基于互聯(lián)網(wǎng)+聲測(cè)的重大交通事故一體化快速救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鳳鵬飛，金會(huì)慶

(1.安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，合肥 230601；2.國(guó)家車(chē)輛駕駛安全工程技術(shù)研究中心，合肥 230601)

道路交通事故發(fā)生后，第一時(shí)間的快速救援直接關(guān)系著事故中人員的生命安全。在前期的研究過(guò)程中，我們通過(guò)試驗(yàn)采集不同車(chē)型、不同車(chē)速碰撞的聲音和自然界干擾聲音，提取聲音特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在發(fā)生重大交通事故的背景下，車(chē)輛碰撞發(fā)出的聲信號(hào)不同于車(chē)輛行駛噪音、喇叭聲音和自然界雷鳴聲的聲信號(hào)，車(chē)輛碰撞時(shí)的聲音瞬間聚集性非常強(qiáng)，其頻率約為喇叭聲音的10倍，雷鳴聲的2倍。因此，采用車(chē)輛碰撞聲信號(hào)檢測(cè)技術(shù)完全可以對(duì)重大交通事故發(fā)生與否進(jìn)行識(shí)別[1]。本文所研究的重大交通事故快速救援就是建立在聲測(cè)識(shí)別的基礎(chǔ)之上的。

1 重大交通事故快速救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

以碰撞聲信號(hào)的發(fā)生作為檢測(cè)點(diǎn)，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+、全球定位系統(tǒng)(GPS)、多項(xiàng)救援、事故勘查與鑒定、事故處理預(yù)案的自動(dòng)生成等技術(shù)和相關(guān)部門(mén)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)重大交通事故快速救援和不斷優(yōu)化救援方案的目的。救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 重大交通事故快速救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2 重大交通事故快速救援系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 重大交通事故自動(dòng)檢測(cè)、定位、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1.1 自動(dòng)聲檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建

國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)利用主觀貝葉斯、證據(jù)理論、模糊綜合決策模型等方法構(gòu)建自動(dòng)聲檢測(cè)系統(tǒng)，主要是通過(guò)交通流參數(shù)變化來(lái)推測(cè)交通事件的發(fā)生[2]，而本研究采用音頻檢測(cè)判斷事故是否發(fā)生。自動(dòng)聲檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集周?chē)穆曇粜盘?hào)，使用DSP搭建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分幀處理，提取特征，根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行模式分類，檢測(cè)重大交通事故的發(fā)生。一旦事故發(fā)生，系統(tǒng)向報(bào)警模塊發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，由報(bào)警模塊與相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警。

圖2 自動(dòng)聲檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.2 重大交通事故自動(dòng)檢測(cè)、定位和自動(dòng)報(bào)警模塊的搭建

重大交通事故自動(dòng)檢測(cè)、定位、自動(dòng)報(bào)警模塊由五大子模塊組成：重大交通事故自動(dòng)聲檢測(cè)模塊、GPS定位模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、電話語(yǔ)音對(duì)講/錄音模塊，如圖3所示。

圖3 重大交通事故自動(dòng)檢測(cè)、定位、自動(dòng)報(bào)警模塊的搭建示意圖

(1)重大交通事故自動(dòng)聲檢測(cè)模塊。該模塊核心功能是適時(shí)采集周邊交通環(huán)境的聲音，并識(shí)別其中的重大交通事故發(fā)生事件，判斷事故發(fā)生后及時(shí)將信息送達(dá)報(bào)警模塊。汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)，汽車(chē)點(diǎn)火信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路喚醒DSP，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入工作模式。DSP控制聲傳感器的AD采樣模塊，并存入緩存；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量達(dá)到分幀條件后，DSP處理該幀信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)結(jié)果為有重大交通事故發(fā)生，則向報(bào)警模塊發(fā)送信號(hào)。當(dāng)汽車(chē)在發(fā)生重大交通事故熄火后，則利用備用電源實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常數(shù)據(jù)傳輸[3]。自動(dòng)聲檢測(cè)模塊如圖4所示。

圖4 重大交通事故自動(dòng)聲檢測(cè)模塊

(2)GPS定位模塊。該模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集當(dāng)前車(chē)輛的地理位置信息，及時(shí)將信息送達(dá)報(bào)警模塊[4]。

(3)報(bào)警模塊。報(bào)警模塊負(fù)責(zé)將檢測(cè)到的報(bào)警信息、地理位置信息通過(guò)數(shù)據(jù)通訊模塊及時(shí)送達(dá)路警聯(lián)合指揮中心救援部門(mén)；同時(shí)該模塊還承擔(dān)邏輯處理、異常處理、調(diào)度、自檢等任務(wù)。

