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                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          2022-06-22 14:49 來源:中國安防作者:

                          編者按:近日,《中國安防》雜志刊發了百分點科技CTO劉譯璟、智慧應急事業部負責人李霖楓的署名文章《智慧應急平臺及其關鍵技術》,本文從智慧應急的業務愿景出發,介紹了百分點科技智慧應急平臺的典型架構、關鍵技術和典型實踐。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          2021年12月30日印發的《“十四五”國家應急體系規劃》提出“到2035年,要建立與基本實現現代化相適應的中國特色大國應急體系,全面實現依法應急、科學應急、智慧應急,形成共建共治共享的應急管理新格局?!?/span>

                          應急管理是國家治理能力的重要組成部分,它也是一個新興的融合性學科,涉及管理、法律、理科、土木等多個專業學科領域,高度專業化和復雜化。智慧應急的本質是利用新一代信息技術來實現應急管理工作的數字化轉型,利用通信和感知網絡匯聚各類數據資源,依托云計算基礎設施構建以數據中臺、知識中臺和AI中臺為核心的智能業務引擎,支撐宏觀決策、預警分析和各類智能應用,從而將當前應急管理中的經驗決策模式升級為數據驅動的指揮決策模式,使得監督管理更精準、應急指揮更智能、公共服務更便捷。新一代信息技術的發展為智慧應急建設提供了歷史機遇。本文從智慧應急的業務愿景出發,介紹智慧應急平臺的典型架構、關鍵技術和典型實踐,供智慧應急領域從業者參考。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖1:智慧應急的業務愿景

                          一、智慧應急平臺的典型架構

                          為了推動智慧應急愿景的落實,應急部將信息化建設作為核心內容,于2018年12月13日發布了《應急管理信息化發展戰略規劃框架(2018-2022年)》(以下簡稱《戰略規劃框架》),推動建設 “兩網絡”“四體系”“兩機制”的智慧應急信息化體系?!皟删W絡”指全域覆蓋的感知網絡、天地一體的應急通信網絡;“四體系”指先進強大的應急大腦支撐體系、智慧應急應用體系、安全可靠的運行保障體系、嚴謹全面的標準規范體系;“兩機制”指統一完備的信息化工作機制和創新多元的科技力量匯集機制。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖2:應急管理信息化“四縱四橫”總體架構

                          上述總體架構是近年來應急管理信息化建設的標準藍圖,應急部基于此統籌和規范部本級和各地方應急管理信息化建設,2019-2021年間下發了印發實施指南和近20個地方建設任務書。

                          在各地方的智慧應急平臺建設中,地方會參考“四橫四縱”總體架構和地方建設任務書的要求,結合區域業務特點、實際工作需求和當前信息化條件,形成符合地方特色的智慧應急平臺建設要求。這些建設要求的共性內容可形成圖3所示的智慧應急平臺典型架構。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖3:智慧應急平臺的典型架構

                          此典型架構分為七大模塊:

                          1. 基礎設施層。感知網絡主要采用射頻識別、無線傳感網、遙感、視頻采集等技術,實現各類感知設備的入網共享,為監測預警等業務應用的按需統一資源調配提供支撐。通信網絡主要采用SDN、4G/5G、IPv6、高通量衛星通信等技術,建立全域覆蓋、隨遇接入、無縫連接和全程貫通的基礎網絡環境,為各項業務實現提供網絡支撐。云平臺一般依托地方政務云建設。

                          2. 核心能力層。數據中臺能力依托云平臺建設大數據支撐體系,匯聚應急管理部門內外部的應急相關數據,構建應急數據治理體系;知識中臺能力支撐應急領域的知識圖譜建設,并為上層模塊提供知識搜索、推薦、問答和推理等服務;AI中臺能力面向應急管理業務中的感知智能和認知智能算法模型,提供完整的模型構建和應用能力。

                          3. 數據支撐層。依托數據中臺和AI中臺整合匯聚應急相關的環境、單位、風險、隊伍、物資、裝備、預案、案例等基礎數據和實時、非實時風險監測數據,以及互聯網相關信息等多元全量的時空數據,形成統一的應急數據資產,通過數據資源目錄和共享交換服務支撐上層應用。

