基于分布式云架構的鐵路客運站智能應急指揮系統設計

韓旭輝

（中國鐵路西安局集團有限公司 西安北站，西安 710000）

隨著高新技術的發(fā)展和應用，自動化、智能化、一體化的智能技術在鐵路行業(yè)的應用需求越來越迫切[1]。在智能化高速發(fā)展的大環(huán)境下，鐵路突發(fā)事件應急管理和處置業(yè)務的智能化建設面臨著許多新的挑戰(zhàn)和考驗。 2005年發(fā)布的《國務院關于實施國家突發(fā)事件總體應急預案的決定》(國發(fā)[2005]11號)，明確指出要切實加強應急平臺建設，把應急平臺建設和應急管理工作作為構建社會主義和諧社會的重要方面進行了全面部署。建立客運站智能應急指揮系統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，針對車站及客運列車的應急指揮手段相對落后，缺乏一個可以實時便捷掌握站車運行情況，并進行站車應急指揮的智能平臺：（1）各個管理單元信息溝通困難，應急處置時間長，效率低[3]；（2）應急指揮過程不透明，缺乏有效監(jiān)督途徑；（3）應急指揮自動化水平、信息化水平偏低，靠手工作業(yè)完成應急事件處理，效率低，誤差率高[4-6]；（4）鐵路基層的信息隔離和橫向協調困難突出，不同系統間，尤其是不同部門間的數據信息不能共享[7]。上述問題會導致管理人員對現場應急指揮情況、車輛到發(fā)情況、客流情況不能實時掌握，有很高的安全隱患。

鑒于此，本文提出基于分布式云架構的客運站智能應急指揮系統，為車站各業(yè)務部門的信息系統提供信息共享、車站安全監(jiān)控、數字化預案、應急事件推演與影響區(qū)研判、應急資源調配管理、應急處置方案生成等功能，實現高質量的信息共享和應急聯動，對應急事件的事前、事中、事后全過程管理。鐵路客運站各級管理部門能夠依托該平臺實現報警應急處理和權限分配，一旦有突發(fā)事件，各方可快速響應，與鐵路局、客運段相關部門聯動，并且可實現應急流程透明化管理[8]。

1 鐵路客運站應急指揮系統建設的必要性

當前，鐵路已建立了鐵路總公司–鐵路局–站段三級應急預案體系，制定并公布施行了《鐵路交通事故應急救援和調查處理條例》，建立了鐵路總公司應急管理辦公室和應急救援指揮中心，鐵路局設立應急管理辦公室，站段設立應急辦公室。但是，車站遇突發(fā)事件時，尚未有主動感知手段發(fā)現應急事件，應急處置過程中沒有數字化的應急預案可供查詢檢索，未實現站車、站內、站地的人員、設備一體化指揮與協同聯動[9]。針對當前鐵路客運站的實際問題和特點，急需利用先進成熟的技術手段實現車站應急指揮能力的提升，實現信息一體化、業(yè)務自動化、管理智能化的目標，主要體現在如下幾個方面：

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

（2）為車站管理人員在應急指揮狀態(tài)下進行決策分析提供信息支撐；

（3）滿足車站客運信息互聯互通的需要，全面提升車站應急指揮能力；

（4）適應信息技術和智能鐵路的發(fā)展。

2 系統功能

該系統提供對各類應急業(yè)務的日常管理以及針對突發(fā)事件的監(jiān)測監(jiān)控、預測預警、決策分析、指揮調度等功能。

2.1 安全監(jiān)控及預測預警

通過旅客異常行為識別，環(huán)境、設備、晚點和客流信息統計，各類應急資源、重大危險源、關鍵基礎設施和重點防護目標等信息，結合歷史數據、統計數據，在專業(yè)預測預警的基礎上，對突發(fā)事件進行綜合分析，預測分析可能的次生、衍生事件及其后果，實現突發(fā)事件的早期預警、趨勢預測。工作人員依據預警分級指標體系，開展對事件預警的分級核定和發(fā)布，將需要關注的事件信息下發(fā)到相關部門。

2.2 應急值守

完成突發(fā)事件的信息收集、傳達、接警處警、記錄和上報工作；各級應急管理處置部門通過本系統進行突發(fā)事件信息的接報處理、跟蹤反饋等值守應急業(yè)務管理，加強與上下級單位及有關部門突發(fā)事件信息交流與合作。

2.3 應急資源

維護管理各類應急處置、緊急疏散、醫(yī)療救護等應急資源數據，為處置行動與輔助決策、應急評估提供支持；系統提供對各類應急資源查詢、統計、分析的功能，以便工作人員掌握日常應急準備的資源情況，并科學客觀地配置資源，優(yōu)化配置方案，避免出現資源浪費與資源不足的情況。

