浅谈应急处置的技术保障

发布时间：2017-06-16

1. 应急处置技术保障模型

随着我国经济技术的快速发展，城市化的不断加速，各种灾害类型愈来愈多，危害越来越大，损失越来越严重，影响越来越广泛。经济、社会发展的同时，伴随着文化素质的提高，人民群众对社会稳定，对灾害救援的快速、有效、有了更高的要求。另外 ，保护人民生命财产，减少灾难损失，构建和谐社会也是应急处置的重要的工作目标。这一切都对应急处置提出了严峻的考验。

管理者层	应急处置管理者
决策判断层	决策支持系统
技 术 保 障 层	信息保障					其 它 技 术 保 障
	语 音 信 息	视 频 信 息	数 据 文 件 等	GPS 定 位 系 统	遥感信息
	通信方式保障
	电源保障

图1 应急处置和技术保障关系模型示意图

古语讲，工欲善其事，必先利其器。应急处置要完成自己的使命，必须依托坚强有力的技术保障。图一是应急处置和技术保障，特别是信息、通信关系模型示意图。模型由应急管理者层、判断决策层、技术保障三层构成。图中三层由上到下是上层依赖下层的依赖关系。其工作过程如下：通过各种方式采集到的有关应急信息以信息保障层的不同方式上传到决策判断层，决策判断层对信息进行分析、比对、推理判断，作出相应的结论提交给管理者。再根据管理者的命令执行相关动作，启动相关预案，并通过技术保障手段把命令发布出去。

2. 加强应急处置技术保障的必要性

现代通信保障手段能使决策层在第一时间掌握大量的第一手现场信息，对灾害事态的发生、发展有清晰的认识，真正做到运躇于帷幄之中，决胜于千里之外，通信在灾区和后方之间建立了一座坚实的桥梁。信息及时有效地沟通使援助的人、财、物能得到最合理的利用，使效率达到最大化，损失达到最小化。

现代化的交通工具使有关领导、专家能够在最短的时间内到达现场，直接掌握第一手资料，靠前指挥；使救援物资、装备以最快的速度送抵现场。 　

生命探测技术的应用使受灾被困人员在最短时间内被发现、救助，从而使人员伤亡减少到最小，为生命救助争取了宝贵的时间。

遥感、GPS定位等技术的应用为受灾害程度、受灾准确区域判断提供了坚实的支撑，为灾害处理，资源调度提供了准确的依据。

下面表一将对唐山、汶川两次大地震进行对比，从而可以看出现代应急处置技术保障所起到的巨大作用。汶川地震中大量新技术手段的应用，在震级大、重伤人员多、救援气候差、救援地形复杂、陆地交通几乎瘫痪、受伤人员数字巨大的情况下，死亡人数却大幅下降。由此可以肯定专业技术保障在灾难救助中所起到的重要作用。

序号	项 目	唐 山	汶　川
1	时间	76.7.28	08.5.12.
2	震级	7.8级	8级
3	最大烈度	11	11
4	救援气候	雨季	雨季、多雨、多雾
5	救援地形	平原	山地
6	救援道路	破坏	严重破坏
7	通信保障	无线电报务，人工口信	卫星定位、卫星宽带视频系统、卫星IP电话、卫星宽带上网、搜救犬、生命探测仪、航空遥感、无线视频传输系统等
8	距离北京	160km	1530km
9	信息报告	利用汽车，8小时后才将唐山地震消息送到北京。	即刻得到地震消息
10	直接经济损失	100亿元	8541亿元
11	死亡人数	242000人	87000人（死亡失踪之和）
12	重伤人数	16万人	37万多人

表1. 唐山、汶川大地震对比

随着各级政府部门对应急工作的重视，应急处置预案、应急演练、应急宣传工作等都得到了不断加强、持续完善。目前，应急处置能力提高的瓶颈在很多部门都表现在应急处置技术保障能力不足上。应急处置效率的提高，救援工作的开展也依赖于强大的专业技术保障能力。汶川、唐山大地震的比对可以清晰地看出现代化的应急处置保障技术所产生的巨大物质效益和社会效益。

3. 应急处置保障中信息处理技术的分类　

3.1决策判断支持系统保障

　　决策判断支持系统由通用信息处理系统、业务应用软件、应急资源数据库等构成。通用信息处理系统为应用软件提供数据传输、安全保密等保障；业务应用软件实现应急处置各种功能。它决策判断支持系统依托于操作系统、计算机、计算机网络、通信方式实现自己的功能。其高层核心是应急处置预案，应急处置机制等。系统以应急预案为指导，以应急机制为内容，以数据库信息为参考，对采集到的突发事件信息进行分析、推理、加工、判断，推导出事件发生的可能原因、发展的可能方向，根据预案启动相应的处置程序对事件进行疏导或救援。决策判断支持系统管理应急保障资源如人力、通信、物资、资金、交通运输、医疗卫生、基础设施等资源，对它们进行科学的调度、合理的分配。

