多模GNSS景區(qū)應(yīng)急救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李飛

摘 要：開發(fā)基于景區(qū)管理的應(yīng)急搜救平臺，包括系統(tǒng)管理、預(yù)案管理、報(bào)警信息處理、信息發(fā)布與管理、指揮調(diào)度五大功能模塊。本文結(jié)合GNSS組合定位算法的現(xiàn)有模塊，通過3G模塊與應(yīng)急搜救平臺進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)基于多模GNSS的應(yīng)急搜救系統(tǒng)，進(jìn)行應(yīng)急救援仿真試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)組合定位方法在應(yīng)急搜救系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞： GNSS；景區(qū)；應(yīng)急救援

0 引言

近年來在世界范圍內(nèi)如颶風(fēng)、地震、臺風(fēng)、海嘯等重大自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，對人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的傷害。在全球范圍內(nèi)，應(yīng)急減災(zāi)系統(tǒng)的建立、完善和加強(qiáng)再次得到了各國政府部門及相關(guān)國際組織的高度重視。旅游景區(qū)大都在超負(fù)荷的接待游客，產(chǎn)生很多安全隱患。綜合所有的搜救過程不難發(fā)現(xiàn)，搜救工作之所以艱難的主要原因在于無法快速獲知精確的失事地點(diǎn)。尤其是在地形復(fù)雜的山區(qū)地帶，由于通信受阻、地形復(fù)雜、遇險(xiǎn)者無法描述所處地域等各種原因，使救援工作困難重重、耗時(shí)費(fèi)力。為此，構(gòu)建一套組織高效、資源配置優(yōu)化、反應(yīng)迅速和輔助決策科學(xué)的救援系統(tǒng)就顯得尤為迫切。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的位置、速度、時(shí)間等信息，但是在室內(nèi)、森林、城市等復(fù)雜環(huán)境下，導(dǎo)航衛(wèi)星信號受到嚴(yán)重的衰弱，信號功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的工作范圍?；谛l(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)的應(yīng)急搜救技術(shù)研究創(chuàng)新性的提出了復(fù)雜環(huán)境下基于應(yīng)急導(dǎo)航搜救終端的應(yīng)急搜救方法和應(yīng)用技術(shù)。

1 系統(tǒng)概述

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大型自然景區(qū)是目前最需要實(shí)現(xiàn)區(qū)域服務(wù)的典型區(qū)域環(huán)境，大量的游客對數(shù)字導(dǎo)游、自主規(guī)劃、周邊服務(wù)查詢、應(yīng)急求助等提出了越來越高的要求，在示范平臺規(guī)劃中，應(yīng)急搜救平臺將與位置服務(wù)平臺、監(jiān)控平臺、公共服務(wù)平臺、通信管理平臺共同作為技術(shù)支撐以達(dá)到景區(qū)管理平臺的常態(tài)運(yùn)作。

該平臺依托國家“十二五”科技支撐項(xiàng)目“ 智能導(dǎo)航搜救終端及其區(qū)域應(yīng)用示范”，接收智能導(dǎo)航搜救終端與位置服務(wù)平臺提供的報(bào)警信息，通過接警信息分析與處理，制定“有計(jì)劃、有步驟、可操作、可執(zhí)行”的應(yīng)急搜救預(yù)案以提供決策支持，實(shí)現(xiàn)景區(qū)應(yīng)急事件災(zāi)害險(xiǎn)情、景區(qū)旅游運(yùn)營突發(fā)事件的及時(shí)處理，達(dá)到景區(qū)對突發(fā)事件的快速響應(yīng)。

1.2 流程設(shè)計(jì)

應(yīng)急搜救平臺通過移動通信網(wǎng)絡(luò)、北斗、WIFI等接收應(yīng)急報(bào)警信息，經(jīng)過分析處理后生成應(yīng)急救援方案，并進(jìn)行指揮調(diào)度，同時(shí)將一些指揮調(diào)度命令通過網(wǎng)絡(luò)推送到搜救終端和指揮終端。

