基于“3G”技術的高速公路快速反應系統

王 羽，祖 力，王 巍，李世武

（吉林大學 交通學院，吉林 長春 130025）

0 引 言

隨著基礎建設的迅速發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注。高速公路預警機制及救援體系的不完善導致突發緊急事件時響應緩慢、急救資源調配不當，進而造成慘重的人員傷亡和財產損失。交通管理部門處理突發事故要求反應迅速、控制方案科學合理，催生了高速公路快速反應系統的建設需求。

發達國家依靠完善的高速公路快速響應系統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（UIS）等［1］。國內目前的研究和應用還處于起步階段，如陳睿［2］等在監控系統的基礎上開發了上海高速公路應急救援指揮系統，楊曉光［3］等提出了基于ITS框架的高速公路緊急救援系統，丁同強［4］在道路交通事故研究的基礎上對事故再現理論模型及方法進行了研究，成衛［5］對城市道路交通事故與交通沖突技術理論模型及方法進行了研究，陳強［6］對高速公路交通流特征參數被動聲學檢測技術進行了研究，張曉燕［7］基于危害基礎理論對救援組織進行了系統性研究。文中以系統工程為指導思想，立足于先進的信息技術，研究了高速公路快速反應系統的設計與實現。

1 系統分析

針對突發事件的快速反應是高速公路指揮調度中心建設的主要出發點。快速反應系統綜合處理多種救援電話（報警電話、救助電話、路邊緊急電話），完成接警業務；在共享事件信息及響應資源信息的基礎上，提供輔助決策指揮手段；通過無縫集成語音傳輸通信系統、中心計算機系統、GPS車輛定位系統、緊急電話報警系統、地理信息系統，實現指揮調度和應急救援的快速反應能力。

2 系統設計

2.1 體系結構

快速反應系統以接警→確認→調度→接受反饋→修正調度的流程處理突發事件。接警后，事件信息和車輛定位信息通過接口輸入到系統；指揮人員據此制定方案，調度相關部門快速響應；根據現場信息反饋，及時調整處理方案；實時發布事件處理進程及結果。

快速反應系統由地理信息系統（包括前臺電子地圖和后臺空間數據庫）、交通狀況監控、預案管理、指揮調度、救援實施5個模塊組成，其體系結構如圖1所示。

圖1 快速反應系統體系結構

地理信息系統是系統中樞，既提供可視化的操作界面，又整合相關信息，構建統一的數據存儲和管理系統；交通狀況監控，即事件報警提示或事件信息查詢；預案管理，提供事故處理流程及其它輔助信息，包括相關單位資源力量、聯系方式等；指揮調度是系統的核心業務，指揮人員根據預案、事件及現場狀況、應急資源的實時狀態，制定事件處置方案，調度救援力量趕赴現場；救援實施則是事故處置部門依據中心指令展開救援行為。

2.2 功能設計

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等功能，實現對高速公路的縮放、平移、瀏覽，可顯示道路平面圖、查詢高速公路附屬設施屬性等，同時融合采集到的數據，達到指揮調度的聯動顯示處理。

2.2.2 指揮調度功能

根據突發事件的實時情況，快速組織相關部門制定應急措施，搶救生命和財產，這是快速反應系統的核心功能。

2.2.3 預案輔助決策功能

建立突發事件應急預案庫，快速、科學、自動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、事故現場以及事故影響范圍內交通管制措施等），確保快速反應處于主動，最大程度減少突發事件造成的損失。

2.2.4 信息采集及服務功能

指揮調度中心同時也是交通管理的信息中心，各業務系統在日常辦公中產生的數據經過抽取和加工，變成快速反應的業務信息；服務功能則體現在面向高速公路運營管理人員和公眾的信息提供。

2.2.5 GPS車輛管理功能

完成對高速公路應急車輛（巡邏車、清障車等）實時監控任務的同時，有效管理車輛，包括注冊車輛、刪除車輛、修改車輛屬性等，同時實現車輛跟蹤顯示、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，系統將突發事件及其處置信息存檔，同時將事件及處理情況匯報或移交給相關部門。快速反應系統完成接警記錄、事故跟蹤、事故歸檔和歷史事件查詢的功能。