决策判断支持系统设计应当充分考虑系统的专业性、指导性；用户界面要友好；操作使用应简便；系统运行应可靠。同时系统的兼容性、安全性，可扩充性应比较友好。

3.2语音处理保障技术

（一）日常应急语音通信

1、程控电话：传统技术，分布广，话音质量好，平时工作稳定可靠，价格低廉。

2、GSM：GSM（Global System for Mobile Communications，俗称"全球通"）是世界最大的移动通信网络，GSM实际上是欧洲的无线电话标准。GSM系统包括 GSM 900、GSM1800及 GSM1900。能够实现全球漫游，网络容量较大、手机号码资源较丰富、话音清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少。

3、CDMA（(Code-Division Multiple Access,码分复用）方式：系统容量大（理论上CDMA移动网比GSM要大4-5倍）； 系统容量配置灵活：由于码分复用技术的应用，使信道容量极大提高，也使应用具有更多的选择空间；通信质量好：CDMA系统可以根据信息情况动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的发射电平级。同时门限值根据背景噪声的改变而变。CDMA系统"先连接再断开"软切换技术的应用，解决了硬切换容易掉线的缺点。

上述的GSM、CDMA都需要固定基站和传输网络的支持。因此能够抗御自然灾害的能力比较有限。

（二）应急语音通信

无线对讲系统：手持无线对讲机系统工作频率一般使用开放频道，有多个频道选择使用，常用的有400M、800M、900M等系统 ，频道间隔一般几十KHz，在空旷地方的有效通信距离大致几公里到几十公里。

3.3视频传输保障技术

数字视频传输系统由视频采集、模数转换、图象编码、信息传输、图象解码，视频处理等环节构成。

视频采集：无论采用数字摄像头或模拟摄像头最初的信号都是模拟量，要经过模数转化才能进入数字系统，只不过数字摄像的模数转化已经和摄像机集成为一体。

数字压缩编码：模数转化后的数字视频信息量巨大，不适合通信传输。为节省有限的信道，需要对信息进行压缩编码，常用的编码方式有MPEG1（应用在VCD标准）、H.261(3) （主要应用在视频电话及数字电视），Real Video， Quick time，（主要应用于互联网），MPEG4 等格式，其中MPEG4采用帧间、矢量处理方式，信息压缩量大，非常适合在网上传输。

信息传输方式：根据现场条件的不同，图象传输可以使用双绞线、同轴电缆、电源线、光纤、微波、CDMA无线方式、卫星通信方式等方式实现信息传送。

由历史原因形成的模拟视频传输系统如果和数字视频传输系统并网最好将模拟系统转化为数字系统，以便于统一管理。

Gps定位保障系统：

GPS(Global Positioning System)全球卫星定位系统，最早由美国自上世纪70年代开始研制， 1993年底美国军方所设计、建设的GPS（由21颗主用卫星+3颗备用卫星）网已经逐步得到广泛的推广应用。另外中国的北斗双星定位系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟组织的伽利略卫星定位系统也渐渐为世人所熟知。

GPS系统构成：

GPS系统由空间部分、地面支撑系统和用户终端三大部分构成。

空间部分由GPS人造卫星网络构成。在倾角约55°的6个轨道面上不平均地分布着近20多颗导航卫星，它们的平均高度约20200Km，运行轨道是以地球位为一个焦点的椭圆轨道，运行周期约12小时。在GPS系统中卫星是向用户端发送“星历”的动态已知点，所谓“星历”就是一系列描述GPS卫星运动及轨道的实时状态参数。GPS用户接收到的信息就是由GPS卫星发射的扩频通信方式实时数据处理的预报星历。

地面支撑系统：由主控站，注入站，监测站构成。地面控制部分是GPS系统的核心，负责监测GPS信号、处理数据、计算并注入导航电文，卫星状态管理、姿态控制、轨道调整等。所有的GPS卫星所播发的用于导航定位的星历，都是由分布在地面的监控站提供的。 

用户终端也叫GPS定位模块，一般由主机、天线和电源组成，以1575.42MHz为中心频率，单向接收、解调GPS卫星的广播信号。根据与相邻的几颗卫星的距离，采用距离交会法算出用户所处位置的经度、纬度、高度和时间修正量等参数。GPS模块在实际应用中经常作为时间基准，辅以模块内部的RTC （Real-Time Clock,实时时钟芯片），可获得非常高精度的时间参考。GPS测速，是在获得经纬度的基础上，进行简单的计算实现的一种扩展应用。

