基于“3G”技术的高速公路快速反应系统

王 羽，祖 力，王 巍，李世武

（吉林大学 交通学院，吉林 长春 130025）

0 引 言

随着基础建设的迅速发展和汽车保有量的急剧增加，我国高速公路交通安全问题开始引起公众的关注。高速公路预警机制及救援体系的不完善导致突发紧急事件时响应缓慢、急救资源调配不当，进而造成惨重的人员伤亡和财产损失。交通管理部门处理突发事故要求反应迅速、控制方案科学合理，催生了高速公路快速反应系统的建设需求。

发达国家依靠完善的高速公路快速响应系统获取了非常显著的效益，如德国的全德汽车俱乐部（ADAC）、美国的交通事故管理（FIMS）以及紧急救助（ER）、巴西的道路使用者援助系统（UIS）等［1］。国内目前的研究和应用还处于起步阶段，如陈睿［2］等在监控系统的基础上开发了上海高速公路应急救援指挥系统，杨晓光［3］等提出了基于ITS框架的高速公路紧急救援系统，丁同强［4］在道路交通事故研究的基础上对事故再现理论模型及方法进行了研究，成卫［5］对城市道路交通事故与交通冲突技术理论模型及方法进行了研究，陈强［6］对高速公路交通流特征参数被动声学检测技术进行了研究，张晓燕［7］基于危害基础理论对救援组织进行了系统性研究。文中以系统工程为指导思想，立足于先进的信息技术，研究了高速公路快速反应系统的设计与实现。

1 系统分析

针对突发事件的快速反应是高速公路指挥调度中心建设的主要出发点。快速反应系统综合处理多种救援电话（报警电话、救助电话、路边紧急电话），完成接警业务；在共享事件信息及响应资源信息的基础上，提供辅助决策指挥手段；通过无缝集成语音传输通信系统、中心计算机系统、GPS车辆定位系统、紧急电话报警系统、地理信息系统，实现指挥调度和应急救援的快速反应能力。

2 系统设计

2.1 体系结构

快速反应系统以接警→确认→调度→接受反馈→修正调度的流程处理突发事件。接警后，事件信息和车辆定位信息通过接口输入到系统；指挥人员据此制定方案，调度相关部门快速响应；根据现场信息反馈，及时调整处理方案；实时发布事件处理进程及结果。

快速反应系统由地理信息系统（包括前台电子地图和后台空间数据库）、交通状况监控、预案管理、指挥调度、救援实施5个模块组成，其体系结构如图1所示。

图1 快速反应系统体系结构

地理信息系统是系统中枢，既提供可视化的操作界面，又整合相关信息，构建统一的数据存储和管理系统；交通状况监控，即事件报警提示或事件信息查询；预案管理，提供事故处理流程及其它辅助信息，包括相关单位资源力量、联系方式等；指挥调度是系统的核心业务，指挥人员根据预案、事件及现场状况、应急资源的实时状态，制定事件处置方案，调度救援力量赶赴现场；救援实施则是事故处置部门依据中心指令展开救援行为。

2.2 功能设计

2.2.1 GIS基本功能

GIS提供了灵活的地图操作、分层显示与控制、空间信息查询与维护等功能，实现对高速公路的缩放、平移、浏览，可显示道路平面图、查询高速公路附属设施属性等，同时融合采集到的数据，达到指挥调度的联动显示处理。

2.2.2 指挥调度功能

根据突发事件的实时情况，快速组织相关部门制定应急措施，抢救生命和财产，这是快速反应系统的核心功能。

2.2.3 预案辅助决策功能

建立突发事件应急预案库，快速、科学、自动地生成最佳紧急救援方案（包括救援力量、救援装备、救援路径、事故现场以及事故影响范围内交通管制措施等），确保快速反应处于主动，最大程度减少突发事件造成的损失。

2.2.4 信息采集及服务功能

指挥调度中心同时也是交通管理的信息中心，各业务系统在日常办公中产生的数据经过抽取和加工，变成快速反应的业务信息；服务功能则体现在面向高速公路运营管理人员和公众的信息提供。

2.2.5 GPS车辆管理功能

完成对高速公路应急车辆（巡逻车、清障车等）实时监控任务的同时，有效管理车辆，包括注册车辆、删除车辆、修改车辆属性等，同时实现车辆跟踪显示、车辆位置属性查询、轨迹回放、后台处理等。

