基于分布式云架構(gòu)的鐵路客運(yùn)站智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓旭輝

（中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司 西安北站，西安 710000）

隨著高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，自動化、智能化、一體化的智能技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用需求越來越迫切[1]。在智能化高速發(fā)展的大環(huán)境下，鐵路突發(fā)事件應(yīng)急管理和處置業(yè)務(wù)的智能化建設(shè)面臨著許多新的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。 2005年發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于實(shí)施國家突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案的決定》(國發(fā)[2005]11號)，明確指出要切實(shí)加強(qiáng)應(yīng)急平臺建設(shè)，把應(yīng)急平臺建設(shè)和應(yīng)急管理工作作為構(gòu)建社會主義和諧社會的重要方面進(jìn)行了全面部署。建立客運(yùn)站智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)不僅是鐵路部門處置突發(fā)事件的需要，也是國家處置各類突發(fā)事件的迫切要求[2]。

目前，針對車站及客運(yùn)列車的應(yīng)急指揮手段相對落后，缺乏一個(gè)可以實(shí)時(shí)便捷掌握站車運(yùn)行情況，并進(jìn)行站車應(yīng)急指揮的智能平臺：（1）各個(gè)管理單元信息溝通困難，應(yīng)急處置時(shí)間長，效率低[3]；（2）應(yīng)急指揮過程不透明，缺乏有效監(jiān)督途徑；（3）應(yīng)急指揮自動化水平、信息化水平偏低，靠手工作業(yè)完成應(yīng)急事件處理，效率低，誤差率高[4-6]；（4）鐵路基層的信息隔離和橫向協(xié)調(diào)困難突出，不同系統(tǒng)間，尤其是不同部門間的數(shù)據(jù)信息不能共享[7]。上述問題會導(dǎo)致管理人員對現(xiàn)場應(yīng)急指揮情況、車輛到發(fā)情況、客流情況不能實(shí)時(shí)掌握，有很高的安全隱患。

鑒于此，本文提出基于分布式云架構(gòu)的客運(yùn)站智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)，為車站各業(yè)務(wù)部門的信息系統(tǒng)提供信息共享、車站安全監(jiān)控、數(shù)字化預(yù)案、應(yīng)急事件推演與影響區(qū)研判、應(yīng)急資源調(diào)配管理、應(yīng)急處置方案生成等功能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信息共享和應(yīng)急聯(lián)動，對應(yīng)急事件的事前、事中、事后全過程管理。鐵路客運(yùn)站各級管理部門能夠依托該平臺實(shí)現(xiàn)報(bào)警應(yīng)急處理和權(quán)限分配，一旦有突發(fā)事件，各方可快速響應(yīng)，與鐵路局、客運(yùn)段相關(guān)部門聯(lián)動，并且可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急流程透明化管理[8]。

1 鐵路客運(yùn)站應(yīng)急指揮系統(tǒng)建設(shè)的必要性

當(dāng)前，鐵路已建立了鐵路總公司–鐵路局–站段三級應(yīng)急預(yù)案體系，制定并公布施行了《鐵路交通事故應(yīng)急救援和調(diào)查處理?xiàng)l例》，建立了鐵路總公司應(yīng)急管理辦公室和應(yīng)急救援指揮中心，鐵路局設(shè)立應(yīng)急管理辦公室，站段設(shè)立應(yīng)急辦公室。但是，車站遇突發(fā)事件時(shí)，尚未有主動感知手段發(fā)現(xiàn)應(yīng)急事件，應(yīng)急處置過程中沒有數(shù)字化的應(yīng)急預(yù)案可供查詢檢索，未實(shí)現(xiàn)站車、站內(nèi)、站地的人員、設(shè)備一體化指揮與協(xié)同聯(lián)動[9]。針對當(dāng)前鐵路客運(yùn)站的實(shí)際問題和特點(diǎn)，急需利用先進(jìn)成熟的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車站應(yīng)急指揮能力的提升，實(shí)現(xiàn)信息一體化、業(yè)務(wù)自動化、管理智能化的目標(biāo)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）滿足車站現(xiàn)場應(yīng)急指揮信息化、智能化的需要，以提升車站客運(yùn)管理部門的管理水平；