(4)數(shù)據(jù)通訊模塊。數(shù)據(jù)通訊模塊中的輸入接口收到確認(rèn)的碰撞信號(hào)后，其輸出端口會(huì)將交通事故事件、地理位置坐標(biāo)、發(fā)生時(shí)間發(fā)送至路警聯(lián)合指揮中心救援部門(mén)，同時(shí)模塊采用“需要應(yīng)答”模式設(shè)計(jì)，在未收到應(yīng)答處理的情況下持續(xù)循環(huán)發(fā)送信號(hào)，直至收到應(yīng)答為止。

(5)電話語(yǔ)音對(duì)講/錄音模塊：在重大交通事故發(fā)生后，通過(guò)音頻檢測(cè)及數(shù)據(jù)通訊功能迅速將事故信息發(fā)送至路警聯(lián)合指揮中心救援部門(mén)，此時(shí)，電話語(yǔ)音對(duì)講/錄音模塊啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與路警聯(lián)合指揮中心救援部門(mén)的電話語(yǔ)音對(duì)講和錄音功能，以最大可能地使救援人員了解事故現(xiàn)場(chǎng)情況[5]。此模塊工作框架如圖5所示。

圖5 電話語(yǔ)音對(duì)講/錄音模塊工作框架圖

2.2 一體化應(yīng)急救援平臺(tái)的建立

在重大碰撞型交通事故發(fā)生后，一體化重大交通事故快速救援的目的是拯救生命、最大程度地挽回經(jīng)濟(jì)損失，因此，構(gòu)建重大交通事故現(xiàn)場(chǎng)和救援中心一體化遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)指揮平臺(tái)，對(duì)降低事故死亡率、傷殘率起著積極且關(guān)鍵的作用。

2.2.1 救援平臺(tái)的構(gòu)成

一體化重大交通事故快速救援技術(shù)平臺(tái)由事故現(xiàn)場(chǎng)救援平臺(tái)、救援中心指揮平臺(tái)、輔助救援平臺(tái)、快速救援預(yù)案系統(tǒng)等構(gòu)成，是基于互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)(GIS/GPS/GPRS)，集成所有與交通事故、交通事故快速救援有關(guān)的信息、數(shù)據(jù)、資源形成的公共資源平臺(tái)，整合水、電、氣、醫(yī)療等部門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建的一體化救援聯(lián)動(dòng)指揮技術(shù)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)廣域綜合信息和資源在救援平臺(tái)的指揮下快速的、有組織的、全方位的共享共用，形成快速救援的技術(shù)能力[6-7]。快速救援技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 一體化重大交通事故快速救援技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)路線的設(shè)計(jì)

當(dāng)重大交通事故發(fā)生時(shí)，聲信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸至應(yīng)急中心，經(jīng)確認(rèn)為重大交通事故后，應(yīng)急中心將根據(jù)此交通事故的大小、種類、人員傷亡等信息的初步判斷來(lái)確保下一步救援實(shí)施的針對(duì)性，這里需要借助動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)等權(quán)威的信息系統(tǒng)。確定交通事故等級(jí)后，將自動(dòng)生成救援預(yù)案，應(yīng)急中心即可成立現(xiàn)場(chǎng)指揮部和啟動(dòng)應(yīng)急中心救援程序，兩個(gè)工作小組同時(shí)作業(yè)，相互協(xié)作、交流。這里的救援包括工程救援、醫(yī)學(xué)急救、事故現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和善后處理綜合救援項(xiàng)目，這種一體化的綜合應(yīng)急救援比分批救援、分時(shí)救援等方法更加迅速和全面，確保了救援的可靠性和時(shí)效性。一體化重大交通事故快速救援技術(shù)路線圖如圖7所示。

圖7 一體化重大交通事故快速救援技術(shù)路線圖

2.3 事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

大量的研究表明，交通事故發(fā)生后的10 min內(nèi)是傷員救治的最好時(shí)間段，1 h之內(nèi)是傷員救治的有效時(shí)間段，如果在以上時(shí)間段內(nèi)傷員得到了有效的應(yīng)急救援和基礎(chǔ)醫(yī)療救治，那么傷員的死亡比例可以降低至18%～25%[8]。因此，重大交通事故應(yīng)急救援技術(shù)對(duì)降低事故死亡率、傷殘率起著積極且關(guān)鍵的作用。

2.3.1 重大交通事故快速勘測(cè)系統(tǒng)

重大交通事故快速勘測(cè)系統(tǒng)是以事故勘測(cè)車(chē)為載體，設(shè)有車(chē)載升降機(jī)構(gòu)單元、云臺(tái)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)以及快速勘測(cè)軟件系統(tǒng)[9]等，如圖8所示。

圖8 重大交通事故快速勘測(cè)系統(tǒng)

