基于“3G”技術(shù)的高速公路快速反應(yīng)系統(tǒng)

王 羽，祖 力，王 巍，李世武

（吉林大學(xué) 交通學(xué)院，吉林 長春 130025）

0 引 言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展和汽車保有量的急劇增加，我國高速公路交通安全問題開始引起公眾的關(guān)注。高速公路預(yù)警機(jī)制及救援體系的不完善導(dǎo)致突發(fā)緊急事件時(shí)響應(yīng)緩慢、急救資源調(diào)配不當(dāng)，進(jìn)而造成慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。交通管理部門處理突發(fā)事故要求反應(yīng)迅速、控制方案科學(xué)合理，催生了高速公路快速反應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)需求。

發(fā)達(dá)國家依靠完善的高速公路快速響應(yīng)系統(tǒng)獲取了非常顯著的效益，如德國的全德汽車俱樂部（ADAC）、美國的交通事故管理（FIMS）以及緊急救助（ER）、巴西的道路使用者援助系統(tǒng)（UIS）等［1］。國內(nèi)目前的研究和應(yīng)用還處于起步階段，如陳睿［2］等在監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了上海高速公路應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，楊曉光［3］等提出了基于ITS框架的高速公路緊急救援系統(tǒng)，丁同強(qiáng)［4］在道路交通事故研究的基礎(chǔ)上對事故再現(xiàn)理論模型及方法進(jìn)行了研究，成衛(wèi)［5］對城市道路交通事故與交通沖突技術(shù)理論模型及方法進(jìn)行了研究，陳強(qiáng)［6］對高速公路交通流特征參數(shù)被動(dòng)聲學(xué)檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，張曉燕［7］基于危害基礎(chǔ)理論對救援組織進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。文中以系統(tǒng)工程為指導(dǎo)思想，立足于先進(jìn)的信息技術(shù)，研究了高速公路快速反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)分析

針對突發(fā)事件的快速反應(yīng)是高速公路指揮調(diào)度中心建設(shè)的主要出發(fā)點(diǎn)?？焖俜磻?yīng)系統(tǒng)綜合處理多種救援電話（報(bào)警電話、救助電話、路邊緊急電話），完成接警業(yè)務(wù)；在共享事件信息及響應(yīng)資源信息的基礎(chǔ)上，提供輔助決策指揮手段；通過無縫集成語音傳輸通信系統(tǒng)、中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、GPS車輛定位系統(tǒng)、緊急電話報(bào)警系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度和應(yīng)急救援的快速反應(yīng)能力。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 體系結(jié)構(gòu)

快速反應(yīng)系統(tǒng)以接警→確認(rèn)→調(diào)度→接受反饋→修正調(diào)度的流程處理突發(fā)事件。接警后，事件信息和車輛定位信息通過接口輸入到系統(tǒng)；指揮人員據(jù)此制定方案，調(diào)度相關(guān)部門快速響應(yīng)；根據(jù)現(xiàn)場信息反饋，及時(shí)調(diào)整處理方案；實(shí)時(shí)發(fā)布事件處理進(jìn)程及結(jié)果。

快速反應(yīng)系統(tǒng)由地理信息系統(tǒng)（包括前臺電子地圖和后臺空間數(shù)據(jù)庫）、交通狀況監(jiān)控、預(yù)案管理、指揮調(diào)度、救援實(shí)施5個(gè)模塊組成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 快速反應(yīng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

地理信息系統(tǒng)是系統(tǒng)中樞，既提供可視化的操作界面，又整合相關(guān)信息，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)；交通狀況監(jiān)控，即事件報(bào)警提示或事件信息查詢；預(yù)案管理，提供事故處理流程及其它輔助信息，包括相關(guān)單位資源力量、聯(lián)系方式等；指揮調(diào)度是系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，指揮人員根據(jù)預(yù)案、事件及現(xiàn)場狀況、應(yīng)急資源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，制定事件處置方案，調(diào)度救援力量趕赴現(xiàn)場；救援實(shí)施則是事故處置部門依據(jù)中心指令展開救援行為。

