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摘要:從應急廣播、視頻監控及人員定位技術等方面闡述了地鐵站施工中應急通信技術的國內外研究現狀，指出我國地鐵站施工中應急通信技術存在定位精度低、缺乏自主應急功能和通信延時性等問題。提出加強人員定位技術中讀卡器和標簽的研究、完善應急通信技術的自主應急功能、提高應急通信設備的信號接收靈敏度等措施建議，以提高地鐵站施工中的應急效率，減少人員傷亡和財產損失。
關鍵詞:地鐵站;應急通信技術;應急廣播;視頻監控;人員定位
為了緩解城市的交通壓力，改善交通環境，很多城市開始建設地鐵來緩解交通問題。然而，其特有的地下隧道施工方式可能會引發嚴重的施工安全事故。當事故發生時，指揮人員通過應急通信系統不但可以在第一時間對施工人員進行定位，了解事故現場情況，而且還可以指揮施工人員迅速撤離，減少人員傷亡。因此，在地鐵站施工過程中，建立靈活可靠的應急通信系統尤為重要，它能夠有效地避免事故惡化，減少國家的財產損失。本文介紹了地鐵站施工中的應急通信技術，概述了現有技術的研究現狀，并提出了亟需解決的問題及發展趨勢，以期為今后地鐵站施工中應急通信技術的應用和研究提供參考。
1地鐵站施工中應急通信技術
地鐵站施工中應急通信技術主要是針對施工過程中突發事件的通信保障手段。其目的是在發生突發事件時，能夠保持通信暢通，為施工人員迅速撤離危險區域提供便利。在地鐵站施工過程中會產生大量粉塵。粉塵屬于有耗介質［3］，對電磁信號的傳輸會產生影響。而且在施工過程中，環境比較惡劣(例如空氣濕度大)，設備的故障率較高。因此，地鐵施工環境對于應急通信的抗干擾能力、抗故障能力和信號的服務半徑提出了更高的要求。在地鐵站施工過程中，發生突發事件時，指揮中心如果能在第一時間對施工人員的位置進行定位，并通過視、音頻了解現場情況，對于快速撤離施工人員、有效地減少人員傷亡和財產損失具有重大意義。因此，如何確定施工人員的位置信息，并利用多媒體通信指揮施工人員快速、安全、有效地撤離，已成為地鐵站施工中減少人員傷亡的關鍵。目前，地鐵站施工中的應急通信技術主要包括應急廣播、視頻監控、人員定位、應急電話、應急告警、對講等技術。先進的應急通信技術對于地鐵站施工至關重要，能夠有效地提高應急效率，減少事故損失。
2地鐵站施工中應急通信技術的研究現狀
從19世紀60年代開始，歐美等國家不斷將應急通信新技術應用于地下隧道施工。20世紀80年代美國將超低頻無線通信系統投入使用，90年代澳大利亞國家礦山技術開發公司研制超低頻透地PED(ProductivityEnhancementDevicer)系統［4］。我國地鐵站施工中應急通信技術的研究起步較晚，通常采用的是電話通信方式。近年來，許多研究人員對地鐵站施工過程中的應急通信技術做了大量的研究，取得了矚目的成果。
2．1應急廣播技術
應急廣播通信技術于20世紀60年代起源于美國，隨后在眾多科研人員的共同努力下該技術取得了較大發展，并在地鐵站施工中得以推廣應用，成為提示施工人員及時撤離的重要工具。20世紀80年代，美國的科研人員提出了IP(互聯網協議)網絡廣播組播的構想。90年代，IP應急網絡廣播技術已比較成熟。近幾年，研究人員通過對人員身份認證的方式，首次研發出了具有分組功能的IP應急網絡廣播技術。近幾年，我國的應急廣播技術發展迅速，比較成熟的產品是KXT23型IP應急網絡廣播和KTK113型數字廣播。這兩種廣播都采用了以太網進行數字廣播的方式，實現了對講功能和自動播放功能。