图1 矿山应急救援一体化指挥决策信息平台结构
Fig.1 Structure of integrated command decision-making information platform for mine emergency rescue
经验交流
郑万波1，2，3
(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重庆 400039； 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室， 重庆 400037； 3.重庆大学 计算机学院， 重庆 400044)
摘要：针对国内现有矿山应急指挥系统的信息流正常运转困难问题，为解决信息不对称和信息缺失的集成关键问题，设计了矿山应急救援一体化指挥决策信息平台，详细介绍了平台的总体结构、决策信息服务器和客户端应用软件，着重介绍了平台信息传递方法。现场演练和测试结果表明，该信息平台满足矿山实际功能需求，提高了应急指挥信息传递效率及应急救援指挥体系的信息化水平。
关键词：矿山救援； 应急指挥； 一体化指挥决策； 信息平台； 应急信息管理； 信息传递机制
现场应急指挥体现了应急管理的基本职能和工作目标，是矿山事故应急管理的核心内容和关键环节。矿山事故的类型多、演变过程复杂。信息传递特征是传递路径多、传递方式单一、传递自发性强、信息冲突多[1]。应急指挥通常需要在时间紧迫和环境多变条件下进行，应急指挥系统需要及时、准确、有效推动应急信息流正常运转，弥补信息不对称和信息缺失，有效提高应急管理水平和指挥官的决策能力。国内应急救援指挥决策平台发展趋势：① 全方位实现天、地、井一体化快速网络覆盖[2-3]，全方位灾区信息数据(语音、视频、环境监测参数、人员生命体征参数)[4]和矿山安全监测预警决策平台研究[5]，采用云计算按需服务的计算思想和面向服务的架构，以云服务的方式为煤矿用户提供应急信息资源服务[6]。② 基于时间维、空间维和管理维的应急联动有序化、可视化[7]、可控化，应急处置过程可模拟仿真和演练[8]。③ 应急救援通信指挥平台层次化[9-10]、单元化和标准化[11]，各种应急救援指挥平台可互联互通，可与井下生产调度、地面办公系统兼容[12]。④ 提高灾区监控信息、应急指挥信息、专家辅助决策信息的真实性、可靠性和传递性[13-14]，装备方案决策与优化[15]。⑤ 以各级信息平台为基础，进行应急一张图联动指挥、区域联动的研究[16]。
虽然我国矿井应急救援通信装备水平逐步提高，有效地提高了应急救援信息化水平，但是仍然存在应急救援过程中信息、人员、救援物资的运转流程混乱、物资浪费严重、指挥效率低等问题。因此，笔者设计了矿山应急救援一体化指挥决策信息平台，对矿山应急救援一体化决策指挥信息平台的信息流传递方法进行了研究。
矿山应急救援一体化指挥决策信息平台结构如图1所示，包括事故救援现场子系统、井下指挥基地子系统、地面指挥基地子系统、远程指挥中心子系统、移动指挥中心子系统和地面公网/专网6个部分。
图1 矿山应急救援一体化指挥决策信息平台结构
Fig.1 Structure of integrated command decision-making information platform for mine emergency rescue
(1) 事故救援现场子系统。包括信息采集终端、通信终端和无线/有线通信传输中继设备，主要完成现场环境、人员、设备信息的采集，与井下指挥基地子系统的通信；完成事故救援现场区域的环境参数、语音、图像与人员生命体征的信息采集、实时显示和数据传输。
(2) 井下指挥基地子系统。主要采集用于井下指挥基地的语音、图像、人员和环境监测数据，集中显示各事故救援现场子系统的检测数据，实现事故救援现场子系统的数据汇总、指挥现场快速响应和综合决策、地面指挥中心和远程指挥中心的联动。
(3) 地面指挥基地系统(地面抢险指挥部)。包括信息采集与传输显示设备、基于公网/专网的有线、无线和卫星通信设备、数据存储、分析设备、企业级应急指挥平台等，主要实现事故救援现场子系统和井下指挥基地子系统的数据汇总，属地管理为主的综合决策指挥，与井下指挥基地子系统、远程指挥中心、专家辅助决策指挥系统和救援人员与物资调度系统联动。
(4) 远程指挥中心。主要实现地面指挥基地子系统、事故救援现场子系统、井下指挥基地子系统和区域应急指挥协调中心的数据汇总，跨区域的综合决策指挥和联动，实现地面抢险指挥部、区域专家辅助决策指挥系统和区域救援人员与物资调度系统的协调。
(5) 移动指挥中心。主要实现地面指挥基地子系统、事故救援现场子系统和井下指挥基地子系统的数据汇总，跨区域的综合决策指挥和联动，实现远程指挥中心、地面抢险指挥部、区域专家辅助决策指挥系统和区域救援人员与物资调度系统的协调。
(6) 地面公网/专网。主要体现“平战结合”的通信系统，在平时作为常规通信手段，在应急救援时，将常规通信系统与临时组建的应急救援通信系统结合，实现完整的应急信息传递和现场数据传输。