                          4. 應用支撐層。整合應用必須的基礎框架、通用組件、算法模型和應用服務,并以服務總線的模式對外提供服務以便各類智慧應用快速開發和安全可靠運行。

                          5. 智慧應用層?;谏鲜龈鲗幽芰嫿ǜ黝悜惫芾頂祿?推動智慧應急的落實。

                          6. 標準規范體系。制定架構中各層的技術和管理標準,確保智慧應急平臺的建設和應用。

                          7. 安全運維及運行保障體系。構建應急管理運行保障體系,實現應急管理各項業務穩定、高效、可靠、可信地運行。

                          二、智慧應急平臺的關鍵技術

                          要落實智慧應急的業務愿景,相關的數據、技術、硬件設備、軟件功能必須與應急管理的體制機制和業務場景深度融合,人機協同,實現智能的感知、認知、決策和行動。下文將重點介紹數據中臺、知識中臺和AI中臺在其中發揮的關鍵作用。

                          1. 數據中臺

                          應急管理涉及海量跨部門復雜多樣的數據,必須將其融合和轉換為必要的情報信息,例如突發事件相關的致災因素、涉事單位、涉事地點、受災群眾、氣象條件、交通狀況、救援物質、避難場所等,才能發揮價值。數據中臺承擔了此項重任,其中最關鍵的是數據治理技術。

                          數據治理是圍繞數據資產建設和運營而開展的一系列管理和技術活動,它是數據生命周期管理中的核心工作,是實現數據價值的重要環節。數據治理與業務緊密相關,它不是短暫的項目建設,而是長期的業務運營。按照《戰略規劃框架》要求,應急管理數據治理要在統一信息資源規劃下利用數據接入、數據處理以及數據管控三個系統實現應急管理業務數據的匯聚、治理,形成統一大數據資源中心,對外提供數據共享交換、數據應用兩大類服務,如圖4所示。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖4:數據治理示意圖

                          圖4中最底層是數據源,是已存在的系統或數據庫,并不是數據治理的建設成果。數據接入、數據處理、數據管控、數據共享交換平臺和數據應用是軟件系統,大數據資源池是一系列數據庫,它們都是數據治理的建設成果。

                          信息資源規劃并沒有在架構圖中體現,但它是數據治理建設的必要內容。信息資源規劃是根據應急管理的業務需求,設計出相關的信息資源及其之間的關聯和轉換關系,直接指導整個數據治理建設。

                          數據治理需要對接四種類型的數據:應急管理部內部數據,即應急管理部門在業務中生產的數據;外部委數據,即其他部委生產,但應急管理部門在業務中需要用到的數據;社會及互聯網數據,即由企業和互聯網用戶生產,但應急管理部門在業務中需要用到的數據;感知數據,即涵蓋衛星、物聯、視頻、航空和全民的全域感知數據。

                          數據接入系統負責將上述四類多源異構數據接入到大數據平臺上,并進行適當的預處理以便后續處理。實踐中,數據源主要以數據庫、數據文件、網頁、數據服務、實時數據流等形式對外提供數據。在一些信息化條件不好的情況下需要手工錄入數據。

                          接入到大數據平臺上的原始數據往往是海量多源異構的,這導致很難保證數據質量和數據價值。數據處理系統以數據應用為目標,利用ETL(Extract-Transform-Load,抽取-轉換-加載)技術,將原始數據加工成數據資產,加載到大數據資源池中。

