CN114093111A - 森林火灾救援空地一体化指挥调度系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了森林火灾救援空地一体化指挥调度系统及方法,涉及应急管理与航空救援技术领域,该方法能够将多个不同来源的火情相关数据、空中和地面救援力量数据进行融合,形成统一、动态更新的火场态势场景,有利于联合指挥中心高效、及时、准确地把握火情,便于开展一体化的空地协同救援指挥决策;还能将单纯依靠联合指挥部处个人经验的人工指挥决策,转化为基于人工智能的指挥系统辅助联合指挥中心开展决策,有助于充分挖掘火场救援历史大数据经验,提高森林灭火救援作战效能。
Description
技术领域
本发明涉及应急管理与航空救援技术领域,具体涉及森林火灾救援空地一体化指挥调度系统及方法。
背景技术
森林火灾对人们生命财产安全、国家林业资源安全构成重大的威胁,具有较大的社会影响。近年来,国家通过体制机制完善,在森林灭火队伍建设、技术能力提升等方面有了长足进步。
目前,森林火灾救援力量主要由空中力量和地面力量组成。其中,空中力量以应急航空救护队伍为主,采用固定翼或旋翼(包括直升机、旋翼无人机)航空器作为施救平台,可实施火场侦察、吊桶灭火等空中灭火作业,能够有效完成火线切断、火头控制等任务,具有机动灵活的特点,但容易受到航空器性能或作业时间限制(比如,无法进行夜航作业);地面力量以国家森林消防队伍和地方专业扑火队伍为主,解放军、武警、民兵应急分队等支援力量为辅,通常采用消防水车、背负式灭火装备等手段,贴近火线直接精准扑打,在火场管控、余火扑灭等方面优势显著,但效率较低、救援人员会面临一定的安全隐患,且施救区域容易受环境限制(比如,悬崖、深谷等处的散落火点通常无法徒步抵达)。
在森林火灾救援指挥过程中,基于“属地指挥、分级指挥、统一指挥、专业指挥”的原则,森林火灾救援指挥机构会成立联合指挥中心(可简称为“联指”)开展救援力量和资源的现场指挥。但是,以往救援工作在空地一体化的火情综合监视及研判、救援力量动态掌控、指挥调度决策以及作战效能评估等方面均存在一定的不足。具体表现为:1)火情研判未充分融合并利用空中和地面各种途径获取的火场监控数据,无法为联合指挥部领导提供精准实时、综合化的火场态势;2)空地救援力量掌控方面,依赖于前线指挥员的通报,不便于联合指挥部领导实时追踪救援队伍进度、以及直接与现场救援指挥员的实时沟通;3)指挥调度决策依赖联合指挥部领导的个人经验,未充分挖掘使用历史大数据,且基于人工智能的决策支持较弱;4)作战效能评估缺乏救援过程数据的支撑,以定性评估为主。
鉴于此,有必要借助信息化、人工智能技术、地理信息技术等,研发先进的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统及方法,充分整合空中和地面救援资源,支持实施空地一体化指挥调度,提升森林灭火作战效能。目前,一些机构正在进行与之相关的示范项目,但尚无成熟商用系统出现,国内在此方面的研究也刚起步。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,包括以下内容:
数据支撑系统:用于获取本系统运行所需的外部数据源;
数据融合系统:用于对获取的外部数据源进行融合处理;
联合指挥中心:联合指挥部通过联合指挥中心与指挥调度决策系统进行数据交互,并下发空地救援指挥决策;
救援现场空中指挥系统:用于对航空救援力量下发指挥决策,监督航空救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
救援现场地面指挥系统:用于对地面救援力量下发指挥决策,监督地面救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
指挥调度决策系统:用于实现救援现场空中指挥系统和救援现场地面指挥系统之间的信息沟通和指令传输,以及辅助联合指挥中心对火情数据进行分析研判;
所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统、联合指挥中心依次连接,所述救援现场空中指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接,所述救援现场地面指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接。
优选的,所述数据支撑系统包括林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据融合系统连接。
