田汶鑫 汪超亮 竇帥 李子揚(yáng)

（1 中國(guó)科學(xué)院光電研究院 中國(guó)科學(xué)院定量遙感信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

（2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

JBPM在無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理的應(yīng)用

田汶鑫1,2汪超亮1竇帥1李子揚(yáng)1

（1 中國(guó)科學(xué)院光電研究院 中國(guó)科學(xué)院定量遙感信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

（2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

為了保障無(wú)人機(jī)遙感業(yè)務(wù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化、高效運(yùn)行，文章建立了一套無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急條件下無(wú)人機(jī)遙感資源網(wǎng)統(tǒng)一的配置、調(diào)度與運(yùn)行管理。以業(yè)務(wù)流程管理(Java Business Process Management，JBPM)工作流引擎為基礎(chǔ)，首先介紹了JBMP的基本概念和框架，論述了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度管理的典型工作流程；然后結(jié)合Petri網(wǎng)理論，以Petri網(wǎng)為工具建立了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度管理的層次化模型，并對(duì)模型進(jìn)行了正確性驗(yàn)證；最后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于JBPM 的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度的全生命周期管理。該系統(tǒng)成功部署并應(yīng)用于無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù)，滿足遙感網(wǎng)任務(wù)調(diào)度需求的同時(shí)，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定無(wú)故障運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度管理與有效監(jiān)視，為無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行提供了一種網(wǎng)絡(luò)化的反饋式互動(dòng)在線調(diào)度管理平臺(tái)。

工作流引擎 Petri網(wǎng) 任務(wù)調(diào)度管理 無(wú)人機(jī) 遙感網(wǎng)

0 引言

無(wú)人機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活以及飛行保障要求低等特點(diǎn)，近年來(lái)在應(yīng)急響應(yīng)空間數(shù)據(jù)獲取方面起到了不可替代的作用，逐漸成為應(yīng)急救災(zāi)不可或缺的一類高科技手段。我國(guó)幅員遼闊，災(zāi)害多發(fā)且時(shí)空分布隨機(jī)性很強(qiáng)，目前相對(duì)有限的無(wú)人機(jī)遙感資源使得應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)支援國(guó)家應(yīng)急響應(yīng)往往會(huì)出現(xiàn)“疲于奔命”的現(xiàn)象[1-4]。因此依托“國(guó)家空間數(shù)據(jù)獲取與應(yīng)用應(yīng)急協(xié)同體系和數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)”，統(tǒng)籌考慮全國(guó)可用于應(yīng)急救災(zāi)的無(wú)人機(jī)遙感資源，構(gòu)建分布式的無(wú)人機(jī)遙感業(yè)務(wù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)），統(tǒng)籌調(diào)配無(wú)人機(jī)遙感資源開(kāi)展應(yīng)急救災(zāi)工作，是解決上述問(wèn)題的優(yōu)選方案。

為了保障無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)規(guī)范化、高效運(yùn)行，亟待建立一套無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急條件下無(wú)人機(jī)遙感資源的統(tǒng)一配置、調(diào)度與運(yùn)行管理。本文以JBPM（業(yè)務(wù)流程管理——Java Business Process Management）工作流引擎為基礎(chǔ)，結(jié)合Petri網(wǎng)理論，提出了針對(duì)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理的Petri網(wǎng)層次化模型，然后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于JBPM的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將地理位置上分散的、致力于國(guó)家應(yīng)急救災(zāi)的無(wú)人機(jī)遙感資源統(tǒng)一注冊(cè)，按照無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理規(guī)程實(shí)施全過(guò)程的、規(guī)范化的調(diào)度管理，降低人工調(diào)度管理的工作量和主觀性，為應(yīng)急情況下無(wú)人機(jī)遙感資源的高效、有序調(diào)度管理提供支持。另外，本系統(tǒng)還可提供流程定制服務(wù)，在無(wú)需修改軟件代碼的情況下，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理流程的更新與發(fā)展。

1 工作流及JBPM技術(shù)簡(jiǎn)介

工作流是一種反映業(yè)務(wù)流程的計(jì)算機(jī)化的模型，它是為了在計(jì)算機(jī)環(huán)境支持下實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程集成與自動(dòng)化而建立的可由工作流管理系統(tǒng)執(zhí)行的業(yè)務(wù)模型[5]。JBPM是目前比較流行的一種開(kāi)源工作流引擎，它是一種基于J2EE（Java 2 Platform，Enterprise Edition）的輕量級(jí)工作流管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過(guò)程的部分或整體在計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境下的自動(dòng)化[6-7]。JBPM的優(yōu)勢(shì)主要有如下三點(diǎn)：

