城市軌道交通應(yīng)急救援信息系統(tǒng)研究

摘要：軌道交通的建設(shè)推動(dòng)了城市的更新與發(fā)展，各大城市在軌道交通工程施工過(guò)程中，按照“并聯(lián)式”發(fā)展方案，普遍擴(kuò)大了技術(shù)要素配置比例，旨在為其實(shí)踐賦能。基于此背景，本文概述了應(yīng)急救援信息系統(tǒng)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合某城市軌道交通工程，分別從項(xiàng)目概況、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊功能、關(guān)鍵技術(shù)四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了具體地探討。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；應(yīng)急救援；信息系統(tǒng)

一、引言

在新一輪城市更新過(guò)程中，部分城市建設(shè)了軌道交通、完善了城市交通體系，有利于緩解城市交通堵塞問(wèn)題。從近年來(lái)城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)看，雖然其具有運(yùn)量大、能耗低、污染少、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，但是由于施工環(huán)境復(fù)雜、管理涉及部門較多、信息技術(shù)配置率高等問(wèn)題，實(shí)際施工與運(yùn)營(yíng)中不排除因突發(fā)事件影響而引發(fā)各類風(fēng)險(xiǎn)，包括自然災(zāi)害、運(yùn)行故障、爆炸事故、毒氣泄漏事故、車輛脫軌、道床傷亡、踩踏事故、客流爆滿及停電事故等。因而，在新時(shí)期城市軌道交通高質(zhì)量建設(shè)與高水準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)期間，有必要加強(qiáng)對(duì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)的研究，為其監(jiān)測(cè)、預(yù)防、處理各類突發(fā)事件提供技術(shù)支持，下面先對(duì)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)基本內(nèi)容與應(yīng)急現(xiàn)狀做出簡(jiǎn)要概述。

二、應(yīng)急救援信息系統(tǒng)基本內(nèi)容與應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）基本內(nèi)容

應(yīng)急救援系統(tǒng)主要是根據(jù)具體工程項(xiàng)目的構(gòu)成要素選擇適配技術(shù)并進(jìn)行安全管理與事故處理等的系統(tǒng)。以現(xiàn)代城市軌道交通工程為例，其施工期間需要根據(jù)其中可能發(fā)生的突發(fā)事件及風(fēng)險(xiǎn)等建立應(yīng)急救援信息系統(tǒng)。從以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)看，此類系統(tǒng)主要按“大平臺(tái)+小系統(tǒng)”的基本框架進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，具體應(yīng)用包括施工或運(yùn)營(yíng)信息采集、信息傳輸、信息處理、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急救援處理、文檔管理、現(xiàn)場(chǎng)信息調(diào)度等。其中，施工項(xiàng)目通常針對(duì)施工中可能發(fā)生的塌方、灌水等安全事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，并用于應(yīng)急響應(yīng)后開(kāi)展救援活動(dòng)。根據(jù)城市軌道交通工程施工或運(yùn)營(yíng)對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用情況看，一般會(huì)設(shè)置工程指揮中心，以“開(kāi)始→應(yīng)急報(bào)警受理→事件分析→獲取相關(guān)信息→預(yù)案生成→救援實(shí)施→事件總結(jié)進(jìn)入預(yù)案庫(kù)→結(jié)束”為主要流程應(yīng)用應(yīng)急救援信息系統(tǒng)。需要說(shuō)明的是，應(yīng)急報(bào)警受理對(duì)象以事故現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警為準(zhǔn)，通常應(yīng)急指揮中心分部進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息傳送，在獲取相關(guān)信息之后，由應(yīng)急指揮中心根據(jù)已有應(yīng)急預(yù)案和決策支持系統(tǒng)輔助完成預(yù)案生成。

（二）應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在城市軌道交通工程中，應(yīng)急救援信息系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，并產(chǎn)生了較好效果。然而，在部分軌道交通工程應(yīng)用此類系統(tǒng)時(shí)，施工部門尚無(wú)專門的臨時(shí)應(yīng)急通信系統(tǒng)及設(shè)備，在公網(wǎng)信號(hào)覆蓋良好地區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控后臺(tái)之間主要依靠移動(dòng)電話溝通交流，而現(xiàn)有救援應(yīng)急信息系統(tǒng)中通信模塊的可靠性無(wú)法滿足施工現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和救援指揮需求，因此城市軌道施工臨時(shí)通信問(wèn)題尚待解決。就其應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)iTPKMJWex5pxz+rZ7yESTw==看，在豐富臨時(shí)通信業(yè)務(wù)和通信手段的同時(shí)，也帶來(lái)了如下問(wèn)題：