應(yīng)急搜救平臺主要對景區(qū)內(nèi)突發(fā)應(yīng)急事件提供相應(yīng)的服務(wù)信息。救援調(diào)度服務(wù)用于應(yīng)急調(diào)度工作，能夠?qū)⒅付繕?biāo)的有關(guān)信息通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)調(diào)取，并連同搜救終端的各種信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示在電子地圖上，通過不同顏色圖標(biāo)區(qū)分監(jiān)控目標(biāo)的狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控救援人員的分布和運(yùn)動軌跡，使整個(gè)救援工作直觀清晰。通過通信功能模塊可進(jìn)行短句文字通信、數(shù)據(jù)通信等，并提供搜救編組內(nèi)部的通信能力，便于聯(lián)合行動和動態(tài)指揮。此外，通過該功能還可以擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)向管理中心的匯報(bào)和通信，支持大范圍、大區(qū)域的聯(lián)合搜救行動調(diào)度控制。與數(shù)字地圖的結(jié)合可以為搜救指揮調(diào)度人員提供直觀的區(qū)域界面，便于進(jìn)行搜救路線的規(guī)劃、距離量測、行動指揮等工作，進(jìn)而提高搜救效率。數(shù)據(jù)共享和與上級主管部門間的互聯(lián)互通能夠支持大型區(qū)域救援任務(wù)，實(shí)現(xiàn)搜救過程中多人、多部門間協(xié)作管理，救援調(diào)度的數(shù)據(jù)通過預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口可以接入到上級管理部門，進(jìn)而納入公共搜救信息網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)急指揮系統(tǒng)。

1.3 功能設(shè)計(jì)

該應(yīng)急搜救平臺將以九寨溝景區(qū)作為應(yīng)用示范點(diǎn)，主要包括了接警功能、應(yīng)急處理、指揮調(diào)度、信息發(fā)布與管理、系統(tǒng)管理、預(yù)案管理、決策支持等功能。

1.3.1接警功能

本功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對報(bào)警信息的記錄、處理，分為系統(tǒng)接警和人工接警。

系統(tǒng)接警通過通信模塊可自動接收終端的求救及環(huán)境監(jiān)測報(bào)警；人工接警可受理短信、電話報(bào)警，由專人在系統(tǒng)中錄入報(bào)警信息。

1.3.2應(yīng)急處理功能

突發(fā)事件發(fā)生后，應(yīng)急處理模塊制定發(fā)布應(yīng)急搜救方案、應(yīng)急疏導(dǎo)方案，并通過控制中心發(fā)布一系列指令，向終端提供行動說明和所需要進(jìn)行的應(yīng)對措施，具體包括現(xiàn)場信息查詢與顯示、應(yīng)急搜救方案制定與發(fā)布、應(yīng)急疏導(dǎo)方案制定與發(fā)布。在進(jìn)行應(yīng)急搜救的同時(shí)，對景區(qū)內(nèi)人群高密度和高危險(xiǎn)度區(qū)域必須進(jìn)行應(yīng)急疏導(dǎo)。參考應(yīng)急預(yù)案庫中的疏導(dǎo)方案，結(jié)合突發(fā)事件的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以此為基礎(chǔ)，制定 “人機(jī)交互”的應(yīng)急疏導(dǎo)方案。制定好的應(yīng)急搜救方案可通過廣播，以及客戶端短信、彩信和電話的方式在景區(qū)內(nèi)進(jìn)行發(fā)布。

1.3.3指揮調(diào)度功能

根據(jù)搜救決策，平臺將向指揮型搜救終端發(fā)布搜救策略，通過與智能導(dǎo)航用戶終端和指揮型搜救終端的交互對被救對象、搜救隊(duì)伍進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和指揮調(diào)度。

1.3.4信息發(fā)布與管理功能

本功能模塊可以通過廣播和終端實(shí)時(shí)進(jìn)行信息的發(fā)布與管理，包括以下兩個(gè)子功能：

（1） 公共信息發(fā)布與管理

結(jié)合九寨溝景區(qū)的實(shí)際情況，平臺將采取多樣化的信息傳播方式：建立單向廣播站點(diǎn)，進(jìn)行信息的單向廣播，對游人進(jìn)行安全宣傳教育及緊急事件的播報(bào)。

