基于智慧交通的高速公路應急平臺設計與實現

張華平，孫立恒

(江西省地質局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001)

隨著社會經濟的快速發展，城市規模的急劇擴展，城市各類突發應急事件時有發生。作為關系著人們日常出行、游玩的城市高速公路交通系統，也因為車輛的增多導致各類重大交通突發應急事件頻發，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以及物聯網等技術，構建高速公路應急管理數據庫，開發高速公路應急管理平臺，實現高速公路各類數據資源的“一張圖”展示、查詢和統計、車輛的監測和定位、應急事件管理以及指揮調度管理等功能，提高交通事故發現效率，合理調度救援資源，從而實現在最短時間內響應高速公路突發應急事件，以爭取更多的救援時間。

1 需求分析

1.1 業務需求

對城市高速公路應急管理需求調研，主要包括三方面內容，一是以電子地圖為底圖，疊加高速公路相關空間數據，實現高速公路數據資源圖文一體化、二三維一體化展示、空間查詢、統計和分析[3]。二是利用GPS、無人機以及視頻監控等技術，一方面實現高速車輛的實時定位以及監測，另一方面實現高速公路應急事件從發現、響應、指揮、調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測，確保平臺安全、穩定且高效運行。

1.2 性能需求

平臺性能主要體現在如下幾個方面。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展，選擇操作簡單、穩定的主流產品。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，確保突發應急事件發生后能及時報警，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。平臺效率是確保監測和指揮效率高，做到盡早盡快，總體看，平臺從數據接收、分析到結果輸出整個過程不超過15 s。三是平臺可靠性。平臺能夠長期穩定、健康運行，無單點故障，平臺突發意外概率小于1%[5]。

2 平臺設計

2.1 高速公路突發事件應急響應流程設計

根據高速公路突發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，通過視頻監控、車輛和人工報警等方式，快速發現突發事件，并收集突發事件相關信息；第二，對突發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，通過調取高速公路突發事件相關數據，如，高速公路信息、車輛監測信息以及視頻監控信息等，組織機構和專家進行視頻會商，并擬定相應應急方案；第四，根據應急方案進行指揮調度，包括信息發布、啟動救援以及應急調度等；第五，當突發應急事件處理完畢，需對事件進行事后評估并歸檔。高速公路突發事件應急響應流程設計如圖1所示。

圖1 高速公路突發事件應急響應流程

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。平臺框架包括六大層次：軟硬件層、數據層、業務邏輯層、服務層、應用層以及用戶層[6]。

軟硬件層是為平臺穩定高效運行提供相應的硬件設備、軟件系統以及網絡環境。數據層是對地理信息數據、高速公路空間數據、應急空間數據和業務數據等進行處理和入庫，構建高速公路應急管理數據庫。業務邏輯層基于空間數據適配器、數據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

根據高速公路應急管理需求，采用MVC開發模式，利用Eclipse開發平臺和HTML、Java以及CSS等多種開發語言。GIS數據處理和發布分別采用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 數據庫建設

3.1 數據庫資源框架

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

圖3 高速公路應急管理數據庫資源框架圖

3.2 數據庫設計

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

表1 高速公路突發事件應急管理邏輯表結構

4 平臺實現

4.1 “一張圖”展示

“一張圖”展示實現了高速公路應急管理各類數據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控點、服務區以及收費站等數據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。在此基礎上實現數據的自定義空間查詢統計以及數據的增、刪、改等編輯工作[9]。

4.2 應急事件智能監測

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

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揮的能力。會商管理是對高速公路上突發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 應急事件指揮調度管理

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

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事件應急管理從發現、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應急事件進行查詢，根據不同人員的權限，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和物聯網等技術，升級和優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。該平臺實現了高速公路各類數據資源的“一張圖”展示，讓顯示效果更直觀，應急事件快速精準定位，應急事件從發現、響應、指揮、調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展。