1）JBPM 的業(yè)務(wù)邏輯定義摒棄目前的一些規(guī)范，采用了自己定義的流程描述語(yǔ)言——jPDL。jPDL將一個(gè)業(yè)務(wù)流程看作是一個(gè)改良的統(tǒng)一的建模語(yǔ)言（UML）狀態(tài)圖，使用直觀的流程語(yǔ)言以圖形化的方式來(lái)表示業(yè)務(wù)流程，詳細(xì)定義了這個(gè)狀態(tài)圖的每個(gè)部分，更貼近用戶的理解和體驗(yàn)；

2）JBPM采用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，其核心功能都被封裝作為一個(gè)簡(jiǎn)單的Java庫(kù)，提供了功能豐富、對(duì)外交互的應(yīng)用程序編程接口（API）集合，可以在其之上進(jìn)行功能擴(kuò)展；

3）使用對(duì)象關(guān)系映射框架（Hibernate）來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。Hibernate是目前Java領(lǐng)域中性能非常好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層解決方案，可以很好的支持主流數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)Hibernate，JBPM將數(shù)據(jù)的管理職能分離出去，專注于業(yè)務(wù)邏輯的處理[8]。

選擇JBPM工作流引擎建立無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，不僅可以將復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰化，對(duì)流程數(shù)據(jù)持久化，而且可以提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的靈活性和可擴(kuò)展性。JBPM 的框架和執(zhí)行過(guò)程如圖1所示。JBPM的基本工作步驟為：1）通過(guò)jPDL圖形化流程編輯器進(jìn)行流程定義，并加載到應(yīng)用中；2）啟動(dòng)流程，即創(chuàng)建流程實(shí)例的過(guò)程；3）執(zhí)行接口使用戶和系統(tǒng)可以操作流程實(shí)例，推動(dòng)流程的流轉(zhuǎn)；4）流程監(jiān)控，獲得當(dāng)前的待辦任務(wù)和流程運(yùn)行的確切狀態(tài)。JBPM執(zhí)行接口保證用戶和系統(tǒng)可以操作流程實(shí)例，推動(dòng)流程的流轉(zhuǎn)，用戶可以通過(guò)JBPM的任務(wù)接口，獲得當(dāng)前的待辦任務(wù)。在JBPM框架中，工作流引擎是核心模塊，主要功能是解釋 jPDL定義的流程過(guò)程文件，為流程實(shí)例提供運(yùn)行時(shí)環(huán)境，調(diào)度過(guò)程實(shí)例的運(yùn)行，并提供流程監(jiān)控的接口，這些接口是通過(guò)API來(lái)提供的[9-10]。

圖1 JBPM的框架和執(zhí)行過(guò)程Fig.1 Framework and executing process of JBPM

2 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)建模與驗(yàn)證

2.1系統(tǒng)建模

本文采用工作流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)任務(wù)調(diào)度管理中任務(wù)的申請(qǐng)、審核、執(zhí)行、總結(jié)為主線的生命周期管理。工作流模型是業(yè)務(wù)過(guò)程計(jì)算機(jī)化的形式表示，當(dāng)前工作流建模方法多種多樣，有基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法、基于UML活動(dòng)圖的建模方法、基于Petri網(wǎng)的建模方法等。因Petri網(wǎng)不僅具有易于理解的圖形特征，而且具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是一個(gè)過(guò)程建模與分析的強(qiáng)大工具，還可以通過(guò)它的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性[11]，所以本文采用Petri網(wǎng)作為系統(tǒng)的建模工具。在建模過(guò)程中，主要采用“自頂向下”層次化的建模方法[12]。

無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)任務(wù)調(diào)度管理業(yè)務(wù)的運(yùn)行方式按照應(yīng)用場(chǎng)景，可分為常規(guī)任務(wù)管理和應(yīng)急任務(wù)管理兩種，這兩種任務(wù)的管理與調(diào)度方式都是縱向管理的過(guò)程，但需采用不同的模型實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。