（2） 組信息發(fā)布與管理

分組是指在團(tuán)隊(duì)間以組的形式管理公共信息，為指揮型應(yīng)急救援終端提供組內(nèi)搜救與疏導(dǎo)信息。

1.3.5系統(tǒng)管理功能

本功能模塊對日志、任務(wù)和應(yīng)急資源進(jìn)行管理，包括用戶的權(quán)限管理。為新建任務(wù)提供需要制定的任務(wù)信息。包括新建任務(wù)、根據(jù)任務(wù)類別查看表單、新建表單。建立任務(wù)隊(duì)列列表，跟蹤隊(duì)列中各任務(wù)的執(zhí)行情況，對各任務(wù)進(jìn)行查看、管理等任務(wù)模板：建立核心任務(wù)模板，建立演練任務(wù)模板。包括查看、編輯、刪除任務(wù)，并可以把所選任務(wù)在地圖上顯示出來。能對任務(wù)的任一表單任一數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行精確或模糊查詢，以歷史查詢?yōu)橹?，也可以按行政區(qū)劃分級查詢。包括統(tǒng)計(jì)查詢、查詢結(jié)果輸出、生成專題圖、專題圖整飾、專題圖打印。

1.3.6預(yù)案管理功能

本功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對應(yīng)急預(yù)案庫和國內(nèi)外應(yīng)急案例庫的管理，并實(shí)現(xiàn)三維模擬演練和實(shí)練評估模塊。包括以下子模塊：

（1）應(yīng)急預(yù)案庫管理

應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫包含了完備的應(yīng)急預(yù)案機(jī)制，該功能模塊主要完成對數(shù)據(jù)的增加、刪除、存儲、編輯、查詢及維護(hù)等。

（2）模擬演練模塊

該功能模塊可進(jìn)行三維模擬應(yīng)急事件演練，并實(shí)練評估。

（3）案例庫管理

案例數(shù)據(jù)庫包含了眾多國內(nèi)外著名的應(yīng)急案例，為應(yīng)急搜救提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。該功能模塊主要完成對數(shù)據(jù)的增加、刪除、存儲、編輯、查詢及維護(hù)等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于UDP協(xié)議的通信調(diào)度

UDP是User Datagram Protocol的簡稱， 中文名是用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無連接的協(xié)議。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP用來支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。與所熟知的TCP（傳輸控制協(xié)議）協(xié)議一樣，UDP協(xié)議直接位于IP（網(wǎng)際協(xié)議）協(xié)議的頂層。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。

本平臺通過將相關(guān)信息基于XML進(jìn)行格式化，并調(diào)用相關(guān)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，可基于UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)對景區(qū)各種應(yīng)急資源的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及調(diào)度，在系統(tǒng)中通過對象的服務(wù)或者行為來改變該屬性值，即對象的狀態(tài)，具體對應(yīng)實(shí)際世界中的救援任務(wù)，如疏導(dǎo)、救助等。

2.2 應(yīng)急物資儲備庫模型

在緊急狀態(tài)出現(xiàn)以后，所需物資不可能也不應(yīng)該同時(shí)到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場，要使整個(gè)應(yīng)急工作有條不紊、有重點(diǎn)的實(shí)施，必須在第一時(shí)間將最需要的物資送達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場。這樣不僅有力提高了應(yīng)急救援工作效率，同時(shí)也減少了應(yīng)急現(xiàn)場不必要的物資積壓。優(yōu)先級是按照應(yīng)急救援工作的一般流程設(shè)定的，在緊急狀態(tài)處理的過程中第一時(shí)間到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場的是優(yōu)先級最高的物資，也即應(yīng)急現(xiàn)場最需要的物資。按照應(yīng)急物資的優(yōu)先級對應(yīng)急物資進(jìn)行分類，更有利于整個(gè)應(yīng)急方案有條不紊的實(shí)施。按照優(yōu)先級對應(yīng)急物資分類后，相關(guān)部門在得知緊急狀態(tài)后的第一項(xiàng)工作即是召集、采購、派發(fā)優(yōu)先級最高的應(yīng)急物資，確保這些物資能在最佳時(shí)間到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場。然后，就可以相應(yīng)的準(zhǔn)備、派發(fā)第二級、第三級應(yīng)急物資。這樣，就避免了應(yīng)急物資配置的盲目性，同時(shí)為應(yīng)急物資儲備策略的制定提供了依據(jù)按照上述分類標(biāo)準(zhǔn)，參照應(yīng)急保障物資分類及產(chǎn)品目錄，可以對涉及的應(yīng)急物資進(jìn)行分類。

