城市軌道交通應急救援信息系統研究

摘要：軌道交通的建設推動了城市的更新與發展，各大城市在軌道交通工程施工過程中，按照“并聯式”發展方案，普遍擴大了技術要素配置比例，旨在為其實踐賦能。基于此背景，本文概述了應急救援信息系統及其應用現狀，并結合某城市軌道交通工程，分別從項目概況、系統設計、模塊功能、關鍵技術四個方面對其進行了具體地探討。

關鍵詞：城市軌道交通；應急救援；信息系統

一、引言

在新一輪城市更新過程中，部分城市建設了軌道交通、完善了城市交通體系，有利于緩解城市交通堵塞問題。從近年來城市軌道交通建設經驗看，雖然其具有運量大、能耗低、污染少、安全可靠等優勢，但是由于施工環境復雜、管理涉及部門較多、信息技術配置率高等問題，實際施工與運營中不排除因突發事件影響而引發各類風險，包括自然災害、運行故障、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，在新時期城市軌道交通高質量建設與高水準運營期間，有必要加強對應急救援信息系統的研究，為其監測、預防、處理各類突發事件提供技術支持，下面先對應急救援信息系統基本內容與應急現狀做出簡要概述。

二、應急救援信息系統基本內容與應用現狀

（一）基本內容

應急救援系統主要是根據具體工程項目的構成要素選擇適配技術并進行安全管理與事故處理等的系統。以現代城市軌道交通工程為例，其施工期間需要根據其中可能發生的突發事件及風險等建立應急救援信息系統。從以往建設經驗看，此類系統主要按“大平臺+小系統”的基本框架進行研發設計，具體應用包括施工或運營信息采集、信息傳輸、信息處理、應急響應、應急救援處理、文檔管理、現場信息調度等。其中，施工項目通常針對施工中可能發生的塌方、灌水等安全事故進行監測與評價，并用于應急響應后開展救援活動。根據城市軌道交通工程施工或運營對該系統的應用情況看，一般會設置工程指揮中心，以“開始→應急報警受理→事件分析→獲取相關信息→預案生成→救援實施→事件總結進入預案庫→結束”為主要流程應用應急救援信息系統。需要說明的是，應急報警受理對象以事故現場報警為準，通常應急指揮中心分部進行現場信息傳送，在獲取相關信息之后，由應急指揮中心根據已有應急預案和決策支持系統輔助完成預案生成。

（二）應用現狀

目前，在城市軌道交通工程中，應急救援信息系統的應用已經十分普遍，并產生了較好效果。然而，在部分軌道交通工程應用此類系統時，施工部門尚無專門的臨時應急通信系統及設備，在公網信號覆蓋良好地區施工現場與監控后臺之間主要依靠移動電話溝通交流，而現有救援應急信息系統中通信模塊的可靠性無法滿足施工現場遠程監控和救援指揮需求，因此城市軌道施工臨時通信問題尚待解決。就其應用現狀來iTPKMJWex5pxz+rZ7yESTw==看，在豐富臨時通信業務和通信手段的同時，也帶來了如下問題：

1.通信現場設備體積大、重量大、功耗大、臨時組網和攜帶不方便，尤其在地震、洪水、強降雪等自然災害發生時，該系統時效性較低。

2.網絡接入設備技術構成復雜，現場接入設備配線數量多、接口種類多、需要配置的參數多，導致系統開通時間長，并且系統搭建對工作人員技術要求高，難以滿足應急通信快速響應的要求。

3.無線寬帶接入技術受環境影響因素較大。特別是當指揮中心無線接入與現場無線接入區域內存在明顯的障礙物、現場無線基礎設施不健全時，由于可用接入距離縮短，導致無線接入的通道質量受到影響，可用帶寬顯著下降。

基于此，相關部門亟須在此類工程中加強應急通信系統的研究，以優化并完善現有應急救援信息系統。

三、城市軌道交通應急救援信息系統設計

（一）項目概況

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，相交于當前已通車運營的8號線，并構成了“T”型換乘現狀。其中，8號線位于3號線北側位置，南側屬于標準段，該地鐵站工程已完成3號站主體工程建設。根據項目設計方案要求，車站全長335m，寬度為28.3m，車站屬于淺埋式地下二層四跨雙柱島形式，預留有8號線地下三層三跨“十字形”換乘段的車站部分未進行建設。當前階段在3號線運營期間完成8號線車站施工風險相對較大，并且存在應急通信“最后一公里”通信接入問題。因而，需制定與之匹配的應急救援信息系統。

（二）系統架構

工作人員根據項目施工中的風險控制需求以及應急救援信息系統在建設過程中存在的應急通信難點，按照“大平臺+小系統”的基本框架，先搭建以設備層－網絡層－數據層－平臺層－應用層為主的系統架構，如圖1所示。

（三）模塊功能

為了保障該系統的有效應用，工作人員根據模塊化設計思想設計了項目應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、報表管理等，具體如下：1.監控模塊；2.應急信息查詢模塊；3.應急決策模塊；4.指揮調度模塊；5.應急評估模塊；6.事故后果模擬模塊；7.培訓演練模塊；8.更新與維護模塊；9.報表管理模塊等。

以監控模塊為例，該項目根據施工區域分別配置有各類監控裝置，可以針對采集到的信息（包括結構數據、半結構數據、非結構數據，如文字、圖片、音頻、視頻等）進行在線預覽，并通過收集突發事件、安全事故等相關信息，一旦發現異常情況，便會在第一時間進行預警；接著，根據與其他模塊之間的關聯，將生成的監控報表發送至其他模塊，由此類模塊進一步識別、評估相關風險，為后續應急響應和救援工作做準備。