                          數據管控通過數據標準、元數據和數據權限等技術對數據的全生命周期進行過程跟蹤和質量監督,并根據數據的敏感程度開展分類分級的授權和運營。

                          大數據資源中心是在數據管控約束下經過數據接入和數據處理后形成的過程數據和結果數據,可分為原始庫、資源庫、主題庫、專題庫等。原始庫指數據接入后直接形成原始庫,一般不對外服務;資源庫是對原始庫提煉加工后形成的公共數據集合,例如災害事件、應急預案、應急隊伍、應急物資等,對多項應急管理業務具有支撐作用;主題庫是在資源庫基礎上采取面向對象的數據組織理念,圍繞應急管理中的人、地、物、事件、感知和組織等對象進行數據分析和整理后形成的數據集合,包含了對象庫、關系庫和標簽庫;專題庫,即面向特定應用場景的數據集合,可以分為通用專題庫、業務專題庫和配置專題庫。

                          數據共享交換平臺在應急管理相關部門之間提供跨應用、跨業務、跨網絡的信息交換和共享。數據應用為各類應急管理業務應用提供標準、便捷和安全的數據服務。

                          數據治理不僅僅是技術問題,更重要的是組織和協調所有的利益相關者,給予他們授權、監督和激勵,讓所有的建設工作落實下去。因此必須遵循科學的實施工藝,才能交付出有業務價值的成果。圖5所示給出了數據治理的“五大環節二十道工序”工藝,它從原始數據匯聚開始,逐步推進最終實現數據應用與服務共享。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖5:數據治理實施工藝

                          五大環節分為:數據接入、數據治理、數據開發、數據資產、數據服務。每個環節都分為若干個實現步驟,涵蓋了調研、設計、開發、應用等多種類型的實施工序,這20道工序完成了數據生命周期的全鏈路管理,包括數據盤點、數據接入開始,到數據標準管理、質量稽核、清洗、挖掘、分析、共享服務等。在具體的數據治理實踐中,每一道工序都要規定好責任人、協助人、輸入物、產出物以及關鍵活動,這樣才能協調好所有利益相關者,讓項目有序推進。

                          2. 知識中臺

                          應急管理知識體系龐雜,內容極其豐富,相關知識散落在專業教材、法律法規、應急預案、事故案例、評估報告等各種文件中,導致難以在信息化系統中應用。為此應急部發布的《地方應急管理信息化2021年建設任務書》提出了建設應急知識庫管理系統,圍繞監測預警、監管執法、指揮救援等實戰需要,廣泛采集應急管理報告、事故案例、災害評估案例等非結構化文檔,對接執法、許可等相關業務系統,通過數據結構化、清洗、整合、轉換、關聯等一系列的處理和操作,建立相關數據模型和知識圖譜,逐步形成關系網絡、智能推薦、智能問答、智能檢索等應用能力,為各類業務應用提供知識服務。這需要依托如圖6所示的知識中臺能力來現實。

                          知識圖譜是目前比較流行的知識表示和應用技術。知識中臺圍繞知識圖譜的構建和應用,包含了知識存儲、知識計算、知識建模、知識獲取與融合、知識服務各個模塊。知識存儲提供了一種混合的大數據存儲服務,充分利用關系數據庫、RDF數據庫、圖數據庫、文檔數據庫和搜索引擎的優勢,為知識圖譜的讀寫提供統一高效的接口;知識計算提供了常用的知識推理、圖計算和圖查詢算子;知識建模提供了本體設計和管理工具,方便業務人員進行知識圖譜建模。特別的,知識建模中還需要內置應急領域的本體模型;知識獲取支持結構化數據映射、手工構建和自動化抽取三種方式來構建知識圖譜;知識融合可以通過業務規則和自動化算法將異構的知識圖譜融合為一;知識服務則提供了針對知識圖譜的推薦、問答和搜索能力。這些能力是實現數字預案、輔助決策和應急知識庫的關鍵技術,對構建智慧應急應用意義重大。

                          知識中臺和數據中臺、AI中臺有非常緊密的聯系。數據中臺中的大數據資源是重要的結構化知識來源,AI中臺則為知識圖譜構建和應用中的各類算法模型提供了構建環境。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖6:知識中臺示意圖

                          3. AI中臺

                          智慧應急中涉及大量AI算法模型的定制開發。AI中臺是將人工智能中的基礎技術,如機器學習、深度學習、OCR、NLP、ASR等模塊化、組件化、可插拔化,并依托這些模塊和組件打造AI模型訓練、測試、發布、部署和應用的全流程,提升算法模型的開發效率。AI中臺的典型架構如圖7 所示。