GPS模块的定位精度受制于多种因素，如空间部分来自于GPS系统的卫星钟差及轨道差、用户上空GPS卫星数量及在轨位置、太阳辐射、大气层、多径效应等。用户部分天线质量、天线位置和方向、时间段、地形、天气等。 GPS定位原理：



 

图2. GPS定位原理示意图

GPS定位的基本原理是利用用户上空多颗GPS卫星实时动态位置作为已知变量，采用空间距离后方交会的方法，计算出用户所在点位置信息。如图所示，假设t时刻用户所在位置坐标为（X，Y，Z），可以测定GPS信号到达用户点的时间△t，利用接收机所接收的卫星星历等数据列方程：



方程中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。
　　 di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。
　　 △ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

c为GPS信号的传播速度（即光速）。

　 （x、y、z） 为用户的空间直角坐标。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。

 Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。

 Vto为接收机的钟差。解方程算出用户位置点坐标（x、y、z ）和接收机的钟差Vto 。

GPS系统的特点:

　　不受时间、空间限制全天候为用户提供三维空间，三维速度和精密时间，定位精度极高，单机定位精度优于10米，如果使用差分定位技术，精度还可以提高一个数量级以上。GPS系统在应急处置中主要用来对灾害地区、救援对象进行精确定位。

遥感信息系统保障

　　遥感通常是指利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波，采用特定传感器对远程被研究对象进行探测，提取测试对象的特征信息如电磁波的反射辐射和发射辐射等，并对特征信息进行 提取、加工、比对和应用的一门技术。 

　　遥感系统由传感器部分，信息传输部分，信息处理、提取、加工和应用部分构成，信息加工部分完成对目标信息特征的分析、测量、比对，为实际应用提供指导。 遥感系统由遥感探测方式的不同而分为：电磁波遥感，声纳遥感，可见光、红外遥感、微波遥感，重力、磁力等物理场遥感。遥感系统对信息记录形式分为：图像方式和非图像方式。遥感系统按照遥感器依托的平台分为：利用卫星的航天遥感系统，利用飞机、飞艇等航空遥感系统及地面遥感系统。遥感系统常用的传感器有多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner，MSS)、HRV（High Resolution Visible range instruments）扫描仪。航空摄影机、全景摄影机、多光谱摄影机。专题制图仪（Thematic Mapper,TM）、合成孔径侧视雷达（Side-Looking Airborne Radar）等。

遥感系统广泛应用于地球资源探测（如陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查和规划管理等）、环境保护，气象测量，海洋遥感、测绘、考古调查，抢险救灾等领域。在应急处置中，遥感系统通过对受灾区域进行历史比对，从而分析出灾害区域、灾害程度等信息。 

4. 常用应急通信方式

常用通信方式和特点如表2所示：

方式形式	特　　点
双绞线	双绞线分为屏蔽双绞线STP(shielded Twisted Pair)和非屏蔽(Unshielded　Twisted Pair)双绞线UTP。具有较强的抵抗能力，适用于网络流量较大的高速网络协议应用。 一段双绞线的最大长度为100米，终端通过双绞线用集线器(Hub)互连。
同轴电缆	广泛使用的同轴电缆有两种：一种为特性阻抗50Ω同轴电缆，主要用来传基带数字信号；另一种为特性阻抗75Ω同轴电缆，用于有线电视信号的传输，也可以传数字信号。同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性。
微波	1、视距通信直线传输；　　　　 2、频带宽（达30000兆赫，可容纳大量的通信波道）； 3、天电工业干扰以及太阳黑子的活动对微波通信影响很小； 4、微波需中继接力（相邻两站的距离一般在30～50公里）； 　5、由于频率很高波长很短天线尺寸小、发信功率小。
光纤	1、传输频带极宽，通信容量很大；　 　 2、由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； 3、串扰小，信号传输质量高；　  4、光纤抗电磁干扰，保密性好。
卫星 通信 方式	1、支持因特网，卫星传送的因特网带宽已达208MHZ，能提供IP视频流多点传送 ；  　 2、传输速率高，使用数据包分发技术来提高传输速度，高达3Mbps的速度向任意的远端接收站发送数字、音频、视频及文本文件； 3、高速接入因特网，将用户的上行数据和下行数据分离，相对较少的上行数据（如对网站的信息请求）可以通过现有的Modem和ISDN等任何方式传输，而大量的下行数据（如图片、动态图像）则通过54M宽带卫星转发器直接发送到用户端。支持标准的TCP/IP网络协议及WWW、E-mail、Newsgroup、Telnet等应用； 4、数据传输性能稳定， 不管地面发生何种灾害，卫星通信都能基本稳定完成数据传输任务。