在常規(guī)任務(wù)調(diào)度管理方式中，任務(wù)的時(shí)間要求并不緊急，管理模型的業(yè)務(wù)流程在滿足任務(wù)周期的情況下，針對(duì)不同的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)任務(wù)調(diào)度需求，制定不同的任務(wù)流程計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的調(diào)度和任務(wù)的分發(fā)。例如圖2所示的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)常規(guī)任務(wù)調(diào)度流程，工作流的開(kāi)始條件為任務(wù)申請(qǐng)者需要進(jìn)行任務(wù)申請(qǐng)，經(jīng)過(guò)任務(wù)分析、任務(wù)審核、任務(wù)申請(qǐng)的信息預(yù)發(fā)布和反饋后、填寫(xiě)任務(wù)大綱、填寫(xiě)任務(wù)書(shū)、通知各個(gè)相關(guān)部門任務(wù)會(huì)簽、制訂任務(wù)實(shí)施方案、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)數(shù)據(jù)分析等流程，最后總結(jié)報(bào)告并歸檔，流程結(jié)束。

相對(duì)于常規(guī)的任務(wù)管理流程，無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度管理流程產(chǎn)生于突發(fā)或緊急的情況，需盡最大可能滿足應(yīng)急的快速響應(yīng)，取消任務(wù)的審核、預(yù)發(fā)布、反饋等步驟，簡(jiǎn)化流程，加快應(yīng)急響應(yīng)速度；并根據(jù)實(shí)際任務(wù)需求，增加態(tài)勢(shì)評(píng)估、應(yīng)急信息上報(bào)等步驟，提高處理緊急情況的適用性，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)情況下資源的合理調(diào)度和任務(wù)的及時(shí)響應(yīng)。

本文設(shè)計(jì)如圖3所示的應(yīng)急任務(wù)調(diào)度管理流程，該工作流的開(kāi)始條件為任務(wù)申請(qǐng)者發(fā)起應(yīng)急任務(wù)申請(qǐng)，然后應(yīng)急指揮調(diào)度中心的系統(tǒng)工作人員對(duì)任務(wù)區(qū)所需的遙感載荷、無(wú)人機(jī)資源、飛行航線和支撐條件等進(jìn)行分析，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃、組建應(yīng)急響應(yīng)試驗(yàn)隊(duì)，同時(shí)各相關(guān)任務(wù)執(zhí)行參與者上報(bào)系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)。系統(tǒng)工作人員編制應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)書(shū)，交由決策者進(jìn)行任務(wù)書(shū)審核。審核通過(guò)后，進(jìn)行系統(tǒng)轉(zhuǎn)場(chǎng)，制定應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)實(shí)施方案，然后執(zhí)行應(yīng)急響應(yīng)飛行任務(wù)，開(kāi)展無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)，獲取災(zāi)區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)綉?yīng)急指揮調(diào)度中心，由專業(yè)技術(shù)人員綜合分析災(zāi)情，形成應(yīng)急事件的態(tài)勢(shì)評(píng)估報(bào)告，上報(bào)給應(yīng)急救災(zāi)決策部門。最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編目存檔，并形成任務(wù)總結(jié)報(bào)告，流程結(jié)束[13-14]。

圖2 無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)常規(guī)任務(wù)調(diào)度管理工作流程Fig.2 Regular task dispatch management workflow model of the UAV remote sensing network

圖3 無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度管理工作流程Fig.3 Emergency task dispatch management workflow model of the UAV remote sensing network

Petri網(wǎng)是由節(jié)點(diǎn)和有向弧組成的一種有向圖，它有兩類節(jié)點(diǎn)：一類稱為庫(kù)所，通常用圓圈表示，代表位置、狀態(tài)、條件等；另一類稱為變遷，用方框或粗杠表示，代表工作流中的任務(wù)；兩類元素之間的連接用有向弧表示，代表工作流的邏輯關(guān)聯(lián)。庫(kù)所只能和變遷相連，變遷只能和庫(kù)所相連。Petri網(wǎng)中另一重要元素是托肯（token），代表系統(tǒng)的條件、資源、狀態(tài)等。