（2）為車站管理人員在應(yīng)急指揮狀態(tài)下進(jìn)行決策分析提供信息支撐；

（3）滿足車站客運(yùn)信息互聯(lián)互通的需要，全面提升車站應(yīng)急指揮能力；

（4）適應(yīng)信息技術(shù)和智能鐵路的發(fā)展。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)提供對各類應(yīng)急業(yè)務(wù)的日常管理以及針對突發(fā)事件的監(jiān)測監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警、決策分析、指揮調(diào)度等功能。

2.1 安全監(jiān)控及預(yù)測預(yù)警

通過旅客異常行為識別，環(huán)境、設(shè)備、晚點(diǎn)和客流信息統(tǒng)計(jì)，各類應(yīng)急資源、重大危險(xiǎn)源、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)等信息，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在專業(yè)預(yù)測預(yù)警的基礎(chǔ)上，對突發(fā)事件進(jìn)行綜合分析，預(yù)測分析可能的次生、衍生事件及其后果，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件的早期預(yù)警、趨勢預(yù)測。工作人員依據(jù)預(yù)警分級指標(biāo)體系，開展對事件預(yù)警的分級核定和發(fā)布，將需要關(guān)注的事件信息下發(fā)到相關(guān)部門。

2.2 應(yīng)急值守

完成突發(fā)事件的信息收集、傳達(dá)、接警處警、記錄和上報(bào)工作；各級應(yīng)急管理處置部門通過本系統(tǒng)進(jìn)行突發(fā)事件信息的接報(bào)處理、跟蹤反饋等值守應(yīng)急業(yè)務(wù)管理，加強(qiáng)與上下級單位及有關(guān)部門突發(fā)事件信息交流與合作。

2.3 應(yīng)急資源

維護(hù)管理各類應(yīng)急處置、緊急疏散、醫(yī)療救護(hù)等應(yīng)急資源數(shù)據(jù)，為處置行動與輔助決策、應(yīng)急評估提供支持；系統(tǒng)提供對各類應(yīng)急資源查詢、統(tǒng)計(jì)、分析的功能，以便工作人員掌握日常應(yīng)急準(zhǔn)備的資源情況，并科學(xué)客觀地配置資源，優(yōu)化配置方案，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)與資源不足的情況。

2.4 應(yīng)急預(yù)案

實(shí)現(xiàn)對預(yù)案的分類電子化管理。根據(jù)預(yù)案級別和突發(fā)事件類別分類維護(hù)應(yīng)急預(yù)案的功能，并可按照預(yù)案結(jié)構(gòu)、預(yù)案中的處置流程對預(yù)案進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、屬性化、流程化處理，將預(yù)案中規(guī)定的響應(yīng)、處置內(nèi)容與相應(yīng)的組織、人員、應(yīng)急保障資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)指導(dǎo)應(yīng)急工作人員根據(jù)預(yù)案相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處置。

2.5 應(yīng)急處置

應(yīng)急處置是應(yīng)急指揮系統(tǒng)建設(shè)的核心功能，系統(tǒng)以突發(fā)事件為中心，以決策分析、處置流程為主線，基于相關(guān)預(yù)案與處置方案處置事件。應(yīng)急處置模塊輔助應(yīng)急指揮人員了解突發(fā)事件發(fā)生、發(fā)展?fàn)顩r，通盤掌握應(yīng)急處置情況，創(chuàng)建并向各部門分發(fā)任務(wù)，協(xié)調(diào)任務(wù)執(zhí)行的過程中出現(xiàn)的問題，并進(jìn)一步采取相應(yīng)的措施。最終實(shí)現(xiàn)協(xié)同指揮、有序調(diào)度和有效監(jiān)督，提高應(yīng)急處置效率。應(yīng)急處置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對正在發(fā)生的突發(fā)事件、模擬的突發(fā)事件及歷史突發(fā)事件提供二、三維 GIS 可視化輔助分析功能，提供依據(jù)事件接報(bào)信息，分析事發(fā)點(diǎn)空間位置與周圍環(huán)境，并模擬仿真事件制定相應(yīng)疏散流線，參考相關(guān)預(yù)案、專項(xiàng)部門及專家的專業(yè)預(yù)測分析結(jié)果、類似事件的處置經(jīng)驗(yàn)、法規(guī)等，結(jié)合應(yīng)急組織體系和工作流程、現(xiàn)場應(yīng)急救援力量和應(yīng)急救援物資等情況，形成應(yīng)對突發(fā)事件的處置流程和決策方案。

