基于智慧交通的高速公路應急平臺設計與實現(xiàn)

張華平，孫立恒

(江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模的急劇擴展，城市各類突發(fā)應急事件時有發(fā)生。作為關系著人們?nèi)粘３鲂小⒂瓮娴某鞘懈咚俟方煌ㄏ到y(tǒng)，也因為車輛的增多導致各類重大交通突發(fā)應急事件頻發(fā)，給人們出行安全造成了嚴重危害[1]。2020年11月的包茂高速銅川市耀州區(qū)段“11·24”較大道路運輸事故，導致5人死亡、10人受傷；2021年7月的G22青蘭高速“7.26”重大交通事故，導致13人死亡，44人受傷等[2]。因此，基于“智慧交通”設計理念，搭建一套高效且智能的高速公路應急管理平臺勢在必行。本文利用GIS、GPS以及物聯(lián)網(wǎng)等技術，構建高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫，開發(fā)高速公路應急管理平臺，實現(xiàn)高速公路各類數(shù)據(jù)資源的“一張圖”展示、查詢和統(tǒng)計、車輛的監(jiān)測和定位、應急事件管理以及指揮調(diào)度管理等功能，提高交通事故發(fā)現(xiàn)效率，合理調(diào)度救援資源，從而實現(xiàn)在最短時間內(nèi)響應高速公路突發(fā)應急事件，以爭取更多的救援時間。

1 需求分析

1.1 業(yè)務需求

對城市高速公路應急管理需求調(diào)研，主要包括三方面內(nèi)容，一是以電子地圖為底圖，疊加高速公路相關空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)資源圖文一體化、二三維一體化展示、空間查詢、統(tǒng)計和分析[3]。二是利用GPS、無人機以及視頻監(jiān)控等技術，一方面實現(xiàn)高速車輛的實時定位以及監(jiān)測，另一方面實現(xiàn)高速公路應急事件從發(fā)現(xiàn)、響應、指揮、調(diào)度到歸檔評估全過程管理。三是利用安全保密技術，對平臺設置相應的權限以及運行監(jiān)測，確保平臺安全、穩(wěn)定且高效運行。

1.2 性能需求

平臺性能主要體現(xiàn)在如下幾個方面。一是平臺先進性需求。平臺建設應遵循先進設計理念，在建設過程考慮當前階段應用的基礎上，適當考慮平臺未來發(fā)展，選擇操作簡單、穩(wěn)定的主流產(chǎn)品。二是平臺可用性需求[4]。主要包括有效性、可操作性以及平臺效率。有效性是平臺操作精度要求高，確保突發(fā)應急事件發(fā)生后能及時報警，并采取應急措施。可操作性是確保平臺界面操作簡單方便，滿足操作需求的前提，盡可能簡化。平臺效率是確保監(jiān)測和指揮效率高，做到盡早盡快，總體看，平臺從數(shù)據(jù)接收、分析到結果輸出整個過程不超過15 s。三是平臺可靠性。平臺能夠長期穩(wěn)定、健康運行，無單點故障，平臺突發(fā)意外概率小于1%[5]。

2 平臺設計

2.1 高速公路突發(fā)事件應急響應流程設計

根據(jù)高速公路突發(fā)事件應急響應流程梳理，對原有的流程進行升級改造，包括應急響應前期，應急響應中期、應急響應后期以及應急響應總結四個階段。第一，通過視頻監(jiān)控、車輛和人工報警等方式，快速發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件，并收集突發(fā)事件相關信息；第二，對突發(fā)事件緊急啟動應急預案；第三，對重大應急事件啟動應急會商，通過調(diào)取高速公路突發(fā)事件相關數(shù)據(jù)，如，高速公路信息、車輛監(jiān)測信息以及視頻監(jiān)控信息等，組織機構和專家進行視頻會商，并擬定相應應急方案；第四，根據(jù)應急方案進行指揮調(diào)度，包括信息發(fā)布、啟動救援以及應急調(diào)度等；第五，當突發(fā)應急事件處理完畢，需對事件進行事后評估并歸檔。高速公路突發(fā)事件應急響應流程設計如圖1所示。

圖1 高速公路突發(fā)事件應急響應流程

2.2 平臺框架設計

高速公路應急管理平臺基于SOA架構，采用B/S結構進行設計和實現(xiàn)。平臺框架包括六大層次：軟硬件層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、服務層、應用層以及用戶層[6]。

軟硬件層是為平臺穩(wěn)定高效運行提供相應的硬件設備、軟件系統(tǒng)以及網(wǎng)絡環(huán)境。數(shù)據(jù)層是對地理信息數(shù)據(jù)、高速公路空間數(shù)據(jù)、應急空間數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)等進行處理和入庫，構建高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫。業(yè)務邏輯層基于空間數(shù)據(jù)適配器、數(shù)據(jù)接口適配器以及應用接口適配器，為服務層提供技術支持。服務層是將常用功能封裝成服務，為應用層提供功能服務。應用層是功能展示窗口，主要包括地圖管理、事件管理、應急管理等功能。用戶層是平臺主要用戶人員，包括交通主管部門、高速公路管理部門以及公眾等。