通過(guò)將業(yè)務(wù)運(yùn)行管理的工作流程映射到 Petri網(wǎng)流程模型的方法，可將無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理工作流模型轉(zhuǎn)化為如圖4所示的Petri網(wǎng)模型。圖4中圓圈P1～P25的標(biāo)識(shí)表示庫(kù)所名稱，i庫(kù)所表示開(kāi)始，e庫(kù)所表示結(jié)束。這些庫(kù)所主要用于反映無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)任務(wù)之間資源的傳遞，包括無(wú)人機(jī)、人員、任務(wù)單等，因其具體含義對(duì)分析該模型的正確性關(guān)系不大，在此不作贅述。扁矩形T1～T24的標(biāo)識(shí)表示變遷名稱，分別對(duì)應(yīng)圖3流程中各任務(wù)節(jié)點(diǎn)，例如T1代表無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)申請(qǐng)，T2代表填寫(xiě)和提交任務(wù)分析。

2.2 模型的化簡(jiǎn)與驗(yàn)證

Petri網(wǎng)不僅為系統(tǒng)建模提供了形式化的表達(dá)方法，而且具有豐富的分析和驗(yàn)證手段，例如基于狀態(tài)方程的代數(shù)分析方法、基于可達(dá)性的圖分析方法、基于化簡(jiǎn)的歸納分析方法等。一個(gè)工作流過(guò)程的合理性是指工作流建立的模型過(guò)程正確，不會(huì)出現(xiàn)死鎖、運(yùn)行結(jié)果不正確等現(xiàn)象[15-16]。

圖4 無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理Petri網(wǎng)模型Fig.4 Petri net model of the emergency response dispatch management system of UAV remote sensing network

對(duì)圖 4所示的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行合理性的驗(yàn)證的主要依據(jù)如下：1）模型必須有一個(gè)開(kāi)始庫(kù)所和一個(gè)結(jié)束庫(kù)所，結(jié)束庫(kù)所是從開(kāi)始庫(kù)所可達(dá)的唯一最終狀態(tài)，每個(gè)庫(kù)所和變遷都在一條從開(kāi)始庫(kù)所到結(jié)束庫(kù)所的路徑上；2）在任何情況下，工作流總能終止，而且在終止的時(shí)候，每個(gè)實(shí)例在結(jié)束庫(kù)所中只有一個(gè)托肯，其它庫(kù)所中沒(méi)有該實(shí)例的托肯存在；3）在所得Petri網(wǎng)中不存在死變遷，每個(gè)變遷都可能被執(zhí)行到。

本文采用化簡(jiǎn)分析技術(shù)，分析該模型的合理性。該方法可在保持模型特性的前提下，將模型縮小到適當(dāng)規(guī)模，降低驗(yàn)證的復(fù)雜度；另外，如果在工作流的過(guò)程模型中存在死鎖或結(jié)構(gòu)上的沖突等問(wèn)題，在圖形化簡(jiǎn)過(guò)程中很容易檢測(cè)到產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因。

化簡(jiǎn)規(guī)則如圖5所示，該方法可以在有限時(shí)間內(nèi)將具有活性和有界性的自由選擇擴(kuò)展工作流網(wǎng)化簡(jiǎn)為只有一個(gè)庫(kù)所和變遷的自閉環(huán)網(wǎng)，或者將工作流網(wǎng)化簡(jiǎn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的順序結(jié)構(gòu)，從而快速完成模型的合理性驗(yàn)證[17-18]。

圖5 Petri網(wǎng)模型化簡(jiǎn)規(guī)則Fig.5 Simplification rules of the Petri net model

根據(jù)上述Petri網(wǎng)模型的合理性驗(yàn)證方法，對(duì)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行驗(yàn)證。首先根據(jù)圖5所示化簡(jiǎn)規(guī)則對(duì)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)（化簡(jiǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的模型如圖6所示）：

圖6 Petri網(wǎng)模型化簡(jiǎn)過(guò)程Fig.6 Reduction process of the Petri net model

1）根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則1，消去庫(kù)所P2、P3、P4、P5，合并變遷T2、T3、T4、T5，記為T2-5；同理消去庫(kù)所P11、P12、P15、P21、P22、P23、P24、P15，得到簡(jiǎn)化模型記為WF1；

2）根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則2，消去變遷T6、T7、T8，T17、T18，根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則3，P5、P6、P7為并行結(jié)構(gòu)，與前置變遷T2-5和后置變遷T9化簡(jiǎn)為一個(gè)變遷，記為T2-9，同理消去T17和T18構(gòu)成的并行結(jié)構(gòu)，得到簡(jiǎn)化模型記為WF2；