2.2 功能設(shè)計(jì)

2.2.1 GIS基本功能

GIS提供了靈活的地圖操作、分層顯示與控制、空間信息查詢與維護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)對高速公路的縮放、平移、瀏覽，可顯示道路平面圖、查詢高速公路附屬設(shè)施屬性等，同時(shí)融合采集到的數(shù)據(jù)，達(dá)到指揮調(diào)度的聯(lián)動(dòng)顯示處理。

2.2.2 指揮調(diào)度功能

根據(jù)突發(fā)事件的實(shí)時(shí)情況，快速組織相關(guān)部門制定應(yīng)急措施，搶救生命和財(cái)產(chǎn)，這是快速反應(yīng)系統(tǒng)的核心功能。

2.2.3 預(yù)案輔助決策功能

建立突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案庫，快速、科學(xué)、自動(dòng)地生成最佳緊急救援方案（包括救援力量、救援裝備、救援路徑、事故現(xiàn)場以及事故影響范圍內(nèi)交通管制措施等），確?？焖俜磻?yīng)處于主動(dòng)，最大程度減少突發(fā)事件造成的損失。

2.2.4 信息采集及服務(wù)功能

指揮調(diào)度中心同時(shí)也是交通管理的信息中心，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)在日常辦公中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過抽取和加工，變成快速反應(yīng)的業(yè)務(wù)信息；服務(wù)功能則體現(xiàn)在面向高速公路運(yùn)營管理人員和公眾的信息提供。

2.2.5 GPS車輛管理功能

完成對高速公路應(yīng)急車輛（巡邏車、清障車等）實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)的同時(shí)，有效管理車輛，包括注冊車輛、刪除車輛、修改車輛屬性等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤顯示、車輛位置屬性查詢、軌跡回放、后臺處理等。

2.2.6 接處警記錄、歷史事件記錄功能

事件處置后，系統(tǒng)將突發(fā)事件及其處置信息存檔，同時(shí)將事件及處理情況匯報(bào)或移交給相關(guān)部門?？焖俜磻?yīng)系統(tǒng)完成接警記錄、事故跟蹤、事故歸檔和歷史事件查詢的功能。

3 系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)開發(fā)涉及眾多的先進(jìn)技術(shù)，例如數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)所采集信息的歸納梳理，智能決策支持分析技術(shù)為預(yù)案的輔助決策提供支持，接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一輸入輸出。而作為系統(tǒng)的支撐平臺，“3G”技術(shù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，即 地 理 信 息 系 統(tǒng) （Geographic Information System，GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、通用無限分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）。

3.1 GIS

GIS是高速公路智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐之一，它是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)［8］。快速反應(yīng)系統(tǒng)對地理空間具有較大的依賴性，GIS技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理和輔助決策分析等都發(fā)揮關(guān)鍵作用。當(dāng)前主流的GIS平臺包括國外的ArcInfo，MapInfo，GeoMedia以及國內(nèi)的SuperMap，MapGIS等。

3.2 GPS

GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。GPS車輛定位在快速反應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。高速公路網(wǎng)中運(yùn)行的車輛包括巡邏車、救援車和道路維護(hù)車，在其上安裝GPS接收及通信設(shè)備后，車載終端的GPS接收機(jī)接收定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計(jì)算自身所處地理位置坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)接口為車載終端提供GPS數(shù)據(jù)，指揮調(diào)度中心可以隨時(shí)掌握路網(wǎng)范圍內(nèi)的車輛分布狀況，當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)調(diào)度就近的警力或救援車輛進(jìn)行響應(yīng)。

3.3 GPRS

GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理。高速公路運(yùn)營車輛在運(yùn)行過程中，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)把GPS通信模塊中的車輛位置、狀態(tài)等綜合信息發(fā)送到具有靜態(tài)IP地址的監(jiān)控中心服務(wù)器，并存入中心數(shù)據(jù)庫。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

