基于空间信息技术的城市应急救援联动系统研究.doc

第 19 卷 第 4 期地 理 与 地 理 信 息 科 学Vol . 19 No . 42003 年 7 月 Geograp hy and Geo - Informatio n Science J uly 2003 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.基于空间信息技术的城市应急救援联动系统研究陈 秀 万 ,杨 凯 欣 ,方 裕 ,陈 斌( 北京大学遥感与地理信息系统研究所 ,北京 100871)摘要 :该文分析国内外城市现代救援体系及其发展趋势 ,对基于统一的空间信息基础设施平台分布式城市应急救 援联动系统 (体系结构与系统实现) 的关键技术进行研究 ,以成都市城市应急救援联动系统为例 ,探讨了城市应急 救援联动系统的构成 、功能 、业务流程 、系统平台 、用户界面等 。关键词 :城市应急救援联动系统 ( U ERS) ;地理信息系统 ( GIS) ;全球导航卫星系统 ( GN SS)中图分类号 : P208 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 0504 (2003) 04 - 0049 - 04城市化和城市信息化的快速发展 ,已经深刻地 影响人们的社会经济生活 ,对政府的管理决策水平和公众服务能力提出了更高的要求 。通过城市应急服务联合行动 , 在统一的城市应急联动中心 , 将治 安 、消防 、急救等联动单位统一在一套完整的智能化 信息处理与通讯方案之中 ,将达到整合包括公安 、消 防 、急救 、电信等在内的多部门 、多方面 、多层次资 源 ,发挥综合服务的效能 。为此 ,加强对有关技术的 开发 ,建立基于全球导航卫星系统 ( Glo bal Naviga2 tio n Satellite System , GN SS) 、地理信息系统 ( GIS) 等 空间信息技术的城市应急救援联动系统 ( U rban E2 mergency Respo nse System ,U ERS) ,已成为国内外各 城市解决安全与紧急救援难题的主要措施之一 。该 系统的建设和运行 ,将有效提高公共安全管理部门 和应急救援部门的技术装备水平和管理能力 ,强化 各级政府的社会管理和公共服务职能 。1 城市现代救援体系及其发展城市应急救援的历史可以追溯到 1937 年 ,英国 首先使用 999 作为报警特服号码 。随后 , 美国的911 ,瑞典 、比利时的 900 ,欧共体的 112 等城市报警 求助和应急系统 ,均是在适应城市现代化发展的过程中逐步建立和完善起来的 。 作为城市现代救援体系中的重要组成部分 ,U ERS 通过集成的信息网络和通信系统集语音 、数 据 、图像为一体 , 协调公安 、消防 、医疗 、交警 、民政 、 公共事业等政府职能部门 ,以统一的接警中心和处 警平台 ,为市民提供相应的紧急救援服务 。统一指 挥 ,快速响应 ,联合行动 ,为城市公共安全提供保障 和支持 。以美国为例 ,目前几乎全国性地建立了旨在进行紧急救援的 911 系统1 。2002 年 2 月 ,美国 佛罗里达州政府与 Smart CO P 公司签订了建设 911应急指挥调度系统的协议 , 其通讯方式采用了 CD2PD 蜂窝式数字分组 。该系统覆盖约 518 000 km2 的 面积 ,地区人口约 4 5005 000 万 。系统的覆盖范围共划分 7 个区 ,每个区都建立了 911 呼叫应急中心 ,其中每个中心有 200300 个车载系统。系统采用 集中式的数据库 ,确保了信息的完整性 ,其子系统主 要有 :1) 计算机辅助调度系统( SmartCAD) 跟踪紧急呼 叫服务 ,信息实时发布、协调与指挥所有应急职能部 门和移动救援终端 ,提供全面的监控与救援决策 ; 2) 记录档案管理系统 ( Smart RMS) 进行数据存储分析与 报表的编写管理 ,保障信息安全并规范化档案记录和 处警报告 ;3) 移动计算机终端( SmartMCT) 主要用于车 载系统 ,可以直接访问指挥中心信息资源及相关部门 的专业数据库 ,执行调度指令 ,反馈现场事态信息。