3）根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則3，消去庫(kù)所P14，根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則2，消去變遷T14-15，T2-11，簡(jiǎn)化后的模型記為WF3；

4）根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則4，消去變遷T12-13，根據(jù)化簡(jiǎn)規(guī)則1，消去庫(kù)所P13，得到最終的模型化簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)WF4。

通過(guò)上述化簡(jiǎn)過(guò)程，將圖4所示的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型化簡(jiǎn)為簡(jiǎn)單的順序結(jié)構(gòu)。所以，該工作流Petri網(wǎng)模型是滿足合理性要求的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理業(yè)務(wù)是基于各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，為客戶端的用戶提供相應(yīng)的工作流服務(wù)，根據(jù)這樣的特點(diǎn)，本文將應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)分為3層：應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)Fig.7 Frame structure of the emergency response dispatch management system of the UAV remote sensing network

應(yīng)用層主要為無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理的參與者提供管理操作的功能，包括用戶管理、任務(wù)管理、節(jié)點(diǎn)管理與流程定制以及數(shù)據(jù)綜合管理，應(yīng)急調(diào)度管理參與者包括系統(tǒng)管理員、任務(wù)申請(qǐng)者和審核者等。

服務(wù)層是系統(tǒng)的核心層，主要為基于工作流的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理提供基本的服務(wù)功能，包括用戶權(quán)限鑒別服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)、節(jié)點(diǎn)組件管理服務(wù)、任務(wù)流程管理服務(wù)、工作流定制服務(wù)、工作流流程控制服務(wù)、流程實(shí)例化服務(wù)和任務(wù)流程監(jiān)控跟蹤服務(wù)等。

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐層，主要以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)提供數(shù)據(jù)的存取服務(wù)，存取的數(shù)據(jù)分為用戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)、無(wú)人機(jī)遙感資源數(shù)據(jù)庫(kù)、任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和工作流引擎數(shù)據(jù)庫(kù)等。

3.2系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

本文的無(wú)人機(jī)遙感應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)使用Myeclipse開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用Java和JSP，工作流引擎采用 JBPM4開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為Oracle，系統(tǒng)的客戶端支持主流瀏覽器軟件，如IE、Chrome、Firefox等。

根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理中不同參與者的身份，管理員可定義不同的角色名稱，每個(gè)角色操作權(quán)限各不相同。在申請(qǐng)任務(wù)時(shí)，本系統(tǒng)通過(guò)可視化的方法，從工作流引擎數(shù)據(jù)庫(kù)中選取代表應(yīng)急調(diào)度管理工作流模型節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)組件，根據(jù)工作流模型定制出任務(wù)工作流模板。然后以工作流模板為基礎(chǔ)，通過(guò)任務(wù)申請(qǐng)者申請(qǐng)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)實(shí)例化工作流模板，系統(tǒng)在后臺(tái)記錄任務(wù)流程實(shí)例的ID，將實(shí)例化的任務(wù)申請(qǐng)信息通過(guò)任務(wù)流程管理服務(wù)存入任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并與任務(wù)工作流程模板自動(dòng)關(guān)聯(lián)。接著，工作流引擎根據(jù)工作流模板、當(dāng)前的工作流節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和輸入的數(shù)據(jù)，按照預(yù)定義的規(guī)則實(shí)現(xiàn)工作流程節(jié)點(diǎn)的流轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度的全過(guò)程管理。

根據(jù)前文建立的模型，系統(tǒng)向用戶提供無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)流程界面，一方面描述該流程包含的全部任務(wù)節(jié)點(diǎn)，另一方面紅框標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)表示流程執(zhí)行到該節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可鏈接到與之對(duì)應(yīng)的功能界面。任務(wù)申請(qǐng)節(jié)點(diǎn)的接口，接收任務(wù)申請(qǐng)信息，任務(wù)書(shū)節(jié)點(diǎn)輔助用戶確定參與執(zhí)行任務(wù)的遙感載荷、無(wú)人機(jī)資源、飛行航線和支撐條件等，制定出任務(wù)參與者的工作要求，形成任務(wù)書(shū)分發(fā)給各任務(wù)參與者。任務(wù)參與者對(duì)各自承擔(dān)的任務(wù)要求進(jìn)行反饋。系統(tǒng)狀態(tài)上報(bào)節(jié)點(diǎn)包括了組織所有的任務(wù)參與者上報(bào)其負(fù)責(zé)的系統(tǒng)狀態(tài)并匯總。系統(tǒng)通過(guò)圖形化手段顯示任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)和走向，依照每個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)的屬性規(guī)劃了任務(wù)走向、路徑路由等，并包含了完成、回退等功能。

