食品安全突發事件應急演練建模引擎的設計方法研究

食品安全突發事件具有突發性、 不確定性、 危害性、 重大性等特點， 易造成巨大的人身危害和經濟損失， 并影響社會經濟及社會文化的和諧與穩定。 應急演練是訓練、 評估、 檢驗、 改進應急管理能力的核心手段和應急準備的重要內容

， 應急演練作為有效的事前防范措施， 能夠有效地提高突發事件的應急處置能力。 目前國內外食品安全事件的應急演練從演練形式上常分為桌面型演練和實操型演練

， 桌面型演練通常利用地圖、 沙盤、 計算機模擬、 視頻會議等方式， 按照對事先假定的演練場景， 對突發事件處置流程、 多方協同與應急決策等內容進行推演

。 實操型演練則是針對事先設定的情景腳本， 部署相應的場地、 演練設備和演練物資， 通過實際模擬應對， 來實現應急預案的執行

。 傳統應急演練在實際應用中有一定局限性， 存在缺乏實戰性、 真實性， 且重復性差等問題

。 隨著信息技術在社會公共安全事件管理上的深入應用， 人們開始探索突發事件應急演練建模的信息化、 系統化、 物聯化和智能化。 例如， 張盈等

利用NFC 技術、 物聯網技術、 云技術等開發了虛擬現實防洪演練云平臺； 李曄舟

將通信技術、 網絡交互技術、 大數據應用技術等有機結合， 構建更真實全面的消防應急演練系統； 朱新平等

將虛擬現實(VR) 技術用于機場消防救援演練， 萬晶宇等

將VR 技術應用于配電盤火災事故應急處置； 趙家浩等

介紹了增強現實(AR) 技術在應急救援中的應用； 張博倫

等介紹了有限狀態機在模擬演練系統中的應用。 然而信息技術在食品安全應急演練領域的應用還稍顯不足。 本研究從物聯網技術及云計算技術融合應用的角度出發， 探討一種基于現代移動互聯網及云計算、 大數據技術等多種技術綜合應用于食品安全事件應急演練動態建模引擎系統的設計方案， 實現食品安全突發事件及重大事件應急演練模型建模的科學性、 真實性、 高效性。

1 食品安全應急演練建模引擎的系統設計

1.1 系統架構設計

基于云計算技術、 物聯網技術、 大數據技術， 將應急演練中所使用到的業務功能進行分門別類的功能分析， 發現系統中各個功能模塊之間的邏輯關系， 借鑒云計算中臺系統架構設計及微服務架構設計的系統設計思想， 設計應急演練動態建模引擎系統。 整體系統架構如圖1 所示。 整個食品安全應急演練建模引擎系統從技術層面劃分為以下邏輯分層。

1.1.1 演練基礎設施層 該層主要是指系統運行所需的硬件設備， 包括系統運行所依賴的基礎網絡設備以及軟件運行所需的云端服務器。 云端服務器包括演練建模業務邏輯處理服務器、 數據或文件的緩存及存儲服務器， 這樣設計能較好地將系統的業務邏輯封裝在業務系統服務器中運行， 而系統所需數據及文件的訪問則可由專業的緩存系統、 數據庫系統或文件系統來處理， 從而可以降低業務系統對數據及文件訪問的邏輯耦合， 對系統的穩定性提供架構設計上的支撐。

1.1.2 演練數據管理層 該層主要是指對應急演練建模引擎系統進行數據及文件管理的專業化軟件， 包括將系統應急演練建模系統運行中各種業務數據進行緩存的分布式緩存軟件， 結構化數據庫軟件， 地理信息專業數據管理軟件及設備數據時序數據庫軟件， 分布式消息發布訂閱軟件。

1.1.3 演練數據訪問層 該層的主要職責是對演練數據管理層的服務提供訪問接口API， 通過API 來訪問系統業務緩存、 系統業務數據、 系統業務消息、 系統業務文件及配置文件等。

1.1.8 演練人機交互層 定義系統與用戶進行功能與應用人機交互的交互方式。 由于系統應用場景的多樣性， 應急演練建模引擎系統的用戶可通過PC、 手機Web 瀏覽器、 App 應用軟件、 微信小程序、 應急演練互動大屏、 應急演練AR/VR 體驗設備等方式參與應急演練及應急演練建模的業務互動中。

1.1.6 演練網絡通訊層 定義各個前端設備與云端服務器的通訊方式， 目前采用主流的通訊方式有基于Http或https 協議的Rest API、 Websocket， 以及提供給設備或演練客戶端訪問的TCP/IP 底層通訊協議。 演練大屏、AR 及VR 設備可以通過應急演練系統的PC 客戶端程序與PC 客戶端電腦的HDMI 視頻接口或USB 串口或RJ45以太網接口進行通訊。