我国自 1998 年国务院办公厅部署在全国开展 社会联动工作以提高城市管理与服务水平以来 , 已 有多个城市建设或正在筹建应急联动系统 。朱基总理在 1999 年 4 月参观美国芝加哥 911 城市应急 联动中心时指出 ,911 应急系统是一个城市现代化的 标志 ,这种运用高科技管理城市的办法值得中国借 鉴 。2001 年 11 月 11 日 ,南宁市政府依托摩托罗拉 公司建设的中国第一套城市应急系统投入运行 。南 宁市城市应急联动中心的建立打破了原有多个职能 部门各自为政的传统机制 , 统一指挥公安 110 ,火警119 ,急救 120 ,交警 122 ,市长公开电话 12345 。系统 覆盖面积 100 000 km2 ,受益人口约 280 万 , 实现了 信息资源和通信手段的共享 ,使跨部门 、跨警区以及不同警种之间的指挥调度 、联合行动成为可能 ,推动收稿日期 :2003 - 03 - 26 ; 修订日期 :2003 - 04 - 11基金项目 :国家 863 计划资助项目( 2002AA134100 - 3)作者简介 :陈秀万( 1964 - ) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,从事卫星导航技术与应用、遥感信息分析与处理、资源环境空间信息系统等研究。第 50 页地 理 与 地 理 信 息 科 学 第 19 卷了新的城市救援体系和运营模式的形成2 。 南宁城市应急联动系统由计算机骨干网络、数据库、计算机辅助调度系统、GIS、无线调度通信系统、无 线移动数据传输系统及应用软件、有线通信子系统、 AVL S 车辆定位系统、图像监控及大屏幕显示系统、语音记录子系统、卫星现场图像实施传送子系统、联动 中心安全系统、无人值守机房集中监控系统等 14 个 子系统构成3 。通讯方式采用 Motorola 的 800 M Hz 模拟集群通信平台 ,辖区共建有 5 个基站 ,并计划建 设一个移动基站以支持 4 万个移动通讯终端。以Map Info 作为地理信息系统支撑平台 ,在基础地理信 息底图上添加了包括公安警力分布、市政 (水、电、气 管网) 、医疗救援、重要交通线路和关隘、GPS 台站网 分布以及报警电话自动显示位置、机主信息等 58 个 专题图层。目前主要功能包括 110 、119 、120 、122 联合接警 ,根据现场救助资源分布进行初步处警 ; 对固定 电话报警可以自动识别主叫号码及位置 ;应急处理界 面与 GIS 自动相关 ,显示事发地点附近的警力资源 ; 车载警用移动终端采用 Motorola 的加固车载机 ,可以 从中心数据库查询各种数据信息 ;语音和数据信息自动记录 ,对于事件相关的信息自动存档。 南宁城市应急联动系统的设计还不健全 , 需进一步完善 。如 GIS 尚没有路径自动优化功能 ,且不 能实现分布式信息资源共享 ; 指挥调度权限仍然分 散在各职能部门 ; 未建立数字通讯模式 , 而是采用800 M Hz 无线模拟集群通信平台 ,不利于系统将来 的优化改造等 。针对国内外在城市救援和服务体系 中的经验和存在的问题 ,依据现有的技术优势并结 合我国城市的现状 , 设计与建立符合我国国情的 U ERS 解决方案 ,具有重要的实践意义和应用价值 。2 U ERS 的体系结构与关键技术研究2 . 1 系统总体框架U ERS 以 GIS 技术、卫星导航定位技术、GSM 无 线通讯作支撑 ,整合城市多部门、多行业、多层次的已 有系统和数据资源 ,基于 Internet 和 Web GIS 的分布式数据库和统一的空间信息基础设施平台 ,实现对城市 紧急事件的实时响应和调度指挥4 。U ERS 系统在总 体上应包括空间信息基础设施平台、通信网络设施平 台和应急救援联动指挥平台(图 1) 。2 . 2 关键技术2 . 2 . 1 Web GIS 随着 Inter net 的发展 , 基于 Web 的 GIS 技术通过有限网络带宽向多用户传送包含多 媒体信息在内的地理信息 ,克服了传统 Internet 信息图 1 U ERS 系统总体结构Fig. 