3 系統開發關鍵技術

系統開發涉及眾多的先進技術，例如數據融合技術實現所采集信息的歸納梳理，智能決策支持分析技術為預案的輔助決策提供支持，接口技術實現不同系統、不同標準數據的統一輸入輸出。而作為系統的支撐平臺，“3G”技術發揮關鍵作用，即 地 理 信 息 系 統 （Geographic Information System，GIS）、全球衛星定位系統（Global Positioning System，GPS）、通用無限分組業務（General Packet Radio Service，GPRS）。

3.1 GIS

GIS是高速公路智能交通系統的基礎支撐之一，它是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術［8］。快速反應系統對地理空間具有較大的依賴性，GIS技術對于實現系統的可視化、實時動態管理和輔助決策分析等都發揮關鍵作用。當前主流的GIS平臺包括國外的ArcInfo，MapInfo，GeoMedia以及國內的SuperMap，MapGIS等。

3.2 GPS

GPS是以衛星為基礎的無線電導航定位系統，具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。GPS車輛定位在快速反應系統中發揮重要作用。高速公路網中運行的車輛包括巡邏車、救援車和道路維護車，在其上安裝GPS接收及通信設備后，車載終端的GPS接收機接收定位衛星的定位數據，計算自身所處地理位置坐標，通過數據接口為車載終端提供GPS數據，指揮調度中心可以隨時掌握路網范圍內的車輛分布狀況，當突發事件發生時調度就近的警力或救援車輛進行響應。

3.3 GPRS

GPRS是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接，實現數據的高速處理。高速公路運營車輛在運行過程中，利用GPRS網絡把GPS通信模塊中的車輛位置、狀態等綜合信息發送到具有靜態IP地址的監控中心服務器，并存入中心數據庫。

4 系統實現

依據前文所述系統設計及關鍵技術分析，課題組對吉林省高速公路路網指揮調度系統數字平臺進行了研究開發。系統的目標是運用計算機技術、現代通訊技術以及GIS／GPS等空間信息技術，研究開發一個性能可靠、操作方便、可擴展的平臺，從而優化高速公路應急資源布置并為突發事件的快速反應提供有效可靠的保障。快速反應系統物理結構如圖2所示。

圖2 快速反應系統物理結構

系統車輛定位數據流如圖3所示。

系統采用B／S和C／S結合的方式開發，接處警記錄、指揮調度、GIS功能、GPS車輛管理等采用C／S方式，而信息發布、預案管理等采用B／S方式。GIS平臺軟件配置為ArcInfo＋ArcSDE＋MapObject2.2＋ArcIMS，數據庫管理軟件采用Oracle 10g，服務器 Windows Server 2003簡體中文企業版，開發軟件為VB。GPS系統采用深圳市深駿科技有限公司的“深陽GPS”車載終端進行開發，該終端基于GPS衛星定位網絡和GSM／GPRS／CDMA通信網絡的定位通信終端設備，適用于GPS衛星信號和GSM／GPRS／CDMA網絡覆蓋范圍內的各種室內或野外惡劣環境的數據傳輸。

圖3 快速反應系統車輛定位數據流

目前，課題組已經完成電子地圖制作、GPS車輛管理系統、預案管理功能、基于 WebGIS的信息發布以及相關業務的開發工作，正處于系統調試階段。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 語

在系統分析的基礎上，探討了高速公路快速反應系統的體系結構和功能，分析了系統實現的關鍵技術，利用“3G”技術實現了吉林省高速公路路網指揮調度系統數字平臺。平臺尚不完善，在預案管理的基礎上進行智能決策和實時GPS數據存儲方面有待進一步加強。相信隨著管理體制的完善以及信息技術的發展，高速公路必將實現高效的快速反應。

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

［2］陳睿，韓春梅，朱健，等.高速公路應急救援指揮軟件系統的設計［J］.交通與計算機，2001（5）：26－29.

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

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

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

［6］陳強.高速公路交通流特征參數被動聲學檢測技術研究［D］：［博士學位論文］.長春：吉林大學，2005.

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

［8］鄔倫，劉瑜，張晶，等.地理信息系統：原理、方法和應用［M］.北京：科學出版社，2001.