基于數字集群的城市應急聯動系統的設計

江連海, 王 磊

(青島理工大學琴島學院計算機工程系, 山東 青島 266106)

基于數字集群的城市應急聯動系統的設計

江連海, 王 磊

(青島理工大學琴島學院計算機工程系, 山東 青島 266106)

近年來，各種城市災害不斷涌現，采用城市應急聯動系統可以確保通信暢通，減少災害發生后的損失.首先詳細分析了應急聯動系統的體系結構和業務模型，基于分析的結果，從應急指揮調度算法和無線覆蓋規劃兩個方面來闡述城市應急聯動系統的實現.

城市應急聯動系統；數字集群；指揮調度

各種災害和突發事件每天都會在地球上發生，隨著社會和經濟的快速發展，人流、物流高度密集，天災人禍帶來的損失往往比過去大得多，社會突發緊急事件的種類也更加復雜與多變.美國的911事件、中國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，傳統的應對機制已不能適應當前時代的要求，必須發展新的城市應急聯動系統.

數字集群通信系統是一種專用調度通信系統[1]，數字集群通信具有諸多優點：頻譜利用率高、保密性好、可提供多業務服務、信號抗信道衰落能力強以及網絡管理控制靈活有效，成為目前主流的集群通信系統.公安系統歷來重視數字集群的應用，國家分配了350MHz專用頻段用作公安、武警、安全等部門建立數字集群專網.城市應急聯動系統進行調度、指揮需要高效的無線話音、圖像數據、優先級調度、快速接入，這些數字集群通信系統都可以滿足.

由于TETRA[2]數字集群通信系統具有指揮調度和應急通信的特點，提高了應急聯動系統的效率，從而保證跨部門、跨警區及不同警種之間的統一指揮協調和聯合行動[3],因此當前的應急聯動系統大多采用數字集群通信系統.

1 城市應急聯動系統分析

1.1 應急聯動系統的體系結構

圖1 城市應急聯動系統框架結構圖

系統整體采用開放性構架設計，充分利用現有的應急資源，實現了系統整體擴容，平滑升級.城市應急聯動系統框架結構圖如圖1所示：

系統整體采用模塊化組合的方式，用戶可以根據需要進行各類既有系統資源的動態調整.考慮到系統的穩定性，系統的設計采用了冗余控制-集群車臺和衛星電話系統，一旦發生地震等重大應急事件，在公網和專網均遭到破壞的情況，啟用集群車臺應急系統進行應急指揮.在車臺不到位的情況下，仍然可以采用衛星電話系統確保通信暢通.

1.2 應急指揮業務模型分析

應急指揮系統分為兩個部分：接警中心和出警中心，業務流程如圖2所示：

圖2 應急指揮業務流程圖

接警中心統一接聽各種應急求助電話；出警中心統一指揮公安、消防、交警等部門，出警中心采用計算機輔助調度系統，通過系統配備的地理信息系統和數據庫系統，可以直觀形象地了解資源和警力分布情況，通過數字集群調度臺進行統一管理調度.當發生重大事件時，指揮權可以上移至市委決策指揮中心.

系統中無線集群通過E1(數字無線集群800M)或EM(模擬無線集群350M)與系統中的呼叫中心聯接，使二者成為一個有機的整體.同時無線集群本身也擁有調度臺，可以實現對集群內部各群組的管理和操作.

2 城市應急聯動系統的實現

要建立一個性能優良的城市應急聯動系統，高效率的通信系統至關重要，以下從應急指揮調度算法和無線覆蓋規劃兩個方面來闡述城市應急聯動系統的實現.

2.1 應急指揮調度算法設計

當城市面對緊急情況時，系統響應時間分秒必爭.而非智能的算法會讓系統響應效率卡在某一瓶頸無法突破，所以調度算法的設計至關重要.現已證明，RMS是最優的靜態算法[4]，但照搬使用RMS算法會出現如下問題：

(1)低損失、無危險的請求也會得到高端有限資源的應答，造成資源的浪費.

(2)低優先級事務提高優先級后將與較高優先級的事務一起進入緊急隊列而越過更高一級優先級的事務.

針對RMS算法的諸多不足，智能優先級調度算法對RMS調度算法加以改進，使之適用于城市應急聯動系統的工作模式.

(1)在RMS調度算法基礎上添加最大等待時間標志位m(初始值為0)，從3級請求開始進入排隊系統，當高于3優先級的任務與3優先級的任務同時請求時， 3優先級的任務進入等待；

(2)當經歷最大等待時間TMAX后，標志位m設成1，開始進入智能優先級排序算法，當總等待時間T滿足：

t=T-TMAX

t=f(L)*λ(L：請求中的任務優先級，λ：優先級提高限制系數)

此時，自動提高此任務1級優先級，并再次進入TMAX的等待循環中；

(3)當多個1級優先級任務同時觸發提高優先級的條件時，將以隊列方式進入FCFS算法處理.

智能優先級調度算法兼顧了事務優先級與任務回應率，從而能發揮最大的調度效率，大大縮短整個系統對應急事件的響應時間.

2.2 無線覆蓋規劃的設計

無線覆蓋規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，在此基礎上，綜合考慮海拔高度、周邊地形、鏈路配備、建設成本等等多種因素，并進行一些必要的無線覆蓋實測.另外，因為投資的限制，基站地址的選擇往往還需要根據實際的綜合因素進行折中考慮.

無線覆蓋計算的鏈路平衡預算參數是根據系統通信概率確定信號衰落余量，確定基站的發射功率，得出鏈路平衡預算參數表格.

對于室內覆蓋，考慮到集群調度主要發生在室外，所以方案以室外為主，對于一些重要的必須覆蓋的場所，才考慮室內的問題.

無線覆蓋規劃的流程如圖3所示：

圖3 無線覆蓋規劃流程圖

3 結束語

城市應急聯動系統是一個巨大的系統工程, 它不僅涉及到網絡平臺建設、空間信息技術應用等科技因素, 同時還受管理體制、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急意識，當面對災難時，能夠實現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. 數字集群移動通信系統(第3版) [M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]潘娟. 數字集群通信系統的安全保障[J].當代通信，2006,(13): 34-36.

[3]肖鵬峰，馮學智，黃照強，等. 集成GIS與GPS的城市應急聯動指揮系統研究[J].GIS技術，2006,(3):69-72.

[4]毛羽剛,張擁軍. 強實時系統的調度[J].計算機工程與科學，2000,(2):43-45.

(責任編校：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,山東煙臺人, 青島理工大學琴島學院計算機工程系講師,碩士.研究方向: 計算機集成控制、網絡技術、嵌入式技術等.

TN99

A

1008-4681(2015)05-0061-02