优选的,所述数据融合系统包括数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据预处理模块连接,所述数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块依次连接,所述数据融合模块与所述指挥调度决策系统连接。
优选的,所述指挥调度决策系统包括指挥指令传输模块、火灾态势研判模块、空地调度决策支持模块、决策仿真推演模块、救援效果评估模块,所述数据融合模块与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块、指挥指令传输模块依次连接,所述联合指挥中心与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块连接,所述救援效果评估模块与所述决策仿真推演模块连接,所述救援现场空中指挥系统、救援现场地面指挥系统均与所述指挥指令传输模块连接。
优选的,所述火场态势研判模块包括火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块,所述数据融合模块、火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块、决策仿真推演模块依次连接,所述火情对比分析子模块与所述联合指挥中心连接。
森林火灾救援空地一体化指挥调度方法,包括以下步骤:
步骤1:数据支撑系统获取多个外部数据源,将外部数据源传输至数据融合系统中进行融合处理,形成火情融合数据;
步骤2:将火情融合数据传输至指挥调度决策系统中,指挥调度决策系统通过火场态势研判模块对火情进行研习判断,并将研习判断后的结果发送至联合指挥中心处,联合指挥中心根据研习判断结果下发空地救援指挥方案;
步骤3:指挥调度决策系统对接收的空地救援指挥方案进行仿真推演,将推演结果返回给联合指挥中心;
步骤4:联合指挥中心根据推演结果下发空地救援指挥决策,指挥调度决策系统将空地救援指挥决策传输至救援现场空中指挥系统以及救援现场地面指挥系统进行执行。
本发明的有益效果是:
将多个不同来源的火情相关数据、空中和地面救援力量数据进行融合,形成统一、动态更新的火场态势场景,有利于联合指挥中心高效、及时、准确地把握火情,便于开展一体化的空地协同救援指挥决策;还能将单纯依靠联合指挥部处个人经验的人工指挥决策,转化为基于人工智能的指挥系统辅助联合指挥中心开展决策,有助于充分挖掘火场救援历史大数据经验,提高森林灭火救援作战效能。
附图说明
图1为本发明的系统原理图;
图2为本发明火灾态势研判模块的原理图;
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1~3,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,包括以下内容:
数据支撑系统:用于获取本系统运行所需的外部数据源;
数据融合系统:用于对获取的外部数据源进行融合处理;
联合指挥中心:联合指挥部通过联合指挥中心与指挥调度决策系统进行数据交互,并下发空地救援指挥决策;
救援现场空中指挥系统:用于对航空救援力量下发指挥决策,监督航空救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
救援现场地面指挥系统:用于对地面救援力量下发指挥决策,监督地面救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
指挥调度决策系统:用于实现救援现场空中指挥系统和救援现场地面指挥系统之间的信息沟通和指令传输,以及辅助联合指挥中心对火情数据进行分析研判;
所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统、联合指挥中心依次连接,所述救援现场空中指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接,所述救援现场地面指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接。
如图1所示,具体的,所述数据支撑系统包括林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据融合系统连接。