本文建立了清晰、可控的無(wú)人機(jī)遙感資源調(diào)度管理平臺(tái)，使參與任務(wù)的執(zhí)行部門有序地協(xié)同開(kāi)展工作，提高了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)各職能部門的協(xié)作能力；同時(shí)任務(wù)管理人員對(duì)任務(wù)執(zhí)行規(guī)程和狀態(tài)一目了然，有效提升了工作效率和管理水平。該系統(tǒng)成功部署并應(yīng)用于無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了 7×24小時(shí)穩(wěn)定無(wú)故障運(yùn)行，滿足無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)任務(wù)調(diào)度需求，驗(yàn)證了系統(tǒng)在有效性、易操作性、可靠性等方面的能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文使用目前流行的輕量級(jí)工作流技術(shù)，結(jié)合文字、圖表等多種表現(xiàn)形式，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于JBPM 的無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行提供了一種網(wǎng)絡(luò)化的反饋式互動(dòng)在線調(diào)度管理平臺(tái)。與一般的任務(wù)管理系統(tǒng)相比，本文提供的基于工作流的可視化管理模式，不僅將無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度管理的業(yè)務(wù)流程及其運(yùn)行狀態(tài)直觀地展示給用戶，而且實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)遙感網(wǎng)應(yīng)急任務(wù)調(diào)度的全生命周期管理，為用戶提供了直觀、便捷操作與運(yùn)行維護(hù)的環(huán)境。同時(shí)，系統(tǒng)提供的工作流定制功能，還可以方便用戶根據(jù)應(yīng)急業(yè)務(wù)流程的演化情況更新應(yīng)急調(diào)度管理工作流模型，僅需開(kāi)發(fā)新的關(guān)鍵管理節(jié)點(diǎn)組件即可，降低了系統(tǒng)與實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯的耦合度。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，具有更好的通用性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性以及適應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯演化的能力。

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Application of JBPM in Emergency Dispatch Management for UAV Remote Sensing Network

TIAN Wenxin1,2WANG Chaoliang1DOU Shuai1LI Ziyang1

（1 Academy of Opto-Electronics, Key Laboratory of Quantitative Remote Sensing Information Technology,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China）
（2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）

Recently UAVs play an irreplaceable role in the fields of obtaining spatial data of emergency response. On the basis of collecting the UAV remote sensing resources which can be used for emergency and building the network of distributed UAV remote sensing services, in order to ensure that the network operates efficiently, the paper establishes an emergency response dispatch management system of UAV remote sensing network to achieve a unified configuration under the emergency conditions. Firstly, based on the Java Business Process Management (JBPM for short) engine, the paper introduces the basic concepts and framework of JBPM, and discusses the typical workflow of the emergency scheduling management of the UAV remote sensing network. Secondly, combining Petri nets theory, the paper establishes a hierarchical model of emergency scheduling management task, and validated the correctness of the model. Finally, emergency response dispatch management system for UAV remote sensing network based on JBPM, achieving the purpose of lifecycle management of emergency response task. The system is deployed and applied successfully in the validation task ofUAV remote sensing network. It not only meets the requirements of remote sensing network dispatch task, but also operates stably for many hours, providing an online scheduling feedback management platform for UAV remote sensing network.

JBPM engine; Petri nets; emergency dispatch management; unmanned air vehicle; remote sensing network

TP315

: A

: 1009-8518(2016)05-0102-09

10.3969/j.issn.1009-8518.2016.05.012

田汶鑫，女，1990年生，2016年6月獲中國(guó)科學(xué)院大學(xué)電子與通信工程專業(yè)碩士學(xué)位。研究方向?yàn)檫b感技術(shù)與應(yīng)用。E-mail：tianwenxin@aoe.ac.cn。

（編輯：夏淑密）

2016-03-22

國(guó)家863計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：2013AA122105）