1 General structure of an urban emergency response system服务的缺点 。其内置的空间数据组织 、管理 、分析和 表示功能 ,以直观 、方便 、互动的可视化信息查询和 检索方式 ,向用户发布实时数据信息 , 如数据库 、视 频 、音频和文本 。可方便地扩展到移动互联网络 ,通 过移动通讯终端提供基于位置的服务5 。2 . 2 . 2 卫星定位技术 GN SS 提供的高精度 、全天 候的导航定位信息和授时信息对于军事和民用均具 有重要意义 ,已成为现代信息社会重要的信息源和 国家基础设施之一 。上海已率先将 GPS 应用于大 城市信息化管理 ,建成了中国第一个精度达厘米级 , 与全球各地地球坐标系之间有准确转换关系的城市 GPS 综合应用网 ,为上海的城市建设 、工程建设 、交 通运输 、气象监测 、地壳形变等行业提供公益 、基础 性服务 。利用全球卫星定位系统并通过无线通信把 信息网络延伸到了移动的车辆和警员 ( 或其他救援 人员) ,实现对移动救援终端的实时监控 , 与 GIS 系 统匹配 ,使指挥中心准确的掌握救援警力分布 ,及时 进行调度指挥 ,提高了监控水平及快速反应能力 。2 . 2 . 3 分布式 、异构数据库技术 系统的建设将充 分利用城市各个行业和部门的数据资源 ,要求实现 数据存储物理位置分散而又能进行统一管理的分布 式数据库的建立 。目前采用基于空间元数据库体系的信息综合管理系统来实现数据共享 。2 . 2 . 4 网络与 ( 移动) 通信技术 随着无线通信宽 带化技术的突破 ,移动通信将逐步从单一的语音业 务向多种类的综合业务方向发展 。未来的第三代移 动通信系统将建立全球移动数字网络 ,综合蜂窝 、集 群 、寻呼 、卫星通讯 、图像传输等多种通讯系统的功 能 ,形成以全 IP 核心网络技术为基础 , 能够提供多 种综合业务的宽带多媒体通信网络平台 ,为城市信 息基础设施的建立和完善提供了技术支持和保障 。2 . 2 . 5 基于位置的服务技术 位置服务 (Locatio n Based Service - LB S) 是指在移动计算环境下 , 利用 GIS 技术 、移动定位技术和网络通信技术 ,为移动对 象提供基于空间地理位置的信息服务 。基于位置的 信息服务目前主要应用于紧急救援和导航服务 , 通 过交互式地图信息 ,实时监控移动用户所在位置及第 4 期 陈秀万等 :基于空间信息技术的城市应急救援联动系统研究第 51 页运行状态 。美国政府对突发事件服务制定了强制性法规 , FCC 发布了关于 E911 的指令 ,规定要求移动 电话报警时必须自动携带位置信息 。欧盟也相应实 施了 E112 政策以解决移动报警的位置信息识别 。 制定统一的技术标准来保证通讯设备之间的互操作 性是目前位置业务服务需要解决的问题 。2 . 2 . 6 系统集成技术 U ERS 将基于统一的信息 资源平台 ,完成指挥、调度、定位、监控、实时信息反馈 等功能。会对相关的传统技术和管理方式有突破性 的改进和革新 ,包括各个应用系统的总体集成技术、 多种通讯方式的交互平台、地理信息与其它数据格式 的信息融合技术及 GIS、GPS 与 GSM 集成技术。3 系统的初步设计选择四川省成都市为示范 ,面向大中型城市 (特 别是省会级城市) ,结合正在实施的国家 863 计划项 目 ,对城市应急救援联动系统的构成、功能、业务流 程、系统平台、用户界面等进行设计。该系统建设的 目标是以卫星定位系统、有线与无线通信系统、地理 信息系统等高新技术为一体化支撑平台 ,充分利用数 字化、网络化和系统集成技术 , 将现有的 110 、119 、120 、122 等纳入统一指挥调度系统 ,为城市构筑一个 能够快速联动处理交通、消防、救护、公安、金融、自然灾害、环境污染、管道泄露等突发、大规模与复杂事故的共享技术平台 ,实现跨部门、跨警区以及不同警种之间 的统一指挥协调 ,使统一应急、联合行动成为现实。3 . 1 系统构成系统集成和应用各种信息获取 、处理 、传输和发 布等高新技术 , 由 Inter net 和通信网络将联合指挥 中心 、若干分中心以及一系列应急响应单元和移动 救援终端有机地组织起来 ,实现统一接警 、调度与决 策6 。