农业应急通信指挥体系的建设构思

【摘 要】：我国是一个农业大国，又是一个自然灾害和突发事件频发的国家，本文试图通过建立一种农业应急通信指挥系统来减少灾害的影响。该系统分为三个层次：一是前端信息采集部分；二是中间数据处理部分；三是后方应急指挥中心。在各层次中融入目前较为先进的信息化通信手段、计算机系统集成思想与应用理念，把前端信息采集部分设计为机动通信载体、信息采集设备、通信单元等三个功能单元，科学合理设计数据处理层、应急指挥中心，以提高灾害和应急事件发生时农业领域的应急通信指挥能力。

【关键词】：农业；应急通信；指挥方案；体系构建

Abstract China is a large agricultural country with many natural disasters and emergencies. An agricultural emergency communication command system is established in this paper to reduce the impact of disasters. There are three layers in the system. The first one is the information collection section. The second one is the data processing section. The last one is the emergency command center section. The advanced information communication technology， the methods of systems integration and application are introduced in the system. The information collection section is designed as three function units， such as mobile communication instrument， information acquisition equipment， and commnication unit. The data processing section and emergency command center section are designed rationally and scientifically. The response capacity of emergency communication when the disaster and emergency occurred has been improved under the strategy proposed in this paper.

Key words agricultural； emergency communication； command algorithm； system construction；

1、引言

我国是一个农业大国，又是一个自然灾害和突发事件频发的国家[1]。2016年江苏盐城遭受龙卷风和冰雹的袭击，人民的生命财产和农业相关产业遭受较大损失。2015年江西遭受风雹灾害，有1.4万人受灾，农作物受灾面积20.5千公顷，直接经济损失1.5亿元。还有2008年的汶川地震、2009年的南方大旱、2010年的玉树地震等。灾害和突发事件发生后，党和国家领导人都做出了重要批示。在盐城灾害后就亲自批示：要强化监测机制和灾害评估工作。发挥应急管理和应急救援工作在关键时刻的重要作用。

鉴于此，为了提高灾害和应急事件发生时农业领域的应急通信指挥能力，特提出一种农业应急通信指挥系统的建设构思。构想力争做到融合目前较为先进的信息化通信技术和理念，着力打造一种技术先进、理念前卫、创新性较强、科技含量较高的通信指挥系统，满足社会及行业需求。本文面向农业行业给出了系统总体架构设计，对架构中各个部分的实现给出了设计方案，并给出了应急通信指挥调度方法，实现了系统运行的合理化，可以为政府部门提供农业应急通信指挥体系建设相关的方案参考，具有一定的社会意义和应用价值。

2、相关研究

2015年山西省农业厅的张颖同志以建立农业应急预案和制定应急机制为出发点，对农业应急管理工作进行了思考[1]。2014年江苏农业信息中心的王平涛同志以强化农业应急指挥系统的稳定性为出发点，提出了一种农业应急指挥系统的防危性分析技术[2]。2013年潘明等学者给出了一种农业应急平台建设与数字预案系统研究。系统的主要技术特点包括应急通信网络、地理信息系统、数据库和综合应用系统，实现了农业突发事件应急预案和相关资源的数字化管理[3]。2011年暨南大学的张朝华学者综合考虑了发达国家农业应急管理的主要经验，提出了完善我国农业应急管理机制的方法和措施[4]。2010年广东省农科院的梅盈洁等学者对农业突发事件的分类及特征进行了分析和归纳。

通过查阅相关文献可知，面向农业应急体系的相关研究中，多数文献侧重于对应急管理体制的建立，而对农业应急通信指挥体系的构建策略研究不多。近年来，随着信息化技术的不断发展，一些新的理念、新的方法不断出现。如云计算、云服务的系统搭建理念，Web服务的概念，信息化系统集成思想，大数据深层次知识挖掘等。本文在农业应急通信指挥体系研究成果的基础上，结合当前较为前卫的信息化理念进行系统设计和平台搭建。

3、系统总体规划

本节给出农业应急通信指挥体系建设的总体规划。对系统构建思想进行了阐述，并给出了系统总体框图。下面引入本文的主要设计思想。

3.1农业应急通信指挥系统分为三个层次。一是前端信息采集部分。该部分的主要功能是对应急事件或自然灾害的实际情况进行信息采集、存储、传输。采集的信息包括现场图像、地理情况、人员伤亡、经济损失情况等。该部分用到的先进技术包括无人机航空信息采集、微波图传无线传输、VSAT卫星远距离无线通信技术、单兵近距离陆地信息采集技术、信息化智能集成技术。二是中间数据处理部分。该部分的主要功能是对前端采集的数据进行有针对性的处理。如进行一个地理区域整体灾害情况的整合，在采集情况的基础上进行深层次的数据挖掘或措施建议。该部分用到的先进技术包括云服务中心的先进软件应用、云计算中心的高性能信息处理、云数据中心的大数据信息挖掘技术、宽带4G通信技术。三是后方应急指挥中心。该中心的主要功能是下达应急指挥任务、对应急指挥通信资源进行综合调度，是应急通信指挥体系的重要部分。该部分用到的先进技术为智能视频会议系统、综合信息监控与显示技术、智能调度技术。