依據(jù)前文所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)分析，課題組對吉林省高速公路路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字平臺進(jìn)行了研究開發(fā)。系統(tǒng)的目標(biāo)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)以及GIS／GPS等空間信息技術(shù)，研究開發(fā)一個(gè)性能可靠、操作方便、可擴(kuò)展的平臺，從而優(yōu)化高速公路應(yīng)急資源布置并為突發(fā)事件的快速反應(yīng)提供有效可靠的保障?？焖俜磻?yīng)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 快速反應(yīng)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)車輛定位數(shù)據(jù)流如圖3所示。

系統(tǒng)采用B／S和C／S結(jié)合的方式開發(fā)，接處警記錄、指揮調(diào)度、GIS功能、GPS車輛管理等采用C／S方式，而信息發(fā)布、預(yù)案管理等采用B／S方式。GIS平臺軟件配置為ArcInfo＋ArcSDE＋MapObject2.2＋ArcIMS，數(shù)據(jù)庫管理軟件采用Oracle 10g，服務(wù)器 Windows Server 2003簡體中文企業(yè)版，開發(fā)軟件為VB。GPS系統(tǒng)采用深圳市深駿科技有限公司的“深陽GPS”車載終端進(jìn)行開發(fā)，該終端基于GPS衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)和GSM／GPRS／CDMA通信網(wǎng)絡(luò)的定位通信終端設(shè)備，適用于GPS衛(wèi)星信號和GSM／GPRS／CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的各種室內(nèi)或野外惡劣環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 快速反應(yīng)系統(tǒng)車輛定位數(shù)據(jù)流

目前，課題組已經(jīng)完成電子地圖制作、GPS車輛管理系統(tǒng)、預(yù)案管理功能、基于 WebGIS的信息發(fā)布以及相關(guān)業(yè)務(wù)的開發(fā)工作，正處于系統(tǒng)調(diào)試階段。制作完成的高速公路電子地圖如圖4所示。

圖4 吉林省高速公路電子地圖

GPS車輛定位跟蹤功能菜單如圖5所示。

圖5 GPS車輛定位跟蹤功能菜單

5 結(jié) 語

在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，探討了高速公路快速反應(yīng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能，分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，利用“3G”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了吉林省高速公路路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字平臺。平臺尚不完善，在預(yù)案管理的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能決策和實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)存儲方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)。相信隨著管理體制的完善以及信息技術(shù)的發(fā)展，高速公路必將實(shí)現(xiàn)高效的快速反應(yīng)。

［1］馬社強(qiáng)，韓鳳春，鄭英力.道路交通事故緊急救援體系研究［J］.中國人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（3）：87－91.

［2］陳睿，韓春梅，朱健，等.高速公路應(yīng)急救援指揮軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.交通與計(jì)算機(jī)，2001（5）：26－29.

［3］楊曉光.基于ITS的高速公路緊急救援管理系統(tǒng)研究［J］.上海公路，2002（1）：4－6.

［4］丁同強(qiáng).道路交通事故再現(xiàn)理論模型及方法研究［D］：［博士學(xué)位論文］.長春：吉林大學(xué)，2005.

［5］成衛(wèi).城市道路交通事故與交通沖突技術(shù)理論模型及方法研究［D］：［博士學(xué)位論文］.長春：吉林大學(xué)，2004.

［6］陳強(qiáng).高速公路交通流特征參數(shù)被動(dòng)聲學(xué)檢測技術(shù)研究［D］：［博士學(xué)位論文］.長春：吉林大學(xué)，2005.

［7］張曉燕.高速公路重大突發(fā)事件的危機(jī)救援組織研究［D］：［碩士學(xué)位論文］.武漢：武漢理工大學(xué)，2003.

［8］鄔倫，劉瑜，張晶，等.地理信息系統(tǒng)：原理、方法和應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.