一体化指挥调度现状和发展趋势 马文学

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(一体化指挥调度技术国家工程实验室,北京 100192)

摘要:大数据时代背景对指挥领域的业务协同和数据价值挖掘提出了新的需求,而要满足这些需求需要新思想、新方

法、新技术去实现,一体化指挥调度即是一种思想,又是在本思想引导下从业务和技术角度重新认知指挥调度的一个过程。

关键词:指挥调度;一体化;发展;趋势

d o I:10.3969/J.ISSN.1672-7274.2018.07.018

中图分类号:TN915.85,TN929.52 文献标示码:A 文章编码:1672-7274(2018)07-0047-05

1 引言

指挥调度是对有组织、有目的的群体性活动进行指挥并对参与该活动的资源进行调度的业务活动,这种活动在公共安全领域中发挥了重要作用。随着社会发展,公共安全事件呈现复杂化和严峻化的趋势,传统指挥调度不足之处逐步暴露,一方面,从指挥调度的高层级到基层级纵长横窄,机体组分之间存在资源低效配置、权责不明、相互推诿等问题;另一方面,传统通信及网络设施、数据资源以及信息系统等相对独立,群体性活动执行过程中因信息不同步导致命令及反馈无法有效的互联互通,进而延误时机。为适应和满足当前新时代社会发展对协同指挥调度的要求和需求,需充分结合大数据和人工智能等前沿技术,运用系统工程思维,从业务与技术、软件与硬件、人与机器等方面统筹设计,最终实现一体化指挥调度。

从认知的角度,可将一体化指挥调度过程分为感知域、认知域、行动域、保障域(如图1所示)。 感知域是获取信息的第一个环节,是战斗力生成链条中的第一要素,目标在于收集客观数据并进行处理,将数据转变为信息、态势;认知域主要是以人为中心对感知信息进行研判并制定决策;行动域则是指挥调度指令作用于现实世界的惟一手段,行动过程中现场情况及行动情况再返回至认知和感知域,形成完整闭环。

2 一体化指挥调度的应用现状

2.1 一体化指挥调度总体架构

(1 )基础设施服务层:提供物理基础设施服务,包括弹性计算、弹性网络、弹性存储,支持自动部署、自动伸缩。其中弹性计算是指平台应基于云

计算支撑资源弹性伸缩及动态负载均衡。

(2)基础软件服务层:为平台运行提供基础

软件支撑,包括结构化和非结构化存储、分布式存储、消息队列等存储网络服务,内存计算、离线计算以及流式计算等计算服务,集成平台、管理平台、运维平台等产品集成服务以及融合公网、专网

(350M、短波、微型通信、多媒体集群等)、移动网

等各类通信资源,面向上层提供规范、标准的通信网络服务。

(3)信息资源服务层:在该层中,信息资源整

合架构主要实现多源异构数据采集和标准化处理,数据治理架构主要是通过数据标准管理、元数据管理、数据质量管理、数据资产管理以及数据安全管理等技术实现大数据资源治理能力,信息资源服务架构则包括数据共享、数据分析、数据服务、数据监控以及大数据可视化管理。

(4)应用资源服务层:通常应涵盖对应用、数

据、通信等管理,态势、地理信息、预案管控等服务以及统一门户。若平台采用插件式应用模式,则在该层还应提供应用快速生成及动态组装能力。

(5)业务应用层:围绕情报、研判、决策、行

动和保障五大核心业务,以架构中各种服务能力为支撑实现业务专项应用、通用应用以及移动应用。例如在公安指挥调度领域(包括日常警务、反恐应急、特勤保障等)的应用包括综合态势、警务指挥、社会面管控、情报预警、舆情监控、综合管控、通信保障、警力部署等。

2.2 一体化指挥调度关键技术

2.2.1 融合通信技术

融合通信是将通信技术和信息技术融合一体的新的通信模式,作为融合通信的核心技术,软交换技术能够集成多种数据(包括图片、语音、视频等),是呼叫、媒体和业务控制多种逻辑功能实体

的集合,能够很好的解决分组网和PSTN融合的问

题,成本低,配置灵活[8]。

融合通信主要从物理层面为指挥调度提供基础服务,有效解决调度终端种类繁多、网络各异、多头调度、各系统独立、指令无法自动互通以及现场作战协同技术手段等问题,从而实现对电话、手机、集群对讲、视频监控、视频会议终端、图传终端等所有终 端的接入,最终确保相关人员不管具有何种终端,都能够以音频、视频、图片、文字等各种方式实现多方协同指挥、单点、多点音频、视频监听、监视、音视频广播、群组广播、音视频群组调度(组呼、群呼)、音

