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通用设计:指挥调度系统——复杂行动的大脑与神经

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指挥与调度系统能大幅提高行动的整体性,协调性,并能根据提前推演出的预案解决实际行动时决策困难的问题。本篇文章分享指挥调度系统的设计方案与模型处理步骤,带领我们更具体地了解指挥调度系统的组成设计。

背景

对于B端或G端用户,我们描述了数据共享平台(用户数据的采集与整理),信息展示系统(数据的展示)的设计思路,在这篇文章中将侧重于描述信息的传递与应用。这里指的不是大数据层面的应用,而是指通过信息在端与中心,端到端间的传递,实现指挥作业,调度调控的价值。

应用场景

该系统的应用场景多出现在:需要多维时空信息用于决策;多人参与;人员动作需及时根据态势进行调整。如火灾、地震、海啸救援,危爆品事件处理,海上营救,群体事件处理等复杂场景。

注:本设计与信息展示,数据采集不能分离,为保证系统的完整性,可能某些内容会与笔者其他文章稍有重合。

用户痛点

现有行动支持系统整合力度不够,导致信息不统一,传递不通畅。

现有指挥系统智能化水平不足,主要侧重于信息的展示,指挥侧与队员侧联动不足。

行动演习和预案的推演灵活性不足,预案不能很好地指导真实行动。

设计目的

主要用于重大事件行动、复杂情况处置等情景的推演及调度,包括训练情境及实际指挥情境。运用信息化手段辅助组织实施和控制演练,为行动方法研究、行动方案预案推演提供手段。同时可用于实际行动的指挥调度。

建设目标

系统按照“导、控、评、教、演、训”等实际训练要求进行顶层设计,明确指挥调度训练使用适应性指标范围,明确“导、控、评、教、演、训”各类技术要求使用指标。

系统包含下列功能模块的对应的软件和硬件:系统数据库、指挥作业系统(规范化训练、人员管理、现场综合信息接入与展示、多方基于一张图的在线会商与协同标绘、现场指挥调度、行动资源管理与调度等)、环境态势生成系统、模型库、推演引擎、显示系统、中央连接平台、辅助指挥系统(分析研判、数字预案、行动方案智能提醒以及知识及案例检索等)、综合演练业务管理系统(理论培训、设施设备培训、现场培训、案例培训、场景培训等)等。

主要功能

(1)支持行动人员演练过程的调度及行动方案的推演。

(2)具备二维态势和三维情景展现的功能。

(3)采用定量和定性的方法对行动进行综合评估。

(4)采用实时通信架构建立系统的通信支撑平台,可扩展接入其他的外部系统。

(5)具备指挥调度功能,包括指令的下发、任务进程及状态监控、任务执行情况反馈上报等功能。具备文书、图像、音视频等多种指挥手段。

(6)驱动整个推演调度系统按照推演剧情正常开展。

(7)将行动过程中的态势信息数据进行图形化的分布式表现,使态势推演过程中动态变化的实体及其交互信息及时显示,表现各个单元的行动状况,为指挥人员提供行动过程的可视化界面。

(8)连接态势推演系统的各个子系统,负责各个子系统之间的通讯。

(9)导演调理。能够辅助导演部门研究制定演练方案,实时掌握演练情况,灵活设置演练条件,合理诱导演练进程,适时调理演练行动,有效提高调度效率,确保达成演练目的。

(10)指挥控制。通过计算机网络、数据网,能够实现调度指挥中心与调理人员、模拟训练保障人员、指挥机构、受训分队、受训人员之间的图像、音频、文本等数据信息的。

双向传输,辅助演练指挥部全面掌握参训力量情况,实时监控训练进程,有效控制安全风险,及时处置突发情况,确保训练活动有序进行。

(11)行动裁决。能够辅助演练导演部门研究制定演练规则与裁决标准,实时客观裁定各类行动效果,并将结果交由仿真模块实时解算相关数据,保证演练连贯持续进行。

(12)分析评估。能够辅助演练导演部门研究制定评估方案,采集整理评估数据,通过定性与定量结合的综合分析,科学评估受训分队的训练效果和行动能力;能够统计分析演练历史数据,辅助开展作业实验、模型校验和数据生产。

(13)仿真推演。以事件仿真为基础,结合人员仿真、行为决策仿真、行为效能裁决评估等模型,能够辅助训练基地开发人员行动、指挥控制、装备效能、事件场景、危害程度等数据模型,为行动方案预案推演提供手段条件。

