CN103093035B - 用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统，其特征是，包括推演想定编辑器、推演服务管理器和推演客户端，所述推演想定编辑器将信息传输给推演服务管理器，所述推演客户端包括推演方客户端和导调方客户端，所述推演服务管理器与推演客户端的推演方客户端和导调方客户端都是双向通信。本发明还公开了用于城市危机应急决策演练的计算机仿真方法。本发明的有益效果：有效的解决了常规仿真系统的局限性，该系统用计算机仿真的方法代替目前通常采用的实战演习方法，使得在低投入成本的前提下就能进行应对城市危机的各种应急决策演练，并能实现实战演练难以进行的各种情景演习，超出预期的演练效果。

Description

用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真、人工智能和系统评价领域，尤其涉及用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统及仿真方法。

背景技术

随着我国城市化的高速发展，使得人口和经济迅速向城市集中。由于城市是地区的政治、经济、文化和科技中心，具有人口集中、产业集中、财富集中、建筑物与构筑物集中和各种灾害集中的特点，一旦发生事故灾害，将造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前，我国社会和经济飞速发展过程所带来的各类突发危机事件加上自然灾害所引发的各类危机事件日渐频繁，公共安全事件对人民群众的生命安全和社会经济的威胁表现的日益突出,应急管理已经上升到国家关注层面。我国在安全设施建设和安防能力培养等方面还不够成熟，虽然涌现了大量可歌可泣的救援事迹，但是依旧给我们带来了巨大的经济和人员损失。目前，在我国突发公共事件所包含的自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件每年造成非正常死亡超过20万人，伤残超过200万人，经济损失超过6000亿人民币，公共安全形势严峻。我们应该大力发展科学的应急决策方法，并进行科学的训练和指导，做到“平战结合”，才能在突发危机事件的处理过程中从容应对，将损失减小到最小。

我国虽然颁布和制定了一系列应急决策预案，但是这些预案的有效性缺乏科学的验证体系和具体实施的灵活性指导。另外，城市危机通常具备事件的突发性、环境的复杂性、时间的紧迫性和信息的不完备性等特点，因此，这些应急决策预案能否在危急时起到应有的作用，或者能起到多大的作用，哪些方面还存在改进的空间，这些问题都难以回答，除了由专家进行定性审核外，只能由残酷的现实来检验了。

兵棋推演来自于军队进行实兵演练的纸上作业系统，起源于1811年，普鲁士宫廷战争顾问冯-莱茨维兹发明了一种用沙盘、地图、棋子和计算表模拟军队交战过程的器材，取名为WARGAME（兵棋）。它是一种作战模拟，实质上相当于仿真系统，是用于实际问题的仿真模拟和推演计算。兵棋推演相比其他系统分析方法具有很强的实际可操作性和定量辅助分析能力。通过兵棋推演手段对危机情景与进程进行模拟，以起到评估和发现漏洞、瓶颈的作用，可以在低成本的情况下来评估高风险和高价值的事件，从而预测方案的可行性和发现预订方案的漏洞。

计算机仿真技术由于可以充分模拟各种真实情况，快速准确的进行复杂状态的仿真而日益受到重视，但由于城市危机的发生涉及到众多不确定因素，缺乏成熟可行的模型和算法，因此，在常规的计算机仿真系统中，难以对形势多变的城市危机情景进行真实的模拟，另外，演练人员应急决策的行动及其对危机防控的效果也难以在计算机仿真系统上实现。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统及仿真方法，有效的解决了常规仿真系统的局限性，该系统用计算机仿真的方法代替目前通常采用的实战演习方法，使得在低投入成本的前提下就能进行应对城市危机的各种应急决策演练，并能实现实战演练难以进行的各种情景演习，超出预期的演练效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统，包括推演想定编辑器、推演服务管理器和推演客户端，所述推演想定编辑器对想定信息（演练脚本）进行编辑，该想定信息由推演服务管理器进行加载，所述推演服务管理器与推演客户端的推演方客户端和导调方客户端都是双向通信。

所述推演想定编辑器包括应急演练的电子沙盘；所述电子沙盘包括演练场所的地理信息输入模块、仿真灾害信息输入模块和关键事件信息输入模块。

所述推演服务管理器包括想定载入模块、回合演算模块、事态模拟模块、行动命令接收模块、行动命令裁决模块、演练效果评价模块、综合计算模块、数据库模块、通讯模块；所述想定载入模块将从电子沙盘获取信息并将信息送入回合演算模块进行演算，所述事态模拟模块从回合演算模块获取数据并对事态进行模拟演示，所述事态模拟模块将信息送入演练效果评价模块进行评价，演练效果评价模块将数据送入综合计算模块进行计算，最后计算后的结果存入数据库模块，同时将相关结果通过通讯模块向推演客户端广播发送，推演客户端从数据库模块获取需要的数据，推演客户端向行动命令接收模块发送命令数据，行动命令接收模块将数据送入行动命令裁决模块，行动命令裁决模块将数据送入事态模拟模块进行模拟。