2.3.2 快速勘測(cè)法

以往在事故現(xiàn)場(chǎng)放置一種1 m的高精度比例尺，借助被測(cè)量體與尺子的尺寸對(duì)比來(lái)相對(duì)算出現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量體的尺寸數(shù)據(jù)[10]，這種比例測(cè)量法過(guò)于簡(jiǎn)單，測(cè)量精度達(dá)不到交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘察繪圖的精度要求。本研究采用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法，主要是利用現(xiàn)代攝影測(cè)量學(xué)中的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)事故信息的快速采集。該數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)集成在快速救援車(chē)上，在救援車(chē)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)后，利用車(chē)載(或無(wú)人機(jī))快速數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可以根據(jù)需要在撤離現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行分析或數(shù)據(jù)發(fā)送，也可以根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量分析、快速出圖。這種結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的攝影測(cè)量技術(shù)，對(duì)現(xiàn)代交通事故快速救援有著變革性的意義[11]。快速勘測(cè)示意圖如圖9所示。

圖9 快速勘測(cè)示意圖

3 一體化快速救援預(yù)案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前交通事故信息管理系統(tǒng)多以查詢?yōu)橹?，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸入條件自動(dòng)編輯應(yīng)急預(yù)案[12-13]。本設(shè)計(jì)中將數(shù)據(jù)查詢功能轉(zhuǎn)換為自動(dòng)生成應(yīng)急救援預(yù)案功能。為了更好地在后續(xù)救援中實(shí)現(xiàn)快速救援，設(shè)計(jì)了一套交通事故處理預(yù)案庫(kù)，庫(kù)中有各種成功的交通事故救援方案，預(yù)案庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)不斷擴(kuò)容和升級(jí)，在新的一起交通事故發(fā)生后，只要輸入必要的事故特點(diǎn)等條件，就可以形成一套工程救援、醫(yī)學(xué)急救、輔助救援、事故現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)等合理的救援方案，為快速救援贏得寶貴的時(shí)間。該預(yù)案庫(kù)涉及到醫(yī)學(xué)診斷、故障分析、模式識(shí)別、決策支持等諸多方面。一體化快速救援預(yù)案系統(tǒng)工作框架圖如圖10所示。

圖10 一體化快速救援預(yù)案系統(tǒng)工作框架圖

3.1 專家知識(shí)庫(kù)的建立

專家知識(shí)庫(kù)中的專家知識(shí)一般包括兩個(gè)方面：推理規(guī)則，這是專家系統(tǒng)進(jìn)行推理的邏輯依據(jù)，主要解決在什么情況下應(yīng)采取什么樣的處理方案的問(wèn)題；信息數(shù)據(jù)庫(kù)，主要存儲(chǔ)進(jìn)行推理決策所需要的前提條件和背景知識(shí)，如事故發(fā)生地點(diǎn)附近的道路交通情況、可供利用的救援設(shè)施等。專家知識(shí)庫(kù)既可以采用人工交互的方式，也可以采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方式實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲取。

3.2 事故潛在趨勢(shì)的評(píng)估和預(yù)測(cè)

根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、專家知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)提供的信息，建立重大交通事故潛在趨勢(shì)評(píng)估模型，對(duì)每個(gè)已確定的重大事故作出潛在趨勢(shì)評(píng)估，包括有無(wú)擴(kuò)大趨勢(shì)和危險(xiǎn)趨勢(shì)；可能對(duì)周?chē)h(huán)境造成的危害及影響范圍；預(yù)測(cè)可能導(dǎo)致的機(jī)械傷害、重物打擊、高處墜落、觸電傷害、腐蝕傷害、火災(zāi)爆炸、中毒危害、粉塵危害、噪聲危害、振動(dòng)危害、放射性危害等。

3.3 重大交通事故快速救援預(yù)案自動(dòng)生成

根據(jù)事故基本數(shù)據(jù)模型和事故潛在趨勢(shì)評(píng)估模型，自動(dòng)生成工程救援、醫(yī)學(xué)急救、輔助救援、現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的快速救援預(yù)案。

3.4 一體化快速救援預(yù)案庫(kù)的更新

每一起交通事故都存在著共性和個(gè)性問(wèn)題，所以救援預(yù)案自動(dòng)生成后，在實(shí)際救援過(guò)程中還會(huì)碰到一系列的事故個(gè)性問(wèn)題需要應(yīng)對(duì)處理，但這些問(wèn)題不會(huì)影響整個(gè)救援的效果，可以及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化事故預(yù)案，并在事故救援后對(duì)救援預(yù)案庫(kù)進(jìn)行更新，這樣不僅能豐富快速救援預(yù)案庫(kù)，而且能更好地為以后的快速準(zhǔn)確救援提供條件。

4 結(jié)論

在車(chē)輛碰撞聲音信號(hào)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，建立了重大交通事故快速救援系統(tǒng)，分別對(duì)交通事故自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、一體化應(yīng)急救援平臺(tái)、交通事故勘測(cè)系統(tǒng)、一體化快速救援預(yù)案系統(tǒng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、GPS、路警聯(lián)合指揮中心平臺(tái)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、專家知識(shí)庫(kù)等技術(shù)和平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)重大交通事故一體化快速救援，為人員的生命救援贏得寶貴的時(shí)間。