表2. 常用应急通信方式和特点

不同方式通信方式的可靠性和抵御灾害等级的关系如图三所示：



图3. 不同通信方式保障能力和灾害程度关系示意图

图3中横轴为灾害程度，纵轴为方式保障能力，从图中可以看出市话、手机，依托于电缆、双绞线、光纤的局域网等常用通信方式平时应用最多、但抗灾能力很低；微波、无线网络具有一定的抗灾能力，但随着灾害程度的增加保障能力将受极大的影响；卫星通信方式无论地面遭受多大灾难，天际网都不会受到影响，因此，卫星通信方式最稳定，保障能力最好，是灾难、特别是大灾处理可以依赖的通信方式。

应急通信系统根据应用环境应分为日常办公通信和危机救援通信。

日常办公通信：主要应用电话、传真及Inter网对工作中的图像、数据及指令等信息进行传输交换，信息传输主要依托于双绞线、光纤、CDMA、微波、卫星通信等方式实现传输。

危机救援通信：根据危机情况不同采用表二中不同的通信方式，不同的传输方式抗灾害能力不同，最稳定可靠的应急通信方式就是卫星方式。

应急通信电源保障：如果失去电源供应，应急处置技术保障能力就几乎为零，电源供应是应急处置保障基础的基础，保障的保障。图四中横轴为灾害程度，纵轴为电源保障能力。从图中可以看出，平时最稳定的市电抗灾能力最低；UPS供电时间有限；油机发电随灾害程度增加也会受到极大限制；太阳能、风能发电互为补充能够提供较好的电源保障；最古老、原始的手摇发电则无论在任何情况下都能提供很好的电源保障。值得注意的是应急能源平时就应放置在比较空旷的应急避难场所，并妥善保管维护，防止由于灾难影响将其损坏或无法取出。

 



图4. 不同电源保障方式和灾害程度关系示意图

5. 应急处置技术保障的管理

应急管理强调体制、机制和法制。应急处置技术保障也必须从体制、机制入手。在体制上要完善应急管理队伍。应急处置技术保障能力最根本的问题是人的问题。

首先，要建立一支责任心强，勇于献身应急救援事业，专业技术素养高的应急保障队伍。应急人才队伍的素质的提高重点在于教育、培养、训练、及工作中的锻炼。在机制上，对专业技术上岗人员要进行岗前培训，考核合格后，方可上岗。工作中，要求每一个上岗人员都能熟悉应急处置技术保障相关专业技术，熟悉个专业系统构成、信息走向、设备原理，能够熟练排除设备一般故障。要对从业人员不定期进行专业技术考核，以督促专业技术水平不断提高，从而保证应急管理人员能够在危机关头召之即来，来之能战、战之能胜。

第二、建立一套针对应急工作特点和系统设备要求的管理制度体系。做到信息报送有规定，应急启动有程序、应急处置有预案，岗位责任有分工，事后总结有要求。对机房管理要有制度、对设备操作要有流程、对系统维护要有规定，使设备系统始终处于良好状态，关键时刻连得通、用得上。

第三、根据本部门、本单位实际情况，逐步建立完善应急处置技术保障体系。

6. 结论与展望

总之，对介于应急管理科学和现代遥感、定位、通信等科学领域之间交叉融合的应急处置专业技术保障的研究刚刚起步。不同的灾害类型，不同的灾害等级对应急处置技术保障提出的不同的需求依然不够规范、明确、清晰。另一方面，现代通信、遥感等专业科技领域对本专业对灾难救助能够提供的技术支持与帮助也没有能够得到深入的挖掘、广泛的发现，合理的改进。虽然，汶川地震中二者的结合，为震中定点提供了准确的方位、为灾害程度判断提供了第一手资料，为生命抢救赢得了宝贵的时间、为应急资源流向提供了正确的方向，取得了很好的经济、社会、政治、生命效益。显示了应急技术保障的巨大的生命力。但是应急处置技术保障的应用还有许多未知的东西需要有识之士去探索。首先，应急处置应用设备体积将会越来越小、重量越来越轻、携带越来越方便、操作越来越简单。其次，应急设备供电方式将会采用多种能源方式综合保障，除常规电源方式外，还会应用太阳能、风能、燃料电池、手摇发电机等，配合大容量蓄电池组保障电源供应。第三，通信方式必将向着大容量，快速度、少中继，高可靠方向发展。

随着各级政府对应急管理建设的重视，各级应急队伍建设日渐完备，法制建设不断完善，资源投入逐步增加，人们对应急处置寄予的期望越来越高，应急管理在坚持科学发展观、构建和谐社会中所起的作用也越来越明显。为有力保障应急处置工作，弄清不同灾害的特点，尽可能穷尽不同技术手段的保障能力及特点便显的尤为紧迫。灾害救援、技术保障的有机结合将会对应急救援产生重要影响，进而产生巨大的政治、经济和社会效益。