所述推演想定编辑器的想定信息（包括电子沙盘、演练脚本等）以文件的形式由推演服务管理器的想定载入模块进行加载。

所述推演客户端包括推演方客户端和导调方客户端，接收推演服务管理器的通讯模块发来的通讯数据。

上述用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统所采用的仿真方法，具体分为如下步骤：

步骤(1):分别向推演想定编辑器的地理信息输入模块、仿真灾害信息输入模块和关键事件信息输入模块输入想定的演练场所的地理信息、仿真灾害信息和关键事件信息，以构造演练脚本；

步骤（2）：所述推演服务管理器的想定载入模块载入推演想定编辑器生成的想定信息，回合演算模块对城市危机的发展状况进行回合演算，事态模拟模块对事态发展的动向进行模拟，行动命令接收模块接收各推演客户端提交的应急决策产生的行动命令，行动命令裁决模块按照推演规则对行动命令进行裁决，同时演练效果评价模块从事态模拟模块获取数据给出相应的评价分数，最后综合计算模块进行综合计算作为演练成绩；向各推演客户端推送推演仿真计算的结果，以作为态势更新数据；记录推演过程中关键数据的变化情况到数据库模块中，便于进一步查询、统计分析和复盘回放；

步骤（3）：所述推演客户端用于显示演练的电子沙盘，并有选择性地显示推演方权限之内的信息，所述推演方客户端能够交互式的操作系统数据，用于反映演练者的应急决策方案；所述导调方客户端能够调整系统中的参数，用于控制演练的过程和评价演练效果，查看推演的结果统计信息，所述推演的结果统计信息包括决策行动的效果值和危机灾害的破坏值。

所属步骤（1）中的演练场所的地理信息输入模块输入的演练场所的地理信息包括位置、地形；所述仿真灾害信息输入模块输入的信息包括灾害发生的时间、地点、类型、灾害强度；所述关键事件信息输入模块输入的信息包括关键事件发生的条件、类型、时间、地点；

所属步骤（3）中的推演方权限之内的信息包括推演者所处的地理位置附近的灾害情况、资源情况，以及推演者采取调查、侦察、监测等命令手段获取的相关信息。

本发明的有益效果：

1、有效的解决了常规仿真系统的局限性，该系统用计算机仿真的方法代替目前通常采用的实战演习方法，使得在低投入成本的前提下就能进行应对城市危机的各种应急决策演练，并能实现实战演练难以进行的各种情景演习，超出预期的演练效果；

2、该系统能够模拟火灾、城市内涝、有毒化学物质泄露、群体事件等各种城市危机情景的发生、发展和消除过程，并允许演练组织者能够控制和调节危机的变化；

3、该系统能够对演练人员所做出的应急决策行动进行模拟执行，同时将执行结果在系统上进行形象的展现，并允许演练组织者能够对决策行动的执行效果进行相应的调整以准确反映演练者的决策能力。

附图说明

图1为本发明的各个模块连接框图；

图2为应急演练的电子沙盘内部模块示意图；

图3为推演服务管理器内部模块示意图；

图4为推演客户端内部模块示意图；

其中，1、推演想定编辑器，2、推演服务管理器，3、推演方客户端，4、导调方客户端，5、地理信息输入模块，6、仿真灾害信息输入模块，7、关键事件信息输入模块，8、想定载入模块，9、回合演算模块，10、事态模拟模块，11、演练效果评价模块，12、综合计算模块，13、数据库模块，14、推演客户端，15、行动命令接收模块、16、行动命令裁决模块、17通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统，包括推演想定编辑器1、推演服务管理器2和推演客户端14，所述推演想定编辑器1对想定信息进行编辑，该想定信息由推演服务管理器2进行加载，所述推演服务管理器2与推演客户端14的推演方客户端3和导调方客户端4都通过通讯模块17进行双向通信。

上述用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统所采用的仿真方法，具体分为如下步骤：

步骤(1):分别向推演想定编辑器1的地理信息输入模块5、仿真灾害信息输入模块6和关键事件信息输入模块7输入想定的演练场所的地理信息、仿真灾害信息和关键事件信息，以构造演练脚本；