應(yīng)急物資儲備應(yīng)全力保障關(guān)鍵物資的儲備量。對于重要物資則要保持一定的安全庫存，而關(guān)鍵物資則是根據(jù)具體情況及專家的建議設(shè)定儲備量。

2.3 路網(wǎng)應(yīng)急疏散模型

路網(wǎng)應(yīng)急疏散是指發(fā)生突發(fā)性災(zāi)害事件時(shí)，將處于路網(wǎng)中的人員、車輛及時(shí)疏散到安全區(qū)域。也就是按照某一種目標(biāo)準(zhǔn)則對路網(wǎng)交通流路徑進(jìn)行分解與指派，充分發(fā)揮路網(wǎng)的輸送能力，引導(dǎo)車流盡快進(jìn)行疏散。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)急交通需求量加載到路網(wǎng)中的累計(jì)百分比可以通過S型行為反應(yīng)曲線來計(jì)算。但是S型反應(yīng)曲線將所有OD（起終點(diǎn)間的交通出行量）間的出行都按照同樣的時(shí)間分布比例進(jìn)行考慮，這與實(shí)際情況并不相符。受突發(fā)事故源屬性以及事故集結(jié)點(diǎn)與事故源的距離的影響，根據(jù)突發(fā)事件影響范圍模型，不同事故集結(jié)點(diǎn)的疏散時(shí)間要求和疏散主體對災(zāi)害的反應(yīng)（與疏散緊急程度有關(guān)）是不完全相同的。因此，不同集結(jié)點(diǎn)有著不同的S型反應(yīng)曲線分布。從這個(gè)角度講，實(shí)際過程中整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)急交通需求量加載到路網(wǎng)中的累計(jì)百分比并不是單純的S型行為反應(yīng)曲線，而是不同集結(jié)點(diǎn)的S型行為反應(yīng)曲線的疊加，即為廣義S型行為反應(yīng)曲線。根據(jù)廣義S型行為反應(yīng)曲線，可以獲得疏散總量在不同時(shí)段內(nèi)的比例分布情況信息，從而為針對性的采取對應(yīng)的應(yīng)急交通管理和組織措施提供依據(jù)。廣義S型曲線給定了交通量得時(shí)間分布狀況，對應(yīng)于疏散比例較高的時(shí)段，可以制定針對性的交通組織和管理方案，考慮通過單向車道組織、交叉口組織、變向車道應(yīng)用等多種手段使得該時(shí)段交通量在道路網(wǎng)空間分布層面趨向均衡，以達(dá)到快速疏散的目的。

3 結(jié)束語

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的位置、速度、時(shí)間等信息，但是在室內(nèi)、森林、城市等復(fù)雜環(huán)境下，導(dǎo)航衛(wèi)星信號受到嚴(yán)重的衰弱，信號功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的工作范圍?；谛l(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)的應(yīng)急搜救技術(shù)研究創(chuàng)新性的提出了復(fù)雜環(huán)境下基于應(yīng)急導(dǎo)航搜救終端的應(yīng)急搜救方法和應(yīng)用技術(shù)。當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，具備定位、導(dǎo)航、信息服務(wù)和求助信號發(fā)播等功能的智能終端既能夠利用GNSS組合定位系統(tǒng)向用戶提供基于當(dāng)前位置的信息服務(wù)，也能在危險(xiǎn)時(shí)發(fā)播求救信號，若具有同時(shí)接收本地偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號的能力，它將充分提高設(shè)備導(dǎo)航定位的可靠性和可用性。

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