多模GNSS景区应急救援系统设计与实现

    李飞

    摘 要：开发基于景区管理的应急搜救平台，包括系统管理、预案管理、报警信息处理、信息发布与管理、指挥调度五大功能模块。本文结合GNSS组合定位算法的现有模块，通过3G模块与应急搜救平台进行通信，设计基于多模GNSS的应急搜救系统，进行应急救援仿真试验，实现组合定位方法在应急搜救系统中的应用研究。

    关键词： GNSS；景区；应急救援

    0 引言

    近年来在世界范围内如飓风、地震、台风、海啸等重大自然灾害频繁发生，对人民的生命财产造成了严重的伤害。在全球范围内，应急减灾系统的建立、完善和加强再次得到了各国政府部门及相关国际组织的高度重视。旅游景区大都在超负荷的接待游客，产生很多安全隐患。综合所有的搜救过程不难发现，搜救工作之所以艰难的主要原因在于无法快速获知精确的失事地点。尤其是在地形复杂的山区地带，由于通信受阻、地形复杂、遇险者无法描述所处地域等各种原因，使救援工作困难重重、耗时费力。为此，构建一套组织高效、资源配置优化、反应迅速和辅助决策科学的救援系统就显得尤为迫切。卫星导航系统能够为用户提供精确的位置、速度、时间等信息，但是在室内、森林、城市等复杂环境下，导航卫星信号受到严重的衰弱，信号功率远远低于一般导航卫星接收机的工作范围。基于卫星导航与位置服务的应急搜救技术研究创新性的提出了复杂环境下基于应急导航搜救终端的应急搜救方法和应用技术。

    1 系统概述

    1.1 结构设计

    大型自然景区是目前最需要实现区域服务的典型区域环境，大量的游客对数字导游、自主规划、周边服务查询、应急求助等提出了越来越高的要求，在示范平台规划中，应急搜救平台将与位置服务平台、监控平台、公共服务平台、通信管理平台共同作为技术支撑以达到景区管理平台的常态运作。

    该平台依托国家“十二五”科技支撑项目“ 智能导航搜救终端及其区域应用示范”，接收智能导航搜救终端与位置服务平台提供的报警信息，通过接警信息分析与处理，制定“有计划、有步骤、可操作、可执行”的应急搜救预案以提供决策支持，实现景区应急事件灾害险情、景区旅游运营突发事件的及时处理，达到景区对突发事件的快速响应。

    1.2 流程设计

    应急搜救平台通过移动通信网络、北斗、WIFI等接收应急报警信息，经过分析处理后生成应急救援方案，并进行指挥调度，同时将一些指挥调度命令通过网络推送到搜救终端和指挥终端。

    应急搜救平台主要对景区内突发应急事件提供相应的服务信息。救援调度服务用于应急调度工作，能够将指定目标的有关信息通过内部网络随时调取，并连同搜救终端的各种信息实时、准确地显示在电子地图上，通过不同颜色图标区分监控目标的状态，同时系统也可以实时监控救援人员的分布和运动轨迹，使整个救援工作直观清晰。通过通信功能模块可进行短句文字通信、数据通信等，并提供搜救编组内部的通信能力，便于联合行动和动态指挥。此外，通过该功能还可以扩展实现向管理中心的汇报和通信，支持大范围、大区域的联合搜救行动调度控制。与数字地图的结合可以为搜救指挥调度人员提供直观的区域界面，便于进行搜救路线的规划、距离量测、行动指挥等工作，进而提高搜救效率。数据共享和与上级主管部门间的互联互通能够支持大型区域救援任务，实现搜救过程中多人、多部门间协作管理，救援调度的数据通过预留的网络接口可以接入到上级管理部门，进而纳入公共搜救信息网络或应急指挥系统。

    1.3 功能设计

    该应急搜救平台将以九寨沟景区作为应用示范点，主要包括了接警功能、应急处理、指挥调度、信息发布与管理、系统管理、预案管理、决策支持等功能。

    1.3.1接警功能

    本功能模块主要实现对报警信息的记录、处理，分为系统接警和人工接警。

    系统接警通过通信模块可自动接收终端的求救及环境监测报警；人工接警可受理短信、电话报警，由专人在系统中录入报警信息。

    1.3.2应急处理功能

    突发事件发生后，应急处理模块制定发布应急搜救方案、应急疏导方案，并通过控制中心发布一系列指令，向终端提供行动说明和所需要进行的应对措施，具体包括现场信息查询与显示、应急搜救方案制定与发布、应急疏导方案制定与发布。在进行应急搜救的同时，对景区内人群高密度和高危险度区域必须进行应急疏导。参考应急预案库中的疏导方案，结合突发事件的特点进行数据分析，以此为基础，制定 “人机交互”的应急疏导方案。制定好的应急搜救方案可通过广播，以及客户端短信、彩信和电话的方式在景区内进行发布。