2.4 應急預案

實現對預案的分類電子化管理。根據預案級別和突發(fā)事件類別分類維護應急預案的功能，并可按照預案結構、預案中的處置流程對預案進行結構化、屬性化、流程化處理，將預案中規(guī)定的響應、處置內容與相應的組織、人員、應急保障資源進行關聯，在突發(fā)事件發(fā)生時指導應急工作人員根據預案相關規(guī)定進行處置。

2.5 應急處置

應急處置是應急指揮系統建設的核心功能，系統以突發(fā)事件為中心，以決策分析、處置流程為主線，基于相關預案與處置方案處置事件。應急處置模塊輔助應急指揮人員了解突發(fā)事件發(fā)生、發(fā)展狀況，通盤掌握應急處置情況，創(chuàng)建并向各部門分發(fā)任務，協調任務執(zhí)行的過程中出現的問題，并進一步采取相應的措施。最終實現協同指揮、有序調度和有效監(jiān)督，提高應急處置效率。應急處置系統實現對正在發(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，提供依據事件接報信息，分析事發(fā)點空間位置與周圍環(huán)境，并模擬仿真事件制定相應疏散流線，參考相關預案、專項部門及專家的專業(yè)預測分析結果、類似事件的處置經驗、法規(guī)等，結合應急組織體系和工作流程、現場應急救援力量和應急救援物資等情況，形成應對突發(fā)事件的處置流程和決策方案。

2.6 模擬演練

實現對應急知識、應急案例的電子化管理，為應急指揮人員在應急處置過程中提供有價值的場景模擬練習，提高應對突發(fā)應急事件的能力。用于幫助熟悉應急處置流程與業(yè)務、法律法規(guī)、應急預案的內容。設置演練場景、分組設定參演人員與角色、配置演練流程等。參演人員根據演練計劃與腳本參加演練，指揮員可對演練過程進行控制（如進度控制、參與用戶控制和狀態(tài)切換），系統記錄全部演練過程并能回放；演練結束后，系統根據演練過程與結果對演練效果進行評估，并生成評估報告。

3 系統應用架構

在對突發(fā)事件的應急處置過程中，本系統貫穿于整個流程，涉及事前、事中和事后3個階段，形成一個完整可閉環(huán)的應急事件管理過程。根據鐵路應急管理組織體系及應急事件處置流程，鐵路突發(fā)事件處置的主要業(yè)務需求包括兩個方面：應急管理及日常事務處理；鐵路突發(fā)事件發(fā)生時的應急處置以及需要鐵路部門進行配合的突發(fā)事件的處置。如圖1所示，展現了應急指揮系統中事前、事中、事后的主要應用模塊，各個模塊共享數據信息，使用統一的通信平臺，是一套高效協同、高度統一的應用模型。

圖1 基于分布式云架構的鐵路客運站應急指揮系統應用架構

4 系統架構

鐵路客運智能應急指揮系統可分成鐵路總公司應急指揮系統、鐵路局應急指揮系統、車站應急指揮系統，系統架構如圖2所示。

圖2 基于分布式云架構的鐵路客運站應急指揮系統架構

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 應急指揮云化服務

結合當前鐵路網絡情況及應急業(yè)務的實際需求，應急指揮平臺采用分布式云的部署方式。各級應急指揮系統分別部署在鐵路總公司，鐵路局、車站的云服務平臺上。

（1）分布式系統由多個數據中心及服務平臺組成，即在各個車站的應急服務中心都設有應急數據中心和應急服務平臺，這些應急數據中心和應急服務平臺與鐵路局及鐵路總公司的應急數據中心和應急服務平臺連接。各個車站都需要建立自己的應急服務器，加快處理本站的應急業(yè)務，承載相應的數據處理量，從而提高應急事件處理能力和響應速度。

（2）云化服務，是通過互聯網提供動態(tài)、易擴展、資源虛擬化的服務方式。在各個車站建立云服務平臺，通過計算資源、存儲資源的虛擬化，實現應急數據和應急管理服務軟件的云化部署，采用云化服務可以提高應急服務平臺的安全性、可擴展性、容災性、易操作性。

鐵路總公司應急平臺或者鐵路局應急指揮平臺可調看站內運營狀況等智能監(jiān)測結果。當發(fā)生應急情況時，車站應急指揮中心可以通過該系統對站內設備設施統一調度，并將應急信息及時上傳至路局和總公司指揮中心。該系統對外可接收政府信息發(fā)布平臺、公安、消防隊、交通委、醫(yī)院、武警隊等信息，實現信息充分共享，當發(fā)生突發(fā)性公共事件或影響范圍大的應急事件時，能夠及時啟動全方位的應急預案，充分利用社會力量，進行應急處置。該系統對內接收旅服系統、客運管理系統、客票系統、設備監(jiān)控系統、動車組等信息，實現對站內設備設施統一調度。

4.3 系統架構描述

4.3.1 業(yè)務應用層

業(yè)務應用層是系統的對外窗口，提供應急值守、安全監(jiān)控、預測預警、預案管理、輔助決策、資源管理、應急指揮、模擬演練、應急評估能等模塊的應用服務。為PC客戶端、Web客戶端和移動終端設備提供訪問接口。