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在系統整體業務邏輯架構層面， 將系統建模業務邏輯的實現分為兩大邏輯層， 一層是將應急演練業務模型抽象設計為系統的應急演練業務架構層， 通過該層描述系統與演練業務相關的各種演練參與要素、 資源、 人員、 設備以及演練模型相關經驗數據、 演練指標等對象， 搭建了系統運行的對象基礎。 另一層是將演練模型系統運行的相關技術處理邏輯或運行規則， 從技術實現層面進行抽象、 封裝成應急演練服務引擎層， 通過設計各種專業化的技術微服務引擎來構建系統運行的邏輯驅動引擎。

1.1.7 演練前端接入層 搭建演練系統前端應用定義接入的UI 規范、 接口規范， 以及Web 端或App 客戶端應用UI 等功能。

管理會計的工作較為靈活，工作中沒有固定的規范準則，為了將管理會計所具有的的優勢充分發揮，就應當重視審計監督。合同管理是企業中財務管理部分的重中之重，企業應當從管理會計的角度出發，分析歷史合同中，執行環節存在的問題和相應的責任主體。并且以過去的財務管理體系為基礎，對合同管理模式進行調整。最終構建起一套新的財務管理體系。

1.1.5 應急演練業務架構層 該層的主要職責是構建整個系統的業務對象及業務邏輯子系統， 包括公共服務子系統、 演練設備物聯子系統、 演練人機交互子系統、應急演練動態建模子系統。 各子系統的職能設計如下:

近年來，唱衰印刷行業的比比皆是，這些聲音大多認為印刷是夕陽行業，對其未來發展前景并不看好。但蔡連成的看法卻有所不同。他認為，印刷是千變萬化的，從創新、產品、生活體驗來看，很多人都說印刷會完全被數字媒體所沖擊，但事實上并非如此。 “或許有一部分商務印刷會被沖擊，但無論是化妝品包裝、酒包、煙包，還是兒童可互動的立體書等，我們仍然能夠感覺到印刷還是生活中的必需品，永遠不會消失。”在蔡連成看來，印刷本身既不是朝陽行業，也不是夕陽行業，而是一個常青的行業，一個永遠都被人們需要的行業，經久不衰。

1.1.4 演練服務引擎層 該層的主要職責是對系統進行應急演練動態建模過程中進行專業化的分工處理， 是整個系統運行邏輯的解釋執行機構， 主要包括系統公共服務引擎、 演練基礎業務引擎、 演練場景配置解析引擎、 人機交互控制引擎、 演練設備物聯引擎、 演練消息隊列引擎、 演練場景配置解析引擎、 演練模型控制引擎、 演練業務規則引擎、 人機交互控制引擎等。

1.2 業務流程設計

食品安全應急演練建模引擎的主要業務流程如圖2所示。 第一步: 系統初始化， 應急演練建模開始啟動；第二步: 系統公共服務引擎啟動， 創建系統運行的基礎服務， 從演練資源要素庫中創建當前演練資源參與要素的定義范圍， 初始化參與演練的資源要素； 第三步: 系統按定義好的演練資源要素， 從演練場景配置庫中定義當前應急演練場景的各個參與對象， 創建當前應急演練的場景相關參與者的屬性和行為特征集合； 第四步: 針對創建的應急演練場景， 通過應急演練模型評價指標庫， 創建當前應急演練模型的評價指標； 第五步: 應急演練建模控制中樞模塊加載應急演練模型基礎業務引擎， 創建運行當前演練的基礎業務環境； 第六步: 應急模型生成引擎從應急演練模型定義庫加載當前演練模型所定義的具體場景及模型評價指標， 通過演練場景配置解析引擎生成當前進行演練的具體演練場景， 同時依據所選的模型評價指標生成當前演練模型的評價標準； 第七步: 演練建模業務規則引擎從應急演練模型業務規則庫加載當前應急演練模型建模業務規則， 并按當前業務規則對當前演練模型進行業務規則驅動。 第八步: 應急演練調度任務引擎從模型演練調度任務庫中加載當前演練模型的調度任務， 并執行相關的調度任務作業； 第九步: 演練模型基礎業務引擎從應急演練模型訓練庫中為當前的應急演練模型創建訓練數據集， 同時啟動各個演練服務引擎為當前演練場景進行演練模型訓練； 第十步: 演練設備物聯引擎通過應急演練設備物聯子系統對參與演練的各個設備進行演練設備數據采集； 第十一步: 應急演練模型業務規則引擎及演練任務調度引擎對當前場景下的全部參與對象及要素進行業務規則運算及演練任務的調度執行， 同時將產生的演練業務消息通過演練消息隊列引擎分發傳遞給系統中各個演練參與者角色。 第十二步: 應急演練人機交互控制引擎通過演練人機交互子系統將演練模型訓練中產生的各種業務消息、演練指揮控制消息及人機互動指令等消息進行接收或發送， 以便系統與參與人員進行演練業務的互動。 第十三步: 應急演練基礎業務引擎從應急演練模型測試庫加載創建測試數據集， 對當前應急演練模型訓練的結果進行測試， 如果通過測試集的測試， 則輸出應急演練模型訓練的結果。 如果沒有通過測試集的測試， 則重新返回到第九步應急演練模型訓練環節， 開始新一輪的模型訓練。 第十四步: 通過模型測試集測試驗證的訓練模型輸出結果， 再通過應急演練模型經驗特征庫進行分類， 同時應急演練評價引擎加載當前演練場景所設置的模型評價標準， 通過對當前模型輸出結果應用評價算法進行演練效果評價， 如果模型評價通過， 則當前場景下的應急演練建模任務完成； 沒有通過評價則需要返回到第五步重新開始進行演練建模流程。 第十五步: 演練建模結束， 系統記錄全部演練流程中的業務數據集及演練建模結果等信息， 為下次不同場景下的演練建模積累運行數據。

