高速公路應急指揮系統的研究與設計

摘要：結合高速公路應急指揮的特點和需求，本文給出了一種高速公路應急指揮系統的實現方案，該方案通過利用802.11g和GPRS無線網絡實現視頻監控信息的采集和事故信息的上報，通過整合現有各部門的信息管理系統和救援資源設計了具有決策支持功能的應急指揮中心系統軟件，該系統能夠快速反應，迅速確定救援方案，實現了高速公路應急指揮工作的全面優化。

關鍵詞：事故應急指揮系統高速公路決策支持

0 引言

交通建設對社會經濟的發展具有重要的戰略意義，高速公路相較于其它交通手段在運輸能力、速度、便捷性等方面具有突出優勢。目前我國的高速公路建設正處于蓬勃發展時期，高速公路在對社會經濟做出貢獻的同時，也曝露出了自身的一些問題，例如高速公路交通事故頻發、高速公路應急救援困難等等。如何有效的對高速公路進行科學的管理，如何快速的對公路交通事故進行快速有效的救援，是擺在高速公路管理者面前的一個重要問題。

事故應急指揮系統（ICS）目的是在共同標準化的結構下，將設施、設備、人員、程序和通訊聯合為一個整體，提高事故管理的效率和質量[3]。根據相關資料顯示，由于我國高速公路起步較晚，高速公路交通事故緊急救援也還處于起步階段。盡管也有了一系列的對策與措施，但還沒有形成一套完善的高速公路交通事故緊急救援體系，也沒有相應的法規予以保證，與國外高速公路交通事故緊急救援體系相比存在較大差距。具體表現在信息收集被動，事故處理效率不高、各部門協調配合困難等[2]。為了有效解決這些問題，本文提出了一種高速公路應急指揮系統的設計方案。

1 應急指揮系統的關鍵技術

在本方案中高速公路應急指揮系統通過無線視頻監控系統對高速公路上的情況進行實時監控，并結合GIS系統進行事故定位，通過GPRS網關實現對緊急事故的上報，同時當事故發生時，系統具備向相鄰車輛進行預警的功能，減少了連環事故的發生，當指揮中心確認報警信息之后，應急指揮系統立即制定的緊急救援方案，為迅速開展緊急救援服務創造有利信息條件。下面介紹方案實現的一些關鍵技術。

1.1 GIS技術

地理信息系統（GIS）是一種在不同用戶、系統和地點之間獲取、處理、分析、訪問、表示和傳輸各種空間信息的計算機信息系統，具有完善的數據組織管理和空間分析建模功能。高速公路應急指揮系統中，應用GIS技術和相關的基礎地理數據，能夠在事故發生時快速對事故發生路段進行定位，能夠將緊急救援預案中相關部門、人員、裝備、物資在GIS地圖上進行標注，同時能夠使用Dijkstra算法計算最短救援路徑，為最終緊急救援方案的制定提供信息支持。

1.2 無線視頻監控模塊

視頻監控系統是高速公路應急指揮系統的重要環節，“定點監控、有線傳輸”是目前高速公路監控系統所使用的主要監控方式。但在現實的監控需求中，有線監控傳輸往往存在著一些不足，例如存在監控盲點、無法實現移動巡查、有線網絡搭建困難、網絡建設周期過長等。為了有效滿足應急指揮系統對視頻監控系統的特殊需求，設計了基于S3C2440芯片和嵌入式linux系統的無線視頻監控模塊，其整體結構圖如圖1所示：

無線視頻監控模塊由S3C2440，嵌入式Linux系統，USB攝像頭組，TL-WN322G+無線網卡組成，模塊啟動時，首先加載嵌入式Linux系統，然后加載USB攝像頭驅動和TL-WN322G+無線網卡驅動，通過在嵌入式Linux系統上移植的servfox程序啟動攝像頭進行監控視頻信息采集，然后啟動移植好的嵌入式Web服務器Boa，將采集的視頻數據通過TL-WN322G+無線網卡傳輸到WLAN網絡，并就近接入至SDH網，監控數據通過光纖網絡傳輸至應急指揮中心，以實現對高速公路的實時視頻監控。

該方案的優點主要有：

①采用ARM+Linux的成熟方案，系統穩定，成本較低。

②基于Linux的開放平臺，可以方便的實現后期功能的擴展，實際上GPRS的事故上報模塊就是在Linux平臺上的移植擴展。

③采用802.11b/g無線網絡，視頻監控模塊的體積小、安裝靈活，可根據高速公路各路段的實際情況按需安裝。

1.3 GPRS事故上報模塊

為了能在事故發生時及時進行事故上報，在無線視頻監控模塊的基礎上擴展了GPRS事故上報模塊。GPRS事故上報模塊采用SIM100-E擴展板，SIM100-E是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數據業務提供無線接口。SIM100-E擴展板通過PCI接口與S3C2440相連，考慮到成本的因素，只實現了GPRS事故上報模塊的短消息報警功能，并編寫了相應的應用程序，事故發生時，只要通過相應的報警臺，按下按鈕就可以通過GPRS網絡實現短消息方式的事故上報。