1.通信現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備體積大、重量大、功耗大、臨時(shí)組網(wǎng)和攜帶不方便，尤其在地震、洪水、強(qiáng)降雪等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，該系統(tǒng)時(shí)效性較低。

2.網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)接入設(shè)備配線數(shù)量多、接口種類多、需要配置的參數(shù)多，導(dǎo)致系統(tǒng)開(kāi)通時(shí)間長(zhǎng)，并且系統(tǒng)搭建對(duì)工作人員技術(shù)要求高，難以滿足應(yīng)急通信快速響應(yīng)的要求。

3.無(wú)線寬帶接入技術(shù)受環(huán)境影響因素較大。特別是當(dāng)指揮中心無(wú)線接入與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線接入?yún)^(qū)域內(nèi)存在明顯的障礙物、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施不健全時(shí)，由于可用接入距離縮短，導(dǎo)致無(wú)線接入的通道質(zhì)量受到影響，可用帶寬顯著下降。

基于此，相關(guān)部門亟須在此類工程中加強(qiáng)應(yīng)急通信系統(tǒng)的研究，以優(yōu)化并完善現(xiàn)有應(yīng)急救援信息系統(tǒng)。

三、城市軌道交通應(yīng)急救援信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）項(xiàng)目概況

以某城市軌道交通工程為例，地鐵站工程位于B路和G路交叉口位置，地鐵隧道平行于A路，相交于當(dāng)前已通車運(yùn)營(yíng)的8號(hào)線，并構(gòu)成了“T”型換乘現(xiàn)狀。其中，8號(hào)線位于3號(hào)線北側(cè)位置，南側(cè)屬于標(biāo)準(zhǔn)段，該地鐵站工程已完成3號(hào)站主體工程建設(shè)。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案要求，車站全長(zhǎng)335m，寬度為28.3m，車站屬于淺埋式地下二層四跨雙柱島形式，預(yù)留有8號(hào)線地下三層三跨“十字形”換乘段的車站部分未進(jìn)行建設(shè)。當(dāng)前階段在3號(hào)線運(yùn)營(yíng)期間完成8號(hào)線車站施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，并且存在應(yīng)急通信“最后一公里”通信接入問(wèn)題。因而，需制定與之匹配的應(yīng)急救援信息系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

工作人員根據(jù)項(xiàng)目施工中的風(fēng)險(xiǎn)控制需求以及應(yīng)急救援信息系統(tǒng)在建設(shè)過(guò)程中存在的應(yīng)急通信難點(diǎn)，按照“大平臺(tái)+小系統(tǒng)”的基本框架，先搭建以設(shè)備層－網(wǎng)絡(luò)層－數(shù)據(jù)層－平臺(tái)層－應(yīng)用層為主的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

（三）模塊功能

為了保障該系統(tǒng)的有效應(yīng)用，工作人員根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)了項(xiàng)目應(yīng)急救援需求相一致的信息管理模塊，主要用于信息處理分析、報(bào)表管理等，具體如下：1.監(jiān)控模塊；2.應(yīng)急信息查詢模塊；3.應(yīng)急決策模塊；4.指揮調(diào)度模塊；5.應(yīng)急評(píng)估模塊；6.事故后果模擬模塊；7.培訓(xùn)演練模塊；8.更新與維護(hù)模塊；9.報(bào)表管理模塊等。

以監(jiān)控模塊為例，該項(xiàng)目根據(jù)施工區(qū)域分別配置有各類監(jiān)控裝置，可以針對(duì)采集到的信息（包括結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如文字、圖片、音頻、視頻等）進(jìn)行在線預(yù)覽，并通過(guò)收集突發(fā)事件、安全事故等相關(guān)信息，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，便會(huì)在第一時(shí)間進(jìn)行預(yù)警；接著，根據(jù)與其他模塊之間的關(guān)聯(lián)，將生成的監(jiān)控報(bào)表發(fā)送至其他模塊，由此類模塊進(jìn)一步識(shí)別、評(píng)估相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)應(yīng)急響應(yīng)和救援工作做準(zhǔn)備。

