聯動，實現電網災情預判評估，充分導入臺風、滑坡、泥石流、洪水等數據，預判電網受災情況，預判可能存在的電網、設備、人身風險，進而為動態應急指揮決策提供依據。

（5）專項應急突出重點：總結提煉重大保供電應急工作經驗，固化重大典型保供電應急工作流程，整合相關資源，與保供電系統有效銜接，實現對保供電場所、重點設備、隊伍、裝備等信息一張圖展示，實現對保供電態勢全方位掌控。

（6）外部系統互聯互通：對內實現與南方電網各業務系統、調度系統、雷電定位系統、變電站視頻監控系統、客戶服務調度系統、新聞輿情監控、保供電系統、快速復電、安全監管APP等系統的集成。對外保持系統可拓展性，銜接政府應急、政務系統、交通管控、氣象系統、地質災害等系統，做到政企應急信息互聯互通。

（7）日常管理嚴謹細致：包括應急規章制度、應急預案和演練、應急培訓，應急隊伍、應急專家常態化管理，應急物資、裝備管理，重要用戶，應急后評估全過程信息化等。

4 系統設計

在方案設計及建設過程中既要充分考慮現場的特殊要求，又要考慮滿足一定時期的發展要求和經濟成本上的要求等。在設計中應遵循以下幾項總體原則：經濟實用性、先進性、安全性、可靠性、可管理性、開放性、可擴展性、標準性。

4.1 應急指揮平臺的安全保障設計

本文提出的設計目標與單一層次應急指揮平臺安全方案有所不同，與多數研究者針對特定云服務模型給出的安全方案不同。因此，本文提出的設計目標綜合考慮了基礎設施即服務、平臺即服務、軟件即服務的安全問題，如將加解密操作同應急指揮平臺服務分離，以保證在虛擬機可能存在漏洞的情況下，應急指揮平臺用戶數據依然不會受到侵害，這是針對IaaS云服務的，再如，利用動態切面注入技術監控Java API，以增強對用戶代碼的控制能力。通過兩層安全防護隔離用戶應用，通過這樣處理也可以降低用戶的應用遷移成本，因為平臺無需去禁用JavaAPI，這是針對PaaS云服務的，分布式的日志收集系統，以便對用戶操作和內部人員各種操作行為進行安全審計，這個一般也是針對PaaS應用的。本文所使用的主要安全防護技術包括以下幾種：一是以AOP技術為基礎的用戶API監控技術；

二是以trace id服務器和AOP技術為基礎的日志收集；三是通過加密技術保護鏡像數據I/O。

如圖1所示，這是一個多層次的安全防護技術體系，總共包括了虛擬計算機機的鏡像加解密系統、基于AOP技術的Java應用隔離沙箱以及分布式的日志收集系統這三個部分。

圖1 應急指揮平臺安全防護體系架構圖

4.2 部分功能詳細設計

4.2.1 應急指揮平臺部分業務功能詳細設計

事件登記程序流程表如表1所示：

表1 事件登記程序流程表

事件處置程序流程表如表2所示：

表2 事件處置程序流程表

應急物資地圖定位程序流程表如表3所示：

表3 事件處置程序流程表

應急資源管理模塊程序流程表如表4所示：

4.2.2 GPS位置顯示功能模塊詳細設計

對車輛進行定位、數據傳輸、接收，具體過程分為兩個步驟：首先，由車載GPS終端完成數據的采集，采集的數據內容有身份信息以及車輛的GPS定位數據，然后通過GPRS模塊將數據發送至監控中心；其次，監控中心接收到來自GPS終端的數據后，首先進行原始數據的保存，然后對接收的數據進行校驗，若數據無誤則返回數據接收成功指令，允許GPS終端繼續發送指令。

表4 應急資源管理模塊程序流程表

為了直觀的進行系統的業務邏輯層的設計，首先對其類圖進行分析，業務邏輯的類圖可以分為三種功能：第一種為數據采集類圖，通過GPS終端進行車輛行駛參數的采集和傳輸，集中到監控系統中進行儲存；第二種為數據處理類圖，通過對所接收數據的綜合分析，對狀態有效性進行校驗；第三種為車輛監控類圖，用于實現車輛的GPS定位監控，實現全程跟蹤。GPS定位監控類圖如圖2所示。

圖2 車輛GPS定位監控類圖

車輛的GPS定位監控數據處理流程如下：

首先，監控中心接收到來自車輛的GPS數據后，將數據轉換為原始數據進行保存，再對數據進行初步的分析，驗證數據的有效性。

其次，GPS系統集成有監聽功能，在監控中心接收到車輛的數據后，通過GPS位置監聽類將原始數據保存至數據庫。

第三，GPS終端發送的位置數據是進行加密處理的字符串，需要監控中心軟件平臺對字符串進行解密分析，得到車輛的準確位置，這一處理過程由GPS位置分析類完成。

第四，在車輛位置監控過程中，若發現車輛的位置信息、速度信息超過系統設定閾值，則通過GPS終端將報警信息儲存至報警庫，這一過程由報警類實現，且報警類分為兩個子類，分別為信號報警類與操作報警類。

