城市轨道交通应急救援信息系统研究

摘要：轨道交通的建设推动了城市的更新与发展，各大城市在轨道交通工程施工过程中，按照“并联式”发展方案，普遍扩大了技术要素配置比例，旨在为其实践赋能。基于此背景，本文概述了应急救援信息系统及其应用现状，并结合某城市轨道交通工程，分别从项目概况、系统设计、模块功能、关键技术四个方面对其进行了具体地探讨。

关键词：城市轨道交通；应急救援；信息系统

一、引言

在新一轮城市更新过程中，部分城市建设了轨道交通、完善了城市交通体系，有利于缓解城市交通堵塞问题。从近年来城市轨道交通建设经验看，虽然其具有运量大、能耗低、污染少、安全可靠等优势，但是由于施工环境复杂、管理涉及部门较多、信息技术配置率高等问题，实际施工与运营中不排除因突发事件影响而引发各类风险，包括自然灾害、运行故障、爆炸事故、毒气泄漏事故、车辆脱轨、道床伤亡、踩踏事故、客流爆满及停电事故等。因而，在新时期城市轨道交通高质量建设与高水准运营期间，有必要加强对应急救援信息系统的研究，为其监测、预防、处理各类突发事件提供技术支持，下面先对应急救援信息系统基本内容与应急现状做出简要概述。

二、应急救援信息系统基本内容与应用现状

（一）基本内容

应急救援系统主要是根据具体工程项目的构成要素选择适配技术并进行安全管理与事故处理等的系统。以现代城市轨道交通工程为例，其施工期间需要根据其中可能发生的突发事件及风险等建立应急救援信息系统。从以往建设经验看，此类系统主要按“大平台+小系统”的基本框架进行研发设计，具体应用包括施工或运营信息采集、信息传输、信息处理、应急响应、应急救援处理、文档管理、现场信息调度等。其中，施工项目通常针对施工中可能发生的塌方、灌水等安全事故进行监测与评价，并用于应急响应后开展救援活动。根据城市轨道交通工程施工或运营对该系统的应用情况看，一般会设置工程指挥中心，以“开始→应急报警受理→事件分析→获取相关信息→预案生成→救援实施→事件总结进入预案库→结束”为主要流程应用应急救援信息系统。需要说明的是，应急报警受理对象以事故现场报警为准，通常应急指挥中心分部进行现场信息传送，在获取相关信息之后，由应急指挥中心根据已有应急预案和决策支持系统辅助完成预案生成。

（二）应用现状

目前，在城市轨道交通工程中，应急救援信息系统的应用已经十分普遍，并产生了较好效果。然而，在部分轨道交通工程应用此类系统时，施工部门尚无专门的临时应急通信系统及设备，在公网信号覆盖良好地区施工现场与监控后台之间主要依靠移动电话沟通交流，而现有救援应急信息系统中通信模块的可靠性无法满足施工现场远程监控和救援指挥需求，因此城市轨道施工临时通信问题尚待解决。就其应用现状来iTPKMJWex5pxz+rZ7yESTw==看，在丰富临时通信业务和通信手段的同时，也带来了如下问题：

1.通信现场设备体积大、重量大、功耗大、临时组网和携带不方便，尤其在地震、洪水、强降雪等自然灾害发生时，该系统时效性较低。

2.网络接入设备技术构成复杂，现场接入设备配线数量多、接口种类多、需要配置的参数多，导致系统开通时间长，并且系统搭建对工作人员技术要求高，难以满足应急通信快速响应的要求。

3.无线宽带接入技术受环境影响因素较大。特别是当指挥中心无线接入与现场无线接入区域内存在明显的障碍物、现场无线基础设施不健全时，由于可用接入距离缩短，导致无线接入的通道质量受到影响，可用带宽显著下降。

基于此，相关部门亟须在此类工程中加强应急通信系统的研究，以优化并完善现有应急救援信息系统。

三、城市轨道交通应急救援信息系统设计

（一）项目概况

以某城市轨道交通工程为例，地铁站工程位于B路和G路交叉口位置，地铁隧道平行于A路，相交于当前已通车运营的8号线，并构成了“T”型换乘现状。其中，8号线位于3号线北侧位置，南侧属于标准段，该地铁站工程已完成3号站主体工程建设。根据项目设计方案要求，车站全长335m，宽度为28.3m，车站属于浅埋式地下二层四跨双柱岛形式，预留有8号线地下三层三跨“十字形”换乘段的车站部分未进行建设。当前阶段在3号线运营期间完成8号线车站施工风险相对较大，并且存在应急通信“最后一公里”通信接入问题。因而，需制定与之匹配的应急救援信息系统。

（二）系统架构

工作人员根据项目施工中的风险控制需求以及应急救援信息系统在建设过程中存在的应急通信难点，按照“大平台+小系统”的基本框架，先搭建以设备层－网络层－数据层－平台层－应用层为主的系统架构，如图1所示。

（三）模块功能

为了保障该系统的有效应用，工作人员根据模块化设计思想设计了项目应急救援需求相一致的信息管理模块，主要用于信息处理分析、报表管理等，具体如下：1.监控模块；2.应急信息查询模块；3.应急决策模块；4.指挥调度模块；5.应急评估模块；6.事故后果模拟模块；7.培训演练模块；8.更新与维护模块；9.报表管理模块等。

以监控模块为例，该项目根据施工区域分别配置有各类监控装置，可以针对采集到的信息（包括结构数据、半结构数据、非结构数据，如文字、图片、音频、视频等）进行在线预览，并通过收集突发事件、安全事故等相关信息，一旦发现异常情况，便会在第一时间进行预警；接着，根据与其他模块之间的关联，将生成的监控报表发送至其他模块，由此类模块进一步识别、评估相关风险，为后续应急响应和救援工作做准备。

