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地铁综合监控辅助决策系统设计与实现
摘要：地铁综合监控辅助决策系统帮助操作员在紧急情况下做出正确的操作。辅助决策系统包括决策管理、决策执行、历史查看等功能，采用流程图来表示应急操作的步骤及其相互关系，并能实现多站点的协同处理。
关键词：地铁，安全，紧急，综合监控，辅助决策
Abstract: Metro ISCS decision support system(DSS)help the operator to make a correct operation in case of emergency.DSS including the function of decision-making, decision execution and history view etc.DSS use the flow chart to represent emergency operation steps and their relationship, and can realize the multisite collaborative proceing.Key Word: Metro, safe, emergency, ISCS, Decision Support System 1 概述
地铁是人员密集的一个公共场所，一条地铁线每天的客运量达数十万人次。由于空间封闭，人员疏散不畅，在地铁发生事故时如果不能及时地采取正确的应对措施，可能会造成重大的人员和财产损失。
为了保证地铁的运营安全，地铁内配置了大量的相关设备和系统，并制订了各种应急操作预案。但由于地铁的规模大，系统复杂，这些预案的执行也相当复杂，在事故情况下，处于高度紧张状态的运营管理人员往往顾此失彼，难以保证预案的正确执行。
为了解决上述问题，在青岛地铁综合监控系统中，设置了一套辅助决策系统(Decision Support System, DSS)，用于帮助运营人员在事故时采取正确的措施，提升在紧急情况下处理复杂事务的能力，最大限度地保证地铁运营安全。软件说明
2.1 软件特点
辅助决策系统是综合监控系统的一个子系统。用于在紧急事件发生时辅助用户完成一系列应急指挥动作。辅助决策系统有如下的功能特点：
一、决策执行过程采用流程图的形式进行操作，在流程图里，每个节点作为一个独立的操作步骤，允许有分支、合并、判断等步骤，运营人员可按流程图中提示的操作步骤及操作次序，逐步操作，从容应对，正确完成应急处理过程。
二、辅助决策系统的启用允许有两种方式：一种是综合监控系统内部发生严重的故障或事故，按照预先设计的模式自动启动；一种是外部事件发生，由操作员手工启动。
三、可方便的建立和维护辅助决策信息库，使系统有一个良好的扩展性。可完全由维护人员自行管理，能够方便地完成决策的增、删、改操作，并随时向外界发布最新的应急决策。
四、可实现不同地点的操作人员协同执行决策操作。在紧急事件发生时，决策被启动后，在决策流程中的所有相关的操作员的终端中应能够弹出决策执行界面，根据决策步骤执行的实时状态，能够协同其他操作员共同完成流程图中的步骤动作，正确处理紧急事件。
五、能够实时保存决策的执行情况至数据库中，以便日后对当时的决策执行情况进行分析和归纳，辅助运营人员完善决策和分析故障。
已有的综合监控辅助决策系统往往触发后只能运行在一台调度员工作站上，还需要多人配合才能正常工作，对于事故处理的时效性不能很好的保证。本软件支持多终端弹出功能，当事故发生，触发相应的决策后，能够及时的在相关终端中分别弹出决策执行窗口，决策执行过程中，根据自身权限，执行自己对应的决策步骤，而且各相关执行人员能及时的了解决策执行状况，观察别人的执行情况，对决策的执行的情况有一个总体把握，作到心中有数，遇事不慌。
2.2 模块划分
本软件划分为3个模块：决策管理模块，决策执行模块和历史查看模块。
图2.1 辅助决策系统的模块划分
1.决策管理模块 决策管理模块提供了决策的新增、修改、删除等功能。决策管理模块也包括了流程图编辑器，通过编辑器可进行决策流程的编辑。
2.决策执行模块
决策执行模块是DSS最基本和最核心的功能。系统提供直观的决策执行界面，用来展示事件的处理过程。由系统自动触发或调度员手动调出定义好的决策流程图，并按照流程步骤的先后顺序，提示相关调度员采取正确的应对措施。系统根据相关调度员对于操作结果的反馈，及时向每个相关调度员显示当前多人协同执行情况。
3.历史查看模块
