應(yīng)急演練方案動(dòng)態(tài)推演系統(tǒng)

應(yīng)急演練方案動(dòng)態(tài)推演系統(tǒng)馬英濤;張小平;馬躍;廉東本;孫詠【摘要】應(yīng)急救援指揮部門制定應(yīng)急救援方案后，使用仿真方法進(jìn)行評估已成為驗(yàn)證方案可行性的重要手段。目前，國內(nèi)對于應(yīng)急演練方案推演系統(tǒng)的構(gòu)建與研究還不是太多，圍繞應(yīng)急模擬演練系統(tǒng)中的方案推理過程，提出并設(shè)計(jì)了一種基于Delta3D三維仿真引擎的方案推演系統(tǒng)。詳細(xì)探討了該系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵模塊以及關(guān)鍵算法步驟的設(shè)計(jì)。利用該系統(tǒng)能夠很好的擴(kuò)展構(gòu)建各種用途的模擬演練推演系統(tǒng)，有效提高指揮及救援人員的對方案定量分析的能力和救援效率。%Simulationhasbecomeanimportantmeanstoevaluatingthefeasibilityandvalueofprogramsmadebyemergencycommandandrescuedepartment.Atpresent,therehasnodetailedstudyforthesimulationexerciseprogramsdeductionsystem.Thispaperfocusesontheprogramreasoningprocessintheemergencysimulationexerciseprogram,anddesignedaprogrambasedonDelta3Dsimulationenginedeductionsystem.Thispaperalsodiscussedthesystemarchitecture,thelogicalstructureofthekeymodulesandkeytechnologiesindetail.Usingthissystemcanbeextendedandbuildavarietydeductionsystemofsimulationexercises,effectivelyimprovetheabilityofquantitativeanalysisfortheprogramandrescueefficiencyofthecommandingofficersandrescuepersonnel.【期刊名稱】《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用》【年(卷)，期】2013(000)002【總頁數(shù)】4頁(P64-67)【關(guān)鍵詞】方案;推演；Delta3D仿真引擎【作者】馬英濤漲小平;馬躍濂東本;孫詠【作者單位】中國科學(xué)院研究生院，北京100049;中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所，沈陽110168;中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都610041;中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所，沈陽110168;中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所，沈陽110168;中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所，沈陽110168【正文語種】中文近年來，我國工業(yè)生產(chǎn)安全事故和自然災(zāi)害事件頻發(fā)，對人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全以及國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展都造成了極大的危險(xiǎn).因此，應(yīng)急處理和應(yīng)急演練工作已經(jīng)引起了各級政府和有關(guān)部分、企業(yè)的普遍重視.建立可靠合理的信息化應(yīng)急救援平臺及制定相應(yīng)的事故應(yīng)急救援預(yù)案,對促進(jìn)安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)具有重要意義[1].在應(yīng)急演練中應(yīng)急方案制定后如何對方案進(jìn)行評估和驗(yàn)證通常就成為了人們最為關(guān)切的問題.在軍事演習(xí)中，人們常通過戰(zhàn)斗推演系統(tǒng)來驗(yàn)證作戰(zhàn)方案或計(jì)劃的可行性[2],進(jìn)而完善決策.這一過程也被稱為〃兵旗推演”，它是指在作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施前，按作戰(zhàn)計(jì)劃順序和進(jìn)程,逐步地對各個(gè)作戰(zhàn)階段中作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動(dòng)所造成的狀態(tài)進(jìn)行演練的過程[3].在救災(zāi)如同作戰(zhàn)的理念下，〃兵棋推演”思想也已逐漸被運(yùn)用到安全生產(chǎn)和應(yīng)急救援系統(tǒng)中.目前,國內(nèi)外研究通常將推演系統(tǒng)作為一個(gè)子系統(tǒng)集成在各種計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中彳艮少將它獨(dú)立作為一個(gè)大系統(tǒng)進(jìn)行研究，推演功能也受到各種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和仿真引擎的制約.