矿山应急救援一体化指挥决策信息平台管理软件包括服务器信息处理软件和客户端应用软件2个部分。
服务器信息处理软件工作流程如图2所示。服务器软件模块用于维护系统网络，将各子系统平台统一管理，与终端应用设备进行直接数据交流，实现指挥信息的传递与存储管理，包括一个系统配置信息库和一个指挥信息数据库。系统配置信息库存储各子系统的设备配置信息，服务器启动后读出相关数据，创建服务器数据采集任务，进行设备状态检测、手机注册拨号及通话管理，获取视频数据，生成一系列指挥信息，存储于指挥信息数据库中。服务器设计有一个通信接口，该接口实现与系统网络各类设备的通信，客户端通过该接口从指挥信息数据库中获取各类数据。
图2 服务器信息处理软件工作流程
Fig.2 Work flow of information processing software of server
客户端应用软件工作流程如图3所示。客户端应用软件运行于各应急指挥平台终端，为用户提供可视化人机交互界面，从服务器端获取各类应急救援指挥信息并进行显示。客户端应用软件交互部分由界面编辑模块和模拟界面显示模块2个部分组成。界面编辑模块组织生成各指挥平台用户感兴趣的数据显示内容，将配置信息存储于配置数据库，客户端每次启动后从配置数据库中读取数据。模拟界面显示模块以界面配置信息数据为依据，可显示各类查询数据和实时动态数据。客户端应用软件通过客户端通信接口从指挥信息数据库中获取各类数据，数据缓存于客户端通信数据库中，界面显示模块从数据库提取数据并进行显示。
图3 客户端应用软件工作流程
Fig.3 Work flow of client application software
信息传递流程如图4所示。
H时间段:现场监控与预警阶段。通信终端对井下灾区应急救援信息进行实时监测。
I时间段:灾害信息生成与上报阶段。灾害发生后，数据采集终端(包括无线摄像机、无线手机、无线环境参数传感器和无线生命体征检测仪)采集现场数据，通过通信终端将数据传递到企业救灾指挥通信系统，再通过公网/专网逐级在第3级指挥通信平台(县/地市级)、第2级指挥通信平台(省部级)、第1级指挥通信平台(国家级)和移动指挥平台之间进行信息互联互通。
J时间段:应急信息分析、决策与发布阶段。通过公网/专网与指挥决策终端(专家组)通信，对应急信息进行分析存储并发布。
K时间段:应急执行指令下达阶段。应急指令通过远程指挥中心(国家)、远程指挥中心(省部级)、远程指挥中心(县/地市级)、企业现场指挥部，最终由通信终端接收，形成一个闭环信息传递系统。
图4 信息传递流程
Fig.4 Transmission flow of information
矿山应急指挥环形信息传递模型的简化模型如图5所示。应急信息环流分为4个阶段：起始阶段(H时间段，事件信息)—事件发生发展阶段(I时间段)—应急决策与信息处置阶段(J时间段，指挥决策，信息发布)—现场处置阶段(H时间段，现场控制)，结束。
图5 矿山应急指挥环形信息传递模型的简化模型
Fig.5 Simplified model of annular information transmission model of mine emergency command
矿山应急救援一体化指挥决策信息平台的信息传递包括如下工作流程：
第1步 事件(灾区)信息生成：包括基础信息、业务信息和应急资源信息的常规预防和准备(H时间段，现场监控，上行信息)。
第2步 对环境进行数据采集和监测。
第3步 将环境监测信息与基础信息进行对比，当满足预警或事故条件时，生成预警信息、应急响应信息、应急处置信息及实时跟踪信息。
第4步 根据应急响应信息判断应急响应级别，根据应急响应级别判断信息传递节点，并将信息传递到相应的应急指挥通信平台(I时间段，灾害信息生成与上报，上行信息)。
第5步 应急指挥通信平台对应急响应信息进行分析，并将指令发送到信息终端进行移动指挥、指挥决策、信息存储和发布(J时间段，应急信息分析、决策与发布，上行信息)。
第6步 依据指挥信息类型、级别及预案，应急信息在平台上逐级下行传递, 最终到达井下灾区现场通信终端，依据传递的应急信息进行现场指挥控制(K时间段，应急指令下达，下行信息)。
第7步 善后处置，应急处置效果评估，应急救援结束。
平台现场演练测试如图6所示。灾区无人侦测装置(信息探测终端)及一体化指挥决策信息平台在国家矿山应急救援大同队、开滦队、靖远队、芙蓉队、平顶山队、淮南队等基地进行演练测试，测试结果如下：① 软件功能模块(灾区环境参数测定、灾区图像采集、救援人员联动通信)演练过程流畅，功能基本完善。② 组网时间短，有线通信系统小于40 min；无线侦测通信系统小于20 min。③ 矿井有线通信距离大于2 km,无线通信距离大于1 km,可实现CH4(0～100%)、温度(0～60.0 °C)、O2(0～25.0%)的实时显示，侦测环境数据异常响应延时小于10 s。企业应急信息平台参数满足基础平台的距离、环境参数和延时要求，形成了一套与应急平台和信息传递预案结合的信息传递机制和方法，为我国矿山应急救援指挥和决策提供了一种有效的信息手段，提高了我国矿山应急救援的装备水平和实战水平。