2 高速公路應急指揮系統的實現

2.1 系統的體系結構

高速公路應急指揮系統基于B/S和C/S的綜合軟件架構，其中B/S模式用來顯示采集的視頻信息，C/S模式用來實現對事故的定位、相關人員設備的調度以及對緊急救援方案的決策支持。

2.2 系統的網絡結構

由于高速公路上已建由SDH設備所構成的自愈環光纖網，所以高速公路應急指揮系統的通信網絡在自愈環網的基礎上構建，其基本網絡結構如圖2所示：

在高速公路應急指揮系統的通信網絡結構圖中，由多臺SDH設備所構成的雙纖雙向復用段保護環是整個通信網絡的核心，無線AP節點一方面通過WLAN網絡采集無線視頻監控模塊發送過來的視頻監控數據，另一方面通過SDH設備上的以太網口與SDH設備相連，實現視頻監控數據向應急指揮中心的傳輸。視頻監控數據的傳輸方案采用有線與無線相結合的形式，即保留了無線視頻采集的靈活性，有兼顧了長距離視頻數據傳輸的傳輸質量。GPRS事故上報模塊，通過基站與GPRS網絡相連，可將短消息形式的事故上報信息送到高速公路應急指揮中心的GPRS網關，實現事故上報信息的采集。高速公路應急指揮中心以以太網接口連接SDH設備，主要包括了客戶操作終端，應用服務器，系統數據庫等核心部件，同時通過GIS接口用來連接和獲取GIS系統的相關數據，通過外網接口用來實現與其他部門的信息共享。

2.3 系統的框架結構

在高速公路應急指揮系統的框架結構中，共分為基礎設施層、數據層、中間件層和應用服務層四部分，其結構圖如圖3所示[1]：

圖3中基礎設施層主要包括了應急系統的基本硬件設施，如通信設施，存儲設施，指揮設施和信息采集設施等；數據層存儲系統所必須的各種數據，包括地理信息數據庫、案例數據庫、應急資源數據庫、監控視頻數據庫等，中間件層主要起到連接應用服務層和數據層的作用，應用服務層是系統的核心，系統的所有功能均在此層實現，包括電子地圖顯示、事故定位顯示和應急預案顯示等顯示功能、救援人員調度、120\\110調度、跨部門資源調度等調度功能以及視頻監控、通信控制和決策支持功能。該系統結構合理，能夠為領導的科學決策，應急預案的及時實施、各部門的聯合行動提供信息支持。

2.4 基于案例推理的應急指揮決策支持系統

現階段高速公路管理部門處理緊急事故主要依賴于經驗，高速公路的救援方案制定人員需要對其管理路段的具體情況非常清楚，同時必須具備豐富的事故處理經驗。這樣的處理方式不利于保留事故的處置經驗，為以后提供借鑒，同時也不利于提升事故的處置效率。為了有效提升高速公路的應急指揮水平，充分利用以往處理事故的寶貴經驗，在事故發生后快速提供合理的解決方案，需要建立以案例推理為核心的決策支持系統。

基于案例推理的應急指揮決策支持系統的功能結構圖如圖4所示：

圖4中，最短路徑算法模塊用來結合GIS系統，采用Dijkstra算法計算最短救援路徑，案例推理模塊用來將事故特征與歷史案例庫進行對比，找出相似的歷史案例，并提供救援參考方案，經驗學習模塊在事故處理后，對本次事故的處理方案進行學習，形成新的案例。人機交互界面提供用戶與系統交流的平臺，事件輸入與預處理模塊用來將輸入的事故信息格式化，方便與案例庫中的信息進行比較。

案例推理的具體流程圖如圖5所示：

3 結束語

本文分析了現有高速公路管理系統在應急指揮上的不足，給出了高速公路應急指揮系統的框架結構、網絡結構以及無線視頻采集模塊和GPRS報警模塊的實現方案。該系統結合了高速公路應急管理的特點，對提高高速公路管理部門的應急反應能力，快速協調和組織人員開展救援，減少事故造成的損失具有積極意義。

參考文獻：

[1]林富明.GIS在城市突發公共事件應急指揮系統的應用研究[J].繪測與空間地理信息.2009(6):31-33.

[2]司現梅.高速公路應急指揮系統解決方案淺析[J].中國交通產業信息.2010(3):104-105.

[3]劉鐵民.重大事故應急指揮系統（ICS）框架與功能[J].中國安全生產科學技術.2007(4):3-7.