2.6 模擬演練

實(shí)現(xiàn)對應(yīng)急知識、應(yīng)急案例的電子化管理，為應(yīng)急指揮人員在應(yīng)急處置過程中提供有價(jià)值的場景模擬練習(xí)，提高應(yīng)對突發(fā)應(yīng)急事件的能力。用于幫助熟悉應(yīng)急處置流程與業(yè)務(wù)、法律法規(guī)、應(yīng)急預(yù)案的內(nèi)容。設(shè)置演練場景、分組設(shè)定參演人員與角色、配置演練流程等。參演人員根據(jù)演練計(jì)劃與腳本參加演練，指揮員可對演練過程進(jìn)行控制（如進(jìn)度控制、參與用戶控制和狀態(tài)切換），系統(tǒng)記錄全部演練過程并能回放；演練結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)演練過程與結(jié)果對演練效果進(jìn)行評估，并生成評估報(bào)告。

3 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

在對突發(fā)事件的應(yīng)急處置過程中，本系統(tǒng)貫穿于整個(gè)流程，涉及事前、事中和事后3個(gè)階段，形成一個(gè)完整可閉環(huán)的應(yīng)急事件管理過程。根據(jù)鐵路應(yīng)急管理組織體系及應(yīng)急事件處置流程，鐵路突發(fā)事件處置的主要業(yè)務(wù)需求包括兩個(gè)方面：應(yīng)急管理及日常事務(wù)處理；鐵路突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處置以及需要鐵路部門進(jìn)行配合的突發(fā)事件的處置。如圖1所示，展現(xiàn)了應(yīng)急指揮系統(tǒng)中事前、事中、事后的主要應(yīng)用模塊，各個(gè)模塊共享數(shù)據(jù)信息，使用統(tǒng)一的通信平臺，是一套高效協(xié)同、高度統(tǒng)一的應(yīng)用模型。

圖1 基于分布式云架構(gòu)的鐵路客運(yùn)站應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

4 系統(tǒng)架構(gòu)

鐵路客運(yùn)智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)可分成鐵路總公司應(yīng)急指揮系統(tǒng)、鐵路局應(yīng)急指揮系統(tǒng)、車站應(yīng)急指揮系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于分布式云架構(gòu)的鐵路客運(yùn)站應(yīng)急指揮系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 客戶端軟件

用戶訪問終端，可以使用C/S模式、B/S模式以及移動終端APP模式。

4.2 應(yīng)急指揮云化服務(wù)

結(jié)合當(dāng)前鐵路網(wǎng)絡(luò)情況及應(yīng)急業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，應(yīng)急指揮平臺采用分布式云的部署方式。各級應(yīng)急指揮系統(tǒng)分別部署在鐵路總公司，鐵路局、車站的云服務(wù)平臺上。

（1）分布式系統(tǒng)由多個(gè)數(shù)據(jù)中心及服務(wù)平臺組成，即在各個(gè)車站的應(yīng)急服務(wù)中心都設(shè)有應(yīng)急數(shù)據(jù)中心和應(yīng)急服務(wù)平臺，這些應(yīng)急數(shù)據(jù)中心和應(yīng)急服務(wù)平臺與鐵路局及鐵路總公司的應(yīng)急數(shù)據(jù)中心和應(yīng)急服務(wù)平臺連接。各個(gè)車站都需要建立自己的應(yīng)急服務(wù)器，加快處理本站的應(yīng)急業(yè)務(wù)，承載相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理量，從而提高應(yīng)急事件處理能力和響應(yīng)速度。