视频集群通信、GPS定位等全融合的全业务功能。

2.2.2 大数据和云计算技术

大数据提供基础资源,并通过数据挖掘发现数据价值,云计算是一种应用模式,是通过互联网提

供可用的、便捷的、按需的网络访问[9]。

指挥调度业务场景所涉单位众多,传统各行业信息化建设过程中所产出的系统相对独立,信息孤岛现象广泛存在,构建大数据平台是实现信息融合共享的根本途径。另外,在实际数据应用时,大数据挖掘技术可从海量数据中提取对当前场景有价值的信息,有效降低信息熵。最后,各行业指挥调度要素不同,所需要的应用亦不尽相同,“大数据+平台+微应用”模式提供随需生成的云计算服务可作为一种解决方案。

2.2.3 地理信息(系统)技术

地理信息(系统)技术是一种对地学信息进行

存储、管理、应用的空间信息技术,“九五”期间,3S (RS、GIS、GPS)技术被列为重头戏并取得长足发展,目前基于GIS的应用已渗透至社会各行业[10]。

在指挥调度场景中,地理信息(系统)技术主要作用在于指挥调度各组成要素与空间数据深度融合,结合可视化技术可快速定位事件发生地,并支持开展涉及地理要素的识别、分析等业务;作为虚拟和现实的其中一个接触面,以遥感影像和三维模型为背景地理信息(系统)技术还可支持模拟训练、兵棋推演等活动。

2.2.4 移动应用技术

作为互联网的延伸,移动应用因其实时性、便携性、可定位等特征使其和人类生活耦合度越来越

高,目前终端操作系统多种多样(Windows Phone, Windows Mobile,android,mac Os,symbian

等),可供选择的应用也不可估量。

在指挥调度领域,面对不同业务不同场景有不同的指挥模式,但不管何种指挥模式,其本质都是一线力量接收决策指令并采取行动,这个本质决定了一线力量对移动应用技术的迫切需求。虽然由

此需求催生出大量终端应用,比如移动巡检、移动执法、移动指挥等,但因终端本身能力限制,其搭载的应用一般均是轻计算类应用,对大型计算能力

(VR、海量数据挖掘、态势推演等)运用有限。

2.2.5 多媒体技术

多媒体技术包括视频处理、音频处理等技术,在指挥调度业务中大量的应用到了视频、文本、网络监控、音频等多模态信息融合以实现对现场动态、部署、规划、环境、装备等信息的迅速掌控,而随着科技进步,多媒体信息的存储不再是问题,对其应用也在传统录像回放功能基础上向智能化分析去演进。

2.3 一体化指挥调度行业应用现状

2.3.1 公安领域应用现状

平安中国战略实施以来,社会治安防控体系建设取得明显进展,一体化运作的情报指挥机制逐步健全,思想层面对警务保障模式由被动反应向主动

预防逐渐转变[11]。部分地区建立了实战型的以指挥

中心为龙头的“打防控一体化体系”。从技术角度来说,公安领域一体化指挥调度建设一般是以融合通信为先手,采用软交换技术和信息网络技术整合联通各类通信系统和通信终端设备,集成对接与指挥调度相关的位置信息、地理信息、信息查询等信息系统,实现方便灵活的指挥关系重构、全面可视的警情态势掌控、及时动态的警情警令传递,满足“扁平化、可视化”指挥调度的需要。

其次,部分地区自顶向下建设了警务云大数据平台,对消除信息孤岛最终实现业务横纵一体化做了很好的铺垫。但亦有部分地区虽有接处警、警综等公安常规业务应用系统,在指挥调度方面实为弱项,主要体现在如下方面:调度终端种类多,统一通信稍有不足;一线现场作战缺乏信息协同;对战略态势和战术态势缺乏快速构建手段;专项行动缺乏针对性的指挥手段;系统繁多,数据割裂,不能为指挥调度提供及时、有价值的情报信息;指挥大厅坐席终端应用多,容易混乱,无法有机协同;应用大而全、开发周期长,无法满足新时代公安业务需求变化快的特点。