2 食品安全應急演練建模引擎的技術特點

2.1 系統技術架構職責分層設計

整體技術架構設計圍繞應急演練建模相關業務進行技術實現邏輯層面的職責分層， 不同的邏輯層負責系統技術實現的不同職責。 在技術實現層面借鑒了目前互聯網應用、 云計算、 物聯網技術等比較成熟的技術方案，從系統基礎硬件設施， 到專業化技術服務軟件的應用，為系統穩定運行提供了可靠的底層技術支撐。

2.2 系統業務對象及邏輯處理規則解耦設計

(1) 公共服務子系統: 將整個系統的公共組件功能封裝成規范的API 給各業務子系統訪問。 主要實現演練系統用戶注冊、 演練角色

、 權限、 運行日志、 異常管理、 基礎網絡通訊服務、 系統配置信息管理、 服務引擎管理等功能。 (2) 演練設備物聯子系統: 對應急演練建模引擎系統中涉及到的演練設備提供物聯網相關的演練設備通訊、 演練設備環境參數采集、 指揮大屏內容展示、 設備物聯網消息等功能。 (3) 演練人機交互子系統: 負責演練建模系統與演練參與的人員和演練設備進行信息交互， 主要功能模塊包括增強現實及虛擬現實人機交互模塊、 演練設備互動控制模塊、 語音指令識別模塊、 文本指令識別模塊等。 (4) 應急演練動態建模子系統: 構建整個應急演練建模業務的主要業務模型庫。 主要包括應急演練資源要素模塊、 應急演練場景配置模塊、 演練模型模塊、 演練模型識別評價指標模塊。 各個業務模型庫的主要業務模型及職責設計如下: ①應急演練資源要素模塊: 定義應急演練系統所能處理或接入的演練過程中的各種資源要素類型， 包括應急演練環境的資源要素庫、 應急演練場地的資源要素庫、 應急演練不同食品安全事件的資源要素庫、 應急演練預案的資源要素庫、 應急演練參與者(參與機構及人員角色) 的資源要素庫、 以及應急演練設備的資源要素庫。 通過定義不同資源要素庫， 可以描述參與整個應急演練系統的不同資源屬性， 以及資源屬性可配置的上下限范圍； 同時，還可以通過對資源要素的行為規范接口來描述該資源要素在應急演練建模引擎系統中的行為邏輯及其與其他要素間互動方式。 整個應急演練資源要素模塊為系統創建應急演練場景及應急演練模型的建模及演練模型建模結果評價等整個系統運行的業務元數據模型。 ②應急演練場景配置模塊: 描述應急演練建模系統每次運行所需的演練環境對象、 演練場地對象、 演練事件對象、 演練通訊對象、 演練機構人員及角色對象、 演練設備對象等系統業務對象。 通過該功能模塊的可配置化描述， 將每次應急演練建模系統運行所需的演練業務對象在當前場景下的具體屬性及具體行為進行配置， 為應急演練建模系統的運行創建具有具體場景化下屬性特征及行為特征的演練參與者對象的業務模型。 ③應急演練模型評價模塊: 對應急演練系統建模的模型結果進行不同維度的評價， 建立在不同評價維度下的評價指標庫。 從應急演練的效果層面可包括: 應急演練的時效指標庫、 應急演練的經濟指標庫、 應急演練經驗特征偏離指標庫、 應急演練人員主觀評價指標庫、 應急演練模型復雜度指標庫。通過這些不同維度的評價指標庫， 可以相對科學、 客觀地評價應急演練系統建模的效果。 ④應急演練建?？刂浦袠心K: 為整個系統應急演練建模的運作提供運行控制中樞。 主要包括: 應急演練模型定義庫、 應急演練業務規則庫、 應急演練任務調度庫、 應急演練模型經驗特征庫、 應急演練模型訓練庫、 應急演練模型測試庫等系統建模運行過程中所需的運行控制業務對象。 通過這些控制對象在系統運行建模過程中創建具體的應急演練全生命周期所需的演練對象集、 演練業務規則集、 演練任務集、 演練經驗特征集、 演練模型訓練集、 演練模型測試集， 并將這些對象集合與演練服務引擎層相應的專業服務引擎進行運算執行， 最終為實現不同場景下的應急演練場景進行演練建模， 并輸出通過演練模型評價指標體系的演練模型。 在該模塊中， 通過應急演練模型定義庫， 可以為當前演練建模的行為定義具體場景， 以及該演練場景下演練建模生成模型的評模型價指標庫。 通過演練業務規則庫， 可以描述當前應急演練建模各個參與者業務對象之間的行為交互規則。 通過演練任務調度庫， 可以對演練任務進行調度規則及流程進行定義、 規范。 而演練模型經驗特征庫、 樣例模型訓練庫及演練模型測試庫為應急演練建模提供相應的演練數據來源。