DSS系统还提供决策历史记录查询工具，该工具在界面上以列表的方式展示出每一步的执行状况，包括操作员的名称、执行时间段、执行记录、执行结果等。历史记录查询工具可以让操作者直观地了解决策执行的整个过程，通过记录分析出步骤执行失败的原因，并定位到相应的责任人。操作员还可以通过历史记录评估决策执行的效果，必要时采取改进措施，进一步完善决策的流程。详细功能说明
3.1 界面设计原则
辅助决策系统软件属于综合监控系统的一个单独模块，通常从综合监控主界面启动。界面的整体设计风格与综合监控主界面相协调。软件的主界面用分页的形式来划分辅助决策系统的3大功能（决策管理，决策执行和历史决策），功能一目了然，方便操作员快速切换。
在主界面的左侧用树型结构组织数据，右侧部分的主视图区来显示决策的流程和查询结果等主要的现实内容。
图3.1 辅助决策系统界面 对于历史决策信息的展示方法，为了便于操作员查询和回溯过往执行的历史决策信息，采用了按条件检索的方式，检索结果用列表的方式体现。
3.2 决策管理 3.2.1 图元设计
决策的过程用流程图表示，每个决策都有自己的流程图。决策流程图由四种图元组成： 1.始端、终端元件：用于表示决策的开始和结束。2.判定元件：根据已有条件进行判断，用于产生选择分支。
3.步骤元件：用于表示需要执行的决策动作。步骤元件可以产生并行分支（发散步骤），也可以收拢分支（闭合步骤）。
4.有向连接线：用于表示步骤的执行顺序。
在进行决策编辑时采用直接点击工具条上的图元按钮，在流程图描画区上直接描画图元。采用所见即所得的方式，在流程图描画区可以直接拖动图元至任意位置来编辑决策。这样的做法使用户更加直观的编辑决策，使决策编辑功能做到简单易用。
在流程图的描画上，图元的形状采用与通用的流程图形状： 1.始端、终端元件：跑道形或椭圆形等。2.判定元件：菱形。3.步骤元件：矩形。
4.有向连接线：带箭头的直线。
图3.2 决策流程图
3.2.2 功能说明
编辑器提供灵活的决策编辑工具。管理员可以在界面上拖拽图元用于表示决策的执行步骤，并通过有向连线表示出模块之间的先后关系，从而直观地画出决策流程图。可以灵活的配置决策步骤的具体信息，包括步骤名称、步骤描述、执行人、步骤超时时间等。决策资料在录入后，管理员可以在决策编辑器界面中对决策进行修改。3.3 决策执行 3.3.1 功能说明
系统提供直观的决策执行界面，用来展示事件的处理过程。决策触发时，系统会自动调出定义的决策流程图，并按照流程步骤的先后顺序，提示相关调度员采取正确的应对措施。系统根据相关调度员对于操作结果的反馈，及时向每个相关调度员显示当前多人协同执行情况，并给出进一步的应对提示（操作建议）。
3.3.2 决策执行规则
决策执行规则如下：
系统以流程图变色的形式提示调度员当前的操作情况：绿色闪烁-当前应执行的步骤；绿色-已执行完成的步骤；白色-未执行的步骤；黄色-执行失败，或跳过不执行； 调度员需要确认每个步骤是否完成；只有经调度员确认完成后，决策才会进入到下一步。
决策在执行过程中，操作人员可以进行必要的干预，如终止决策。执行结束后会存储执行记录，供日后检索和查阅。
3.3.3 决策的协同执行
当决策在一台工作站上被启动执行后，在该决策中相关的其他工作站将自动弹出该决策的执行界面。
需要多个调度员协同执行的决策，每个调度员只能执行自己的分支，但可以看到其他分支的执行情况。此时每个步骤的执行可能不是独立的，而是相互关联的，某个步骤的执行有可能会需要其余调度员的等待。
3.3.4 流程图执行方式
1.顺序执行
步骤以设定好的顺序依次执行。需要其他调度确认的步骤在执行后会等待接收方确认，或在指定时间内未收到回应后进行超时处理。2.并行执行 多个分支同时执行。3.选择执行
根据条件判断，在两条分支中选择一条执行。
3.3.5 流程执行时的一些限制
每一个决策，都有一个唯一的执行起点和唯一的执行终点。 允许决策执行流程中的主线发散为两条或多条支线。
每个判定元件只允许产生2个选择分支，如需多个选择分支，需使用多个判定元件。 从主线上发散出分支的步骤称为发散步骤；从分支收拢到主线的步骤称为闭合步骤。分支上不允许再有并行分支，闭合步骤必须闭合之前的所有分支。 每个发散步骤必须有一个与之对应的闭合步骤。 不允许向前（起点方向）跳转。
主线上的步骤是顺序执行的，单条分支上的步骤也是顺序执行的，主线发散成多分支时是并发执行的。判断元件产生的分支是选择执行。
每个步骤均有一个超时时间。如该时间为0，则认为本步骤不可跨越。如该时间不为0，步骤开始执行后，超过该时间仍未被确认的，跳过本步骤，执行下一步骤。 判断步骤不可超时跨越。
3.4 历史查看 3.4.1 功能说明
历史查看界面的主要功能是帮助用户反演以往辅助决策应用的整个过程，帮助用户分析在实际应用中，执行过程存在的问题以及辅助决策设计存在的问题，以便加以改进。
