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北斗用于地震現(xiàn)場救援信息通訊系統(tǒng)的初步構(gòu)想

劉剛 張?zhí)祛?/p>

本文利用北斗一代導(dǎo)航定位系統(tǒng)區(qū)域性連續(xù)導(dǎo)航、簡短數(shù)字報(bào)文通信和授時等功能，探討設(shè)計(jì)出一套用于地震現(xiàn)場應(yīng)急救援信息通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在地震現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下通過手持終端來進(jìn)行災(zāi)情收集、記錄、信息編譯、快速雙向通訊的技術(shù)。

北斗 地震救援 雙向通訊

破壞性地震發(fā)生后，極容易造成當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)通訊功能癱瘓，而無法與指揮部和外界取得聯(lián)系。對此現(xiàn)場救援人員不得不帶上各種應(yīng)急通訊設(shè)備馳援，但目前在地震現(xiàn)場用到的通訊設(shè)備，由于保密性能低、非國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)、鏈路擁堵、操作復(fù)雜等，而不能滿足生命救援分秒必爭的需要。要打贏抗震救災(zāi)的硬仗，就必須從國家層面高度重視并研發(fā)基于北斗的先進(jìn)的信息通訊技術(shù)手段。

在地震發(fā)生后的1—5天是應(yīng)急救援的關(guān)鍵時期，尤其是震后2天，被壓埋人員的生還和存活率高，是救援的黃金時期。因此，快速獲取地震現(xiàn)場災(zāi)情信息，判斷重災(zāi)區(qū)域和位置，快速決策并派出救援隊(duì)伍實(shí)施救援成為地震救援的關(guān)鍵。由此可見，利用北斗開發(fā)出一套用于地震現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下災(zāi)情收集、記錄、信息快速雙向通訊的技術(shù)勢在必行。

1.北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)

“北斗一代”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有區(qū)域性連續(xù)導(dǎo)航、簡短數(shù)字報(bào)文通信和授時功能。它的有源定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)之間的雙向簡短數(shù)字報(bào)文通信。其特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活、無源工作時間長、便于操作、具有自主知識產(chǎn)權(quán)、信息保密性高。隨著技術(shù)的不斷升級，北斗將在全球范圍內(nèi)更好地提供全天侯、全天時、高精度定位導(dǎo)航授時服務(wù)。尤其是簡短數(shù)字報(bào)文通信功能是目前其他定位系統(tǒng)所無法比擬的。

2.北斗用于地震現(xiàn)場救援信息通訊系統(tǒng)建設(shè)

2.1系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)

我們根據(jù)所需要的設(shè)備來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，共有四個模塊：終端采集模塊、服務(wù)器模塊、成果展示模塊、北斗衛(wèi)星支持模塊，如圖1。

2.1.1終端采集模塊是指具有北斗定位、短報(bào)文通信功能的智能移動終端。此模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場災(zāi)情信息的采集，并利用北斗短報(bào)文編碼規(guī)則將收集到的信息進(jìn)行編碼，再通過北斗衛(wèi)星支持模塊將信息發(fā)送到北斗指揮機(jī)。

2.1.2服務(wù)器模塊在系統(tǒng)中首先要將北斗指揮機(jī)接收到的編碼進(jìn)行提取，然后根據(jù)北斗短報(bào)文編碼規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，接著還原地震現(xiàn)場災(zāi)情信息數(shù)據(jù)，最后按照需求利用相應(yīng)公式來進(jìn)行分析，生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)圖，同時完成存儲任務(wù)。例如：根據(jù)災(zāi)情信息分布數(shù)據(jù)生成救援力量派遣圖、災(zāi)區(qū)烈度圖等。

2.1.3成果展示模塊將服務(wù)器生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。例如在指揮大廳的大屏幕上顯示，也可以通過電子郵件發(fā)送給相關(guān)人員。

圖1　

2.1.4北斗衛(wèi)星支持模塊是在常規(guī)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況下，通過北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)提供終端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。

2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

我們按照系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能來進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2。

2.2.1災(zāi)情信息處理模塊：包括在現(xiàn)場進(jìn)行災(zāi)情信息的采集和救援信息的記錄，在后方進(jìn)行信息處理以及對前方應(yīng)急救援人員的指揮調(diào)度。

圖2　

2.2.2北斗短報(bào)文編碼解析模塊：此模塊實(shí)現(xiàn)了將現(xiàn)場看到的實(shí)時災(zāi)情信息通過短報(bào)文的形式報(bào)回指揮部，指揮部根據(jù)傳回信息做好救援部署。

我們依托北斗短報(bào)文系統(tǒng)的災(zāi)情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)，將北斗短報(bào)文編碼分為六級：

一級編碼：災(zāi)害范圍（成片區(qū)域、獨(dú)立建筑）；

二級編碼：分類（房屋、生命線工程等）；

三級編碼：用途（學(xué)校、醫(yī)院、廠房等）；

四級編碼：結(jié)構(gòu)名稱（磚混、磚木、煙囪）；

五級編碼：損壞范圍（面積、體積、個數(shù)）；

六級編碼：損壞程度（完好、輕微、中度、嚴(yán)重、毀壞）。

例如，我們模擬災(zāi)情為：某辦公樓有處不明顯的裂縫，距離震中50KM，是一座現(xiàn)代化的辦公樓，經(jīng)了解樓體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這個單位只有此棟建筑物受損。我們利用短報(bào)文編碼規(guī)則進(jìn)行報(bào)文編制：此區(qū)域只有這一棟建筑受損，故一級編碼為“獨(dú)”；這棟建筑物屬于房屋類型，所以二級編碼編為“房”；是辦公大樓，三級編碼為“辦”；屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，四級編碼為“鋼混”；我們這里只需了解此辦公樓的層高，所以五級編碼為“層6”；而辦公樓只有幾處裂縫，屬輕微破壞，六級編碼為“輕”。最后形成的短報(bào)文編碼為：“獨(dú)房辦鋼混層6輕”，只用7個漢字和一個數(shù)字就將此辦公樓的災(zāi)情信息通過北斗手持終端上報(bào)到指揮部。