以應(yīng)急信息查詢模塊為例，該模塊設(shè)置有基本信息與地理信息，下設(shè)應(yīng)急人員、應(yīng)急設(shè)備、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急案例、法律法規(guī)、施工進(jìn)度及路線、消防樁分布、附近醫(yī)院分布等，可供該項(xiàng)目應(yīng)急救援時(shí)快速查詢與聯(lián)絡(luò)。

以事故后果模擬模塊為例，選擇事故后果分析模型之后，按照“開(kāi)始→選擇事故類型→輸入?yún)?shù)→計(jì)算→導(dǎo)入GIS圖層中→繪圖輸出→結(jié)束”等標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行事故后果模擬。其他模塊均根據(jù)其應(yīng)急救援需求設(shè)置相應(yīng)功能，在此不作贅述。

四、城市軌道交通應(yīng)急救援信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

該項(xiàng)目應(yīng)急救援信息系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)成要素相對(duì)較多，尤其在各模塊設(shè)置有若干功能，因此，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工作人員根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)方案選擇了Java開(kāi)發(fā)平臺(tái)與Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)工具，以滿足訪問(wèn)各種物聯(lián)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)及各個(gè)管理模塊的需求。同時(shí)，考慮到網(wǎng)絡(luò)層中的技術(shù)要求較高，工作人員在TCP/IP協(xié)議下根據(jù)設(shè)備層與數(shù)據(jù)層連接方面的實(shí)際要求，選擇了無(wú)線自組網(wǎng)和北斗短報(bào)文融合技術(shù)，旨在提高其應(yīng)急通信模塊的性能。為了論述的清晰性，下面僅對(duì)用于實(shí)現(xiàn)五大層的關(guān)鍵技術(shù)做出具體分析。

（一）以設(shè)備層為例

以設(shè)備層為例，通過(guò)配置各類物聯(lián)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)感知各類事故及風(fēng)險(xiǎn)的要求，具體配置時(shí)數(shù)據(jù)源主要來(lái)自傳感裝置、GPS/LBS、監(jiān)控圖像、移動(dòng)終端、BIM集成管理平臺(tái)、氣體監(jiān)測(cè)裝置等。此類裝置內(nèi)置芯片，可以根據(jù)自身的功能采集施工現(xiàn)場(chǎng)的各類信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸至數(shù)據(jù)層。需要注意的是，該項(xiàng)目實(shí)際施工環(huán)境復(fù)雜、突發(fā)事故發(fā)生概率較高，視頻監(jiān)控可以更為及時(shí)、清晰地幫助應(yīng)急救援人員了解事件發(fā)生后的情況，以便選擇合適的處理舉措。因此，在該項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，工作人員根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)大了音視頻技術(shù)的配置比例。

（二）以網(wǎng)絡(luò)層為例

首先，該項(xiàng)目選擇無(wú)線自組網(wǎng)動(dòng)態(tài)路由技術(shù)，將重點(diǎn)放在動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)接入網(wǎng)絡(luò)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，但不影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，而動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)能夠在網(wǎng)絡(luò)自主完成注冊(cè)和注銷過(guò)程，并保證網(wǎng)絡(luò)QoS性能。同時(shí)，該項(xiàng)目結(jié)合無(wú)線自組網(wǎng)干擾免疫算法，在射頻環(huán)境復(fù)雜的情況下仍能保持較高的鏈路傳輸質(zhì)量和協(xié)商速率，并保證業(yè)務(wù)的穩(wěn)定傳輸。具體配置包括：

1.在無(wú)線自組網(wǎng)通信基站方面，采用mesh、Ad_hoc等技術(shù)開(kāi)發(fā)無(wú)線自組網(wǎng)設(shè)備，以適用于該項(xiàng)目城市軌道交通工程施工中的線性應(yīng)用和可移動(dòng)特點(diǎn)的自組網(wǎng)基站設(shè)備要求為準(zhǔn)。

2.在融合通信和定位一體設(shè)備方面，根據(jù)開(kāi)發(fā)無(wú)線自組網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)和北斗短報(bào)文通信融合，UWB和北斗定位的基站設(shè)備為其融合提供必要條件。

3.在單兵攜帶通信和定位一體設(shè)備方面，工作人員開(kāi)發(fā)適合單兵攜帶并具備無(wú)線自組網(wǎng)通信、北斗短報(bào)文通信和人員定位功能的通信定位一體設(shè)備。