（2）云化服務(wù)，是通過互聯(lián)網(wǎng)提供動態(tài)、易擴(kuò)展、資源虛擬化的服務(wù)方式。在各個(gè)車站建立云服務(wù)平臺，通過計(jì)算資源、存儲資源的虛擬化，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)據(jù)和應(yīng)急管理服務(wù)軟件的云化部署，采用云化服務(wù)可以提高應(yīng)急服務(wù)平臺的安全性、可擴(kuò)展性、容災(zāi)性、易操作性。

鐵路總公司應(yīng)急平臺或者鐵路局應(yīng)急指揮平臺可調(diào)看站內(nèi)運(yùn)營狀況等智能監(jiān)測結(jié)果。當(dāng)發(fā)生應(yīng)急情況時(shí)，車站應(yīng)急指揮中心可以通過該系統(tǒng)對站內(nèi)設(shè)備設(shè)施統(tǒng)一調(diào)度，并將應(yīng)急信息及時(shí)上傳至路局和總公司指揮中心。該系統(tǒng)對外可接收政府信息發(fā)布平臺、公安、消防隊(duì)、交通委、醫(yī)院、武警隊(duì)等信息，實(shí)現(xiàn)信息充分共享，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性公共事件或影響范圍大的應(yīng)急事件時(shí)，能夠及時(shí)啟動全方位的應(yīng)急預(yù)案，充分利用社會力量，進(jìn)行應(yīng)急處置。該系統(tǒng)對內(nèi)接收旅服系統(tǒng)、客運(yùn)管理系統(tǒng)、客票系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、動車組等信息，實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)設(shè)備設(shè)施統(tǒng)一調(diào)度。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)描述

4.3.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)的對外窗口，提供應(yīng)急值守、安全監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警、預(yù)案管理、輔助決策、資源管理、應(yīng)急指揮、模擬演練、應(yīng)急評估能等模塊的應(yīng)用服務(wù)。為PC客戶端、Web客戶端和移動終端設(shè)備提供訪問接口。

4.3.2 業(yè)務(wù)邏輯處理服務(wù)層

業(yè)務(wù)邏輯處理服務(wù)層是系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)融合、流程邏輯處理、事件聯(lián)動、緊急疏散、事件預(yù)測、事件統(tǒng)計(jì)等邏輯處理功能，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供訪問接口。

4.3.3 數(shù)據(jù)與信息資源服務(wù)層

數(shù)據(jù)與信息資源服務(wù)層是系統(tǒng)的靈魂，負(fù)責(zé)維護(hù)和組織系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，包括：組織體系信息、救援資源、法律法規(guī)、應(yīng)急預(yù)案、空間信息、基礎(chǔ)信息、應(yīng)急信息、救援案例、應(yīng)急演練數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、決策支持?jǐn)?shù)據(jù)、知識庫、關(guān)鍵人信息、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、信息到發(fā)情況、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、客票信息數(shù)據(jù)等。

4.3.4 感知層

感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)、無線組網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建立覆蓋全站的智能感知。包括對旅客及行李、工作人員、設(shè)備、環(huán)境、客運(yùn)組織、列車信息、建筑設(shè)備、應(yīng)急資源等信息的智能感知。

4.3.5 互聯(lián)層

互聯(lián)層采用物聯(lián)網(wǎng)與鐵路生產(chǎn)網(wǎng)融合方式，保障鐵路物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、可靠和高效傳輸，包括傳感網(wǎng)、接入網(wǎng)和承載網(wǎng)。傳感網(wǎng)基于豐富的物聯(lián)網(wǎng)感知和傳輸；接入網(wǎng)分為有線接入和無線接入兩種方式；承載網(wǎng)作為鐵路骨干傳輸網(wǎng)，分別依托鐵路行業(yè)專網(wǎng)（有線專網(wǎng)和 GSM-R）、互聯(lián)網(wǎng)和移動公網(wǎng)（GPRS/3G/4G），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、可靠、安全傳輸。采用按線管理模式，鐵路內(nèi)數(shù)據(jù)接入在鐵路局執(zhí)行，車站內(nèi)移動終端采用 4G 方式接入，與互聯(lián)網(wǎng)接入一致。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 分布式云技術(shù)

