劉陽學(xué)，段卿培，蔣麗麗，楊峰雁，張時通

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；2. 中國鐵路北京局集團有限公司 調(diào)度所，北京 100860）

提升鐵路應(yīng)急指揮能力，完善應(yīng)急處置組織體系，加快應(yīng)急信息化建設(shè)，提高應(yīng)急處置效率，是當(dāng)前鐵路應(yīng)急管理部門的重點工作。文獻[1-2]介紹了鐵路客運車站應(yīng)急指揮系統(tǒng)的應(yīng)急管理流程；文獻[3]介紹了鐵路客運應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)的設(shè)計方法；本文將空間信息和應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)應(yīng)用深度融合，借助地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）、遙感監(jiān)測、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)，從信息共享、整體應(yīng)用、智能化服務(wù)的角度，采用“應(yīng)急指揮一張圖”和“移動應(yīng)急終端”的空間信息應(yīng)用模式，研發(fā)面向多專業(yè)協(xié)同指揮的鐵路時空大數(shù)據(jù)應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)（簡稱：應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)），實現(xiàn)應(yīng)急指揮集中統(tǒng)一、應(yīng)急處置上下聯(lián)動、應(yīng)急資源快速查詢和充分共享，提升應(yīng)對突發(fā)事件處置能力和應(yīng)急管理水平。

1 架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)基于鐵路局集團公司大數(shù)據(jù)平臺、鐵路地理信息平臺和鐵路北斗服務(wù)平臺，匯集外部系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，面向鐵路局集團公司應(yīng)急指揮需要，實現(xiàn)應(yīng)急處置流程化，應(yīng)急資源可視化，信息傳遞快速化。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）用戶層：系統(tǒng)的用戶主要為各鐵路局集團公司、站段、工區(qū)等單位的應(yīng)急指揮人員。

（2）應(yīng)用層：基于基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層和服務(wù)層，提供面向不同業(yè)務(wù)場景的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。

（3）服務(wù)層：調(diào)用鐵路地理信息平臺的地圖服務(wù)、空間分析服務(wù)等，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成展示、應(yīng)急聯(lián)動和數(shù)據(jù)維護等功能；調(diào)用大數(shù)據(jù)平臺的主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，實現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)接入與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步；調(diào)用鐵路北斗服務(wù)平臺的高精度定位及短報文服務(wù)，實現(xiàn)事件快速定位、路徑導(dǎo)航和應(yīng)急通信等功能。

（4）數(shù)據(jù)層：存儲應(yīng)急業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)、空間地理信息數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)的軟件運行提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）基礎(chǔ)設(shè)施層：運用計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源和安全資源，保證系統(tǒng)高性能、可靠穩(wěn)定運行，并且具有靈活的擴展性，能夠滿足業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展的需要。

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)滿足鐵路局集團公司各級應(yīng)急指揮人員對突發(fā)事件應(yīng)急處理和綜合協(xié)調(diào)的需求，實現(xiàn)對鐵路突發(fā)事件救援工作的高效指揮。

1.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)包括應(yīng)急業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)、空間地理信息和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)[4]。根據(jù)各級用戶主體之間的數(shù)據(jù)處理流程，系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)應(yīng)用層：管理應(yīng)急業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)、空間地理信息和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。應(yīng)急業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是應(yīng)急處置過程中所使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要包括事件基本信息、事件處置進展信息和現(xiàn)場信息等；應(yīng)急資源數(shù)據(jù)是應(yīng)急相關(guān)人員和裝備的數(shù)據(jù)，主要包括站段、車間及工區(qū)等所管轄的救援人員及分布信息，救援列車、熱備機車等救援裝備的分布信息，以及各專業(yè)設(shè)備的信息；空間地理信息主要包括矢量地圖、遙感影像等基礎(chǔ)地理信息；業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)是在應(yīng)急處置過程中，與各專業(yè)強相關(guān)的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)層：數(shù)據(jù)匯聚到大數(shù)據(jù)平臺的方式分為兩種：a. 對于應(yīng)急業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時效性要求較高，需采用消息隊列、Web Service等實時數(shù)據(jù)接口方式；b. 對于各專業(yè)部門應(yīng)急資源數(shù)據(jù)變化頻率較低、實時性要求較低的數(shù)據(jù)，采用Java數(shù)據(jù)庫連接（JDBC，Java DataBase Connectivity）或數(shù)據(jù)視圖開放采集的模式定期采集。應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)通過調(diào)用鐵路地理信息平臺專題服務(wù)，實時獲取地圖相關(guān)數(shù)據(jù)；通過調(diào)用鐵路北斗服務(wù)平臺，實時獲取移動終端高精度位置信息和短報文通信數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)接入層：業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分通過數(shù)據(jù)服務(wù)平臺接入，部分通過統(tǒng)一資源定位符（URL，Uniform Resource Locator）調(diào)用。