3.2农业应急通信体系的构建流程。首先是应急指挥通信体系的建设，包括信息化软硬件构建和部署；其次是管理人员及技术人员的培训、上岗到位及各种管理措施制度的建设；然后，当有紧急任务时，指挥中心下达应急指挥通信任务命令，前端数据采集系统开始运作，采集现场的第一手资料。进而通过现代化信息传输手段把信息资料发送到中间信息处理层。数据经中间信息处理层整合或深入挖掘后，把成果发送到应急指挥中心。应急指挥中心向体系中的各个部分进行信息反馈。系统架构及主要技术示意图如图1所示。

4、系统详细设计

4.1前端信息采集部分详细设计。

根据前端信息采集部分的功能要求及主要技术设计，该部分规划为机动通信载体、信息采集设备、通信单元等三个功能单元。

4.1.1机动通信载体。该载体可以是车辆也可以是飞机，还可以是轮船。主要实现对采集设备的搭载和机动行进功能。下面给出机动通信车载系统布局图，如图2所示。

由图2可知，为了节省车内有限空间及提高应急机动及快速响应能力。把通信设备放置于车后备箱，卫星动中通天线放置于车顶。通信设备箱内装置包括卫星控制器、音视频信息显示模块、UPS电源、取力发电机、网络交换机、图传信息接收与发送设备、综合显控接收机、无线话筒数据收发设备等。卫星通信系统的车内连接图如图3所示。

由图3可知，卫星动中通天线通过网络线缆与天线控制器相连，实现对天线的控制。通过卫星馈线与调制解调器相连，实现卫星模拟信号与数字信号的调制与解调。进而与网络以太网交换机相连，实现数字信息接入车内网络。

4.1.2信息采集设备。该设备由三个部分组成。一是由无人机搭载设备进行空中信息采集；二是由人员背负单兵设备，机动灵活的对现场地面信息进行采集；三是利用机动通信载体上的固定信息采集设备进行信息采集。如车顶摄像头、升降杆摄像头等。车载单兵通信、微波图传及无人机信息采集接收设备的车内设计如图4所示。

由图4可知，车内高清无线图传接收机接收到来自单兵、图传设备或无人机采集到的现场信号后，把数据传入高清矩阵，高清矩阵通过分路器，把信号接入视频会议终端及机架式二联监视器中，实现采集信息的显示与传输。

4.1.3通信单元。为了提高应急通信能力，通信手段采用多种方式。主要包括基于VSAT的卫星通信方式、微波图传。有条件的情况下，可以配备短波电台、海事卫星、4G无线通信设备、便携式通信装置等通信方式。业务设备包括视频会议系统、卫星电话、数传终端。

应急数据采集系统通过无人机、单兵、车载音视频采集装置，采集灾害或突发事件现场的应急数据，进而通过Vsat卫星系统传输到应急通信指挥体系的数据处理部分。通信单元示意图如图5所示。

4.2数据处理层详细设计

根据数据处理层的功能要求及主要技术设计，该部分规划为应急数据收发系统和信息综合处理系统两个功能单元。

4.2.1应急数据收发系统。该部分实现了对应急现场数据的接收及对整合数据的信息发送功能。通过建立基于Vsat的卫星收发系统实现对事件现场应急数据接收，其实现原理与信息采集端的Vsat卫星通信系统的设计相同。

4.2.2信息综合处理系统。该部分实现了应急数据处理流程的设计；应急数据快速处理功能；应急智能软件的综合应用功能。应急信息综合处理系统设计图如图6所示。

首先，设计面向农业应急通信指挥的云服务应用软件和应用平台。可设计农业耕地受灾区域测绘软件。利用此软件，在导入灾害现场的航拍地理数据后，实现了对灾害现场的航空遥感摄影测量，通过云服务整合较为权威的专业能手，利用云计算提供的快速数据处理能力，形成较为权威的灾害损失测绘图，为指挥长提供信息支持。还可以设计基于农业大数据的数据挖掘软件。利用此软件，在导入受灾区域的现场信息后，通过对大数据信息的综合考虑与分析，生成应急救灾的处理措施建议。如根据灾区面积生成受灾人口的估算数据；根据灾区所在位置生成受灾人群的安全疏散区域；根据灾害实际情况，生成应急救援联动部门清单，清单内容包括应急救援单位、联系人、联系电话、救援需携带的装备及物品、救援各个部门的行进路线等。