2.3.2 交通运输领域应用现状

交通运输包括陆路交通运输、水路交通运输、 航空交通运输以及管道运输。除管道运输外,一体化指挥调度在其他领域运用较为广泛,且基本都是以具体交通枢纽点为主体进行建设。在港口交通指挥调度业务领域,一般以集成语音、视频、业务数据为入口,实现跨部门的协同指挥;在机场交通指挥调度业务领域,面对庞大的吞吐量,一般以数字

集群、多网接入为基础,以GPS定位为主要手段对

目标进行有序调度;在铁路和公路交通指挥调度业务领域,一般均设立交通指挥中心,并以地理信息系统为背景,以融合通信为基础,以可视化指挥为主要手段,为客运站、货运站以及沿线等不同调度

对象提供协同处理服务[12-14]。

交通运输领域指挥调度一般以通信系统为基础构建,在指挥调度体系化方面尚待完善,全国综合交通指挥调度仍需从顶层规划,保障区域交通一体化。

2.3.3 电力领域应用现状

我国电力系统调度采用的是分级调度模式,按照地理位置和电压等级分为大区电力系统调度、省级调度和地区调度三级。指挥调度在电力管理领域主要发力点在于“平时”对电力资源的监控,调度员可执行正常调度职能,“战时”应急管理,对事故发现、处理、抢修、恢复、救援等工作。而从技术的角度,一般以电网拓扑为底图采用可视化指挥技术综

合显示WAMS、DTS、OMS以及变电站视频监控信

息等要素。

我国电网建设是随社会发展逐渐完善的,电网结构以及设施本身的复杂性、多样性也提高了电力一体化指挥调度体制建立的难度。另外,电力的不宜大量储存性决定了电力应急指挥调度应在预警、预测方面更加完善。

2.3.4 其他领域应用现状

指挥调度在防汛抗旱、抗震、防疫等诸多业务领域均有丰富实践,如,防汛抗旱指挥调度系统、地震应急指挥系统、监狱可视化指挥调度系统、疾控中心应急指挥系统等,但以一体化思想来统领的指挥调度却是刚起步状态,这一方面源自于业务发展和信息化是一个互相促进的过程,因为业务的发展非一筹而就,传统业务虽从职责上有明确分工,但在数据领域,如果以同样的理念进行处理,那么造成信息孤岛则是必然,从技术角度进行一体化首

先面对的是大量同类不同质数据的标准化处理。另一方面,一体化指挥调度理论也在不断发展,欲将理论应用至实际业务中,也需要革新思想,统筹看待业务和技术的一体化。

3 一体化指挥调度的发展趋势

3.1 智能化

从图灵时代到搜索时代再到认知时代,人工智能理论不断完善、技术不断进步,究其本质人工智能就是赋予非生物作战体系一定程度的指挥决策能力

和自主行动能力[24]从而形成一股新的力量并参与至

人类活动中,从而减少或替代人的重复性劳动。这个本质决定了人工智能在一体化指挥调度领域亦会占据越来越重要的地位,主要表现在如下方面:

(1)在感知域,传统监控、拍照、监测等传感

技术会逐步向智能感知去演进,所感知并返回的内容不再是单纯的信号,而是感知对象特征(诸如人和车牌属性等);接警机器人会应用至简单、繁琐、重复性的劳动中。当智能感知被应用至一定程度,感知的数据和经验、知识结构、模型参数进行智能融合、求解,并与主体产生关联就会得到信息。在该过程中,人的参与度随智能化应用深度以及经验积累程度会逐渐降低。

(2)在认知域,人工混合智能以知识图谱为基石,可对态势进行准确研判并以AI指挥助手的角色

辅助指挥者制定决策;智能预案的应用可极大提高行动效率以及准确度。智能化参与认知过程即为无人化指挥决策,但无人化指挥决策具有相对性,完全不需人参与的指挥决策很难达到。在目前指挥调

度领域无人化指挥决策发展的主要目标是AI指挥

员助手。

(3)在行动域,以往靠人力去执行的部分任务

会被赋予智能的机器或设备所替代。这包括两层含义,第一层含义是把机器作为人的延伸去行动,比如工厂的制造机器人;另一层含义是未来接收指令并采取行动的活动会向各类智能机器转移。随着科技发展未来会赋予机器人越来越多的语言、心理和神经认知能力。