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)采用集中部署，為鐵路局集團公司應(yīng)急指揮中心和各個主管業(yè)務(wù)部門、站段提供三級應(yīng)用服務(wù)，同時，利用應(yīng)急終端為應(yīng)急指揮現(xiàn)場提供服務(wù)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)包括指揮中心端和移動端App兩部分，指揮中心端部署于各鐵路局集團公司鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)，兩級應(yīng)急指揮中心用戶通過鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)直接訪問系統(tǒng)。移動端App服務(wù)和地圖服務(wù)部署在鐵路局集團公司鐵路外部服務(wù)網(wǎng)，應(yīng)急終端用戶通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至移動端App服務(wù)器，再通過網(wǎng)絡(luò)安全保障平臺接入至內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)指揮中心端。通過網(wǎng)絡(luò)安全保障平臺提供的安全隔離、安全防火墻、安全訪問控制等技術(shù)確保內(nèi)/外網(wǎng)應(yīng)用的安全性。

2 功能設(shè)計

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)功能主要分為指揮中心端功能和移動端App功能。

2.1 指揮中心端功能

指揮中心端主要功能包括地圖集成展示、事件快速定位、路徑導(dǎo)航、應(yīng)急聯(lián)動、實時監(jiān)測、遙感變化監(jiān)測、天氣預(yù)報和資源維護等，實現(xiàn)基于GIS地圖的全專業(yè)資源檢索、定位和展示。

（1）集成展示：提供多種GIS地圖的展示功能，地圖類型包括鐵路局集團公司管轄范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地圖、衛(wèi)星遙感影像地圖、應(yīng)急資源地圖，以及工務(wù)、電務(wù)、供電、機務(wù)等專業(yè)地圖；此外，提供基于GIS地圖的地圖測距、測面和清除等功能，提高應(yīng)急處置的工作效率。

（2）事件快速定位：提供里程定位和線路車站定位兩種定位方式。里程定位通過線路和公里標兩種屬性進行定位；線路車站定位通過線路和車站兩種屬性進行定位。通過定位生成事件點，實現(xiàn)快速關(guān)聯(lián)事件點周圍各類應(yīng)急資源的功能。

（3）應(yīng)急聯(lián)動：在事件定位后實現(xiàn)以下時空數(shù)據(jù)的聯(lián)動。

a. 事件最近救援力量分布，包括對應(yīng)工務(wù)、電務(wù)、供電等專業(yè)人員的所屬站段和工區(qū)的分布情況；b. 救援設(shè)備分布，包括距離事件點最近的救援列車、內(nèi)燃機和吊車等資源分布情況；c. 作業(yè)通道分布，自動搜索距離事件點最近的通道門資源；d. 事件點圖紙聯(lián)動，包括工務(wù)綜合圖、電務(wù)分布圖、供電的布控圖、停電卡片和車務(wù)平面布局圖；e. 事件點視頻聯(lián)動，定位事件點的線路視頻資源，展示事件點周邊的地形地貌。

（4）實時監(jiān)測：對手持移動端的救援人員所在位置進行監(jiān)測，提供對應(yīng)急救援人員位置的實時跟蹤，及時掌握救援人員趕赴事件現(xiàn)場的救援路徑和用時情況。

（5）路徑導(dǎo)航：提供駕車和步行兩種導(dǎo)航模式，通過輸入起點和終點并加載實時路況；提供距離最短和時間最短兩種路徑；提供距離事件點最近的站段和工區(qū)位置的自動查詢功能；提供任意位置至事件點距離最近的路徑導(dǎo)航。

（6）遙感監(jiān)測：利用高分辨遙感變化檢測技術(shù)，實現(xiàn)周邊環(huán)境安全隱患的提前預(yù)防、及時發(fā)現(xiàn)、及時制止，保障鐵路運行環(huán)境安全，在應(yīng)急安全管理和外部環(huán)境管控方面構(gòu)建人防、物防、技防“三位一體”的安全保障體系。

（7）天氣預(yù)報：通過接入實時氣象數(shù)據(jù)，在GIS地圖中提供天氣預(yù)報實時查看功能，按定位點和按地理區(qū)域顯示天氣預(yù)報，為應(yīng)急處置工作提供天氣方面的輔助支持。

（8）資源維護：提供對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工務(wù)數(shù)據(jù)、電務(wù)數(shù)據(jù)、供電數(shù)據(jù)、機務(wù)數(shù)據(jù)、專業(yè)圖紙、線路視頻等信息的維護功能。

2.2 移動端App功能

移動端App提供鐵路局集團公司應(yīng)急指揮中心和事件現(xiàn)場應(yīng)急人員之間的快速聯(lián)動功能，使應(yīng)急處置人員可以及時掌握事件現(xiàn)場的情況。

（1）應(yīng)急速報：現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)事件后，可通過移動端App進行事件速報，指揮中心端可實時接收到上報事件信息，并進行聲光提示，保證事件上報的及時性。

