基于数字集群的城市应急联动系统的设计

江连海, 王 磊

(青岛理工大学琴岛学院计算机工程系, 山东 青岛 266106)

基于数字集群的城市应急联动系统的设计

江连海, 王 磊

(青岛理工大学琴岛学院计算机工程系, 山东 青岛 266106)

近年来，各种城市灾害不断涌现，采用城市应急联动系统可以确保通信畅通，减少灾害发生后的损失.首先详细分析了应急联动系统的体系结构和业务模型，基于分析的结果，从应急指挥调度算法和无线覆盖规划两个方面来阐述城市应急联动系统的实现.

城市应急联动系统；数字集群；指挥调度

各种灾害和突发事件每天都会在地球上发生，随着社会和经济的快速发展，人流、物流高度密集，天灾人祸带来的损失往往比过去大得多，社会突发紧急事件的种类也更加复杂与多变.美国的911事件、中国的汶川地震以及各种危害公共安全的事件都在不断告诉我们，传统的应对机制已不能适应当前时代的要求，必须发展新的城市应急联动系统.

数字集群通信系统是一种专用调度通信系统[1]，数字集群通信具有诸多优点：频谱利用率高、保密性好、可提供多业务服务、信号抗信道衰落能力强以及网络管理控制灵活有效，成为目前主流的集群通信系统.公安系统历来重视数字集群的应用，国家分配了350MHz专用频段用作公安、武警、安全等部门建立数字集群专网.城市应急联动系统进行调度、指挥需要高效的无线话音、图像数据、优先级调度、快速接入，这些数字集群通信系统都可以满足.

由于TETRA[2]数字集群通信系统具有指挥调度和应急通信的特点，提高了应急联动系统的效率，从而保证跨部门、跨警区及不同警种之间的统一指挥协调和联合行动[3],因此当前的应急联动系统大多采用数字集群通信系统.

1 城市应急联动系统分析

1.1 应急联动系统的体系结构

图1 城市应急联动系统框架结构图

系统整体采用开放性构架设计，充分利用现有的应急资源，实现了系统整体扩容，平滑升级.城市应急联动系统框架结构图如图1所示：

系统整体采用模块化组合的方式，用户可以根据需要进行各类既有系统资源的动态调整.考虑到系统的稳定性，系统的设计采用了冗余控制-集群车台和卫星电话系统，一旦发生地震等重大应急事件，在公网和专网均遭到破坏的情况，启用集群车台应急系统进行应急指挥.在车台不到位的情况下，仍然可以采用卫星电话系统确保通信畅通.

1.2 应急指挥业务模型分析

应急指挥系统分为两个部分：接警中心和出警中心，业务流程如图2所示：

图2 应急指挥业务流程图

接警中心统一接听各种应急求助电话；出警中心统一指挥公安、消防、交警等部门，出警中心采用计算机辅助调度系统，通过系统配备的地理信息系统和数据库系统，可以直观形象地了解资源和警力分布情况，通过数字集群调度台进行统一管理调度.当发生重大事件时，指挥权可以上移至市委决策指挥中心.

系统中无线集群通过E1(数字无线集群800M)或EM(模拟无线集群350M)与系统中的呼叫中心联接，使二者成为一个有机的整体.同时无线集群本身也拥有调度台，可以实现对集群内部各群组的管理和操作.

2 城市应急联动系统的实现

要建立一个性能优良的城市应急联动系统，高效率的通信系统至关重要，以下从应急指挥调度算法和无线覆盖规划两个方面来阐述城市应急联动系统的实现.

2.1 应急指挥调度算法设计

当城市面对紧急情况时，系统响应时间分秒必争.而非智能的算法会让系统响应效率卡在某一瓶颈无法突破，所以调度算法的设计至关重要.现已证明，RMS是最优的静态算法[4]，但照搬使用RMS算法会出现如下问题：

(1)低损失、无危险的请求也会得到高端有限资源的应答，造成资源的浪费.

(2)低优先级事务提高优先级后将与较高优先级的事务一起进入紧急队列而越过更高一级优先级的事务.

针对RMS算法的诸多不足，智能优先级调度算法对RMS调度算法加以改进，使之适用于城市应急联动系统的工作模式.

(1)在RMS调度算法基础上添加最大等待时间标志位m(初始值为0)，从3级请求开始进入排队系统，当高于3优先级的任务与3优先级的任务同时请求时， 3优先级的任务进入等待；

(2)当经历最大等待时间TMAX后，标志位m设成1，开始进入智能优先级排序算法，当总等待时间T满足：

t=T-TMAX

t=f(L)*λ(L：请求中的任务优先级，λ：优先级提高限制系数)

此时，自动提高此任务1级优先级，并再次进入TMAX的等待循环中；

(3)当多个1级优先级任务同时触发提高优先级的条件时，将以队列方式进入FCFS算法处理.

智能优先级调度算法兼顾了事务优先级与任务回应率，从而能发挥最大的调度效率，大大缩短整个系统对应急事件的响应时间.

2.2 无线覆盖规划的设计

无线覆盖规划的核心就是要确定基站的地址，而基站地址的选取受到诸多因素的限制和影响.首先要明确用户的需求，在此基础上，综合考虑海拔高度、周边地形、链路配备、建设成本等等多种因素，并进行一些必要的无线覆盖实测.另外，因为投资的限制，基站地址的选择往往还需要根据实际的综合因素进行折中考虑.

无线覆盖计算的链路平衡预算参数是根据系统通信概率确定信号衰落余量，确定基站的发射功率，得出链路平衡预算参数表格.

对于室内覆盖，考虑到集群调度主要发生在室外，所以方案以室外为主，对于一些重要的必须覆盖的场所，才考虑室内的问题.

无线覆盖规划的流程如图3所示：

图3 无线覆盖规划流程图

3 结束语

城市应急联动系统是一个巨大的系统工程, 它不仅涉及到网络平台建设、空间信息技术应用等科技因素, 同时还受管理体制、城市自然条件等因素的影响.另外还需从教育层面提升市民的应急意识，当面对灾难时，能够实现自救并有条件地参与救援，全民参与，共保和谐.

[1]郑祖辉，陆锦华，丁锐，等. 数字集群移动通信系统(第3版) [M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]潘娟. 数字集群通信系统的安全保障[J].当代通信，2006,(13): 34-36.

[3]肖鹏峰，冯学智，黄照强，等. 集成GIS与GPS的城市应急联动指挥系统研究[J].GIS技术，2006,(3):69-72.

[4]毛羽刚,张拥军. 强实时系统的调度[J].计算机工程与科学，2000,(2):43-45.

(责任编校：晴川)

Design of Urban Emergency Response System Based on Digital Trunking

JIANG Lianhai, WANG Lei

(Department of Computer Engineering of Qindao College, Qingdao Technology University,Qingdao Shandong 260016，China)

In recent years, various city disasters have occurred. By using urban emergency response system (UERS), communication can be ensured and losses caused by disasters can be reduced. This paper analyzed the structure and workflow of the UERS, and based on the result, set forth the realization of UERS from aspects of emergency command scheduling algorithm as well as wireless coverage planning.

UERS；digital trunked system；command schedule

2015-04-19

江连海(1974— ),男,山东烟台人, 青岛理工大学琴岛学院计算机工程系讲师,硕士.研究方向: 计算机集成控制、网络技术、嵌入式技术等.

TN99

A

1008-4681(2015)05-0061-02