以应急信息查询模块为例，该模块设置有基本信息与地理信息，下设应急人员、应急设备、应急预案、应急案例、法律法规、施工进度及路线、消防桩分布、附近医院分布等，可供该项目应急救援时快速查询与联络。

以事故后果模拟模块为例，选择事故后果分析模型之后，按照“开始→选择事故类型→输入参数→计算→导入GIS图层中→绘图输出→结束”等标准流程进行事故后果模拟。其他模块均根据其应急救援需求设置相应功能，在此不作赘述。

四、城市轨道交通应急救援信息系统实现关键技术

该项目应急救援信息系统架构简单、构成要素相对较多，尤其在各模块设置有若干功能，因此，在开发过程中，工作人员根据实际设计方案选择了Java开发平台与Oracle数据库工具，以满足访问各种物联设备、数据库及各个管理模块的需求。同时，考虑到网络层中的技术要求较高，工作人员在TCP/IP协议下根据设备层与数据层连接方面的实际要求，选择了无线自组网和北斗短报文融合技术，旨在提高其应急通信模块的性能。为了论述的清晰性，下面仅对用于实现五大层的关键技术做出具体分析。

（一）以设备层为例

以设备层为例，通过配置各类物联设备，以实现感知各类事故及风险的要求，具体配置时数据源主要来自传感装置、GPS/LBS、监控图像、移动终端、BIM集成管理平台、气体监测装置等。此类装置内置芯片，可以根据自身的功能采集施工现场的各类信息，并通过网络层传输至数据层。需要注意的是，该项目实际施工环境复杂、突发事故发生概率较高，视频监控可以更为及时、清晰地帮助应急救援人员了解事件发生后的情况，以便选择合适的处理举措。因此，在该项目实施时，工作人员根据实际情况扩大了音视频技术的配置比例。

（二）以网络层为例

首先，该项目选择无线自组网动态路由技术，将重点放在动态节点，通过接入网络引起网络拓扑结构的变化，但不影响网络稳定性，而动态节点能够在网络自主完成注册和注销过程，并保证网络QoS性能。同时，该项目结合无线自组网干扰免疫算法，在射频环境复杂的情况下仍能保持较高的链路传输质量和协商速率，并保证业务的稳定传输。具体配置包括：

1.在无线自组网通信基站方面，采用mesh、Ad_hoc等技术开发无线自组网设备，以适用于该项目城市轨道交通工程施工中的线性应用和可移动特点的自组网基站设备要求为准。

2.在融合通信和定位一体设备方面，根据开发无线自组网、无线公网和北斗短报文通信融合，UWB和北斗定位的基站设备为其融合提供必要条件。

3.在单兵携带通信和定位一体设备方面，工作人员开发适合单兵携带并具备无线自组网通信、北斗短报文通信和人员定位功能的通信定位一体设备。

其次，该项目选择我国具有自主知识产权且其他卫星导航系统均没有的北斗报短文技术，利用3颗GEO卫星，采用广义RDSS体制和RNSS＋短报文通信体制，在星间链路下进行短报文通信。在二者整合之后，可以将通信卫星、车载通信电台、自组网基站、应急救援指挥中心、公网基站等进行全面关联，形成具备双向数据传输能力的应急通信模块，具体如图2所示。

（三）以数据层为例

数据层配置的技术如下：

1.工作人员选择了大数据清洗技术，通过其中的数据清洗、归一等功能，完成对网络层上传数据的初步筛选与处理。

2.工作人员配置大数据引擎存储技术，可以快速完成对清洗、归一数据的分类存储。同时，考虑到分类存储时需要配置适配数据库，工作人员利用Oracle数据库工具开发能够满足其结构数据、半结构数据、非结构数据存储的数据库，包括施工数据库、信号数据库、事故数据库以及气象数据库等。当数据层完成各项数据的清洗、分类存储、数据库处理之后，平台层会根据设置好的管理模块对其数据库进行数据提取与分析等。

（四）以平台层为例

该项目应急救援信息系统按照模块化设计思想，设计了至少9个管理模块，可以根据各模块中选择的分析模型与具体算法，完成对施工现场各类突发事故的监测、预警、识别、分析、应急响应、应急救援处理、结果反馈等。同时，各模块数据经过分析处理后可以生成相应的报表，再经过专门的报表管理模块处理后，既可以挖掘其中潜在的风险，也能为后续应用层的运用提供科学依据。

（五）以应用层为例

该项目应用层中配置的智能大屏页面设置有多个模块，工作人员使用大屏时可以借助配套的远程管理设备完成对应急救援相关数据的日志管理、安全管理信息查询，以及根据相关报表提供的依据确认事件的危害等级，进而由指挥中心向分中心发布相应的应急救援指令，由实际应急救援小组根据APP应用程序中的信息进驻现场完成事故处理，将风险控制到可承受范围之内。

五、结束语

总之，城市轨道交通在促进城市更新的同时，也伴随着诸多施工与运营风险。在新时期城市轨道交通高质量发展过程中，施工与运营企业应当根据应急管理中的实际需求，加强应急救援信息系统建设工作。结合上述分析可以看出，应急救援信息系统构成要素较多，对信息技术的配置要求较高。因此，建议此类企业在实践过程中，一方面遵循思路决定出路的基本原则，研发设计以“大平台+小系统”为基本框架的系统；另一方面，根据系统设计需求，选择适配性较高的无线自组网和北斗短报文技术，通过两种技术的融合，增强城市轨道应急通信系统的应用水平，为其信息采集、传输、存储、分析、生成报表及应用等赋能，辅助其将风险控制在最低范围。

作者单位：李芝宏 高靖岚 中铁电气化局智慧交通技术分公司

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