图6 现场演练测试
Fig.6 Field exercise and test
(1) 介绍了一种包括事故救援现场子系统、井下指挥基地子系统、地面指挥基地子系统、远程指挥中心、移动指挥中心和地面公网/专网的矿山应急救援一体化指挥决策信息平台的总体结构。
(2) 描述了基于服务器信息处理软件和客户端应用软件的矿山应急救援一体化决策指挥工作流程，提出了包括起始阶段、发生发展阶段、应急决策与信息处置阶段、现场处置阶段的应急信息流的传递方法。
(3) 现场演练和测试结果表明，矿山应急救援一体化指挥决策信息平台的总体结构、服务器和客户端软件及其信息流传递方法满足矿山实际功能需求，软件功能完善、组网时间短。平台具有体系架构层次分明、处置流程清晰、标准化、实用性的特点，有效提高了应急指挥信息传递效率，提高了矿山应急指挥系统的应急信息流管理和应急救援指挥体系的信息化水平。
参考文献(References)：
[1] 何湛.突发公共事件应急系统信息传递模型研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010.
[2] 郑万波,吴燕清,康厚清,等.矿井应急救援指挥通信装置卫星传输音视频的实现[J].工矿自动化,2010,36(4):7-10.
ZHENG Wanbo,WU Yanqing,KANG Houqing，et al.Implementation of audio and video transmission by satellite of communication device for emergency rescue commanding in mine[J].Industry and Mine Automation,2010,36(4)：7-10.
[3] 郑万波,吴燕清.矿山应急救援指挥综合通信系统设计[J].工矿自动化,2016,42(3):84-86.
ZHENG Wanbo, WU Yanqing.Design of integrated communication system of mine emergency rescue command [J].Industry and Mine Automation，2016，42(3)：84-86.
[4] 郑万波.基于Wi-Fi与xDSL的矿井应急救援多媒体综合通信系统设计及应用[J].山东科技大学学报(自然科学版),2012,31(2):68-73.
ZHENG Wanbo.Design and application of integrated multimedia communication system for mine rescue based on Wi-Fi and xDSL[J]. Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2012,31(2):68-73.
[5] 胡东涛. 基于物联网的非煤地下矿山安全监测预警决策平台研究[D]. 武汉：武汉理工大学, 2014.
[6] 马莉.云计算环境下煤矿应急管理关键技术研究[D].西安:西安科技大学,2014.
[7] 王学贵.基于GIS的矿山应急管理信息平台[J].矿业安全与环保,2015,42(1):52-55.
WANG Xuegui. A mine emergency management information system based on GIS[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2015,42(1):52-55.
[8] 周柏贾.分布式虚拟仿真地震应急演练技术研究[D].北京：中国地质大学(北京),2013.
[9] 郑万波,吴燕清,李平,等.ICS架构下的矿山应急指挥通信系统层次模型[J].山东科技大学学报(自然科学版),2015,34(2):86-94.
ZHENG Wanbo, WU Yanqing, LI Ping, et al. Mine emergency command communications hierarchical model based on the building principle of incident command system[J]. Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2015,34(2):86-94.
[10] 郑万波,吴燕清,刘丹,等.矿山应急指挥平台体系层次模型探讨[J].工矿自动化,2015,41(11):69-73.