步骤（2）：所述推演服务管理器2的想定载入模块8载入推演想定编辑器1生成的想定信息，回合演算模块9对城市危机的发展状况进行回合演算，事态模拟模块10对事态发展的动向进行模拟，行动命令接收模块15接收各推演客户端14提交的应急决策产生的行动命令，行动命令裁决模块16按照推演规则对行动命令进行裁决，同时演练效果评价模块11从事态模拟模块10获取数据给出相应的评价分数，最后综合计算模块12进行综合计算作为演练成绩；向各推演客户端14推送推演仿真计算的结果，以作为态势更新数据；记录推演过程中关键数据的变化情况到数据库模块13中，便于进一步查询、统计分析和复盘回放；所述推演规则根据实际情况来确定；

步骤（3）：所述推演客户端14用于显示演练的电子沙盘，并有选择性地显示推演方权限之内的信息，所述推演方客户端3能够交互式的操作系统数据，用于反映演练者的应急决策方案；所述导调方客户端4能够调整系统中的参数，用于控制演练的过程和评价演练效果，查看推演的结果统计信息，所述推演的结果统计信息包括决策行动的效果值和危机灾害的破坏值。

所属步骤（1）中的演练场所的地理信息输入模块5输入的演练场所的地理信息包括位置、地形；所述仿真灾害信息输入模块6输入的信息包括灾害发生的时间、地点、类型、灾害强度；所述关键事件信息输入模块7输入的信息包括关键事件发生的条件、类型、时间、地点；

所属步骤（3）中的推演方权限之内的信息包括推演者所处的地理位置附近的灾害情况、资源情况，以及推演者采取调查、侦察、监测等命令手段获取的相关信息。

如图2所示，所述推演想定编辑器1包括应急演练的电子沙盘；所述电子沙盘包括演练场所的地理信息输入模块5、仿真灾害信息输入模块6和关键事件信息输入模块7。

如图3所示，所述推演服务管理器2包括想定载入模块8、回合演算模块9、事态模拟模块10、行动命令接收模块15、行动命令裁决模块16、演练效果评价模块11、综合计算模块12、数据库模块13、通讯模块17；所述想定载入模块8将从电子沙盘获取信息并将信息送入回合演算模块9进行演算，所述事态模拟模块10从回合演算模块9获取数据并对事态进行模拟演示，所述事态模拟模块10将信息送入演练效果评价模块11进行评价，演练效果评价模块11将数据送入综合计算模块12进行计算，最后计算后的结果存入数据库模块13，同时数据库模块13将相关结果通过通讯模块17向推演客户端14发送，推演客户端14通过通讯模块17从数据库模块13获取需要的数据，推演客户端14向行动命令接收模块15发送命令数据，行动命令接收模块15将数据送入行动命令裁决模块16，行动命令裁决模块16将数据送入事态模拟模块10进行模拟。

所述推演想定编辑器1的想定信息（包括电子沙盘、演练脚本等）以文件的形式由推演服务管理器2的想定载入模块8进行加载。

如图4所示，所述推演客户端14包括推演方客户端3和导调方客户端4，接收推演服务管理器2的通讯模块17发来的通讯数据。

城市危机应急决策演练的目的就是在危机事件发生时，推演者需要根据事件发展的具体态势和相应的资源情况进行应急决策，演练者要在最短的时间内把相关人员和物资安排到位，并采取相应的疏散、救援、救灾等行动，在最大程度的保护生命财产安全、维持社会稳定的前提下遏制并消除危机。

在使用本仿真系统进行城市危机应急决策演练时，首先对参与演练的人员进行分组，分为导调方和推演方两类。导调方由组织者和专家组成，负责对演练的内容和环境参数进行初始设定，以及在演练过程中对内容和参数进行调整；推演方由演练人员组成，可以根据职责或任务分工进行进一步分组，负责在演练过程中针对现场态势的发展进行决策和应对；本发明涉及的计算机仿真系统扮演了演练过程中的结果裁决、推演的对立方（灾害）模拟等功能和角色。

演练从初始想定开始，即本发明所涉及的计算机仿真系统将城市危机的初始态势进行描绘，包括危机信息（包括危机发生的时间、地点、类型、强度等）、人员信息（包括受灾人员和救灾人员的位置、人数、伤亡程度等）、资源（包括救灾物资和设施的位置、数量等），这些信息以图形化的形式在电子沙盘上进行显示，并辅以相关的参数化显示，仿真系统会根据模拟真实环境情况的需要对推演方隐藏部分信息，而导调方由于专家评判的需要则能够看到全部的信息。