第五，由于GPS的定位數據是經緯度數據，需要在電子地圖上進行直觀的顯示，這一處理過程由信息顯示類完成，可以將車輛、駕駛員在電子地圖上直觀的顯示出來。

第六，與車載GPS終端的通信控制，主要通過GPS服務類完成，主要功能如向終端發送監控指令、獲取終端的監測數據等。數據驗證時序圖如圖3所示：

圖3 數據驗證時序圖

4.2.3 電子地圖功能模塊詳細設計

圖4 電子地圖顯示時序圖

通過接收GPS終端的車輛位置信息，獲取車輛的經緯度信息，然后通過電子地圖，顯示車輛的具體位置。同時GPS終端具有測速功能，能將車輛的即時信息傳輸到電子地圖上進行顯示。最終設計出的電子地圖顯示，能夠對車輛位置、車輛行駛方向、即時速度、車內駕乘情況、車牌照號碼的綜合顯示，并能形成行駛軌跡，便于管理人員監控。電子地圖顯示時序圖如圖4所示。

4.2.4 圖像監控顯示

通過攝像頭對車輛內部駕乘情況、車外景象進行拍照，上傳至監控系統，實現對車輛的圖像監控。圖像監控顯示時序圖如圖5所示。

圖5 圖像監控顯示時序圖

由于車輛采用GPRS作為數據傳輸方式，可以對拍攝的圖像進行即時傳輸，因此系統可以根據監控需要隨時進行車輛的圖像監控。值得注意的是，進行圖像監控通常需要占用較多的網絡資源因此監控人員可設置較低的圖像監控頻率實現車輛的不定期監控，在緊急情況下也可進行視頻監控。監控系統對所有的監控圖像均進行保存，便于后續的查詢和分析。

4.3 通信保障設計

為滿足系統在無公網的情況下正常通信，系統通過采用數字集群、衛星通信、無線自組網絡等通信技術，構建穩定、快速的通信網絡，并在此基礎之上，配置可視化終端設備，構成一種基于網絡的可視化應急指揮系統。以基于無線自組網絡構成現場可視化應急指揮系統為例，整個基于網絡的可視化應急指揮系統解決方案由15臺無線自組網絡便攜式節點設備、1臺可視化指揮控制終端、1臺無線自組網絡管理終端和相關附件組成。系統整體構成如圖6所示：

圖6 應急通信系統整體構成圖

5 未來應急管理展望

廣州市供電局已開展《應急指揮管理應用升級完善》項目，實現完成“應急一張圖”功能升級完善，全部功能建設完成預計到2018年底，主要建設功能如下：

（1）信息交互全面貫通：應急預警及響應信息以語音呼叫和短信形式通知到人；應急處置卡同步推送到人，明確應處置要點；利用移動APP功能實現現場災情圖文并茂實時報送，聯動物資需求申請，精準提供物資配送點定位信息；上級應急指揮指令準確下達及執行情況跟蹤；應急報表自動統計上報。

（2）應急通信全方位銜接：整合公網、專網、自組網、衛星通信各類應急通信資源，充分銜接外部通信資源，實現語音、視頻、多媒體等應急現場信息回傳至應急指揮中心集中展示，實現可視化遠程指揮。

（3）資源調配可觀可控：整合應急資源，輔助應急指揮人員科學指揮決策，主要包括：應急搶修隊伍動態、應急物資配送動態、大型應急裝備調撥動態、應急通信裝備動態、重點保供電場所、重點設備等。

（4）災情風險有效聯動：氣象動態信息與GIS系統聯動，實現電網災情預判評估，充分導入臺風、滑坡、泥石流、洪水等數據，預判電網受災情況，預判可能存在的電網、設備、人身風險，進而為動態應急指揮決策提供依據。

（5）專項應急突出重點：總結提煉重大保供電應急工作經驗，固化重大典型保供電應急工作流程，整合相關資源，與保供電系統有效銜接，實現對保供電場所、重點設備、隊伍、裝備動態監控。基本實現十九大重點保供電場所、保供電設備、保供電接線圖、應急隊伍、裝備等信息一張圖展示，實現對保供電態勢全方位掌控。針對財富全球論壇保供電，繼續完善“應急一張圖”功能。

（6）外部系統互聯互通：對內實現與“6+1”系統、調度OS2系統、雷電定位系統、變電站視頻監控系統、95598及客戶服務調度系統、新聞輿情監控、保供電系統、快速復電、安全監管APP等系統的集成。對外保持系統可拓展性，銜接政府應急、政務系統、交通管控、氣象系統、地質災害等系統，做到政企應急信息互聯互通。

（7）日常管理嚴謹細致：包括應急規章制度、應急預案和演練、應急培訓，應急隊伍、應急專家常態化管理，應急物資、裝備管理，重要用戶，應急后評估全過程信息化等。