而且目前各種推演系統(tǒng)基本是以復(fù)雜的功能需求和應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榛A(chǔ)，整體設(shè)計(jì)較復(fù)雜、通用性和擴(kuò)展性也較差.本文根據(jù)沈陽市安監(jiān)局應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)的實(shí)際項(xiàng)目需求并結(jié)合現(xiàn)有的應(yīng)急演練推演過程，提出并設(shè)計(jì)了一種基于Delta3D仿真引擎的較簡單且可擴(kuò)展的模擬推演系統(tǒng)，并闡述了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵模塊和環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)等.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究應(yīng)急演練推演系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng),主要由數(shù)據(jù)層、控制層、執(zhí)行層和顯示層構(gòu)成.其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.圖1推演系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供各種基本必須數(shù)據(jù)信息，控制層和執(zhí)行層為數(shù)據(jù)互調(diào)關(guān)系，最后的各種計(jì)算結(jié)果和場景態(tài)勢均送至顯示層進(jìn)行實(shí)時(shí)同步顯示.各模塊功能闡述如下：1）數(shù)據(jù)層:提供任務(wù)推演過程中所需的各種信息的提取和維護(hù)功能，它是整個(gè)推演的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)其中，模型庫提供了推演中需要使用的所有模型實(shí)體，比如人員、車輛、建筑物等;場景資源提供了場景中所使用到的各種資源信息，比如氣溫、風(fēng)向等;方案庫包含了所有的演練方案，是整個(gè)推演的數(shù)據(jù)核心，而每一個(gè)演練方案又包含了整個(gè)推演過程的完整任務(wù)時(shí)序及作業(yè)時(shí)序;人工干預(yù)命令及操作命令為客戶端人工輸入任務(wù)指令和信息.2）控制層:對仿真任務(wù)想定文件（方案）根據(jù)規(guī)則進(jìn)行解析，得到仿真任務(wù)信息，采用推演控制算法調(diào)度仿真任務(wù)，并將數(shù)據(jù)交給功能層進(jìn)行推演執(zhí)行.3）執(zhí)行層:負(fù)責(zé)整個(gè)推演的具體執(zhí)行過程.它接收控制層發(fā)送的消息及數(shù)據(jù)，進(jìn)行作業(yè)的解析和具體的運(yùn)算和執(zhí)行，并將反饋數(shù)據(jù)（任務(wù)和角色狀態(tài)）發(fā)送回控制層;控制層和執(zhí)行層是整個(gè)推演系統(tǒng)的核心模塊，因此，它們共同組成了推演引擎；4）顯示層:將推演過程中的態(tài)勢信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化（三維）的表現(xiàn)，使各實(shí)體的動(dòng)態(tài)變化和交互信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，為指揮人員提供應(yīng)急過程的可視化界面.顯示的數(shù)據(jù)包括場景信息、各種角色的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及各種參數(shù)提示信息等.2應(yīng)急推演系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用Delta3D仿真引擎，推演引擎內(nèi)部數(shù)據(jù)交互主要以消息的形式進(jìn)行傳遞.除此外，主要的數(shù)據(jù)形式還包括:方案、任務(wù)和作業(yè).2.1消息的研究與設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用消息機(jī)制在角色和組件之間進(jìn)行通訊［4,5］消息通常用來發(fā)送數(shù)據(jù)（比如屬性變化）或者行為（請求或命令）.因此，消息是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流載體，對于具有不同功能的消息可以自定義不同的消息類.消息類主要由消息類型、消息參數(shù)列表和消息發(fā)送接收者等組成，可以通過添加參數(shù)，來增加想要傳輸?shù)膬?nèi)容消息類結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2自定義消息類結(jié)構(gòu)其中消息類型用來判斷此消息是否是所接收的消息消息參數(shù)列表用來添加自定義數(shù)據(jù),其他參數(shù)可以用來表明發(fā)送者和接受者.2.2演練方案的設(shè)計(jì)演練方案即劇本，是演練策劃人員依據(jù)預(yù)案和假設(shè)的事故場景編制的.它也是模擬演練的核心數(shù)據(jù)來源之一，為演練程序、動(dòng)作提供了支持.