基于數(shù)字集群的城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

江連海, 王 磊

(青島理工大學(xué)琴島學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系, 山東 青島 266106)

基于數(shù)字集群的城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

江連海, 王 磊

(青島理工大學(xué)琴島學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系, 山東 青島 266106)

近年來，各種城市災(zāi)害不斷涌現(xiàn)，采用城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可以確保通信暢通，減少災(zāi)害發(fā)生后的損失.首先詳細(xì)分析了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)模型，基于分析的結(jié)果，從應(yīng)急指揮調(diào)度算法和無線覆蓋規(guī)劃兩個(gè)方面來闡述城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).

城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)；數(shù)字集群；指揮調(diào)度

各種災(zāi)害和突發(fā)事件每天都會(huì)在地球上發(fā)生，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人流、物流高度密集，天災(zāi)人禍帶來的損失往往比過去大得多，社會(huì)突發(fā)緊急事件的種類也更加復(fù)雜與多變.美國(guó)的911事件、中國(guó)的汶川地震以及各種危害公共安全的事件都在不斷告訴我們，傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)機(jī)制已不能適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代的要求，必須發(fā)展新的城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng).

數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種專用調(diào)度通信系統(tǒng)[1]，數(shù)字集群通信具有諸多優(yōu)點(diǎn)：頻譜利用率高、保密性好、可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)、信號(hào)抗信道衰落能力強(qiáng)以及網(wǎng)絡(luò)管理控制靈活有效，成為目前主流的集群通信系統(tǒng).公安系統(tǒng)歷來重視數(shù)字集群的應(yīng)用，國(guó)家分配了350MHz專用頻段用作公安、武警、安全等部門建立數(shù)字集群專網(wǎng).城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度、指揮需要高效的無線話音、圖像數(shù)據(jù)、優(yōu)先級(jí)調(diào)度、快速接入，這些數(shù)字集群通信系統(tǒng)都可以滿足.

由于TETRA[2]數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有指揮調(diào)度和應(yīng)急通信的特點(diǎn)，提高了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的效率，從而保證跨部門、跨警區(qū)及不同警種之間的統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)和聯(lián)合行動(dòng)[3],因此當(dāng)前的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)大多采用數(shù)字集群通信系統(tǒng).

1 城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)分析

1.1 應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

圖1 城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)整體采用開放性構(gòu)架設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有的應(yīng)急資源，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體擴(kuò)容，平滑升級(jí).城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

系統(tǒng)整體采用模塊化組合的方式，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行各類既有系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整.考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了冗余控制-集群車臺(tái)和衛(wèi)星電話系統(tǒng)，一旦發(fā)生地震等重大應(yīng)急事件，在公網(wǎng)和專網(wǎng)均遭到破壞的情況，啟用集群車臺(tái)應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急指揮.在車臺(tái)不到位的情況下，仍然可以采用衛(wèi)星電話系統(tǒng)確保通信暢通.

1.2 應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)模型分析

應(yīng)急指揮系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：接警中心和出警中心，業(yè)務(wù)流程如圖2所示：

圖2 應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)流程圖

接警中心統(tǒng)一接聽各種應(yīng)急求助電話；出警中心統(tǒng)一指揮公安、消防、交警等部門，出警中心采用計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)，通過系統(tǒng)配備的地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以直觀形象地了解資源和警力分布情況，通過數(shù)字集群調(diào)度臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理調(diào)度.當(dāng)發(fā)生重大事件時(shí)，指揮權(quán)可以上移至市委決策指揮中心.

系統(tǒng)中無線集群通過E1(數(shù)字無線集群800M)或EM(模擬無線集群350M)與系統(tǒng)中的呼叫中心聯(lián)接，使二者成為一個(gè)有機(jī)的整體.同時(shí)無線集群本身也擁有調(diào)度臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集群內(nèi)部各群組的管理和操作.

2 城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

要建立一個(gè)性能優(yōu)良的城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，高效率的通信系統(tǒng)至關(guān)重要，以下從應(yīng)急指揮調(diào)度算法和無線覆蓋規(guī)劃兩個(gè)方面來闡述城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).

2.1 應(yīng)急指揮調(diào)度算法設(shè)計(jì)

當(dāng)城市面對(duì)緊急情況時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間分秒必爭(zhēng).而非智能的算法會(huì)讓系統(tǒng)響應(yīng)效率卡在某一瓶頸無法突破，所以調(diào)度算法的設(shè)計(jì)至關(guān)重要.現(xiàn)已證明，RMS是最優(yōu)的靜態(tài)算法[4]，但照搬使用RMS算法會(huì)出現(xiàn)如下問題：

(1)低損失、無危險(xiǎn)的請(qǐng)求也會(huì)得到高端有限資源的應(yīng)答，造成資源的浪費(fèi).