(14)设计行动队伍及装备管理模块,该模块应具有档案建立及管理、情况统计、信息查看、地理信息展示等功能,并预留外部接口。

(15)设计用于实现信息获取、分析和展示的现场综合信息接入、分析与一张图展示模块,该模块可扩展添加目标数据信息,自动获取训练及演练过程中数据信息。

(16)为信息指令及时、准确传达提供有效技术手段,可实现各行动队之间的音视频会商与事件态势的发展推演与统一展现的基于一张图的多方、异地在线会商与协同标绘模块,应包括基础信息数据展示、行动一张图、协同标绘、会商控制、信息定向发送、音视频会商、文字会商、态势回放等功能。

(17)设计指挥调度模块,应包括即时指挥调度、任务方案生成与下发、任务跟踪及任务执行情况反馈等功能。

(18)具有资源管理与维护、需求估算、调拨、跟踪等功能。

(21)设计规范化训练系统,支持标准文书生成。

(22)系统可自动获取、接收行动现场气象、视频、环境监测、人员与装备位置信息等实时数据。系统可接入场景模拟系统。

(23)应设计演练指挥决策、分队行动、处置效果、特情处置等考核评估模块。

(24)具备行动动态行动态势图功能。具备行动行动指挥决策、人员编成、态势分析评估等功能,为决策提供科学依据。

系统组成

1. 行动指挥作业分系统

行动指挥作业系统是指对人员装备单元、行动过程的描述规范及其相应的辅助描述工具。其功能主要是将行动命令转化为统一规范化的技术文档,以便指挥者和行动人员间进行沟通。具备行动指挥调度功能,包括指令的下发、任务进程及状态监控、任务执行情况反馈上报等功能。

在行动指挥作业系统中涉及的关键技术主要包括行动想定的拟制和描述规范的确立。行动想定的拟制包括给出行动态势推演调度系统的背景和原则,结合不同推演调度应用要求,设计和制定方案,包括场景、装备种类、人员数量、指挥体系、流程设定等内容。主要包括通报、命令、指示、请示等,是事件行动模拟系统指挥调度中心的重要组成部分,该系统能够根据受训者输入的关键字,自动生成规范、简洁、明了的指挥文书和指令,并在训练演练中传输,使受训者尽快掌握事件行动指挥需要拟制和传递的文书类型,以及这些文书的格式和内容。具备文书、图像、视音频等多种指挥手段。

2. 态势生成分系统

态势生成分系统是综合信息展示的平台,汇集指挥对象、参训人员、目标场景、行动分队各级各类信息。该系统具备如下功能:

1)行动态势图定制和自动生成功能;

2)态势信息融合功能;

3)态势协同功能;

4)信息查询功能

5)加载其他系统信息功能等。

3. 综合演练分系统

系统平台具有模拟演练与现场指挥一体化,指挥过程信息化、决策过程智能化,演练效果量化评价等特点。平台由六大系统组成:导演系统、调理系统、行动行动模拟系统、评估系统、综合演练业务平台、综合演练专用通讯网等建设。

导演系统负责制定演练准备阶段的演练计划制定,包括制定演练内容、流程、时间等,并总体协调参演待各单位行动职责。调理系统负责下达上级指挥部门待指令,同时上传其所在分队的现场状况。行动模拟系统是行动训练中心的核心,通过指挥系统综合事件演化过程进行指挥,行动分队根据指挥部门的指挥完成行动行动。

评估系统是基于训练过程中采集的各种数据的分析,实现训练过程智能化量化评估,为训练方案的优化提供科学依据的重要手段。综合演练业务平台是行动行动模拟训练待数据采集、处理、存储的管理中心,对训练涉及待组织结构、人员、物资和业务数据等进行统一管理,为其他各个系统提供全面的数据支撑。综合演练专用通讯网是实现训练指挥通讯、现场监控的关键手段。

4. 辅助决策分系统

辅助决策分系统主要帮助行动人员快速熟悉整个行动过程的指挥模式与内容,并为资源调度和人员部署提供决策支持。基于数字化预案技术,基于对预案、案例和知识等的数字化分解录入,在过程中记载当前事件进程,智能推送任务提供逻辑关联信息,引导行动人员了解行动程序及任务内容。

具备资源管理与维护功能,根据事件情景对资源进行需求估算、调拨、跟踪;具备行动处置队员和装备管理、编成需求分析、态势分析评估等功能。

5. 综合管理分系统

综合管理分系统主要实现系统权限管理和数据管理,系统权限管理主要实现系统配置及安全权限管理,数据管理主要实现基础信息数据、地理信息数据、监测数据、在线会商数据、演练管理数据、预案案例知识数据、民情社情等数据的管理。

6. 基础支撑平台

基础支撑平台由软硬件组成,其中软件部分包括数据库管理系统、地理信息系统和应用中间件,硬件部分包括集成显示系统、数字会议系统、服务器等。平台为行动行动指挥与调度系统提供软硬件支撑,为指挥人员提供方便快捷的综合指挥调度手段。