其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括推演劇情的描述規(guī)范和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).描述規(guī)范是指劇情的文件格式及其語法定義等，目的是形成規(guī)范化的劇本文件.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是規(guī)范化劇情文件在計(jì)算機(jī)中的存儲和表現(xiàn)形式，保證推演劇情能夠直接被推演引擎讀取、解釋，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)整個(gè)推演系統(tǒng)運(yùn)行［6］.劇本內(nèi)容主要包括劇本說明，任務(wù)集和作業(yè)集.推演過程中通過劇本解析將劇本說明、任務(wù)集和作業(yè)集分別放入劇本實(shí)例、任務(wù)實(shí)例和作業(yè)實(shí)例屬性中.2.3任務(wù)及作業(yè)的設(shè)計(jì)任務(wù)主要負(fù)責(zé)對推演流程進(jìn)行控制，例如滅火,疏散等.任務(wù)是從劇本中解析出來，而且每一個(gè)任務(wù)還可以分成若干個(gè)作業(yè).作業(yè)是推演過程中的最小執(zhí)行實(shí)體,例如滅火任務(wù)下可以分為如下作業(yè):消防員A移動(dòng)到罐體A,消防員B移動(dòng)到罐體A,消防車移動(dòng)到C點(diǎn)消防員A噴水等.通過對作業(yè)的解析與計(jì)算來判斷某項(xiàng)任務(wù)的完成與否.任務(wù)和作業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示.圖3任務(wù)與作業(yè)結(jié)構(gòu)任務(wù)類描述了演練任務(wù)相關(guān)的屬性和屬性方法.在控制器中存放任務(wù)的實(shí)例,控制器讀取劇本文件后，經(jīng)過任務(wù)解析后，將每條任務(wù)信息填充任務(wù)實(shí)例數(shù)據(jù),并將所有的任務(wù)放到一個(gè)隊(duì)列中存儲.作業(yè)類描述了演練作業(yè)的屬性及屬性方法.在控制器中存放作業(yè)信息的實(shí)例，控制器讀取劇本文件后，經(jīng)過任務(wù)解析后,將每條作業(yè)信息填充到作業(yè)信息實(shí)例數(shù)據(jù)，并將所有的作業(yè)信息放到一個(gè)隊(duì)列中存儲.3應(yīng)急推演系統(tǒng)推演引擎的設(shè)計(jì)推演引擎是對整個(gè)態(tài)勢推演系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度,控制和數(shù)據(jù)記錄的軟件系統(tǒng)，也是態(tài)勢推演系統(tǒng)的核心部分[7,8].其功能是驅(qū)動(dòng)整個(gè)態(tài)勢推演系統(tǒng)按照推演劇情進(jìn)行推演.其邏輯組成主要包括（任務(wù)）控制器和（作業(yè)）執(zhí)行器兩部分.3.1任務(wù)控制器的設(shè)計(jì)控制器的邏輯示意圖如圖4所示.任務(wù)控制器負(fù)責(zé)整個(gè)推演的調(diào)度和控制.主要實(shí)現(xiàn)以下功能:演練方案的加載;根據(jù)方案內(nèi)容生成劇本實(shí)例和任務(wù)實(shí)例;根據(jù)方案內(nèi)容生成作業(yè)消息，并將作業(yè)消息發(fā)送給執(zhí)行器;接收指揮席新增任務(wù)消息，生成任務(wù)實(shí)例;根據(jù)執(zhí)行器反饋的作業(yè)狀態(tài)更新消息，更新任務(wù)狀態(tài)；圖4任務(wù)控制器邏輯示意圖3.1.1任務(wù)發(fā)布流程描述步驟1：每幀遍歷劇本實(shí)例，搜索前置任務(wù)集合為空且未發(fā)布的任務(wù)實(shí)例，將搜索到的任務(wù)實(shí)例指針加入任務(wù)發(fā)布緩沖隊(duì)列；步驟2:調(diào)用發(fā)布器，發(fā)布器遍歷任務(wù)發(fā)布緩沖隊(duì)列，遍歷期間發(fā)布器根據(jù)任務(wù)發(fā)布緩沖隊(duì)列中任務(wù)實(shí)例屬性生成任務(wù)發(fā)布消息，并將任務(wù)狀態(tài)設(shè)為已發(fā)布，將當(dāng)前任務(wù)實(shí)例指針移除緩沖隊(duì)列.步驟3:遍歷任務(wù)實(shí)例隊(duì)列判定所有任務(wù)實(shí)例狀態(tài)是否都處于已發(fā)布，若全部發(fā)布，則任務(wù)發(fā)布完成，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟1.3.1.2作業(yè)發(fā)布流程描述作業(yè)發(fā)布流程與任務(wù)發(fā)布流程類似，發(fā)布控制模塊每幀遍歷作業(yè)發(fā)布集合，將前置作業(yè)集合為空的作業(yè)復(fù)制到作業(yè)發(fā)布緩沖隊(duì)列中.控制模塊再調(diào)用發(fā)布器遍歷作業(yè)發(fā)布緩沖隊(duì)列，根據(jù)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)發(fā)布作業(yè)消息，然后刪除該作業(yè)記錄，直至隊(duì)列為空.3.2作業(yè)執(zhí)行器設(shè)計(jì)作業(yè)執(zhí)行器（推演執(zhí)行）是模擬推演系統(tǒng)的最重要子模塊.邏輯示意圖如圖5所示.執(zhí)行器根據(jù)控制器發(fā)送過來的作業(yè)消息使用驅(qū)動(dòng)算法完成作業(yè)內(nèi)容,并反饋?zhàn)鳂I(yè)的各種狀態(tài)信息給任務(wù)控制器.