2.2.6 接处警记录、历史事件记录功能

事件处置后，系统将突发事件及其处置信息存档，同时将事件及处理情况汇报或移交给相关部门。快速反应系统完成接警记录、事故跟踪、事故归档和历史事件查询的功能。

3 系统开发关键技术

系统开发涉及众多的先进技术，例如数据融合技术实现所采集信息的归纳梳理，智能决策支持分析技术为预案的辅助决策提供支持，接口技术实现不同系统、不同标准数据的统一输入输出。而作为系统的支撑平台，“3G”技术发挥关键作用，即 地 理 信 息 系 统 （Geographic Information System，GIS）、全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）、通用无限分组业务（General Packet Radio Service，GPRS）。

3.1 GIS

GIS是高速公路智能交通系统的基础支撑之一，它是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术［8］。快速反应系统对地理空间具有较大的依赖性，GIS技术对于实现系统的可视化、实时动态管理和辅助决策分析等都发挥关键作用。当前主流的GIS平台包括国外的ArcInfo，MapInfo，GeoMedia以及国内的SuperMap，MapGIS等。

3.2 GPS

GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS车辆定位在快速反应系统中发挥重要作用。高速公路网中运行的车辆包括巡逻车、救援车和道路维护车，在其上安装GPS接收及通信设备后，车载终端的GPS接收机接收定位卫星的定位数据，计算自身所处地理位置坐标，通过数据接口为车载终端提供GPS数据，指挥调度中心可以随时掌握路网范围内的车辆分布状况，当突发事件发生时调度就近的警力或救援车辆进行响应。

3.3 GPRS

GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，实现数据的高速处理。高速公路运营车辆在运行过程中，利用GPRS网络把GPS通信模块中的车辆位置、状态等综合信息发送到具有静态IP地址的监控中心服务器，并存入中心数据库。

4 系统实现

依据前文所述系统设计及关键技术分析，课题组对吉林省高速公路路网指挥调度系统数字平台进行了研究开发。系统的目标是运用计算机技术、现代通讯技术以及GIS／GPS等空间信息技术，研究开发一个性能可靠、操作方便、可扩展的平台，从而优化高速公路应急资源布置并为突发事件的快速反应提供有效可靠的保障。快速反应系统物理结构如图2所示。

图2 快速反应系统物理结构

系统车辆定位数据流如图3所示。

系统采用B／S和C／S结合的方式开发，接处警记录、指挥调度、GIS功能、GPS车辆管理等采用C／S方式，而信息发布、预案管理等采用B／S方式。GIS平台软件配置为ArcInfo＋ArcSDE＋MapObject2.2＋ArcIMS，数据库管理软件采用Oracle 10g，服务器 Windows Server 2003简体中文企业版，开发软件为VB。GPS系统采用深圳市深骏科技有限公司的“深阳GPS”车载终端进行开发，该终端基于GPS卫星定位网络和GSM／GPRS／CDMA通信网络的定位通信终端设备，适用于GPS卫星信号和GSM／GPRS／CDMA网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境的数据传输。

图3 快速反应系统车辆定位数据流

目前，课题组已经完成电子地图制作、GPS车辆管理系统、预案管理功能、基于 WebGIS的信息发布以及相关业务的开发工作，正处于系统调试阶段。制作完成的高速公路电子地图如图4所示。

图4 吉林省高速公路电子地图

GPS车辆定位跟踪功能菜单如图5所示。

图5 GPS车辆定位跟踪功能菜单

5 结 语

在系统分析的基础上，探讨了高速公路快速反应系统的体系结构和功能，分析了系统实现的关键技术，利用“3G”技术实现了吉林省高速公路路网指挥调度系统数字平台。平台尚不完善，在预案管理的基础上进行智能决策和实时GPS数据存储方面有待进一步加强。相信随着管理体制的完善以及信息技术的发展，高速公路必将实现高效的快速反应。

［1］马社强，韩凤春，郑英力.道路交通事故紧急救援体系研究［J］.中国人民公安大学学报：自然科学版，2004（3）：87－91.

［2］陈睿，韩春梅，朱健，等.高速公路应急救援指挥软件系统的设计［J］.交通与计算机，2001（5）：26－29.

［3］杨晓光.基于ITS的高速公路紧急救援管理系统研究［J］.上海公路，2002（1）：4－6.

［4］丁同强.道路交通事故再现理论模型及方法研究［D］：［博士学位论文］.长春：吉林大学，2005.

［5］成卫.城市道路交通事故与交通冲突技术理论模型及方法研究［D］：［博士学位论文］.长春：吉林大学，2004.

［6］陈强.高速公路交通流特征参数被动声学检测技术研究［D］：［博士学位论文］.长春：吉林大学，2005.

［7］张晓燕.高速公路重大突发事件的危机救援组织研究［D］：［硕士学位论文］.武汉：武汉理工大学，2003.

［8］邬伦，刘瑜，张晶，等.地理信息系统：原理、方法和应用［M］.北京：科学出版社，2001.