(2)低優(yōu)先級(jí)事務(wù)提高優(yōu)先級(jí)后將與較高優(yōu)先級(jí)的事務(wù)一起進(jìn)入緊急隊(duì)列而越過更高一級(jí)優(yōu)先級(jí)的事務(wù).

針對(duì)RMS算法的諸多不足，智能優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法對(duì)RMS調(diào)度算法加以改進(jìn)，使之適用于城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作模式.

(1)在RMS調(diào)度算法基礎(chǔ)上添加最大等待時(shí)間標(biāo)志位m(初始值為0)，從3級(jí)請(qǐng)求開始進(jìn)入排隊(duì)系統(tǒng)，當(dāng)高于3優(yōu)先級(jí)的任務(wù)與3優(yōu)先級(jí)的任務(wù)同時(shí)請(qǐng)求時(shí)， 3優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入等待；

(2)當(dāng)經(jīng)歷最大等待時(shí)間TMAX后，標(biāo)志位m設(shè)成1，開始進(jìn)入智能優(yōu)先級(jí)排序算法，當(dāng)總等待時(shí)間T滿足：

t=T-TMAX

t=f(L)*λ(L：請(qǐng)求中的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，λ：優(yōu)先級(jí)提高限制系數(shù))

此時(shí)，自動(dòng)提高此任務(wù)1級(jí)優(yōu)先級(jí)，并再次進(jìn)入TMAX的等待循環(huán)中；

(3)當(dāng)多個(gè)1級(jí)優(yōu)先級(jí)任務(wù)同時(shí)觸發(fā)提高優(yōu)先級(jí)的條件時(shí)，將以隊(duì)列方式進(jìn)入FCFS算法處理.

智能優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法兼顧了事務(wù)優(yōu)先級(jí)與任務(wù)回應(yīng)率，從而能發(fā)揮最大的調(diào)度效率，大大縮短整個(gè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急事件的響應(yīng)時(shí)間.

2.2 無線覆蓋規(guī)劃的設(shè)計(jì)

無線覆蓋規(guī)劃的核心就是要確定基站的地址，而基站地址的選取受到諸多因素的限制和影響.首先要明確用戶的需求，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮海拔高度、周邊地形、鏈路配備、建設(shè)成本等等多種因素，并進(jìn)行一些必要的無線覆蓋實(shí)測(cè).另外，因?yàn)橥顿Y的限制，基站地址的選擇往往還需要根據(jù)實(shí)際的綜合因素進(jìn)行折中考慮.

無線覆蓋計(jì)算的鏈路平衡預(yù)算參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)通信概率確定信號(hào)衰落余量，確定基站的發(fā)射功率，得出鏈路平衡預(yù)算參數(shù)表格.

對(duì)于室內(nèi)覆蓋，考慮到集群調(diào)度主要發(fā)生在室外，所以方案以室外為主，對(duì)于一些重要的必須覆蓋的場(chǎng)所，才考慮室內(nèi)的問題.

無線覆蓋規(guī)劃的流程如圖3所示：

圖3 無線覆蓋規(guī)劃流程圖

3 結(jié)束語

城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)巨大的系統(tǒng)工程, 它不僅涉及到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)、空間信息技術(shù)應(yīng)用等科技因素, 同時(shí)還受管理體制、城市自然條件等因素的影響.另外還需從教育層面提升市民的應(yīng)急意識(shí)，當(dāng)面對(duì)災(zāi)難時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自救并有條件地參與救援，全民參與，共保和諧.

[1]鄭祖輝，陸錦華，丁銳，等. 數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)(第3版) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]潘娟. 數(shù)字集群通信系統(tǒng)的安全保障[J].當(dāng)代通信，2006,(13): 34-36.

[3]肖鵬峰，馮學(xué)智，黃照強(qiáng)，等. 集成GIS與GPS的城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)研究[J].GIS技術(shù)，2006,(3):69-72.

[4]毛羽剛,張擁軍. 強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2000,(2):43-45.

(責(zé)任編校：晴川)

Design of Urban Emergency Response System Based on Digital Trunking

JIANG Lianhai, WANG Lei

(Department of Computer Engineering of Qindao College, Qingdao Technology University,Qingdao Shandong 260016，China)

In recent years, various city disasters have occurred. By using urban emergency response system (UERS), communication can be ensured and losses caused by disasters can be reduced. This paper analyzed the structure and workflow of the UERS, and based on the result, set forth the realization of UERS from aspects of emergency command scheduling algorithm as well as wireless coverage planning.

UERS；digital trunked system；command schedule

2015-04-19

江連海(1974— ),男,山東煙臺(tái)人, 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系講師,碩士.研究方向: 計(jì)算機(jī)集成控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等.

TN99

A

1008-4681(2015)05-0061-02