其次，建立面向农业的应急通信大数据信息整合中心。如浪潮集团在2015年6月成功部署了海关大数据云平台，提高了面向海关业务的数据整合能力与数据挖掘能力。农业应急通信大数据信息包括各个行政区域的耕地测绘信息，农作物、牲畜、渔业情况，从事耕种的人员情况，历史期间的气候及气象条件，农业相关部门信息、应急救援专业队信息，农业应急救灾的设备信息，各地应急联动部门的联络方式与值班电话等。总之，与农业相关的信息与应急救援相关的信息都应当纳入农业应急通信大数据中，且需要依托有软硬件设备实力及专业技术力量的企业进行大数据中心的系统搭建与技术运维工作。

总之，农业应急通信指挥数据处理层可以充分发挥农业大数据的优势，灵活运用云服务给出的智能软件集群，通过云计算提供的高效数据处理功能，生成应急指挥相关的有用信息，为指挥长提供智力支持与决策支持。

4.3应急指挥中心详细设计

根据应急指挥中心的功能要求及主要技术设计，该部分规划为综合通信网络系统、综合显控系统、智能调度决策单元等三个功能单元。

4.3.1综合通信网络系统。该单元实现了对各个应急部门的互联互通，主要应用Vsat卫星技术及其他先进而成熟的通信手段。下面给出综合通信网络系统的设计图，如图7所示。

通过在农业应急指挥中心部署Vsat远距离卫星通信设备、近距离的微波通信设备、无线电台、视频会议系统、4G通信设备、及时通信及海事电话，实现了与应急通信各个部门和要素的互联互通。

4.3.2综合显控系统。该单元实现了对各个部门、各个单元的音视频综合监控及显示功能，主要应用高清音视频矩阵与音视频切换中央控制技术。综合显控系统的设计构想，如图8所示。

由图8可知，在综合显控系统中，首先把各路音视频信号接入高清多路音视频矩阵，然后再把信号接入音视频信号中央控制器。中央控制器与音视频显示设备相连。通过无线触摸屏实现对各个音视频信号的切换与控制。

4.3.3智能调度决策单元。该单元实现了对农业应急通信的智能指挥。下面给出基于本文构想的体系的农业应急通信智能指挥调度方法。

第一步：接收上级或相关部门给出的灾害或突发事件报告及通知。

第二步：派遣离灾害或突发事件距离最近，且具备相关能力的前端信息采集部门到灾害或突发事件现场进行情况调查，着力调查事件性质、造成的损失及现场实际情况。灵活运用无人机进行空中情报收集，出动地面单兵信息近距离信息采集。

第三步：利用车载无线通信设备，把信息反馈到指挥中心及数据处理部门。

第四步：数据处理部门根据前端信息采集的数据，基于农业大数据信息中心，利用云服务和云计算技术，出具灾害或突发事件详细调查报告及措施建议，并把此成果提交应急指挥中心。

第五步：应急指挥中心根据数据处理中心提供的详细报告及应急措施建议，召开以指挥长为中心的各相关部门首长及技术专家参加的应急处理决策紧急会议。

第六步：应急通信指挥方案由集体会议产生，并由指挥长签字生效。进而通过综合通信网络系统，把决策命令下发到各个执行单位进行任务的具体实施。

第七步：在指挥长的决策下，循环执行步骤二至步骤六，实现对现场情况的实时采集，智能数据的快速处理和应急措施的及时决策、更新和修正，确保应急通信指挥工作的科学开展。

根据农业应急通信智能指挥调度方法的描述，其流程图如图9所示。

结语

农业在我国具有重要地位，而自然灾害及突发事件的频发生又对我国农业生产造成了一定的影响和损失。为了提高农业应急通信指挥能力，本文构建了三层架构的农业应急通信指挥体系。体系中融合了当前较为流行和热门的云计算、云服务和大数据信息处理理念，还兼容了无人机通信、Vsat卫星通信、车载信息化集成等技术，实现了对前端现场数据采集、中间应急数据处理、后方应急指挥中心的设计构思，并给出了农业应急通信智能指挥调度方法。下一步的工作是细化构想的各个环节，对各分系统的设计进行具体实现，并通过实验对所设计的系统进行检验。

【参考文献】：

[1]王春乙，张继权，霍治国等.农业气象灾害风险评估研究进展与展望[J].气象学报，2015，20（1）：23-25.

[2]张颖.加强山西农业应急管理工作的思考[J].中国农业信息.2015，21（6）：37-39.

[3]王平涛，李千目.农业应急指挥系统的防危性分析[J].农业网络信息，2014，12（5）：82-85.

[4]潘明，黄家怿，孟祥宝，郭佩佩.广东省农业应急平台建设与数字预案系统研究[J].现代农业装备，2013，16（5）：69-71.

[5]张朝华，郭泽潮.发达国家农业应急管理的主要经验及其对我国的借鉴[J].四川行政学院学报，2011，16（1）：52-53.