基于SOA的应急疏散仿真平台体系框架设计

SOA-based Emergency Evacuation Simulation System Framework Design

Ni Li； Wang Wenjun

（①School of Management，Tianjin University，Tianjin 300072，China；

②School of Computer Science & Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

摘要： 对于应急疏散仿真平台，一方面，目前不存在通用的体系结构，开发平台时费时费力，而且构建的平台可重用性差；另一方面，现有的应急疏散仿真使用的数据基本上是历史调查的数据，根本反映不了突发事件的不确定性、动态性，很难实现复杂情景下的有效疏散。因此，文章提出基于SOA的实时应急疏散仿真平台体系结构。在广西气象灾害应急决策平台关键技术研究项目中的应用，证明该框架的有效性和实用性。

Abstract: For emergency evacuation simulation platform, on the one hand, there is currently no common architecture, leading to the time-consuming platform development process, and poor reusability; on the other hand, the existing emergency evacuation simulation data used is basically historic survey data, which can not reflect the uncertainty, dynamic of emergency events and is difficult to achieve effective evacuation in complex scenarios. Therefore, this paper proposes SOA-based framework for real-time emergency evacuation simulation system design. An application of Guangxi meteorological disaster emergency decision-making platform key technology demonstrates the validity and feasibility of the method.

关键词： 面向服务体系结构（SOA） 应急疏散 仿真体系框架

Key words: Service-Oriented Architecture（SOA）；Emergency Evacuation；Simulation Framework

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）27-0122-02

1概述

对当今社会而言，突发事件是不可避免的，是社会“非常态”中的“常态”。因此，突发事件的应急疏散是非常必要的。目前只能通过应急疏散演习来提高应急疏散能力。而应急疏散演习风险大、受限多，最重要的是不能重复使用导致费用相当高，因此有必要开发应急疏散演练平台。目前，国内外已经开发出了许多开源的仿真平台，例如SUMO、MATSIM、Repast、Swarm等。但是这些仿真平台都不是专门针对应急疏散的，于是有一些研究者就将这些仿真工具与具体的GIS软件结合起来构建应急疏散仿真平台[1]。但对于应急疏散仿真平台，目前没有通用的体系结构，以至于每次构建平台时都是从零开始，这样既费时费力，而且可重用性差，受限多，不能有效地模拟真正的应急疏散环境。此外，现有的应急疏散仿真使用的数据基本上是历史调查的数据，根本反映不了突发事件的突发性、动态性，所以很难在复杂情景下实现有效疏散。因此，有必要提出通用的实时应急疏散仿真平台的体系结构。面向服务的体系结构SOA，基于开放的标准和协议，具有松散耦合的特点，有利于系统间的互操作和仿真组件的重用。SOA的特点可以充分满足实时应急疏散仿真的需求。

2相关研究

HLA：所提倡的仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性受限于特定的仿真支撑平台[2]。

BOM：基于HLA产生，HLA是从系统的层次上来提高建模与仿真的重用性和互操作性，而BOM着重于模型层次[3]。

SOA：与其他体系结构相比，SOA采用开放的、成熟的Web服务标准，易于支持仿真系统实际信息化装备和应急信息化平台之间的互操作接口，使得指挥人员能够直接通过应急管理系统与各类应急疏散仿真系统交互，提高了应急指挥决策的效率。

目前基于SOA的建模仿真框架的研究大致可分为四种：面向服务的RTI研究（简称SORTI）[4]，侧重于强调使用Web服务技术实现无缝的仿真技术互操作和异构仿真集成；基于SOA的BOM聚集框架BAF（简称SOBAF）[5][6]，强调仿真模型组件的重用和组合，但目前BAF框架并不能为大范围分布式条件下的仿真模型共享提供支持；基于SOA的DEVS仿真器SOADEVS[7]，除了支持异构仿真框架的无缝的技术互操作外，还提供了面向服务的DEVS仿真器，增强了仿真模型的动态部署能力；面向服务的建模仿真框架DDSOS[8]，除了提供面向服务的仿真框架外，其仿真框架还能够支持仿真模型的动态组合、重组和重构，但并不强调使用Web服务来实现服务之间无缝的技术互操作。本文提出的建模仿真框架结合SOABAF，除了能面向服务，支持仿真模型的动态组合、重组和重构，而且充分使用Web服务，实现了服务之间无缝的技术等互操作。

基于以上分析，面向服务的体系结构（SOA）的特点可以更好的满足应急疏散仿真的需求。

3基于SOA的应急疏散仿真体系结构（SOA-EES）

本文提出基于SOA的实时应急疏散仿真体系结构（SOA-EES），其系统思想：采用以SOA为核心的技术框架，以仿真服务基础资源库为基础，以仿真服务中间件为运行支撑，以仿真基础服务为中心建立能支撑仿真应用系统的开发、运行、演示、管理、控制、评估和研讨的通用实时应急疏散仿真体系架构，在此通用仿真架构的支持下，通过重用以及快速的数据集成、服务集成、复合仿真应用开发，可达到“快、好、省”地开发应急疏散仿真应用系统的目的。

