多模GNSS景區應急救援系統設計與實現

李飛

摘 要：開發基于景區管理的應急搜救平臺，包括系統管理、預案管理、報警信息處理、信息發布與管理、指揮調度五大功能模塊。本文結合GNSS組合定位算法的現有模塊，通過3G模塊與應急搜救平臺進行通信，設計基于多模GNSS的應急搜救系統，進行應急救援仿真試驗，實現組合定位方法在應急搜救系統中的應用研究。

關鍵詞： GNSS；景區；應急救援

0 引言

近年來在世界范圍內如颶風、地震、臺風、海嘯等重大自然災害頻繁發生，對人民的生命財產造成了嚴重的傷害。在全球范圍內，應急減災系統的建立、完善和加強再次得到了各國政府部門及相關國際組織的高度重視。旅游景區大都在超負荷的接待游客，產生很多安全隱患。綜合所有的搜救過程不難發現，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。尤其是在地形復雜的山區地帶，由于通信受阻、地形復雜、遇險者無法描述所處地域等各種原因，使救援工作困難重重、耗時費力。為此，構建一套組織高效、資源配置優化、反應迅速和輔助決策科學的救援系統就顯得尤為迫切。衛星導航系統能夠為用戶提供精確的位置、速度、時間等信息，但是在室內、森林、城市等復雜環境下，導航衛星信號受到嚴重的衰弱，信號功率遠遠低于一般導航衛星接收機的工作范圍。基于衛星導航與位置服務的應急搜救技術研究創新性的提出了復雜環境下基于應急導航搜救終端的應急搜救方法和應用技術。

1 系統概述

1.1 結構設計

大型自然景區是目前最需要實現區域服務的典型區域環境，大量的游客對數字導游、自主規劃、周邊服務查詢、應急求助等提出了越來越高的要求，在示范平臺規劃中，應急搜救平臺將與位置服務平臺、監控平臺、公共服務平臺、通信管理平臺共同作為技術支撐以達到景區管理平臺的常態運作。

該平臺依托國家“十二五”科技支撐項目“ 智能導航搜救終端及其區域應用示范”，接收智能導航搜救終端與位置服務平臺提供的報警信息，通過接警信息分析與處理，制定“有計劃、有步驟、可操作、可執行”的應急搜救預案以提供決策支持，實現景區應急事件災害險情、景區旅游運營突發事件的及時處理，達到景區對突發事件的快速響應。

1.2 流程設計

應急搜救平臺通過移動通信網絡、北斗、WIFI等接收應急報警信息，經過分析處理后生成應急救援方案，并進行指揮調度，同時將一些指揮調度命令通過網絡推送到搜救終端和指揮終端。

應急搜救平臺主要對景區內突發應急事件提供相應的服務信息。救援調度服務用于應急調度工作，能夠將指定目標的有關信息通過內部網絡隨時調取，并連同搜救終端的各種信息實時、準確地顯示在電子地圖上，通過不同顏色圖標區分監控目標的狀態，同時系統也可以實時監控救援人員的分布和運動軌跡，使整個救援工作直觀清晰。通過通信功能模塊可進行短句文字通信、數據通信等，并提供搜救編組內部的通信能力，便于聯合行動和動態指揮。此外，通過該功能還可以擴展實現向管理中心的匯報和通信，支持大范圍、大區域的聯合搜救行動調度控制。與數字地圖的結合可以為搜救指揮調度人員提供直觀的區域界面，便于進行搜救路線的規劃、距離量測、行動指揮等工作，進而提高搜救效率。數據共享和與上級主管部門間的互聯互通能夠支持大型區域救援任務，實現搜救過程中多人、多部門間協作管理，救援調度的數據通過預留的網絡接口可以接入到上級管理部門，進而納入公共搜救信息網絡或應急指揮系統。

1.3 功能設計

該應急搜救平臺將以九寨溝景區作為應用示范點，主要包括了接警功能、應急處理、指揮調度、信息發布與管理、系統管理、預案管理、決策支持等功能。

1.3.1接警功能

本功能模塊主要實現對報警信息的記錄、處理，分為系統接警和人工接警。

系統接警通過通信模塊可自動接收終端的求救及環境監測報警；人工接警可受理短信、電話報警，由專人在系統中錄入報警信息。

1.3.2應急處理功能

突發事件發生后，應急處理模塊制定發布應急搜救方案、應急疏導方案，并通過控制中心發布一系列指令，向終端提供行動說明和所需要進行的應對措施，具體包括現場信息查詢與顯示、應急搜救方案制定與發布、應急疏導方案制定與發布。在進行應急搜救的同時，對景區內人群高密度和高危險度區域必須進行應急疏導。參考應急預案庫中的疏導方案，結合突發事件的特點進行數據分析，以此為基礎，制定 “人機交互”的應急疏導方案。制定好的應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內進行發布。

1.3.3指揮調度功能

根據搜救決策，平臺將向指揮型搜救終端發布搜救策略，通過與智能導航用戶終端和指揮型搜救終端的交互對被救對象、搜救隊伍進行實時的監控和指揮調度。

1.3.4信息發布與管理功能

本功能模塊可以通過廣播和終端實時進行信息的發布與管理，包括以下兩個子功能：

（1） 公共信息發布與管理

結合九寨溝景區的實際情況，平臺將采取多樣化的信息傳播方式：建立單向廣播站點，進行信息的單向廣播，對游人進行安全宣傳教育及緊急事件的播報。

（2） 組信息發布與管理

分組是指在團隊間以組的形式管理公共信息，為指揮型應急救援終端提供組內搜救與疏導信息。

1.3.5系統管理功能

本功能模塊對日志、任務和應急資源進行管理，包括用戶的權限管理。為新建任務提供需要制定的任務信息。包括新建任務、根據任務類別查看表單、新建表單。建立任務隊列列表，跟蹤隊列中各任務的執行情況，對各任務進行查看、管理等任務模板：建立核心任務模板，建立演練任務模板。包括查看、編輯、刪除任務，并可以把所選任務在地圖上顯示出來。能對任務的任一表單任一數據項進行精確或模糊查詢，以歷史查詢為主，也可以按行政區劃分級查詢。包括統計查詢、查詢結果輸出、生成專題圖、專題圖整飾、專題圖打印。