ZHENG Wanbo,WU Yanqing,LIU Dan,et al.Study on hierarchical model of mine emergency command platform system [J].Industry and Mine Automation，2015，41(11):69-73.
[11] 郑万波.基于应急救援模型的矿山应急指挥通信模式探讨[J].工矿自动化,2015,41(8):29-34.
ZHENG Wanbo. Study on mine emergency command communication mode based on emergency rescue model[J].Industry and Mine Automation，2015，41(8):29-34
[12] 孙继平.煤矿安全监控系统联网技术研究[J].煤炭学报,2009,34(11):1546-1549.
SUN Jiping.Network technology for safety supervision system in a coal mine[J].Journal of China Coal Society, 2009,34(11):1546-1549
[13] 郑万波,吴燕清,秦伟,等.矿井应急救援指挥通信装置的休眠唤醒功能实现探讨[J].煤矿安全,2010,41(3):107-111.
ZHENG Wanbo,WU Yanqing,QING Wei,et al.Discussion on dormancy & wakening realization for mine emergency rescue command communication apparatus[J]. Safety in Coal Mines,2010,41(3):107-111.
[14] 郑万波,吴燕清,李先明,等.基于应急管理机制的矿山应急救援指挥信息传递模型探讨[J].中国安全生产科学技术,2014,10(增刊1):293-299.
ZHENG Wanbo,WU Yanqing,LI Xianming,et al.Discuss on the information transmission model of mine emergency rescue command based on emergency management mechanism [J].Journal of Safety Science and Technology,2014,10(S1):293-299.
[15] 王吉龙,宋文,邢春超,等.基于物联网的矿用应急救援装备管理信息系统[J].矿业安全与环保,2012,39(5):46-48.
WANG Jilong, SONG Wen, XING Chunchao, et al. Management information system of mine emergency rescue equipment based on Internet of things[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2012,39(5):46-48.
[16] 郑万波,吴燕清.矿山应急救援装备体系综合集成研讨厅的体系架构模型研究[J].中国安全生产科学技术,2016,12(增刊1):272-277.
ZHENG Wanbo，WU Yanqing. Research on system architecture model of HWME for mine emergency rescue equipment system[J]. Journal of Safety Science and Technology,2016,12(S1):272-277.
[17] 杨海鹏，郭建忠，成毅.基于“一张图”的公共安全应急联动态势图的研究[J].测绘工程，2012,21(5)：38-41.
YANG Haipeng,GUO Jianzhong,CHENG Yi.Research on public safety emergency rapid response situation map based on a unified map[J].Engineering of Surveying and Mapping，2012,21(5)：38-41.
ZHENG Wanbo1,2,3
(1.CCTEG Chongqing Research Institute , Chongqing 400039, China; 2.State Key Laboratory of Gas Hazard Monitoring Control and Emergency Technology, Chongqing 400037, China; 3.College of Computer Science, Chongqing University, Chongqing 400030, China)
Abstract：In view of problem of difficult information flow operation of domestic existing mine emergency command system, and in order to solve key problems of integration such as lack of information asymmetry and information loss, an integrated command decision-making information platform for mine emergency rescue was designed, overall structure of the platform, decision-making information server and client software were introduced in details, and information transmission method of the platform was expounded emphatically. The field exercise and test results show that the platform satisfies actual function requirements of mines, and improves information transmission efficiency of emergency command and informatization level of emergency rescue command system.
Key words:mine rescue; emergency command; integrated command and decision-making; information platform; emergency information management; information transmission mechanism
文章编号：1671-251X(2017)12-0070-06
DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2017.12.014
中图分类号：TD655
文献标志码：A 网络出版时间：2017-12-06 14:17
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20171205.1749.015.html
收稿日期：2017-03-17；
修回日期：2017-09-15；责任编辑张强。
基金项目：国家安全监管总局安全生产重特大事故防治关键技术科技项目(yangqi-0004-2017AQ)；重庆市前沿与应用基础研究计划资助项目(cstc2014jcyjA90027)；重庆市社会事业与民生保障科技创新专项项目(cstc2016shmszx90002)。
作者简介：郑万波(1981-)，男，四川自贡人，副研究员，博士研究生，现主要从事矿山救援通信技术和装备、仪器科学与技术、应急管理等方面的研究工作，E-mail:zwanbo2001@163.com。
引用格式：郑万波.矿山应急救援一体化指挥决策信息平台研究[J].工矿自动化，2017,43(12)：70-75.
ZHENG Wanbo. Research on integrated command decision-making information platform for mine emergency rescue[J].Industry and Mine Automation，2017,43(12)：70-75.