系统包括支撑平台 、数据库 、应用系统 、指挥 中心和移动救援系统等五个方面的内容 (图 2) 。图 2 系统构成Fig. 2 System components(1) 支撑平台构成了系统建立和运行的基础 ,主要包括计算机局域/ 远程网络系统 、通信系统 、视频 监控和显示系统 、卫星定位系统 、图像传输系统 、数 字录音系统 、电源及机房等设备 。(2) 数据库建设基于 Web GIS ,以应急指挥中心 为核心 ,各二级指挥中心和应急响应单元为节点的分布式数据库系统 。包括元数据库 、基础空间地理 信息数据库和非空间信息数据库 (行业信息数据库 、 历史数据库 、统计分析数据库 、影像数据库 、文档数据库 、预案数据库) 等 。(3) 应用系统由指挥调度系统 、辅助决策支持系 统 、办公自动化系统 、信息发布系统 、数据接口与维 护系统组成 。系统将采用 Client / Server ( 客户机/ 服 务器) 与 Brow ser/ Server ( 浏览器/ 服务器) 模式相结 合的体系结构 , 并通过 Web GIS 技术实现信息发布 以及指挥决策与救援警力间的实时交互 。(4) 指挥中心通过统一的调度指挥平台 ,集中管 理交通 、公安 、电信 、民政等相关部门以及所辖的应 急响应单元 ( 地区分局 、所 、支队等) ,实现紧急事件 的快速处理与决策 。中心应包括主控制台 ( 中心系 统控制台 、图像监控控制台 、会控系统控制台) ; 功能 控制台 ( 接警/ 处警席 、指挥调度席 、分中心控制席) 以及突发重大事件时首长决策指挥席 。(5) 移动救援系统能够为中心指挥人员提供实 时 、动态 、直观的事态信息 ,并自动在指挥控制中心 的电子地图上显示出救援警力的位置和状态 。终端 系统设备应是多样化的 ,既可以是手持的 ,也可以是 车载的 。利用全球卫星定位系统对移动目标进行实 时定位和跟踪管理 ,一般要求有通信与定位双重功 能 ,以提高对突发事件的快速反应能力 。3 . 2 系统功能系统的主要功能包括 : 1) 接警阶段 。统一接警 ,同时受理多起报警业务 ;自动语音记录报警信息 ; 主 叫号码位置识别以及误报/ 重报自动拦截 ; 自动生成 警情信息应询项目表 ; 2) 处警阶段 。分级 、分类 、联 动的处警模式 ,对重大事件及案件多发地段备有紧 急处理预案 ;事故区 、救援警力分布与地理信息系统 自动匹配 ;数据库管理和记录更新功能 ; 3) 指挥调度 阶段 。分布式指挥调度 ,中心与救援及相关职能部 门间的实时反馈与交互 ; 一机双屏同时显示事态实 时信息及警力资源和状态 ;最佳路径分析 ; 支持电视 会议 ;全球卫星定位系统对移动救援终端跟踪 、监控 功能 ;4) 监控与反馈 。多方同时通话功能 ; 指挥中心 与救援警力间实时信息发布功能 ; 警情记录 、存储 、第 52 页地 理 与 地 理 信 息 科 学 第 19 卷查询功能 ; 5) 事件总结阶段 。业务统计分析和报表 打印功能 ;警情档案查询 、互递 、公告功能 ; 案情信息 编辑 、检索 、处理流程标准业务模版 。3 . 3 系统业务流程系统对紧急事件进行响应和处理的主要流程7包括 : 接警 警情判别 处警 调度与决策 监控 与记录 事件总结 (图 3) 。图 3 系统业务流程Fig. 3 System operation f lo w chart3 . 4 系统平台集成应用系统的开发在实用性 、高效性 、可靠性 的基础上还要具有良好的兼容性和开放性 ,本系统 采用模块组合结构 ,基于 W INDO WS DNA ( 分布式 网络应用体系) 技术构架和 COM ( 组件对象模型) 对象设计 。选用 Arcinfo 为 GIS 开发平台 ; 采用 SQL Server 数据库 ;基于 TCP/ IP 网络协议 ,百兆以太网 络结构 ; VB 集成开发环境 ;系统中心服务器 、数据库 和主控制台采用 U N IX 系统 ,各个功能控制台运行 Window s2000 ,一机双屏 。3 . 