林火监测系统用于获取火场及其周边区域的森林卫星热点监测图像;国家基础地理信息系统用于获取火场周边的水系、居民地及设施、交通、管线等数据;气象信息服务系统用于获取火场及其周边的天气预报和实况;航空护林指挥系统用于获取空中视角的火场态势图、火场监测热点图、空中救援力量分布和资源调度方案、救援飞行方案、空中救援实况;民航空管监视系统用于获取火场周边民航空域运行动态;民航通用航空信息服务系统用于获取火场周边通用航空目视飞行航图;森林消防指挥系统用于获取地面视角的火场态势图、地面救援力量分布和资源调度方案、地面救援实况。
如图1所示,具体的,所述数据融合系统包括数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据预处理模块连接,所述数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块依次连接,所述数据融合模块与所述指挥调度决策系统连接。
数据预处理模块中还包含有热点监测图像火情特征提取子模块、光学图像火情特征提取子模块、救援方案特征提取子模块、救援进度特征提取子模块、救援力量特征提取子模块、空域运行特征提取子模块、目视飞行航图特征提取子模块;
监测图像火情特征提取子模块用于从森林卫星热点监测图像、低空移动平台热点监测图像(又称火场态势图)中,进行火情态势特征提取,并完成上述两类数据源的空间坐标对准和时间同步;光学图像火情特征提取子模块用于从基于视频数据的救援实况中(包括空中救援实况、地面救援实况),提取相应的火情态势特征数据,包括过火面积、火场推进速度;救援方案特征提取子模块用于从基于文本或图形化标示描述的救援方案中,提取救援方案特征数据,包括出救单位、资源类型、机动方式等信息;救援进度特征提取子模块用于从火情标绘、北斗短报文、以及空地救援视频实况中,提取相关救援实时进程数据,包括出救单位、任务描述、救援进度特征数据,如灭火面积、火线剩余长度等;救援力量特征提取子模块用于从北斗短报文提取救援力量时空分布数据,各救援飞行航空器实时位置、地面救援力量单兵位置等;空域运行特征提取子模块用于从火场周边民航空域运行动态中,筛选提取相应的民航运行动态数据,主要是以火场几何中心为基准,一定公里数范围之内的民航航班飞行数据。同时,获取火场及其周边的天气预报和实况;目视飞行航图特征提取子模块用于提取火场周边的目视飞行航图数据,包括航路航线、直升机场、临时起降点;
数据融合模块完成火场动态数据、空地救援力量数据的融合,得到统一、动态更新的森林火灾火场态势场景,数据融合模块中还包括地理信息数据融合子模块、火情数据融合处理子模块、救援力量融合处理子模块;
地理信息数据融合子模块基于GIS平台实现对火场周边基础地理信息及气象数据、目视航图数据、救援资源分布、的融合;火情数据融合子模块基于GIS平台实现对基于卫星的火情态势特征、基于视频图像的火情时空特征数据的融合,在火场周边基础环境信息的基础上呈现火场火情态势;救援力量融合子模块基于GIS平台实现对救援方案特征数据、救援实时进程数据、救援力量时空分布数据、民航运行动态数据的融合,呈现救援力量的时空动态分布情况;
火灾态势显示模块基于GIS平台将火场的火情态势、空地救援力量时空分布及救援进程等进行综合或单项呈现,包括地理信息环境呈现模块、火情态势呈现模块、救援力量时空分布呈现模块;
地理信息环境呈现子模块负责呈现统一的火场周边基础环境信息,包括地理环境、救援资源分布、目视航图数据等;同时,支持将火场周边天气实况进行叠加呈现;火情态势呈现子模块负责呈现一体化的火情态势,可以从空中、地面不同视角呈现火情发展过程数据,包括火线长度、推进速度等;同时,也可以选择呈现综合性的火场态势(支持在系统软件界面上人工标示火线、火头等),或选择单独呈现森林卫星热点监测图像(支持在系统软件界面上人工标示热点);救援力量时空分布呈现子模块负责呈现救援力量时空分布模块,实现对空中救援力量、地面救援力量的动态监视;同时也支持将地面救援力量分布、灭火实施方案,以及地面救援力量分布、灭火实施方案集成化呈现,便于开展空地救援力量调度协同决策,同时,支持系统软件界面上由操作指挥员开展救援指令及火场态势标绘。
如图1所示,具体的,所述指挥调度决策系统包括指挥指令传输模块、火灾态势研判模块、空地调度决策支持模块、决策仿真推演模块、救援效果评估模块,所述数据融合模块与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块、指挥指令传输模块依次连接,所述联合指挥中心与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块连接,所述救援效果评估模块与所述决策仿真推演模块连接,所述救援现场空中指挥系统、救援现场地面指挥系统均与所述指挥指令传输模块连接。