    1.3.3指挥调度功能

    根据搜救决策，平台将向指挥型搜救终端发布搜救策略，通过与智能导航用户终端和指挥型搜救终端的交互对被救对象、搜救队伍进行实时的监控和指挥调度。

    1.3.4信息发布与管理功能

    本功能模块可以通过广播和终端实时进行信息的发布与管理，包括以下两个子功能：

    （1） 公共信息发布与管理

    结合九寨沟景区的实际情况，平台将采取多样化的信息传播方式：建立单向广播站点，进行信息的单向广播，对游人进行安全宣传教育及紧急事件的播报。

    （2） 组信息发布与管理

    分组是指在团队间以组的形式管理公共信息，为指挥型应急救援终端提供组内搜救与疏导信息。

    1.3.5系统管理功能

    本功能模块对日志、任务和应急资源进行管理，包括用户的权限管理。为新建任务提供需要制定的任务信息。包括新建任务、根据任务类别查看表单、新建表单。建立任务队列列表，跟踪队列中各任务的执行情况，对各任务进行查看、管理等任务模板：建立核心任务模板，建立演练任务模板。包括查看、编辑、删除任务，并可以把所选任务在地图上显示出来。能对任务的任一表单任一数据项进行精确或模糊查询，以历史查询为主，也可以按行政区划分级查询。包括统计查询、查询结果输出、生成专题图、专题图整饰、专题图打印。

    1.3.6预案管理功能

    本功能模块主要实现对应急预案库和国内外应急案例库的管理，并实现三维模拟演练和实练评估模块。包括以下子模块：

    （1）应急预案库管理

    应急预案数据库包含了完备的应急预案机制，该功能模块主要完成对数据的增加、删除、存储、编辑、查询及维护等。

    （2）模拟演练模块

    该功能模块可进行三维模拟应急事件演练，并实练评估。

    （3）案例库管理

    案例数据库包含了众多国内外著名的应急案例，为应急搜救提供经验指导。该功能模块主要完成对数据的增加、删除、存储、编辑、查询及维护等。

    2 关键技术

    2.1 基于UDP协议的通信调度

    UDP是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据包协议，是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议。在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。与所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。

    本平台通过将相关信息基于XML进行格式化，并调用相关操作系统的网络接口，可基于UDP协议实现对景区各种应急资源的网络监控及调度，在系统中通过对象的服务或者行为来改变该属性值，即对象的状态，具体对应实际世界中的救援任务，如疏导、救助等。

    2.2 应急物资储备库模型

    在紧急状态出现以后，所需物资不可能也不应该同时到达应急现场，要使整个应急工作有条不紊、有重点的实施，必须在第一时间将最需要的物资送达应急现场。这样不仅有力提高了应急救援工作效率，同时也减少了应急现场不必要的物资积压。优先级是按照应急救援工作的一般流程设定的，在紧急状态处理的过程中第一时间到达应急现场的是优先级最高的物资，也即应急现场最需要的物资。按照应急物资的优先级对应急物资进行分类，更有利于整个应急方案有条不紊的实施。按照优先级对应急物资分类后，相关部门在得知紧急状态后的第一项工作即是召集、采购、派发优先级最高的应急物资，确保这些物资能在最佳时间到达应急现场。然后，就可以相应的准备、派发第二级、第三级应急物资。这样，就避免了应急物资配置的盲目性，同时为应急物资储备策略的制定提供了依据按照上述分类标准，参照应急保障物资分类及产品目录，可以对涉及的应急物资进行分类。

    应急物资储备应全力保障关键物资的储备量。对于重要物资则要保持一定的安全库存，而关键物资则是根据具体情况及专家的建议设定储备量。

    2.3 路网应急疏散模型

    路网应急疏散是指发生突发性灾害事件时，将处于路网中的人员、车辆及时疏散到安全区域。也就是按照某一种目标准则对路网交通流路径进行分解与指派，充分发挥路网的输送能力，引导车流尽快进行疏散。在突发事件发生时，应急交通需求量加载到路网中的累计百分比可以通过S型行为反应曲线来计算。但是S型反应曲线将所有OD（起终点间的交通出行量）间的出行都按照同样的时间分布比例进行考虑，这与实际情况并不相符。受突发事故源属性以及事故集结点与事故源的距离的影响，根据突发事件影响范围模型，不同事故集结点的疏散时间要求和疏散主体对灾害的反应（与疏散紧急程度有关）是不完全相同的。因此，不同集结点有着不同的S型反应曲线分布。从这个角度讲，实际过程中整个系统的应急交通需求量加载到路网中的累计百分比并不是单纯的S型行为反应曲线，而是不同集结点的S型行为反应曲线的叠加，即为广义S型行为反应曲线。根据广义S型行为反应曲线，可以获得疏散总量在不同时段内的比例分布情况信息，从而为针对性的采取对应的应急交通管理和组织措施提供依据。广义S型曲线给定了交通量得时间分布状况，对应于疏散比例较高的时段，可以制定针对性的交通组织和管理方案，考虑通过单向车道组织、交叉口组织、变向车道应用等多种手段使得该时段交通量在道路网空间分布层面趋向均衡，以达到快速疏散的目的。

    3 结束语

    卫星导航系统能够为用户提供精确的位置、速度、时间等信息，但是在室内、森林、城市等复杂环境下，导航卫星信号受到严重的衰弱，信号功率远远低于一般导航卫星接收机的工作范围。基于卫星导航与位置服务的应急搜救技术研究创新性的提出了复杂环境下基于应急导航搜救终端的应急搜救方法和应用技术。当发生险情时，具备定位、导航、信息服务和求助信号发播等功能的智能终端既能够利用GNSS组合定位系统向用户提供基于当前位置的信息服务，也能在危险时发播求救信号，若具有同时接收本地伪卫星导航信号的能力，它将充分提高设备导航定位的可靠性和可用性。

    参考文献：

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