以應急信息查詢模塊為例，該模塊設置有基本信息與地理信息，下設應急人員、應急設備、應急預案、應急案例、法律法規、施工進度及路線、消防樁分布、附近醫院分布等，可供該項目應急救援時快速查詢與聯絡。

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“開始→選擇事故類型→輸入參數→計算→導入GIS圖層中→繪圖輸出→結束”等標準流程進行事故后果模擬。其他模塊均根據其應急救援需求設置相應功能，在此不作贅述。

四、城市軌道交通應急救援信息系統實現關鍵技術

該項目應急救援信息系統架構簡單、構成要素相對較多，尤其在各模塊設置有若干功能，因此，在開發過程中，工作人員根據實際設計方案選擇了Java開發平臺與Oracle數據庫工具，以滿足訪問各種物聯設備、數據庫及各個管理模塊的需求。同時，考慮到網絡層中的技術要求較高，工作人員在TCP/IP協議下根據設備層與數據層連接方面的實際要求，選擇了無線自組網和北斗短報文融合技術，旨在提高其應急通信模塊的性能。為了論述的清晰性，下面僅對用于實現五大層的關鍵技術做出具體分析。

（一）以設備層為例

以設備層為例，通過配置各類物聯設備，以實現感知各類事故及風險的要求，具體配置時數據源主要來自傳感裝置、GPS/LBS、監控圖像、移動終端、BIM集成管理平臺、氣體監測裝置等。此類裝置內置芯片，可以根據自身的功能采集施工現場的各類信息，并通過網絡層傳輸至數據層。需要注意的是，該項目實際施工環境復雜、突發事故發生概率較高，視頻監控可以更為及時、清晰地幫助應急救援人員了解事件發生后的情況，以便選擇合適的處理舉措。因此，在該項目實施時，工作人員根據實際情況擴大了音視頻技術的配置比例。

（二）以網絡層為例

首先，該項目選擇無線自組網動態路由技術，將重點放在動態節點，通過接入網絡引起網絡拓撲結構的變化，但不影響網絡穩定性，而動態節點能夠在網絡自主完成注冊和注銷過程，并保證網絡QoS性能。同時，該項目結合無線自組網干擾免疫算法，在射頻環境復雜的情況下仍能保持較高的鏈路傳輸質量和協商速率，并保證業務的穩定傳輸。具體配置包括：

1.在無線自組網通信基站方面，采用mesh、Ad_hoc等技術開發無線自組網設備，以適用于該項目城市軌道交通工程施工中的線性應用和可移動特點的自組網基站設備要求為準。

2.在融合通信和定位一體設備方面，根據開發無線自組網、無線公網和北斗短報文通信融合，UWB和北斗定位的基站設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備方面，工作人員開發適合單兵攜帶并具備無線自組網通信、北斗短報文通信和人員定位功能的通信定位一體設備。

其次，該項目選擇我國具有自主知識產權且其他衛星導航系統均沒有的北斗報短文技術，利用3顆GEO衛星，采用廣義RDSS體制和RNSS＋短報文通信體制，在星間鏈路下進行短報文通信。在二者整合之后，可以將通信衛星、車載通信電臺、自組網基站、應急救援指揮中心、公網基站等進行全面關聯，形成具備雙向數據傳輸能力的應急通信模塊，具體如圖2所示。

（三）以數據層為例

數據層配置的技術如下：

1.工作人員選擇了大數據清洗技術，通過其中的數據清洗、歸一等功能，完成對網絡層上傳數據的初步篩選與處理。

2.工作人員配置大數據引擎存儲技術，可以快速完成對清洗、歸一數據的分類存儲。同時，考慮到分類存儲時需要配置適配數據庫，工作人員利用Oracle數據庫工具開發能夠滿足其結構數據、半結構數據、非結構數據存儲的數據庫，包括施工數據庫、信號數據庫、事故數據庫以及氣象數據庫等。當數據層完成各項數據的清洗、分類存儲、數據庫處理之后，平臺層會根據設置好的管理模塊對其數據庫進行數據提取與分析等。

（四）以平臺層為例

該項目應急救援信息系統按照模塊化設計思想，設計了至少9個管理模塊，可以根據各模塊中選擇的分析模型與具體算法，完成對施工現場各類突發事故的監測、預警、識別、分析、應急響應、應急救援處理、結果反饋等。同時，各模塊數據經過分析處理后可以生成相應的報表，再經過專門的報表管理模塊處理后，既可以挖掘其中潛在的風險，也能為后續應用層的運用提供科學依據。

（五）以應用層為例

該項目應用層中配置的智能大屏頁面設置有多個模塊，工作人員使用大屏時可以借助配套的遠程管理設備完成對應急救援相關數據的日志管理、安全管理信息查詢，以及根據相關報表提供的依據確認事件的危害等級，進而由指揮中心向分中心發布相應的應急救援指令，由實際應急救援小組根據APP應用程序中的信息進駐現場完成事故處理，將風險控制到可承受范圍之內。

五、結束語

總之，城市軌道交通在促進城市更新的同時，也伴隨著諸多施工與運營風險。在新時期城市軌道交通高質量發展過程中，施工與運營企業應當根據應急管理中的實際需求，加強應急救援信息系統建設工作。結合上述分析可以看出，應急救援信息系統構成要素較多，對信息技術的配置要求較高。因此，建議此類企業在實踐過程中，一方面遵循思路決定出路的基本原則，研發設計以“大平臺+小系統”為基本框架的系統；另一方面，根據系統設計需求，選擇適配性較高的無線自組網和北斗短報文技術，通過兩種技術的融合，增強城市軌道應急通信系統的應用水平，為其信息采集、傳輸、存儲、分析、生成報表及應用等賦能，輔助其將風險控制在最低范圍。

作者單位：李芝宏 高靖嵐 中鐵電氣化局智慧交通技術分公司

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