以上應急廣播設備大多只有語音通訊功能，缺少如一鍵呼叫等應急功能，難以滿足地鐵站施工過程中應急通信的要求。針對這一問題，文獻［5］提出了一種應急廣播系統的設想，該系統具有一鍵呼叫功能。在災難發生時，操作人員摁下緊急操作鍵，便可在1min之內通知所有的施工人員進行撤離，縮短了撤離時間，進一步減少了人員傷亡。在此基礎上，文獻［6］等研發了一種采用工業以太網進行語音傳輸的應急廣播系統，實現了自動定時播放、多路廣播、自動化系統聯動等功能。當事故發生時，系統通過已知的應急預案，可以自動執行應急方案，指揮施工人員迅速撤離現場，提高應急效率。
2．2視頻監控技術
視頻監控系統能夠真實地反映現場畫面，便于指揮人員迅速決策。在地鐵站施工過程中，發生突發事件時，指揮人員可以通過視頻監控系統動態掌握施工人員的位置并能充分了解事故現場情況。因此，視頻監控功能對于地鐵站施工中的應急通信技術具有不可或缺的作用。20世紀90年代，美國MSA公司生產了DAN6400安全監測系統，德國BEBRO公司研制了PRO-MOS安全監控系統［7］。這兩種系統融合了語音通信技術和視頻監控技術，兼有監控和通信功能，并且具有兼容多個監控系統的功能，能夠覆蓋地鐵站施工過程的全部區域，為地鐵站施工安全提供保障。國內在引進先進的視頻監控技術的同時，也對地鐵站施工中的視頻監控技術進行了廣泛而深入的研究，取得了較多的成果。文獻［8］研究出一種新型應急視頻監控技術，該技術以ZigBee為基礎，利用中繼器建立一條無線通信鏈路，并通過紅外攝像頭對隧道內的施工人員進行視頻圖像采集。但由于地鐵隧道內的大型機械和粉塵的存在，對該技術的無線信號造成了一定影響。針對這一缺點，文獻［9］等設計了基于ADSL(非對稱數字用戶線)的遠程監控系統，該系統具有先進的視頻監控能力，穩定性高，傳輸速率快。在事故發生時，它能夠及時準確地找到事發地點，提高應急效率。為了減少應急反應時間，重慶煤科院和常州煤科院研制出KJ90監測監控系統［10］、KJ95N型煤礦綜合監控系統［11］等綜合監控設備。這些系統能對地鐵站施工中的各個環節進行實時監控，在發生緊急情況時，指揮中心可以立即采取應急措施，從而提高應急效率，減少人員傷亡。
2．3人員定位技術
事故發生時，時間就是生命。如果指揮人員能夠快速準確地掌握施工人員的具體位置，可在一定程度上挽救遇險人員的生命，減少經濟損失。目前，地鐵站施工中的人員定位技術已經有了較大的發展。人員定位技術最早可以追溯到1991年南非德比爾公司使用的地下礦產運輸機自動測位系統［12］。1995年澳大利亞芒特艾薩公司研發了一種基于RFID(無線射頻識別)的人員定位系統［13］。該系統在施工人員的安全帽上設計了一個信號發射源，通過頂板的天線來接收發射源的信號，從而得知施工人員的具體位置信息;但該系統定位精度低，容易出現漏檢。南非設計了一種基于RFID新型人員定位系統，該系統具有定位速度快、定位準確率高、定位距離遠等優點。我國地鐵站施工人員定位技術的研究起步較晚［14］，國內主要采用的是KJ297型人員定位系統。該系統能實時監測施工人員的位置，并能顯示出人員的運動軌跡。但該技術只能把施工人員定位在一定范圍內，并不能進行精準定位。針對這一缺陷，文獻［15］設計了一種基于ZigBee技術的人員定位系統，通過對讀卡器與標簽的設計，使該系統能夠對施工人員進行精準定位，提高了應急效率。在此基礎上，文獻［16］提出了將WSN(無線傳感器網絡)技術應用于人員定位技術的設想，通過對WSN算法的研究，提出了適合施工環境的節點布置方案，從而進行精準定位。