其次，該項(xiàng)目選擇我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均沒(méi)有的北斗報(bào)短文技術(shù)，利用3顆GEO衛(wèi)星，采用廣義RDSS體制和RNSS＋短報(bào)文通信體制，在星間鏈路下進(jìn)行短報(bào)文通信。在二者整合之后，可以將通信衛(wèi)星、車載通信電臺(tái)、自組網(wǎng)基站、應(yīng)急救援指揮中心、公網(wǎng)基站等進(jìn)行全面關(guān)聯(lián)，形成具備雙向數(shù)據(jù)傳輸能力的應(yīng)急通信模塊，具體如圖2所示。

（三）以數(shù)據(jù)層為例

數(shù)據(jù)層配置的技術(shù)如下：

1.工作人員選擇了大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，通過(guò)其中的數(shù)據(jù)清洗、歸一等功能，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)層上傳數(shù)據(jù)的初步篩選與處理。

2.工作人員配置大數(shù)據(jù)引擎存儲(chǔ)技術(shù)，可以快速完成對(duì)清洗、歸一數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)。同時(shí)，考慮到分類存儲(chǔ)時(shí)需要配置適配數(shù)據(jù)庫(kù)，工作人員利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)工具開(kāi)發(fā)能夠滿足其結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括施工數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)、事故數(shù)據(jù)庫(kù)以及氣象數(shù)據(jù)庫(kù)等。當(dāng)數(shù)據(jù)層完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的清洗、分類存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)處理之后，平臺(tái)層會(huì)根據(jù)設(shè)置好的管理模塊對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取與分析等。

（四）以平臺(tái)層為例

該項(xiàng)目應(yīng)急救援信息系統(tǒng)按照模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了至少9個(gè)管理模塊，可以根據(jù)各模塊中選擇的分析模型與具體算法，完成對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)各類突發(fā)事故的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、識(shí)別、分析、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急救援處理、結(jié)果反饋等。同時(shí)，各模塊數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后可以生成相應(yīng)的報(bào)表，再經(jīng)過(guò)專門的報(bào)表管理模塊處理后，既可以挖掘其中潛在的風(fēng)險(xiǎn)，也能為后續(xù)應(yīng)用層的運(yùn)用提供科學(xué)依據(jù)。

（五）以應(yīng)用層為例

該項(xiàng)目應(yīng)用層中配置的智能大屏頁(yè)面設(shè)置有多個(gè)模塊，工作人員使用大屏?xí)r可以借助配套的遠(yuǎn)程管理設(shè)備完成對(duì)應(yīng)急救援相關(guān)數(shù)據(jù)的日志管理、安全管理信息查詢，以及根據(jù)相關(guān)報(bào)表提供的依據(jù)確認(rèn)事件的危害等級(jí)，進(jìn)而由指揮中心向分中心發(fā)布相應(yīng)的應(yīng)急救援指令，由實(shí)際應(yīng)急救援小組根據(jù)APP應(yīng)用程序中的信息進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)完成事故處理，將風(fēng)險(xiǎn)控制到可承受范圍之內(nèi)。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，城市軌道交通在促進(jìn)城市更新的同時(shí)，也伴隨著諸多施工與運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。在新時(shí)期城市軌道交通高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，施工與運(yùn)營(yíng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)急管理中的實(shí)際需求，加強(qiáng)應(yīng)急救援信息系統(tǒng)建設(shè)工作。結(jié)合上述分析可以看出，應(yīng)急救援信息系統(tǒng)構(gòu)成要素較多，對(duì)信息技術(shù)的配置要求較高。因此，建議此類企業(yè)在實(shí)踐過(guò)程中，一方面遵循思路決定出路的基本原則，研發(fā)設(shè)計(jì)以“大平臺(tái)+小系統(tǒng)”為基本框架的系統(tǒng)；另一方面，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇適配性較高的無(wú)線自組網(wǎng)和北斗短報(bào)文技術(shù)，通過(guò)兩種技術(shù)的融合，增強(qiáng)城市軌道應(yīng)急通信系統(tǒng)的應(yīng)用水平，為其信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析、生成報(bào)表及應(yīng)用等賦能，輔助其將風(fēng)險(xiǎn)控制在最低范圍。

作者單位：李芝宏 高靖嵐 中鐵電氣化局智慧交通技術(shù)分公司

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