主要實(shí)現(xiàn)以下功能:將作業(yè)信息解析成作業(yè)實(shí)例;根據(jù)作業(yè)實(shí)例規(guī)定的操作激活技能算法;根據(jù)技能算法反饋的目標(biāo)狀態(tài)信息決定作業(yè)自身狀態(tài);向控制器反饋?zhàn)鳂I(yè)目標(biāo)狀態(tài)變更消息;撤銷作業(yè)實(shí)例;停止和撤銷技能算法；3.2.1作業(yè)執(zhí)行流程描述作業(yè)執(zhí)行是整個(gè)推演過程的最重要的部分，其基本步驟描述如下：步驟1:每幀，每個(gè)作業(yè)實(shí)例判斷當(dāng)前作業(yè)是否達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)，若已經(jīng)到達(dá)，刪除該目標(biāo)狀態(tài)，執(zhí)行第7步，否則，繼續(xù)執(zhí)行.步驟2:作業(yè)實(shí)例根據(jù)自身屬性數(shù)據(jù)檢索技能算法映射表，激活技能算法容器中的一個(gè)或多個(gè)算法實(shí)例，并計(jì)算下一幀所需要的數(shù)據(jù).步驟3:算法實(shí)例根據(jù)自身數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前幀除自身外的所涉及到的所有被動(dòng)角色，并向?qū)?yīng)作業(yè)實(shí)例傳遞這些角色指針.步驟4:作業(yè)實(shí)例接收到被動(dòng)角色指針后，判斷是否已經(jīng)為這些角色產(chǎn)生過相應(yīng)算法實(shí)例，若未產(chǎn)生過，通知技能算法容器為被動(dòng)角色產(chǎn)生相應(yīng)被動(dòng)技能算法實(shí)例,并激活這些算法實(shí)例.步驟5：算法實(shí)例計(jì)算完畢，查詢角色狀態(tài)表，若自身到達(dá)某種規(guī)定狀態(tài)，則向?qū)?yīng)作業(yè)實(shí)例發(fā)送該狀態(tài)ID及角色I(xiàn)D.步驟6:作業(yè)實(shí)例接收角色發(fā)送的狀態(tài)變更消息，判斷該狀態(tài)是否與目標(biāo)狀態(tài)匹配，若匹配，則刪除作業(yè)中的對應(yīng)目標(biāo)狀態(tài)，直至為空.不匹配,通過作業(yè)控制模塊向（任務(wù)）控制器發(fā)送角色狀態(tài)變更消息.步驟7:當(dāng)作業(yè)實(shí)例目標(biāo)狀態(tài)集為空時(shí)，變更自身狀態(tài)，通過作業(yè)控制模塊向（任務(wù)）控制器發(fā)送作業(yè)狀態(tài)變更消息，作業(yè)執(zhí)行完畢.圖5作業(yè)執(zhí)行器邏輯圖4結(jié)語本文首先提出了應(yīng)急演練方案推演系統(tǒng)的一種層次體系結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)闡述了推演系統(tǒng)關(guān)鍵模塊控制器和執(zhí)行器的邏輯結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵算法的描述.在整個(gè)推演系統(tǒng)中控制和執(zhí)行是核心，雖然本文的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)能夠滿足推演的需要，但擴(kuò)展構(gòu)建各種用途的模擬演練推演系統(tǒng)還需要對各個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，尤其對以下問題的深入研究更有助于復(fù)雜推演系統(tǒng)的構(gòu)建.首先是規(guī)則的建設(shè)，推演規(guī)則是推演過程中必須遵循的依據(jù)和規(guī)范規(guī)則約束的制定是確保推演符合實(shí)際情況,保證推演逼真的重要條件.因此，推演系統(tǒng)的建設(shè)必須加強(qiáng)對推演規(guī)則的深入研究.其次，智能化是推演系統(tǒng)的發(fā)展方向之一,例如規(guī)則知識及基于知識的推演和面向任務(wù)的決策支持等都有助于智能推演系統(tǒng)的構(gòu)建.由于推演系統(tǒng)的復(fù)雜性和特殊性，推演功能需求和應(yīng)用也有很大的差異.本文設(shè)計(jì)的模擬演練推演系統(tǒng)具有可靠簡單和可擴(kuò)展的特點(diǎn)，可以有效的檢驗(yàn)和評估預(yù)案的可靠與合理性，在事故真正發(fā)生前找到預(yù)案的缺陷,提高應(yīng)急救援的效率.隨著重大事故模擬仿真與互動(dòng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用,應(yīng)急預(yù)案推演系統(tǒng)必將在安全生產(chǎn)管理中發(fā)揮出越來越大的作用.參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】1周家銘，邢培育,汪麗莉，謝潮.安全生產(chǎn)應(yīng)急預(yù)案桌面推演的設(shè)計(jì)與實(shí)施探討.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,9(17):39-44.2朱江,白海濤，馬文.方案評估動(dòng)態(tài)推演模型設(shè)計(jì).指揮控制與仿真,2012,34(1):78-81.3葉利民，龔立，劉忠.兵棋推演系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模研究.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,12(39):58-61.DarkenCJ,Ande