历史查看界面的要素包括： 1.提供历史决策执行的查询功能。
图3.3 历史查看画面 2.能够查看指定历史决策项的各环节执行时间和执行结果。3.能够反演指定历史决策项的执行过程。
系统提供了历史决策的查看工具，该工具在界面上以列表的方式展示出每一步的执行状况，包括调度员的名称、执行时间、执行主机名称、执行结果等。功能实现
4.1 决策数据模型的建立
决策的最小逻辑单元是步骤，作为流程图的节点。在决策执行过程中,步骤只能从前驱步骤执行到后继步骤，且每个决策的执行都仅有一个开始步骤和一个结束步骤，那么，决策的流程图可以看作是一个由若干节点组成的有向图。搜索步骤关系的过程也就是搜索整个有向图的过程。
有向图是一非线性结构, 本身不能作为一个整体存储, 可考虑用两个数据库表文件来分别表示。其中步骤表用于存储顶点信息, 一个顶点是一条记录, 字段可有步骤编号，步骤名称等, 步骤关系表用于存贮每一条弧的信息, 有向图中每条弧作为库中一条记录, 字段可有前序步骤编号、后继步骤编号等。
每一个结点都有各自的属性。决策的属性有触发类型、触发条件、启动权限等。步骤的属性主要包括图元类型、图元位置、步骤内容、前后结点的关联关系，以及图元的颜色，线条颜色等等信息。
4.2 流程图的描画实现
为了更好的兼容系统平台，采用QT实现流程图元件的描画。流程图的描画方法：
采用QT内部既有的画布类作为基类，实现了一些流程图元件的拖动。其中包括ShapeBase类： 流程图元件的基类。定义了纯虚函数。
virtual void SetPen(const QPen& p, unsigned char ps)= 0;virtual void SetBrush(const QBrush& b, bool color)= 0;virtual void SetFill(bool fill)= 0;
virtual void SetFont(const QFont& font)= 0;virtual void SetText(const QString& text)= 0;virtual void SetBackPicture(const QString& filename)= 0;上述方法实现了图元的属性（包括，线条的粗细，是否填充等等）virtual void drawSelectRect(QPainter& p)= 0;此方法实现了流程图元件的描画。ShapeBase类继承于Node类，cla DLL_EXPORT Node : public Tree { public:
Node();virtual ~Node();virtual void loadAttribute();
//绘制拖拽句柄
virtual void setAttribute();…… } 此类为公共基类，实现流程图元件的属性管理。ShapeBase基类派生出的流程图元件类包括： ShapeArrow：有向连接线类（箭头图元）ShapeRhombus:菱形类（判断图元）ShapeRect：矩形类（处理图元）ShapeEllipse：椭圆类（始终端元件）……
4.3 决策执行时的通信机制
由于本软件的运行是依托于同方的ezISCS系统平台之上的，平台在底层通信上有很好的站间通知机制。因此辅助决策画面的弹出和协作互动直接利用系统平台的通知事项来实现。4.4 决策的执行原理
在决策的数据模型建立后，每一个决策的所有步骤结点都存储了的先后续关系，这样，我们在找到决策的起点和终点后，就可以按照前驱后继关系进行决策执行了。
流程如下：
初始化：当前未执行节点列表清空后，存入开始节点的步骤编号； 处理一：依次对未执行列表中的节点进行检查； 判断当前登录用户是否具有执行此节点的权限； 如有权限，此节点变为待执行状态。（闪烁）
如没有权限，等待此节点变为待执行状态。如果收到节点更新事项（待执行），那么此节点变为待执行状态。
处理二：等待操作员进行对节点的操作确认，如点击操作完成按钮，则此节点变为已执行状态，等待期间，用计时器对待执行节点进行超时计数，如超过设定的超时时间，则该节点的状态变为超时状态。等待期间如果收到节点更新事项（已执行），那么此节点变为已执行状态。
处理三：检查未执行节点列表，搜索超时和已执行节点的后继节点，并将搜索到的后继节点放入未执行节点列表，删除已执行节点后，返回处理一，直至未执行节点列表为空。结束语
辅助决策系统的应用能够进一步提高地铁运营部门对应急事件的响应、处理效率，最大限度地降低突发事件对地铁运营的影响。随着技术的不断完善和发展，辅助决策系统在地铁综合监控系统中将会得到更多的应用。
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