如图2所示,具体的,所述火场态势研判模块包括火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块,所述数据融合模块、火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块、决策仿真推演模块依次连接,所述火情对比分析子模块与所述联合指挥中心连接。
指挥调度决策系统实现辅助联合指挥中心开展决策,实现火场态势研判、决策支持、决策方案仿真推演以及救援效能评估,以及开展指令传输;
指挥指令传输与存储模块由语音传输子模块、数据传输子模块、指令存储子模块构成。其中,语音传输子模块实现无线对讲实现语音通信;数据传输子模块利用5G或卫星通信链路实现数据终端通信;上述两个子模块共同支持联合指挥中心分别与救援现场空中指挥系统、救援现场地面指挥系统之间的通信联系,传递火场侦察照片或视频、扑救指令、扑救建议以及救援力量动态(如设备状态、人员状态等);指令存储子模块支持对语音指令、数据指令的及时存储,以便于救援结束后开展总结讲评或救援效能评估;
火线追踪与动态标识子模块基于火场卫星热点监测图像、火场监视视频或火场监视图像综合识别出火线位置,并进行动态追踪标识;火情类型智能识别子模块基于支持向量机、深度神经网络或卷积神经网络开展不同林火类型的智能识别,如地表火、树冠火、地下火等;火场蔓延动态推演子模块基于火场气象实况以及火场蔓延模型实现对火情态势的动态推演;火情对比分析子模块支持实现对火场在不同时段的过火面积、火线推进方向的纵向对比分析,同时也支持开展同类型火情的历史数据的横向对比分析;
空地调度决策支持模块由空中救援力量调度子模块、地面救援力量调度子模块、空地协同调度决策子模块构成;其中空中救援力量调度子模块支持实现救援飞行空域的智能划设,包括考虑火场周边的低空环境,确立救援飞行空域的水平边界和垂直边界;空中救援飞行调机飞行和救援航线的划设;救援飞行空域容量及安全性分析;救援机群规模决策及基于机型性能的救援任务自动分配;地面救援力量调度子模块支持实现地面力量规模决策、机动路线规划及设定、救援力量动态在火场周边的空间布置决策、以及地面救援力量能力评估与管控;空地协同调度决策子模块支持上述两个模块的决策结论,进一步考虑火场动态给出空中救援力量与地面救援力量的在时间和空间上协同配置方案;支持基于火场动态实现空地协同决策,实现在战术上的协同,比如实现火线切断、火头攻灭;
决策仿真推演模块包括决策方案对比推演子模块、决策方案优选子模块;其中,决策方案对比推演子模块基于火场周边地理及气象环境、救援力量时空动态分布、火场火情态势,针对设定的救援决策方案,开展森林火灾发展演变趋势分析;决策方案优选模块从地空各方向装备协同、人员协同、队伍协同等方面开展救援决策方案的优选,辅助联合指挥中心确定最佳的空地救援指挥方案;
救援效果评估模块基于施救过程中动态采集存储的救援视频、图片、通话语音、空地协同等基础数据,构建评估指标并利用森林火灾救援效能评估模型开展救援效能评估;
救援现场空中指挥员均配置有救援现场空中指挥系统,救援现场空中指挥系统包括穿戴式摄像头、机载通信设备、对讲/数据终端。其中,穿戴式摄像头可实时获取并通过5G/卫星网络回传火场空中观察视频;机载通信设备支持空中指挥员和后方航空护林指挥系统进行联系;对讲/数据终端支持空中指挥员指挥调度现场施救的航空平台有序飞行、高效救援,下传联指救援指令并收集上传救援建议,同时,对讲/数据终端还支持空中指挥员完成火场侦察照片回传;
救援现场地面指挥员均配置有救援现场地面指挥系统,救援现场地面指挥系统包括穿戴式摄像头、背负式北斗、对讲/数据终端。其中,穿戴式摄像头可实时获取并通过5G/卫星网络回传火场地面观察视频;背负式北斗可以支持地面指挥员开展救援定位并实时回传,同时,还可以短报文的形式回传火场地面救援相关信息;对讲/数据终端支持地面指挥员指挥调度现场施救人员高效救援,下传联指救援指令并收集上传救援建议,同时,对讲/数据终端还支持地面指挥员完成火场侦察照片回传;
联合指挥部通过联合指挥中心与指挥调度决策系统进行数据交互。
如图3所示,森林火灾救援空地一体化指挥调度方法,包括以下步骤:
步骤1:数据支撑系统获取多个外部数据源,将外部数据源传输至数据融合系统中进行融合处理,形成火情融合数据;
步骤2:将火情融合数据传输至指挥调度决策系统中,指挥调度决策系统通过火场态势研判模块对火情进行研习判断,并将研习判断后的结果发送至联合指挥中心处,联合指挥中心根据研习判断结果下发空地救援指挥方案;
步骤3:指挥调度决策系统对接收的空地救援指挥方案进行仿真推演,将推演结果返回给联合指挥中心;
步骤4:联合指挥中心根据推演结果下发空地救援指挥决策,指挥调度决策系统将空地救援指挥决策传输至救援现场空中指挥系统以及救援现场地面指挥系统进行执行。