3.2 平台化+微应用

传统信息系统开发模式均以业务为核心,强调系统架构、功能、数据以业务为主线,在一个较长 的历史时期内,这种模式对业务起到支撑作用的同时也伴随着推倒重建、完善以及废弃等状态,这种状态的根本原因在于技术支撑与业务应用耦合度过高,而解决这个问题的重要路径就是采用平台化+微应用。

(1)基于大数据和云计算的平台化。通过把通信作为资源、将现有的平台(如:PGIS平台、位置服

务平台等)作为资源、将图像、话音和格式化数据作为资源、将应用软件作为资源,形成资源全局化、服务全局化的云计算平台。实现在指挥调度过程中准备阶段可以按需、快速、随机应用生成和资源协调,在执行阶段可以按需、随机和动态调整调整,在总结阶段可以进行汇总、分析及资源回收。

(2)具备随需定制能力的微应用。微应用本身

是业务架构术语[26],其主要目标是为应为对一体化

指挥调度业务场景需求的多变性,以平台化为基础,可随需进行业务应用构建、应用、销毁,具有建设快、见效快的特点,同时应用所产生的数据反馈至大数据平台,形成完整数据生态,为其他应用服务。

3.3 网络化

网络化的实质是采用计算机技术、通信技术等将现代通信、电子计算机、信息资源三者联合起来以

达到共享利用软件、硬件以及信息资源的目的[22]。涉

及的关键技术包括互联网、物联网、智联网等。

(1)端+网+云会成为网络化重要表现形式之

一。云是“大脑”,是一个能量聚集地,所有运行在其之上的信息、系统均可在合适的时间、合适的场景以合适的方式为终端赋能;端是“肢体”,是用户接收云能力的“窗口”,目前受制于硬件能力,在端之上运行的应用一般以“微计算”或“瘦终端”形式体现;网则是“神经”,所有数字信号和控制指令的传输均由云通过网再到终端。笔者认为,未来的云应智能、主动识别端的需求,从而实现“我知道你需要什么”,而不是目前的请求-反馈模式。

(2)网络化的另一个重要趋势是无线自组网

的应用。所谓自组网是由具无线收发装置的节点临时组成的网络拓扑结构,主要应用于无可用网络

基础设施的情况,主要技术包括Mesh,zigbee, Bluetooth,wi-fi等。指挥调度领域现场指挥场景

较多,自组网技术的应用在提供将云的能力“送至现场”的通道的同时,对行动域掌握现场情况也不

可或缺。

(3)物理网向智联网迈进。所谓智联网是以知识互联为核心,通过信息传感设备,实现人机物的

[23]

语义链接,其本质是一个信息物理系统(CPS) 。对指挥调度来说,智联网的应用是智能感知的基础,是指挥调度情报收集的重要源头。

3.4 立体可视化

人脑右半球主管形象思维,科学研究证明人对形象思维的记录效率要远远高于对文字记录效率,在指挥调度中,一张态势图所含知识量以及信息传输速度要远远高于用上千字文字描述的现场情况。常见的诸如地图、图表等可视化技术形式,笔者不再一一赘述,只简要描述基于智能化的立体可视化发展愿景。

(1)空天地一体的三维态势。目前指挥中心对现场态势的理解是基于视频、地图等二维显示技术,做不到对空中、空间和地景三维一体的全视角

理解[25]。三维态势是用数字高程、矢量图层等技术构建的多维数据融合体,未来指挥员不必再从大量文字、多媒体情报中进行知识提取、聚类、分析,可直接从三维态势中获取海量信息。

(2)增强现实(AR)和虚拟现实(VR)。指挥调度场景的可视化是重要研究方向,采用基于现实

世界叠加虚拟信息(AR)或基于模拟环境的虚拟现实(VR)建立对场景的直观认知,并建立以交互为核心的沟通渠道,其目标是提高指挥调度参与者的临场感、沉浸感体验,使决策更精准、指令更具体、行动更明确。

4 结束语

指挥调度业务的一体化要求参与认知交互空间的主体必须拥有相对共性的知识,这个要求必然会催生行业大数据平台的构建以及技术的发展,而大数据、云计算、人工智能等各类技术的发展则对一体化指挥调度提供强有力的支撑,推动了诸如“公安情指一体化”等业务变革。在应用一体化指挥 调度过程中需要理性,不能就技术谈技术,应视其为一种理念,并将这种理念以业务为先导,用技术去贯彻,在实践中检验并持续校正。■

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图1一体化指挥调度框架概念模型

图2一体化指挥调度总体架构

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