【摘 要】 文章介绍了基于北斗和GPS的地震应急指挥系统的构成及功能。指出，它是包括移动应急终端、无线通信网络、监控指挥中心、监控终端和管理终端的软硬件一体化平台。可以对现场应急人员、车辆、物资等实时定位；实现现场应急人员之间、现场应急人员与中心指挥系统的相互通信；进行地震应急人员监控管理；实施灾情数据管理与辅助决策。
【关键词】 北斗系统；GPS；GIS；地震；应急管理；定位
地震应急指挥系统是包括应急指挥场所、基础平台、应急指挥专业系统、地震应急数据库、地震应急现场系统、通讯系统等多方面的综合技术系统，分为国家级、省级和地市级，本文重点讨论的是地市级地震应急指挥系统基于北斗和GIS的功能完善。
我国目前建成的地震应急指挥系统主要由亚洲4号通讯卫星网络作为应急通讯的备份保障，可以实现视频传输、语音通讯、数据传输和内外网接入等功能，但是该系统由于不具备导航功能而不能有效的实现对人员和物资的监控和指挥。将北斗与GIS技术结合起来应用于地震应急指挥系统，将扩充当前地震应急指挥系统通讯保障的冗余度，也能充分发挥GIS信息系统的实时监控与资源调度的有效性。
北斗卫星导航系统[BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System]是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。2012年10月25日，中国第16颗北斗二代导航卫星被送入预定轨道；12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版公布，标志着北斗导航系统正式向亚太区域提供持续无源定位、导航、授时等服务。到2020年左右，中国将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星定位导航系统的主要特点是兼具快速定位与短报文通信的功能，可以实现北斗用户之间、用户与地面控制中心之间的双向短报文通信。因有线通信和移动通信网络在地震灾害中容易被破坏造成通信中断，在地震应急指挥系统中应用北斗系统提供的定位和通信功能作为GPS系统、有线通信、移动通信技术的一种补充和备用通信手段， 能够拓展地震应急指挥系统的使用范围和增强系统功能，更好地完成应急救援工作。2008年汶川大地震发生后，灾区的手机通信基站被破坏，电缆、光缆被截断，有线、无线通信全部中断，这给抢险指挥调度带来了极大的困难。救援部队使用北斗卫星定位导航系统辅助救灾工作，他们携带的北斗系统发回各种灾情和救援信息，为灾区一线和指挥部建立了实时通道，在决策、搜救、医疗等过程中发挥了关键作用。北斗衛星导航定位系统覆盖范围广、受地面影响小、定位报告快等优势，成为救援指挥部和前方救援人员最有力的通信助手。
GIS即地理信息系统，是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。近年来，个人数字助理（ PDA）、智能手机等嵌入式设备性能不断增强，同时，随着移动通信技术的升级，GIS 和嵌入式设备结合起来形成的嵌入式移动GIS技术应用领域不断扩大，目前已经在地质灾害信息的快速采集、森林火灾抢险、车辆导航定位与跟踪、个人安全和紧急救助等防灾领域初步应用。
一、基于北斗和GPS的地震应急指挥系统构成
基于北斗和GPS的地震应急指挥系统主要构建了包括移动应急终端、无线通信网络、监控指挥中心、监控终端和管理终端的软硬件一体化平台。当地震灾害发生后，现场应急人员或车辆利用无线通信网络和移动应急终端在指挥中心的支持下，实现网内位置、信息与文件共享。在这个系统中结合使用北斗定位导航设备和GPS设备，可以使两者互为备份和补充，发挥更好的定位导航作用，增加定位精度，规避通信盲区。同时可以实现用户移动终端之间和移动终端与中心系统之间的通信功能，更好地保障灾害应急救援工作中的定位、导航、通讯、指挥、调度的进行，为各种地震应急突发事件提供安全、可靠、便捷的通讯服务。系统构成如图1所示：