2.2.3GIS地震現(xiàn)場災(zāi)情信息展示模塊：GIS（地理信息系統(tǒng)）是能夠收集、管理、查詢、分析、操作以及表現(xiàn)與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，它具有以下技術(shù)優(yōu)勢：一是具有數(shù)據(jù)采集與編輯功能，可以對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、編輯和分析；二是具有數(shù)據(jù)存儲和管理功能，可以建立維護(hù)、操作、定義數(shù)據(jù)庫等；三是具有強(qiáng)大的制圖功能，可以根據(jù)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及繪圖儀的類型，使用戶獲得矢量地圖或柵格地圖，并且按照用戶需求輸出全要素地圖或者分層輸出專題地圖。還可以通過空間分析得到一些特殊的地學(xué)分析用圖（如坡度圖、坡向圖、剖面圖）等等；四是具有空間查詢與空間分析功能，包括拓?fù)淇臻g查詢、緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間集合分析、地學(xué)分析、地形分析、數(shù)字高程模型的建立等；五是具有二次開發(fā)和編程功能，用戶可以在自己的編程環(huán)境中調(diào)用GIS的命令和函數(shù)，或者GIS系統(tǒng)將某些功能做成專門的控件供用戶開發(fā)使用?；贕IS以上的技術(shù)優(yōu)勢，我們在獲取、接受、存儲災(zāi)情信息后，就能實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場災(zāi)情信息的可視化呈現(xiàn)，還可以根據(jù)現(xiàn)場烈度調(diào)查的數(shù)據(jù)，結(jié)合烈度模型，生成實(shí)時動態(tài)烈度圖。

2.2.4地震現(xiàn)場救援信息數(shù)據(jù)庫模塊：用于存取各類地震現(xiàn)場應(yīng)急救援信息，包括現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)、救援進(jìn)展數(shù)據(jù)、現(xiàn)場烈度調(diào)查數(shù)據(jù)等內(nèi)容。存儲本系統(tǒng)產(chǎn)出的各類成果數(shù)據(jù)，包括救援隊(duì)位置圖、現(xiàn)場災(zāi)情分布圖、實(shí)時烈度圖等。

2.2.5數(shù)據(jù)安全模塊：用于保障數(shù)據(jù)的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖3　

2.3系統(tǒng)工作模式設(shè)計(jì)

地震災(zāi)害現(xiàn)場的工作人員運(yùn)用配備的北斗智能移動終端，經(jīng)過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時定位，然后對現(xiàn)場收集起來的信息進(jìn)行編碼后，通過北斗短報(bào)文回傳至指揮部的北斗指揮機(jī)。北斗指揮機(jī)通過局域網(wǎng)與服務(wù)器連接，定時將現(xiàn)場收集的災(zāi)情信息發(fā)送至服務(wù)器，經(jīng)服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析，從而使指揮部通過PC訪問服務(wù)器獲取現(xiàn)場災(zāi)情數(shù)據(jù)，如圖3。

2.4系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于北斗短報(bào)文編碼標(biāo)準(zhǔn)、地震現(xiàn)場救援信息填報(bào)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行構(gòu)架設(shè)計(jì)。我們建議利用API調(diào)用方式及SOA技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的構(gòu)架，從下至上設(shè)計(jì)為五層結(jié)構(gòu)：

2.4.1基礎(chǔ)設(shè)施層：包括支撐本系統(tǒng)運(yùn)行的各類硬件設(shè)施，是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，包括北斗指揮機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、存儲設(shè)備等。

2.4.2數(shù)據(jù)層：保存本系統(tǒng)涉及的所有數(shù)據(jù)，劃分為五類數(shù)據(jù)庫，包括基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)場救援信息數(shù)據(jù)庫、地震烈度數(shù)據(jù)庫、終端軌跡數(shù)據(jù)庫、用戶管理數(shù)據(jù)庫。

2.4.3服務(wù)接口層：用于封裝本系統(tǒng)用到的相關(guān)接口，將數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用隔離，避免數(shù)據(jù)變化對系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用造成影響，降低系統(tǒng)的耦合性。

2.4.4業(yè)務(wù)應(yīng)用層：是直接為使用者提供業(yè)務(wù)服務(wù)的部分，包括北斗智能移動終端現(xiàn)場采集模塊、地震現(xiàn)場災(zāi)情信息展示模塊（后方）。北斗智能移動終端現(xiàn)場采集模塊用于地震現(xiàn)場，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息的記錄、收集和快速回傳；地震現(xiàn)場災(zāi)情信息展示模塊（后方）部署在后方服務(wù)器端，主要用于現(xiàn)場回傳信息的接收、解析、處理和呈現(xiàn)。

2.4.5用戶層：是系統(tǒng)的直接使用者，包括現(xiàn)場工作人員和后方監(jiān)控人員，如圖4。

圖4　

3.結(jié)　語

推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急救援領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠有效提升國家災(zāi)情管理與重大自然災(zāi)害應(yīng)急信息保障能力，對于提升自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急處置水平具有重要意義。增強(qiáng)防震減災(zāi)和生命救援手段的科技含量將是我們地震工作者的不斷追求。

作者單位：中國地震應(yīng)急搜救中心

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