1.3.6預案管理功能

本功能模塊主要實現對應急預案庫和國內外應急案例庫的管理，并實現三維模擬演練和實練評估模塊。包括以下子模塊：

（1）應急預案庫管理

應急預案數據庫包含了完備的應急預案機制，該功能模塊主要完成對數據的增加、刪除、存儲、編輯、查詢及維護等。

（2）模擬演練模塊

該功能模塊可進行三維模擬應急事件演練，并實練評估。

（3）案例庫管理

案例數據庫包含了眾多國內外著名的應急案例，為應急搜救提供經驗指導。該功能模塊主要完成對數據的增加、刪除、存儲、編輯、查詢及維護等。

2 關鍵技術

2.1 基于UDP協議的通信調度

UDP是User Datagram Protocol的簡稱， 中文名是用戶數據包協議，是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協議。在網絡中它與TCP協議一樣用于處理數據包，是一種無連接的協議。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協議的上一層。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數據的網絡應用。包括網絡視頻會議系統在內的眾多的客戶/服務器模式的網絡應用都需要使用UDP協議。與所熟知的TCP（傳輸控制協議）協議一樣，UDP協議直接位于IP（網際協議）協議的頂層。UDP協議的主要作用是將網絡數據流量壓縮成數據包的形式。

本平臺通過將相關信息基于XML進行格式化，并調用相關操作系統的網絡接口，可基于UDP協議實現對景區各種應急資源的網絡監控及調度，在系統中通過對象的服務或者行為來改變該屬性值，即對象的狀態，具體對應實際世界中的救援任務，如疏導、救助等。

2.2 應急物資儲備庫模型

在緊急狀態出現以后，所需物資不可能也不應該同時到達應急現場，要使整個應急工作有條不紊、有重點的實施，必須在第一時間將最需要的物資送達應急現場。這樣不僅有力提高了應急救援工作效率，同時也減少了應急現場不必要的物資積壓。優先級是按照應急救援工作的一般流程設定的，在緊急狀態處理的過程中第一時間到達應急現場的是優先級最高的物資，也即應急現場最需要的物資。按照應急物資的優先級對應急物資進行分類，更有利于整個應急方案有條不紊的實施。按照優先級對應急物資分類后，相關部門在得知緊急狀態后的第一項工作即是召集、采購、派發優先級最高的應急物資，確保這些物資能在最佳時間到達應急現場。然后，就可以相應的準備、派發第二級、第三級應急物資。這樣，就避免了應急物資配置的盲目性，同時為應急物資儲備策略的制定提供了依據按照上述分類標準，參照應急保障物資分類及產品目錄，可以對涉及的應急物資進行分類。

應急物資儲備應全力保障關鍵物資的儲備量。對于重要物資則要保持一定的安全庫存，而關鍵物資則是根據具體情況及專家的建議設定儲備量。

2.3 路網應急疏散模型

路網應急疏散是指發生突發性災害事件時，將處于路網中的人員、車輛及時疏散到安全區域。也就是按照某一種目標準則對路網交通流路徑進行分解與指派，充分發揮路網的輸送能力，引導車流盡快進行疏散。在突發事件發生時，應急交通需求量加載到路網中的累計百分比可以通過S型行為反應曲線來計算。但是S型反應曲線將所有OD（起終點間的交通出行量）間的出行都按照同樣的時間分布比例進行考慮，這與實際情況并不相符。受突發事故源屬性以及事故集結點與事故源的距離的影響，根據突發事件影響范圍模型，不同事故集結點的疏散時間要求和疏散主體對災害的反應（與疏散緊急程度有關）是不完全相同的。因此，不同集結點有著不同的S型反應曲線分布。從這個角度講，實際過程中整個系統的應急交通需求量加載到路網中的累計百分比并不是單純的S型行為反應曲線，而是不同集結點的S型行為反應曲線的疊加，即為廣義S型行為反應曲線。根據廣義S型行為反應曲線，可以獲得疏散總量在不同時段內的比例分布情況信息，從而為針對性的采取對應的應急交通管理和組織措施提供依據。廣義S型曲線給定了交通量得時間分布狀況，對應于疏散比例較高的時段，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、變向車道應用等多種手段使得該時段交通量在道路網空間分布層面趨向均衡，以達到快速疏散的目的。

3 結束語

衛星導航系統能夠為用戶提供精確的位置、速度、時間等信息，但是在室內、森林、城市等復雜環境下，導航衛星信號受到嚴重的衰弱，信號功率遠遠低于一般導航衛星接收機的工作范圍。基于衛星導航與位置服務的應急搜救技術研究創新性的提出了復雜環境下基于應急導航搜救終端的應急搜救方法和應用技術。當發生險情時，具備定位、導航、信息服務和求助信號發播等功能的智能終端既能夠利用GNSS組合定位系統向用戶提供基于當前位置的信息服務，也能在危險時發播求救信號，若具有同時接收本地偽衛星導航信號的能力，它將充分提高設備導航定位的可靠性和可用性。

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