1、移动应急终端
移动应急终端是配备给现场应急人员的手持设备，可以实现定位、通信双重功能。系统采用的移动应急终端包括北斗手持机和GPS智能手机两种类型。GPS智能手机就是集成GPS功能的移动通信终端。
GPS智能手机作为移动应急终端应用时，其工作过程是：首先，GPS智能手机捕获GPS卫星信号，按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的各项参数。随着用户地理空间的移动，上述过程持续进行，从而实现导航和定位。其次，集成GPS的智能手机，弥补了单纯GPS终端不能实现通信的缺陷，可以通过GPS智能手机和移动通信网络向指挥中心发送灾情信息和定位信息，以及接受指挥中心信息。但是，在灾害发生后，移动通信网络可能会被破坏，同时，在一些偏远地区，移动通信网络往往没有覆盖，形成移动通讯盲区，在这两种情况下，GPS智能手机就不能实现通讯了。
要在移动通信盲区实现应急通讯，可以用北斗手持机的短报文通信功能，北斗系统的通信主要依靠北斗卫星，卫星系统在地震灾害中被破坏的可能性非常小，所以在地震灾害应急通信体系中，北斗系统是最后的保障，也是最保险最有力的通信保障。北斗手持机作为移动应急终端应用，其工作过程是：在捕获到北斗卫星信号后发送定位申请，然后获得由中心控制系统计算得到的定位结果实现定位和导航。同时北斗手持机还具有不依赖其他通信系统支持的通信功能。现场应急人员配备北斗手持机后，可查看自己的当前位置，进行定位和导航，并且接收来自监控指挥中心的指令或向中心报告灾害现场情况。而监控指挥人员通过定位终端返回系统的信息，可以了解现场人员的运动路线和现场情况等，随着现场灾情的演变发展，监控人员可以根据应急救援的需要和现场资源、人员所在位置，进行统筹规划，安排人员、资源的优化配置，确保指挥调度的有效进行。现场应急人员之间也可以通过北斗卫星通讯链路实现通信，进行信息沟通和任务协调。
2、监控指挥中心
监控指挥中心由监控指挥系统平台、数据库管理系统、北斗指挥机和短信设备（短信猫）组成。
监控指挥系统平台是监控指挥中心人员与地震应急指挥系统交互的直接平台，提供了地震灾害现场人员位置信息的可视化显示，应急指挥工作统计与查询，与灾害应急现场人员互通信等功能。监控指挥系统平台以GIS作为空间定位基础服务，在地图上直观地显示灾害应急现场人员、车辆、物资等情况，同时平台系统结合地震灾区地理空间数据，为灾害应急指挥工作提供决策支持和帮助，提高地震应急调度指挥工作的合理性和有效性。
数据库系统承担监控指挥系统平台的数据存储任务，用于存储灾害应急有关的实时和历史数据，包括位置、通信及指令信息、震区信息、设备及现场应急人员基本信息等。数据库系统实现系统的数据存储、数据管理和数据备份，为应急监控平台提供辅助决策等的数据服务。
北斗指揮机支持北斗手持设备与监控指挥系统平台的通信。北斗指挥机是北斗卫星导航系统特有的一种设备，它自身除了能够定位和通信，还能实现对下属基本用户的定位和通信信息实时监视，还能通过短信的通播、群发功能实现对下属用户的指挥和控制[1]。本文地震应急指挥系统就是通过北斗指挥机将下属现场应急人员北斗手持机位置信息和通信信息等传递给北斗指挥机的控制计算机。这样，就建立起了基于北斗卫星的应急指挥通信链路。
短信猫是一种基于移动通信技术的MODEM，是一种内嵌移动无线通信模块，插入移动运营商的手机SIM卡，可以与移动运营商的短信中心建立无线连接，本地通过与PC的连接可以实现计算机控制应用系统实现自由的短信收发。在本系统中，可以实现监控指挥中心计算机与GPS智能手机的无线数据传输功能。还可以实现将GPS智能手机持有者的位置信息以移动通信方式传输到监控指挥中心平台中，并且与监控平台实现短信互发功能。这样，就建立起了基于移动通信的应急指挥通信链路。