（2）事件接收：接收和展示指揮中心端下發(fā)的事件、處置措施和文件等信息，根據(jù)事件信息提取事件地點的定位，為救援路徑導(dǎo)航提供依據(jù)。

（3）救援導(dǎo)航：提供最優(yōu)路徑規(guī)劃和選擇的功能，應(yīng)急救援人員利用移動端App導(dǎo)航至距離事件點最近的通道門。

（4）音/視頻回傳：提供事件現(xiàn)場圖片和視頻的上傳功能。現(xiàn)場救援人員通過移動端App將事件現(xiàn)場的圖片和視頻上傳至應(yīng)急指揮中心，指揮中心通過應(yīng)急大數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)查看圖片和播放視頻，及時掌握事件現(xiàn)場情況

（5）位置回傳：現(xiàn)場救援人員響應(yīng)接收到的事件后，通過移動端App將當(dāng)前位置信息實時上傳至應(yīng)急指揮中心，以便應(yīng)急指揮中心指揮人員掌握現(xiàn)場救援人員的位置信息。

3 關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)基于GIS、遙感監(jiān)測和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)，在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)等方面開展應(yīng)用，實時獲取多源、多維度空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)突發(fā)事件的快速感知和高精度定位，聯(lián)動事件周邊各類應(yīng)急資源，為事故救援決策提供依據(jù)。

3.1 GIS

基于GIS的鐵路地理信息平臺中，包含國家基礎(chǔ)地理信息和鐵路專業(yè)公用地理信息，以及根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求定制的鐵路專業(yè)專用地理信息。

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)通過調(diào)用鐵路地理信息平臺中的國家基礎(chǔ)地理信息，以及鐵路工務(wù)、電務(wù)、供電、機務(wù)等專業(yè)地理信息，使國家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與鐵路專業(yè)數(shù)據(jù)融合，形成“應(yīng)急指揮一張圖”[5]，實現(xiàn)鐵路線路走向、車站分布、救援力量布局、設(shè)備設(shè)施定位、各類專業(yè)圖紙、視頻等時空信息聯(lián)動，為指揮人員提供全方位應(yīng)急信息。通過GIS的空間分析技術(shù)，建立各類分析評估模型，制定應(yīng)急輔助決策方案[6]。

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)通過調(diào)用鐵路地理信息平臺的地圖服務(wù)，實現(xiàn)鐵路時空大數(shù)據(jù)的可視化、事件定位、多專業(yè)資源數(shù)據(jù)集中顯示、資源檢索、遙感圖像展示等功能。地圖服務(wù)訪問流程如圖4所示。

圖4 地圖服務(wù)訪問流程

3.2 遙感監(jiān)測

利用衛(wèi)星遙感、航空高分辨遙感和雷達監(jiān)測技術(shù)，周期性監(jiān)測鐵路沿線線橋設(shè)備、地質(zhì)地形、氣象水文等狀況，為鐵路安全管理及運輸部門的安全風(fēng)險分析、研判提供數(shù)據(jù)支持；預(yù)警可能發(fā)生的突發(fā)事件類型，加大對相應(yīng)危險源的監(jiān)控力度；及時報告可能引發(fā)事故的重要信息。在事故發(fā)生后，可利用遙感影像直觀地研究損毀特征，監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施的損毀程度、數(shù)量及空間分布情況，為事故統(tǒng)計及救援工作提供依據(jù)[7-8]。

遙感變化檢測可實現(xiàn)持續(xù)、周期性地檢測周邊環(huán)境的安全隱患，檢測范圍可以覆蓋到安保區(qū)外數(shù)千米，便于及時排除安全隱患，防患于未然。

3.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)、獨立運行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航、短報文通信和授時等功能，其中，短報文通信功能是現(xiàn)有其他導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的獨特功能。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已在多條鐵路線開展示范應(yīng)用，其在應(yīng)急及安全領(lǐng)域的應(yīng)用尤為重要[9]。

應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)中，主要應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位和短報文通信功能：

（1）在移動端安裝應(yīng)急App，基于高精度定位功能，將救援人員導(dǎo)航至事件現(xiàn)場，同時，向指揮中心提供救援人員位置信息；

（2）在發(fā)生大面積自然災(zāi)害或移動通信網(wǎng)遭到破壞時，通過移動端的短報文通信功能進行應(yīng)急通信，保障事件現(xiàn)場和應(yīng)急指揮中心間的通信。

4 結(jié)束語

為加快鐵路應(yīng)急指揮信息化建設(shè)、提高應(yīng)急處置效率，研發(fā)應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在部分鐵路局集團公司開展應(yīng)用，為應(yīng)急指揮人員提供全方位應(yīng)急相關(guān)信息，為現(xiàn)場救援人員提供信息化應(yīng)急救援手段，切實提高了突發(fā)事件應(yīng)急處置效率。下一步的工作是深化應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)的研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺，充分利用各類資源，為突發(fā)事件應(yīng)急處置提供智能化輔助決策方案。