將各類應(yīng)急數(shù)據(jù)、應(yīng)急服務(wù)軟件部署在云化平臺，減少媒體能力浪費(fèi)，減少單點(diǎn)故障，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)擴(kuò)展，具有易部署、易維護(hù)的特點(diǎn)，為應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)中的多業(yè)務(wù)融合需求提供了技術(shù)保證。

5.2 智能調(diào)度與負(fù)載均衡技術(shù)

在云化平臺上，該系統(tǒng)會定期收集各平臺的狀態(tài)和負(fù)載情況，若發(fā)現(xiàn)負(fù)載嚴(yán)重失衡，將及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)新的業(yè)務(wù)到來時(shí)、或者當(dāng)故障機(jī)器上的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移時(shí)，調(diào)度器會智能地選擇出最優(yōu)的負(fù)載分配策略。

5.3 多信息融合的車站安全監(jiān)控技術(shù)

在云化平臺上，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享、多種業(yè)務(wù)服務(wù)融合，從而形成一個(gè)智能化、一體化的應(yīng)急指揮平臺。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測車站內(nèi)環(huán)境信息、設(shè)備狀態(tài)等；采用智能視頻識別技術(shù)，實(shí)時(shí)分析旅客異常行為、旅客異常行李狀態(tài)、火災(zāi)等視頻與重點(diǎn)報(bào)警圖像；基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)時(shí)評價(jià)車站內(nèi)安全運(yùn)營狀態(tài)。融合智能視頻分析、車站環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備安全監(jiān)控、列車信息、客票系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)車站安全監(jiān)控及應(yīng)急預(yù)測預(yù)警。

5.4 基于智能應(yīng)急處置資源自動匯聚技術(shù)

在云化平臺上，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急場景與各類信息的智能匹配，根據(jù)事件類型等信息，利用自然語言處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)與此場景匹配的應(yīng)急資源和應(yīng)急知識的自動關(guān)聯(lián)，變?nèi)斯に阉貫橹悄軈R聚，為制訂處置方案提供輔助支持。

6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)完成了需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、前期建模及核心模塊功能的開發(fā)，核心模塊已經(jīng)在西安北站做試運(yùn)行測試，基本可以滿足西安北站智能應(yīng)急一體化、智能化發(fā)展的需求。該系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用層PC客戶端采用Windows平臺下的C#語言開發(fā)；Web客戶端采用Windows平臺下的ASP.NET語言開發(fā)；移動終端APP采用Android系統(tǒng)下的Java語言開發(fā)；云化服務(wù)平臺上所部署的軟件全部采用Linux環(huán)境下的C++語言開發(fā)。系統(tǒng)功能還在進(jìn)一步的優(yōu)化和完善的過程中。

系統(tǒng)試運(yùn)行結(jié)果表明：采用分布式系統(tǒng)部署方式，能夠降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用率，提高應(yīng)急響應(yīng)速度；通過采用云化服務(wù)的部署方式，能夠提高系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)聯(lián)動處理能力，提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性、靈活性，安全性和多業(yè)務(wù)融合性，提高應(yīng)急系統(tǒng)的一體化發(fā)展水平；在云化平臺上部署多信息融合的安全監(jiān)控技術(shù)、自動分析技術(shù)、視頻分析技術(shù)等先進(jìn)智能技術(shù)，能夠提高應(yīng)急系統(tǒng)的智能化水平。

7 結(jié)束語

鐵路客運(yùn)站智能應(yīng)急指揮系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是智能化、一體化。智能化發(fā)展依賴于物聯(lián)網(wǎng)、無線組網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)；一體化的發(fā)展則依賴于多業(yè)務(wù)融合、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一通信機(jī)制等策略?；谠萍軜?gòu)的應(yīng)急指揮平臺為應(yīng)急系統(tǒng)向智能化、一體化方向發(fā)展提供了有力保障，通過應(yīng)急數(shù)據(jù)和應(yīng)急服務(wù)的云化部署，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合，信息共享，多管理部門協(xié)同指揮、應(yīng)急聯(lián)動，并可以通過運(yùn)營監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，智能預(yù)測等機(jī)制預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)，有效調(diào)整工作安排，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。