2.3 系統多技術融合應用的人機互動動態反饋演練建模

在應急演練建模系統的整體方案設計方面， 在借鑒其他應急演練建模系統方案設計的基礎上， 引入物聯網技術、 AR/VR 技術， 同時在系統建模的過程中增加不同種類的演練現場參數采集設備參與演練交互， 以及采用AR 及VR 設備增進演練人機互動效果。 在此基礎上，將人機互動的行為結果引入到應急演練建模的動態反饋控制環節， 加強應急演練動態建模對真實世界信息的理解與反饋， 提升應急演練過程中人機互動的有效性及真實性。

3 后續研究探索

3.1 方案應用研究探索

本研究探討的食品安全應急演練建模引擎的系統設計方案， 可以利用現有軟件開發技術， 充分利用現階段已有的各種成熟開源技術組件進行實現。 在業務系統實現層面， 主要聚焦在應用演練建模相關的業務對象模型及相關服務引擎的詳細設計及開發上， 通過這種業務對象模型分層化、 業務邏輯服務引擎化、 系統資源要素配置化等設計規范， 可以降低整個系統的業務耦合度， 提升系統運行的穩定性和系統負載的可擴展性。 本方案系統可以采用云端服務部署方式， 可以方便不同的接入客戶端訪問， 既可以通過在演練場景下的固定演練室PC電腦訪問， 又可以通過安裝在手機端的移動App 應用或微信小程序進行訪問。 這樣可以方便地實現移動、 跨地域的應急演練協同作業

。 對應大型或重大突發食品安全事件的應急演練可以較好的實現跨組織、 跨地域、跨設備之間的應急演練互動。

《太湖流域管理條例》（以下簡稱《條例》）于2011年11月1日正式施行。這是我國第一部流域綜合性行政法規，標志著太湖流域管理進入了依法治水的新階段。記者日前就《條例》在江蘇省的貫徹實施情況采訪了江蘇省水利廳廳長呂振霖。

3.2 方案技術研究探索

本方案的應急演練模型的訓練數據集、 測試數據集， 在創建方式上可以考慮借鑒深度學習

或生成對抗網絡的數據生成機制

， 通過生成器和判別器結合一定量的真實演練數據來創建， 提升應急演練模型訓練數據集及測試數據集的準備效率與科學性。

對于數字電路部分實驗，各學校可根據自己的條件開設“籃球比賽倒計時器”、“數字式溫度計”等綜合性比較強的實驗。

4 結論

本研究設計了一套基于物聯網技術、 云計算技術、AR/VR 技術、 微服務架構技術等成熟技術手段來構建的云端食品安全應急演練建模引擎平臺。 通過在應急演練建模過程中引入增強現實仿真技術， 可有效地將參與者與應急演練場景有機地結合起來， 讓參與者對演練內容有逼真、 直觀的體驗。 同時， 通過云計算技術、 物聯網技術、 實時通信技術、 遠程協作及可視化人機交互等技術融合， 可進行跨地域、 跨團隊的協作演練， 最終實現食品安全事件應急演練從虛擬到真實、 從孤立到聯動的動態應急演練。

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