                          硬件適配層主要進行適配CPU、GPU、FPGA等多種異構計算架構;集群管理層用于統一管理AI中臺的分布式存儲和計算資源;任務調度層會適配Hive、MR、Spark SQL等多種數據處理工具,以及Spark MLlib、Tensorflow、PyTorch等機器學習框架;算法組件層內置多種算法和算子方便快速構建新模型;業務流程層提供數據探索、數據預處理、數據特征提取、算子庫維護、模型訓練、模型發布和管理于一體的模型開發過程?;贏I中臺,算法工程師可以高效地定制、管理和調度各類智能算法,支撐上層算法模型和智能化服務。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖7:AI中臺示意圖

                          三、深圳市智慧應急建設實踐

                          應急部發布《戰略規劃框架》和地方建設任務書后各地方紛紛響應,根據自身特點開展了一些卓有成效的探索,其中深圳市走在最前沿。2019年,深圳市應急管理局開始實施“一庫三中心N系統”的信息化建設,并于2020年10月由深圳市安全管理委員會印發《深圳市建設中國特色社會主義先行示范區安全發展行動方案(2020—2025年)》,明確提出要構建應急管理科技支撐體系,以“一庫三中心N系統”為整體框架,統籌推進全市應急管理信息化建設工作。“一庫”即應急管理大數據庫,匯聚融合多個行業領域的信息數據,為實現風險管控動態化、監測預警智能化提供基礎數據支撐;“三中心”分別為監測預警中心、宣傳教育中心、應急指揮中心;“N系統”是基于“一庫三中心”的各類智能應用系統,如圖8所示。

                          截止到2021年底,深圳市應急管理大數據庫融合了18個重點行業的數據資源,有力支撐了各項智慧應急應用。3監測預警中心實現了風險管控動態化、監測預警智能化;宣傳教育中心以“學習強安”APP為主要載體,打造了線上線下一體化、一站式的宣傳教育、培訓考核平臺;應急指揮中心構建了“橫向到邊,縱向到底”智慧化應急指揮體系,實現突發事件預防應對扁平化、高效化?!癗系統”方面,通過大數據庫和監測預警中心的技術支持,針對各類風險隱患開展智能化隱患排查和風險管控,已經形成了危險化學品監測預警及監控系統、有限空間作業在線審批及監測預警系統、安全生產專項整治三年行動信息管理系統、智慧三防、智慧森防、數字化預案等一批高價值應用。深圳市的智慧應急平臺建設推動了城市安全治理更精細、更智能、更智慧,并且受到了應急管理部的肯定和推廣。

                          《中國安防》刊發百分點科技署名文章:智慧應急平臺及其關鍵技術

                          圖8:深圳市智慧應急平臺規劃

                          結語

                          智慧應急是綜合運用5G、衛星通信、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術,增強應急管理過程中的感知、認知、決策和行動的能力,提升應急體系現代化程度的應急管理新模式。本文從智慧應急的業務愿景出發,介紹了智慧應急平臺的典型架構、關鍵技術和典型實踐,供智慧應急領域從業者參考。

                          《中國安防行業“十四五”發展規劃(2021-2025年)》指出, “十四五”期間安防行業緊隨萬物互聯化、數據智能化、應用智慧化、數字孿生化的趨勢,深化各領域安防應用,賦能智慧應急。相信未來隨著科技技術不斷發展以及相關政策發布落實,應急管理也將得到長足發展。

                          參考資料

                          [1] 急管理部.《“十四五”國家應急體系規劃》.2021年12月30日

                          [2] 應急管理部.《應急管理信息化發展戰略規劃框架(2018-2022年)》.2018年12月12日

                          [3] 徐恬 .《深圳創建國家安全發展示范城市 " 智慧應急 " 讓城市運轉更聰明更安全》. 安全與健康(上半月版).2020年12期11-13頁

                          注:原文刊自《中國安防》雜志。


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