SOA-EES包括仿真服务基础层、仿真服务中间件层、仿真服务体系层、仿真服务应用层以及仿真服务安全平台等，其体系结构如图1所示。

3.1 仿真服务基础层包括仿真服务信息采集与通信层和仿真服务应急资源层。基于突发事件的不确定性，且事态持续变化，那就需要提供环境、突发事件、可用物资与资源状态等的实时状态，以便制定应急疏散方案，进行应急响应（决策、指挥调度、处置、支持），并通过政务外/内网、卫星通讯、无线网络等迅速传送给相应部门。如今，随着物联网等技术的发展，大量数据的实时获取变得可能、可行。这些数据能够有效提高应急疏散仿真的准确性，并支持应急指挥决策人员做出更好的决策。

本文以SUMO本体为上位本体，构建了各要素的本体模型，要素本体模型的一般定义如下：

**Onto:=

其中：**表示要素的名称；**_Concepts表示该要素的概念集合；**_Relation 表示该要素的两个概念间二元关系集合；**_Function 表示该要素的函数集合；**_Axioms 表示该要素的永真公理集合；**_Instances 表示该要素的实例。此外可以针对各核心要素的特点，对本体模型的定义进行扩展。

3.2 仿真服务中间件层。支持SOA的仿真服务中间件一般包括数据库中间件、基于RPC的中间件、基于ORB的对象中间件、面向消息的中间件、交易中间件、应用服务器等。目前已形成了四大技术标准CORBA、DCOM、EJB、Web Service。从短期来看，各种交互的方式在实现服务的能力上都有较好的运用，但从长期来看，CORBA、EJB和DCOM在支撑协议、数据格式等方面都不如Web Service技术，不利于相关技术的推广以及SOA体系的全面实现。因此，在SOA的实现方面，最佳的方式是通过基于XML和SOAP的Web Service技术。其中，J2EE和.NET平台是目前企业构建基于SOA应用的两个最主要的框架。

3.3 仿真服务体系层。仿真运行管理服务，包括仿真开发环境，仿真管理器，和仿真服务器。这三者的关系：在仿真服务器的支撑下，仿真开发环境完成基本的应急疏散仿真建模活动和可用资源，仿真运行器实现应急疏散仿真实例的创建、初始化，并启动仿真。仿真核心服务提供应急疏散过程中所需的核心服务；仿真公共应用服务根据政府应急管理部门的特定需求为其提供相应服务；仿真信息服务通过电视、广播、手机短信、政府用户网站、内部网站等把应急疏散仿真得出的仿真结果出去；还有日志服务等其他辅助服务。

3.4 仿真服务业务流程层。一般应急疏散业务流程分为四步：数据准备、疏散建模、仿真运行、仿真结果提供，如图2所示。其中，数据准备不仅包括历史数据的准备，更包括实时数据的收集。

其中宏观疏散建模流程：a.旅行需求建模；b.外部响应应用策略建模；c.旅行途经选择建模；d.旅行目的建模；旅行起始时间建模。

中观疏散建模流程：a.疏散区的离散化表达；b.确定疏散规模；c.疏散者归类与分组；d.疏散单元行为规则建模。

微观疏散建模流程：a.疏散区的离散化表达；b.确定疏散规模；c.个体行为规则建模。

3.5 仿真服务应用层，是整个应急疏散仿真服务体系的最终用户，能够支持具体应急疏散仿真系统的开发、仿真支撑工具的开发、仿真参数化服务、仿真动画服务等。

4应用

为了证明提出的基于SOA的实时应急疏散仿真平台体系结构的实用性和有效性，我们将其应用到广西气象灾害应急决策平台中。该平台从应急疏散的多个角度出发，研究了应急、应急疏散、应急疏散系统、应急疏散预案、应急疏散要素、应急疏散业务、应急疏散流程、应急疏散仿真、应急疏散评估等问题，对应急疏散领域进行了全方位系统的梳理，按照基于SOA的实时应急疏散仿真开发过程一步步搭建平台，在上述应急疏散领域本体模型基础之上，定义或者细化了应急预案、应急资源、应急案例等本体模型，实时获取突发事件及其周围环境数据，采用微观仿真建模流程，建立了广西气象灾害应急决策平台。

参考文献：

[1]吴健宏，翁文国，倪建江.基于GIS和Multi-Agent的城市应急疏散.清华大学学报，2010，VOL.50，NO.8.

[2]赵晓睿，高晓光.大规模分布仿真系统架构设计技术参考模型[J].系统仿真报，2006，（3）:613-617.

[3]SISO-STD-00对象3.Base Object Model（BOM）Template Specification[S].SISO，2006，3.

[4]LIU Bin，ZHANG Hong-jun,YANG Xiao-jia. Design and Realization of Unified RTI Interfaces Based on Distributed Objects[D]. Computer Engineering，2008.

[5]Paul Gustavson，Tram Chase，Larry Root，Karl Crosson.Moving Towards a Service-Oriented Architecture（SOA）for Distributed Component Simulation Environments[C].Proceedings of 2006 Spring Simulation Interoperability Workshop，September 2006.

[6]Ben Sisson，Paul Gustavson,Karl Crosson.Adding Aggregate Services to the Mix: An SOA Implementation Use Case[C].Proceedings of 2006 Fall Simulation Interoperability Workshop，September 2006.

[7]Saurabh Mittal，DEVS Unified Process for integrated Development and Testing of Service Oriented Architectures[D].PhD dissertation,the University of Arizona，2007.

[8]W.T.Tsai，Chun.Fan，Yinong.Chen，DDSOS:A Dynamic Distributed Service-Oriented Simulation Framework[C].Proceedings of the 39th Annual Simulation Symposium，2006.