7. 模型库

模型库是用来存储系统所需模型的数据库,其功能是为行动态势推演调度提供模型支持。模型库由推演调度模型库和标志库组成。推演调度模型库包括事件环境模型、行动装备模型、人员编成模型、行动流程模型、任务分工模型、演示模型等,用于支持推演调度系统的正确运行。

标志库则是存储符合行动标准的图形和符号的数据库,其作用是在推演调度系统中标识人员编制和配置、装备物资及行动计划。

8. 推演引擎

推演引擎是对整个推演调度系统进行调度、控制和数据记录的软件系统,其功能是驱动整个推演调度系统按照推演剧情正常开展。

其逻辑组成主要包括模型调度器、推演控制器以及数据记录器:

  1. 模型调度器根据剧情生成器生成的剧情调度模型;
  2. 推演控制器则控制推演的时间、步长,并提供人机交互界面,以便在推演的过程中进行人工控制;
  3. 数据记录器记录推演的数据结果,以供推演结束后进行相关查询。

推演引擎涉及的关键技术是模型调度器、推演控制器和数据记录器的设计与实现。推演流程设计管理数据库、接口模型管理数据库、推演调度管理数据库、基础资源。

9. 显示系统

显示系统的功能是将行动过程中的态势信息数据进行图形化的分布式表现,使态势推演过程中动态变化的实体及其交互信息及时显示,表现各个单元的行动状况,为指挥人员提供行动过程的可视化界面。

主要结构包括标号管理模块、表现输出模块、推演实体管理模块和地图管理模块:

  1. 标号管理模块对表现推演实体的标号进行管理和调用;
  2. 表现输出模块对输出的形式如二维、三维等进行管理和协调;
  3. 推演实体管理模块对行动态势推演中的推演实体进行建模和模型管理;
  4. 地图管理模块对推演中的地图进行管理和调用。

显示系统涉及的关键技术包括显示系统与其他系统的接口设计,态势动态表现技术,通用地图接口和图元接口的设计,行动态势的多角度、多方式输出和表现技术。

10. 中央连接平台

中央连接平台的功能是连接态势推演系统的各个子系统,负责各个子系统之间的通讯,是行动态势推演系统的“生命线”。中央连接平台的关键技术是其实现技术。当前比较成熟的实现技术有CORBA软件总线技术、分布式网络技术和数据库管理系统等,还可直接利用较成熟的HLA体系中的RTI支撑环境。

系统架构:

系统流程:

系统应用人员逻辑上划分为调度指挥中心、指挥机构、受训分队、评估调理人员等,旨在检验参训指挥机构及受训人员的行动现场效果。具体流程如下:

(1) 调度指挥中心根据规范化的技术文档,制作演练方案,包括演练内容及计划、演练态势推演的调度剧本、评估方案及评价规则等。

(2) 调度指挥中心通过综合演练业务管理系统将演练计划(演练内容、流程、时间、各分队的职责等)分发给相关受训分队及参训指挥机构,并协调参训各单位的演练。

(3) 调度指挥中心将评估方案及评价规则录入综合演练评估评定管理系统,作为演练结束后的评价分析依据。

(4) 系统调用模型库(包括态势符号库)、中央连接平台(负责各个子系统间的通信),结合行动态势生成系统及推演引擎进行行动态势的生成,驱动整个推演调度系统按照推演剧情正常展开、进行。

(5) 参训指挥机构通过显示系统获取当前行动态势,结合辅助指挥系统进行行动指挥。

(6) 行动指挥作业系统将行动操作命令转换为规范化的指挥文书或指令。

(7) 指挥部门调度人员,将规范化的指挥文书或指令,通过综合演练业务系统下达给相应的参训分队。

(8) 参训分队及人员,通过综合演练业务管理系统获得上级指令,参训分队在现场执行指令,完成任务。

(9) 参训分队将分队的现场状况,通过综合演练业务系统进行上传。

(10) 系统平台通过态势生成系统、推演引擎将得到的分队现场状况,进行事件态势的驱动,期间调度指挥中心,可进行相关的人工控制。通过显示系统反应给参训指挥机构。

(11) 系统平台,实时记录演练过程中的相关数据,包括态势发展数据、参训指挥机构与参训分队的操作、应变数据等。

(12) 演练结束,根据记录的数据,以及评价方案和评价规则,对参训指挥机构及受训分队的行动效果进行综合评价,输出评估报告,评估报告以图表、曲线、文字等方式,综合描述演练行动过程中的各个指标完成情况。

系统流程图:

总结

指挥与调度系统能大幅提高行动的整体性,协调性,并能根据提前推演出的预案解决实际行动时决策困难的问题,通过良好的人机界面,敏捷的信息推送,智能的行动辅助,促进了指挥侧与队员侧行动的良好执行。

 

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