2．4其他應急通信技術
當地鐵站施工過程中發生緊急事件時，現場的施工人員可以通過應急電話，在最短的時間內報告事故情況。同時，指揮人員可以通過應急電話指揮現場施工人員撤離，實現地面與事故現場的雙向交流。我國研制出一種應急電話，在接受外部控制信號時同路的電話都會發出聲光報警，可用于警示施工人員及時撤離危險區域。而且該電話內部裝有浮充電池組，當外部供電臨時中斷時，不會影響電話的使用。文獻［17］設計了一種采用光纖自愈環路傳輸鏈路的應急電話系統，不會因為鏈路出現斷點而使應急電話和指揮中心的通信中斷，使系統的可靠性有了顯著提高。應急告警技術是地鐵站施工中應急通信的重要手段。北京市政工程研究院與北京交通大學聯合研制出TMIGS應急告警系統(多元信息遠程實時預警、風險管理及應急響應系統)［18］。該系統在地鐵站施工中發生事故時可以通過警燈和鳴笛發出警報來警告施工人員迅速撤離危險區域，而且還可以利用隧道中的基站進行通信，使指揮人員能夠了解現場情況。對講技術也是地鐵站施工中應急通信的常見手段。文獻［19］設計了一種基于ARM(AcornRISCMachine)，具有雙向語音通信、一鍵呼救等功能的無線對講系統，為施工人員及時匯報現場情況提供了便利。文獻［20］設計了一種基于ZigBee的無線對講通信系統，該系統能在無外來電源的情況下長時間工作，且具有便攜式、自組網等特點。
3亟需解決的問題及下一步研究建議
3．1亟需解決的問題
目前，國內外學者對于地鐵站施工中應急通信技術進行了大量的研究，并取得了很大的進展，在一定程度上減少了地鐵站施工事故的傷亡人數。通過對應急通信技術的應用與研究現狀分析，發現有以下幾個亟需解決的主要問題:(1)地鐵站施工環境較復雜，對于人員定位技術提出了更高的要求。提高人員定位精度，減少數據誤差是地鐵站施工中的迫切需求。(2)目前，我國對于地鐵站施工中應急通信技術智能化的研究較少，應研發可以根據應急預案自主指揮施工人員撤離的功能。(3)地鐵站施工中，由于受到環境自身條件的影響和發射功率的限制，增加了應急通信的延時性，影響應急通信的質量。
3．2下一步研究建議
根據地鐵站施工中應急通信技術的研究現狀和市場需求，我國地鐵站施工中的應急通信技術還有很大的發展空間。未來地鐵站施工應急通信技術將會向著響應時間更快捷、功能更完善的方向發展，現對下一步研究作如下建議:(1)進一步加強對于人員定位技術中的讀卡器和標簽研究，提高人員定位精度，減少數據誤差，從而提高應急效率，減少人員傷亡。(2)進一步加強地鐵站施工中應急通信技術智能化、集成化、模塊化的研究，完善自主應急功能，在發生事故時，可以縮短應急時間，提高效率。(3)加強地鐵站施工中應急通信系統接收信號的靈敏度，減少應急通信的延時性，提高應急通信的質量，減少應急反應時間，以提高應急效率。
4結語
隨著科研人員不斷深入研究，地鐵站施工中應急通信技術取得了較大的進展。但地鐵站施工安全形勢依然嚴峻，仍需不斷加強應急通信技術的研究，研制具有創新性和革命性的新技術，特別是把智能化引入應急通信系統的研究與應用中，以便提高應急效率、減少人員傷亡和財產損失。與此同時，還要加大地鐵站施工安全管理力度以及應急通信建設的資金投入，這樣才能使地鐵站施工安全再上一個臺階。
作者:鄭學召 姜鵬 劉會林 郭軍 張嬿妮 單位:西安科技大學安全科學與工程學院 西安科技大學國家礦山應急救援西安研究中心 中鐵十六局集團有限公司