2.3 功能設計

根據(jù)高速公路應急管理需求，采用MVC開發(fā)模式，利用Eclipse開發(fā)平臺和HTML、Java以及CSS等多種開發(fā)語言。GIS數(shù)據(jù)處理和發(fā)布分別采用ArcGIS Desktop和ArcGIS Server。平臺功能模塊設計如圖2所示。

圖2 平臺功能模塊圖

3 數(shù)據(jù)庫建設

3.1 數(shù)據(jù)庫資源框架

高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫資源框架建設應注意四點要求，一是數(shù)據(jù)庫結構設計需遵從國家和行業(yè)相關標準；二是數(shù)據(jù)庫整體布局需層次合理且分明；三是數(shù)據(jù)庫需減少結構重復性，降低表結構冗余；四是數(shù)據(jù)庫需確保安全保密[7]。通過對各類數(shù)據(jù)進行收集、處理、整合、質(zhì)檢、入庫和發(fā)布，構建高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫。整個數(shù)據(jù)框架建設內(nèi)容如圖3所示。

圖3 高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫資源框架圖

3.2 數(shù)據(jù)庫設計

按照數(shù)據(jù)庫設計的標準規(guī)范，高速公路應急管理數(shù)據(jù)庫設計應包括概念模型、邏輯模型以及物理模型設計等內(nèi)容。本文重點闡述數(shù)據(jù)庫的概念模型和邏輯模型設計兩部分內(nèi)容。概念模型設計是定義數(shù)據(jù)庫實體、實體間的關系等內(nèi)容，常用E-R圖表示[8]。邏輯結構設計是將E-R圖轉化成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，從而描述實體屬性字段。高速公路突發(fā)事件應急管理邏輯表結構如表1所示。

表1 高速公路突發(fā)事件應急管理邏輯表結構

4 平臺實現(xiàn)

4.1 “一張圖”展示

“一張圖”展示實現(xiàn)了高速公路應急管理各類數(shù)據(jù)資源在電子地圖上進行多樣化直觀展示，如，將高速公路沿路視頻監(jiān)控點、服務區(qū)以及收費站等數(shù)據(jù)在地圖上進行圖文一體化展示，此外還提供地圖操作的工具，如放大、縮小、平移、量算以及圖層控制等。在此基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自定義空間查詢統(tǒng)計以及數(shù)據(jù)的增、刪、改等編輯工作[9]。

4.2 應急事件智能監(jiān)測

應急事件智能監(jiān)測主要包括車輛定位監(jiān)測、運行監(jiān)測以及突發(fā)事件監(jiān)測等。平臺接入高速公路車輛定位資源、視頻監(jiān)控資源以及高速公路運行監(jiān)測資源，一是實現(xiàn)車輛定位監(jiān)測，如，救援搶險車輛、危險品運送車輛等；二是利用視頻監(jiān)測信息進行AI分析，對高速公路上發(fā)現(xiàn)的行人上高速、違停以及追尾等突發(fā)事件進行自動監(jiān)測分析，并報警指揮中心[10]；三是通過監(jiān)測高速公路運行數(shù)據(jù)，進行車流量分析、車輛趨向分析以及出現(xiàn)時間分布分析。

4.3 應急事件會商管理

應急事件會商管理包括會商專家管理和會商管理。會商專家管理是對高速公路應急管理專家進行選聘、使用以及解聘管理，提高專家在高速公路應急管理中發(fā)揮的能力。會商管理是對高速公路上突發(fā)的重大事件進行快速視頻會商討論，并制定相應應急方案。會商管理流程如圖4所示。

圖4 會商管理流程示意圖

4.4 應急事件指揮調(diào)度管理

應急事件指揮調(diào)度管理包括應急預案管理和指揮調(diào)度管理。應急預案管理是對應急調(diào)度指揮、救援物資調(diào)度以及交通暢通調(diào)度等進行預案管理，主要包括應急預案類型、級別、處理流程、通知方式以及協(xié)同部門等信息進行管理，同時根據(jù)預案級別啟動相應預案，并及時通知場外人員。指揮調(diào)度管理是利用視頻、廣播、單兵通訊以及無人機等設備，構建實時通訊指揮系統(tǒng)，開展應急指揮，對人員、車輛以及物資進行實時調(diào)度。

4.5 應急事件檔案管理

應急事件檔案管理包括檔案歸檔和檔案查詢。檔案歸檔是將高速公路突發(fā)事件應急管理從發(fā)現(xiàn)、處置到結案全流程相應的文檔資料、電子信息資源等進行最終歸檔，一方面上交上級單位，另一方面進行存檔管理。檔案查詢是對已歸檔的突發(fā)應急事件進行查詢，根據(jù)不同人員的權限，查詢相應級別的檔案信息。

5 結語

在智慧交通時代的大背景下，為實現(xiàn)高速公路信息化、智能化應急管理，本文利用當前先進的GIS、GPS和物聯(lián)網(wǎng)等技術，升級和優(yōu)化了高速公路應急事件管理流程，搭建了一套全新的高速公路應急管理平臺。該平臺實現(xiàn)了高速公路各類數(shù)據(jù)資源的“一張圖”展示，讓顯示效果更直觀，應急事件快速精準定位，應急事件從發(fā)現(xiàn)、響應、指揮、調(diào)度到歸檔評估全過程管理，大大縮短了高速公路上應急事件響應時間，提高了高速公路上應急事件管理效率，推動智慧交通的建設和發(fā)展。