5 系统用户界面系统用户界面通过总控程序构建系统运行的软 件环境 ,是应用软件与系统使用者之间的人机交互 接口 。系统交互界面的设计和开发包括接警和处警 地图模块 、GPS 实时监控模块 、现场图像传输控制模块 、应急响应单元和移动救援终端信息通信模块 、信 息管理及查询模块以及控制应用软件运行 、参数输 入和运行结果的表达模块等 。用户界面采用直观的图形界面技术和多媒体技术 ,形象 、直观地表达文字 处理和地图界面信息 , 利用 Web GIS 实现信息的分 布式表达和查询 。界面简洁 、操作方便 。4 结语U ERS 是一个涉及部门广泛 、体系结构庞大 、建 设过程复杂的系统工程 ,需要政府机构的有力协调 和众多部门的积极配合 。在我国城市管理不断走向 现代化 、信息化的进程中 ,该系统的建设将融合现有 的 120 、119 、110 、122 等应急救援业务 ,发挥综合服 务效能 ,有效地避免重复建设 。同时 ,将提高公共安 全管理部门和应急救援部门的技术装备水平和救援 效率 ,强化各级政府的社会管理和公共服务职能 ,最 大限度地保障人民生命与财产的安全 ,是一项利国 利民的工程 ,必将产生良好的社会效益和经济效益 。 U ERS 是一个技术含量很高的集成系统 。在系 统的建设 、使用 、升级等各个阶段 ,空间信息技术都 可以发挥重要作用 。我国的 U ERS 建设刚刚起步 , 与国际先进水平相比 ,无论是在系统的设计 、建设上 还是高新技术的运用方面 , 都还存在不小的差距 。应认真吸取发达国家在城市救援和服务体系建设中 的经验 ,充分发挥现有的技术优势并结合我国城市 的具体情况 ,不断完善系统的结构和实施方案 ,最大 限度地发挥系统的功效 。参考文献 :1 ht tp :/ / www . fcc . gov/ 9112 南宁市政府与摩托罗拉共建中国第一套城市应急联动系统J . 中国无线电管理 ,2001 ( 11) :46 .3 ht tp :/ / www . nncerc . co m4 G Derekenaris , J Garofalakis , C Makris , et al . Integrating GIS , GPS and GSM technologies fo r t he effective management of ambu2lancesJ . Co m p uters , Enviro nment and U rban Systems , 2001 ,25 ( 5) : 267 - 278 .5 王文俊 , 徐小兵. 基于 Mapinfo 的应急系统解决方案. ht tp :/ /www . mapinfo . co m. cn6 M Morin , J J envald , M Thorstensson. Computer - supported visual2ization of rescue operationsJ . Safet y Science , 2000 , 35 (6) : 3 - 27 .7 陈睿 ,韩春梅 ,朱健 ,等. 高速公路应急救援指挥软件系统的设 计J . 交通与计算机 ,2001 ,19 ( 5) :26 - 29 .Study on Urban Emergency Response System Ba sed on Spat ial Inf ormat ion TechnologyCHEN Xiu - wan , YAN G Kai - xin , FAN G Yu ,CHEN Bin( I nst i t ute of R S & GIS , Peki n g U ni versi ty , Bei ji n g 100871 , Chi n a)Abstract : Sustainable social and eco no mic develop ment and security require t he co nst ructio n of a safe p ublic enviro nment and an effi2cient urban emergency respo nse and rescue system to maxim