4.3.2 業(yè)務邏輯處理服務層

業(yè)務邏輯處理服務層是系統的核心，實現數據分析、數據融合、流程邏輯處理、事件聯動、緊急疏散、事件預測、事件統計等邏輯處理功能，為業(yè)務應用層提供訪問接口。

4.3.3 數據與信息資源服務層

數據與信息資源服務層是系統的靈魂，負責維護和組織系統的數據資源，包括：組織體系信息、救援資源、法律法規(guī)、應急預案、空間信息、基礎信息、應急信息、救援案例、應急演練數據、統計分析數據、決策支持數據、知識庫、關鍵人信息、視頻監(jiān)控數據、信息到發(fā)情況、設備狀態(tài)數據、客票信息數據等。

4.3.4 感知層

感知層是系統的基礎，通過物聯網、無線組網、大數據等技術建立覆蓋全站的智能感知。包括對旅客及行李、工作人員、設備、環(huán)境、客運組織、列車信息、建筑設備、應急資源等信息的智能感知。

4.3.5 互聯層

互聯層采用物聯網與鐵路生產網融合方式，保障鐵路物聯網采集數據的實時、可靠和高效傳輸，包括傳感網、接入網和承載網。傳感網基于豐富的物聯網感知和傳輸；接入網分為有線接入和無線接入兩種方式；承載網作為鐵路骨干傳輸網，分別依托鐵路行業(yè)專網（有線專網和 GSM-R）、互聯網和移動公網（GPRS/3G/4G），實現數據的實時、可靠、安全傳輸。采用按線管理模式，鐵路內數據接入在鐵路局執(zhí)行，車站內移動終端采用 4G 方式接入，與互聯網接入一致。

5 關鍵技術

5.1 分布式云技術

將各類應急數據、應急服務軟件部署在云化平臺，減少媒體能力浪費，減少單點故障，實現系統動態(tài)擴展，具有易部署、易維護的特點，為應急服務系統中的多業(yè)務融合需求提供了技術保證。

5.2 智能調度與負載均衡技術

在云化平臺上，該系統會定期收集各平臺的狀態(tài)和負載情況，若發(fā)現負載嚴重失衡，將及時進行調整。當新的業(yè)務到來時、或者當故障機器上的業(yè)務轉移時，調度器會智能地選擇出最優(yōu)的負載分配策略。

5.3 多信息融合的車站安全監(jiān)控技術

在云化平臺上，實現多種業(yè)務數據共享、多種業(yè)務服務融合，從而形成一個智能化、一體化的應急指揮平臺。采用物聯網技術，基于無線傳感器網絡，實時監(jiān)測車站內環(huán)境信息、設備狀態(tài)等；采用智能視頻識別技術，實時分析旅客異常行為、旅客異常行李狀態(tài)、火災等視頻與重點報警圖像；基于大數據技術，實時評價車站內安全運營狀態(tài)。融合智能視頻分析、車站環(huán)境監(jiān)控、設備安全監(jiān)控、列車信息、客票系統信息，實現車站安全監(jiān)控及應急預測預警。

5.4 基于智能應急處置資源自動匯聚技術

在云化平臺上，實現應急場景與各類信息的智能匹配，根據事件類型等信息，利用自然語言處理技術實現與此場景匹配的應急資源和應急知識的自動關聯，變人工搜素為智能匯聚，為制訂處置方案提供輔助支持。

6 系統實現

目前，該系統已經完成了需求分析、架構設計、前期建模及核心模塊功能的開發(fā)，核心模塊已經在西安北站做試運行測試，基本可以滿足西安北站智能應急一體化、智能化發(fā)展的需求。該系統業(yè)務應用層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系統下的Java語言開發(fā)；云化服務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)。系統功能還在進一步的優(yōu)化和完善的過程中。

系統試運行結果表明：采用分布式系統部署方式，能夠降低網絡帶寬的占用率，提高應急響應速度；通過采用云化服務的部署方式，能夠提高系統的多業(yè)務聯動處理能力，提高系統可擴展性、靈活性，安全性和多業(yè)務融合性，提高應急系統的一體化發(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、自動分析技術、視頻分析技術等先進智能技術，能夠提高應急系統的智能化水平。

7 結束語

鐵路客運站智能應急指揮系統的發(fā)展趨勢是智能化、一體化。智能化發(fā)展依賴于物聯網、無線組網、大數據分析等先進技術；一體化的發(fā)展則依賴于多業(yè)務融合、數據共享、統一通信機制等策略。基于云架構的應急指揮平臺為應急系統向智能化、一體化方向發(fā)展提供了有力保障，通過應急數據和應急服務的云化部署，實現多業(yè)務融合，信息共享，多管理部門協同指揮、應急聯動，并可以通過運營監(jiān)控數據統計分析，智能預測等機制預測風險，有效調整工作安排，規(guī)避風險。