3、通信网络
通信网络主要包括移动通信无线网络、北斗通信网络和互联网，实现监控指挥中心与应急现场终端的双向数据传输。
GPS智能终端通过移动通信网络（CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA、GPRS等）与移动通信网关建立数据链路，然后通过互联网与中心服务器建立数据交互。
北斗通信采用基于北斗卫星和地面基站的空地结合无线通信网络。北斗服务器端获得的是经过北斗地面控制中心解译并特殊编码的通信码，随后，服务器端进行通信码的解析，传输存入数据库中，最终监控指挥中心通过读取数据库，将新传入数据库的信息显示到监控平台系统界面。[2]
二、基于北斗和GPS的地震应急指挥系统功能
地震现场应急人员通信、移动监控和移动指挥是地震应急指挥系统的主要应用，指挥中心核心系统被设计成B/S结构的WebGIS，主要实现了以下几个方面的功能：
1、对现场应急人员、车辆、物资等实时定位
配备有北斗手持机和GPS智能手机的灾害现场应急人员、车辆等，其位置分别通过北斗卫星通信链路和无线移动网络回传至监控指挥中心。北斗系统定位的时间频度1次/分钟，GPS手机定位时间理论精度延迟2秒，视无线网络情况而定，空间精度为10米[3]。应急调度指挥人员也可以选定一定区域或现场应急人员进行重点定位监控，连续地观察该区域的现场应急人员、车辆、物资移动情况，及时发布指挥指令。
2、现场应急人员之间、现场应急人员与中心指挥系统的互通信
监控指挥中心系统以短信的方式向指定的北斗手持机、GPS智能手机等设备发送指令，现场应急人员通过所持设备接收指挥中心消息，同时也可以用所持设备向指挥中心回馈消息或发送消息给其他现场应急人员。一旦有紧急情况，现场应急人员便可立即向指挥中心发送警报，指挥中心在接收到警报后通过系统可将调度信息即刻发送到其余应急部门或人员。所有的通信数据都将被存入系统数据库，指挥中心可以对信息进行统计及查询。
3、地震应急人员监控管理
系统可以查询、回放一段时间内灾害现场应急人员运动路径，查看期间的通信内容、通信频度，及通信所在位置。通过上述数据分析，一方面可以分析应急救援路线合理性、应急资源的充足度，追踪某一次任务的执行情况等，另一方面，可以作为现场应急人员是否到位的依据。
4、灾情数据管理与辅助决策
通过分析历史数据库建立的空间数据、震区地形、行政边界、道路信息、建筑物等信息，结合灾害现场回传建立的灾害损失数据，如直接经济损失、生命线受损程度、人员伤亡数据、次生灾害等，通过知识库、预案库等专家系统综合分析，可以对指挥调度工作进行辅助决策。
三、结论
针对地震应急指挥需求与具体特点，基于北斗、GPS、GIS和移动通信网络集成应用的解决方案，将我国自己的全球定位系统―北斗卫星导航系统成功应用于地震应急指挥通信，并通过实验室部署应用验证了系统的可行性与可靠性。北斗卫星导航系统是地震应急调度指挥系统的技术关键，其集成应用主要是提供了一种全新的无盲区的通信机制。在以SUPERMAP为地图引擎的WebGIS实现过程中，解决了地震现场应急人员通信、应急指挥、灾情数据管理等问题，能够更好的实现地震应急指挥决策。
【参考文献】
[1] 吴才聪.基于北斗的移动应急监控与指挥技术[J].数字通信世界，2011.12（6）60-63.
[2] 余丽钰.移动GIS地质灾害信息采集系统的研究[J].地理空间信息，2012.10（2）113-115.
[3] 程承旗，常鹏飞.北斗系统在城市环境实时稽查系统中的应用研究[J].测绘通报，2007.3.34-36.
【作者简介】
王立卫（1973-）男，甘肃兰州人，副教授，硕士，主要从事管理信息化方面的研究.
推荐访问： 北斗 应急 地震 指挥系统 研究