Claims (6)
1.森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,其特征在于,包括以下内容:
数据支撑系统:用于获取本系统运行所需的外部数据源;
数据融合系统:用于对获取的外部数据源进行融合处理;
联合指挥中心:联合指挥部通过联合指挥中心与指挥调度决策系统进行数据交互,并下发空地救援指挥决策;
救援现场空中指挥系统:用于对航空救援力量下发指挥决策,监督航空救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
救援现场地面指挥系统:用于对地面救援力量下发指挥决策,监督地面救援力量执行联合指挥中心的救援指挥抉择,完成火灾现场火势向指挥调度决策系统、数据融合系统和数据支撑系统的实时回传;
指挥调度决策系统:用于实现救援现场空中指挥系统和救援现场地面指挥系统之间的信息沟通和指令传输,以及辅助联合指挥中心对火情数据进行分析研判;
所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统、联合指挥中心依次连接,所述救援现场空中指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接,所述救援现场地面指挥系统与所述数据支撑系统、数据融合系统、指挥调度决策系统连接。
2.根据权利要求1所述的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,其特征在于,所述数据支撑系统包括林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据融合系统连接。
3.根据权利要求2所述的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,其特征在于,所述数据融合系统包括数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块,所述林火监测系统、国家基础地理信息系统、气象信息服务系统,航空护林指挥系统、民航空管监视系统、民航通用航空信息服务系统、森林消防指挥系统均与所述数据预处理模块连接,所述数据预处理模块、数据融合模块、火灾态势显示模块依次连接,所述数据融合模块与所述指挥调度决策系统连接。
4.根据权利要求3所述的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,其特征在于,所述指挥调度决策系统包括指挥指令传输模块、火灾态势研判模块、空地调度决策支持模块、决策仿真推演模块、救援效果评估模块,所述数据融合模块与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块、指挥指令传输模块依次连接,所述联合指挥中心与所述火灾态势研判模块、决策仿真推演模块、空地调度决策支持模块连接,所述救援效果评估模块与所述决策仿真推演模块连接,所述救援现场空中指挥系统、救援现场地面指挥系统均与所述指挥指令传输模块连接。
5.根据权利要求4所述的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,其特征在于,所述火场态势研判模块包括火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块,所述数据融合模块、火线追踪与动态识别子模块、火情类型智能识别子模块、火场蔓延动态推演子模块、火情对比分析子模块、决策仿真推演模块依次连接,所述火情对比分析子模块与所述联合指挥中心连接。
6.森林火灾救援空地一体化指挥调度方法,其特征在于,包含权利要求1-5所述的森林火灾救援空地一体化指挥调度系统,包括以下步骤:
步骤1:数据支撑系统获取多个外部数据源,将外部数据源传输至数据融合系统中进行融合处理,形成火情融合数据;
步骤2:将火情融合数据传输至指挥调度决策系统中,指挥调度决策系统通过火场态势研判模块对火情进行研习判断,并将研习判断后的结果发送至联合指挥中心处,联合指挥中心根据研习判断结果下发空地救援指挥方案;
步骤3:指挥调度决策系统对接收的空地救援指挥方案进行仿真推演,将推演结果返回给联合指挥中心;
步骤4:联合指挥中心根据推演结果下发空地救援指挥决策,指挥调度决策系统将空地救援指挥决策传输至救援现场空中指挥系统以及救援现场地面指挥系统进行执行。
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