推演方根据自己通过推演方客户端3获知的危机态势进行应急的决策，采取相应的行动来遏制和消除危机及其带来的损失。这些行动在推演方客户端3通过人机交互的方式输入计算机并发送到推演服务管理器2，仿真系统对这些行动进行模拟执行，并进而对这些行动所影响的相关参数进行计算调整，结合危机模型的计算形成了危机发展新的态势，这种态势再由推演服务管理器2广播传送到各推演客户端14以保持参数的一致性。

导调方也可以通过导调方客户端4的人机交互界面，调整仿真系统中的参数，以控制演练的过程和评价演练的效果，调整的参数提交到推演服务管理器2，再由推演服务管理器2广播传送到各推演客户端14以保持参数的一致性。

演练过程以回合制的形式进行，每个回合的推演时长代表计算机仿真的周期。

仿真系统对应急决策的各级行动进行相应的评价得分，根据得分的情况可以评价演练者应急决策的能力评估。

推演结束后，为了总结、学习和改进，可以利用数据库模块13记录的信息进行复盘分析。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.用于城市危机应急决策演练的计算机仿真系统所采用的仿真方法，其特征是，所述系统包括推演想定编辑器、推演服务管理器和推演客户端，所述推演想定编辑器对想定信息进行编辑，该想定信息由推演服务管理器进行加载，所述推演服务管理器与推演客户端的推演方客户端和导调方客户端都是双向通信；所述推演想定编辑器包括应急演练的电子沙盘；所述电子沙盘包括演练场所的地理信息输入模块、仿真灾害信息输入模块和关键事件信息输入模块；所述推演服务管理器包括想定载入模块、回合演算模块、事态模拟模块、行动命令接收模块、行动命令裁决模块、演练效果评价模块、综合计算模块、数据库模块、通讯模块；所述想定载入模块将从电子沙盘获取信息并将信息送入回合演算模块进行演算，所述事态模拟模块从回合演算模块获取数据并对事态进行模拟演示，所述事态模拟模块将信息送入演练效果评价模块进行评价，演练效果评价模块将数据送入综合计算模块进行计算，最后把计算后的结果存入数据库模块，同时将相关结果通过通讯模块向推演客户端广播发送，推演客户端从数据库模块获取需要的数据，推演客户端向行动命令接收模块发送命令数据，行动命令接收模块将数据送入行动命令裁决模块，行动命令裁决模块将数据送入事态模拟模块进行模拟；所述推演想定编辑器的想定信息以文件的形式由推演服务管理器的想定载入模块进行加载，所述想定信息包括电子沙盘或演练脚本；所述推演客户端包括推演方客户端和导调方客户端，接收推演服务管理器的通讯模块发来的通讯数据；

所述方法分为如下步骤：

步骤(1):分别向推演想定编辑器的地理信息输入模块、仿真灾害信息输入模块和关键事件信息输入模块输入想定的演练场所的地理信息、仿真灾害信息和关键事件信息，以构造演练脚本；所述演练场所的地理信息输入模块输入的演练场所的地理信息包括位置、地形；所述仿真灾害信息输入模块输入的信息包括灾害发生的时间、地点、类型、灾害强度；所述关键事件信息输入模块输入的信息包括关键事件发生的条件、类型、时间、地点；

步骤(2)：所述推演服务管理器的想定载入模块载入推演想定编辑器生成的想定信息，回合演算模块对城市危机的发展状况进行回合演算，事态模拟模块对事态发展的动向进行模拟，行动命令接收模块接收各推演客户端提交的应急决策产生的行动命令，行动命令裁决模块按照推演规则对行动命令进行裁决，同时演练效果评价模块从事态模拟模块获取数据给出相应的评价分数，最后综合计算模块进行综合计算作为演练成绩；向各推演客户端推送推演仿真计算的结果，以作为态势更新数据；记录推演过程中关键数据的变化情况到数据库模块中，便于进一步查询、统计分析和复盘回放；

步骤(3)：所述推演客户端用于显示演练的电子沙盘，并有选择性地显示推演方权限之内的信息，所述推演方权限之内的信息包括推演者所处的地理位置附近的灾害情况、资源情况，以及推演者采取调查、侦察、监测命令手段获取的相关信息；所述推演方客户端能够交互式的操作系统数据，用于反映演练者的应急决策方案；所述导调方客户端能够调整系统中的参数，用于控制演练的过程和评价演练效果，查看推演的结果统计信息，所述推演的结果统计信息包括决策行动的效果值和危机灾害的破坏值。