基于智慧交通的高速公路应急平台设计与实现

张华平，孙立恒

(江西省地质局地理信息工程大队，江西 南昌 330001)

随着社会经济的快速发展，城市规模的急剧扩展，城市各类突发应急事件时有发生。作为关系着人们日常出行、游玩的城市高速公路交通系统，也因为车辆的增多导致各类重大交通突发应急事件频发，给人们出行安全造成了严重危害[1]。2020年11月的包茂高速铜川市耀州区段“11·24”较大道路运输事故，导致5人死亡、10人受伤；2021年7月的G22青兰高速“7.26”重大交通事故，导致13人死亡，44人受伤等[2]。因此，基于“智慧交通”设计理念，搭建一套高效且智能的高速公路应急管理平台势在必行。本文利用GIS、GPS以及物联网等技术，构建高速公路应急管理数据库，开发高速公路应急管理平台，实现高速公路各类数据资源的“一张图”展示、查询和统计、车辆的监测和定位、应急事件管理以及指挥调度管理等功能，提高交通事故发现效率，合理调度救援资源，从而实现在最短时间内响应高速公路突发应急事件，以争取更多的救援时间。

1 需求分析

1.1 业务需求

对城市高速公路应急管理需求调研，主要包括三方面内容，一是以电子地图为底图，叠加高速公路相关空间数据，实现高速公路数据资源图文一体化、二三维一体化展示、空间查询、统计和分析[3]。二是利用GPS、无人机以及视频监控等技术，一方面实现高速车辆的实时定位以及监测，另一方面实现高速公路应急事件从发现、响应、指挥、调度到归档评估全过程管理。三是利用安全保密技术，对平台设置相应的权限以及运行监测，确保平台安全、稳定且高效运行。

1.2 性能需求

平台性能主要体现在如下几个方面。一是平台先进性需求。平台建设应遵循先进设计理念，在建设过程考虑当前阶段应用的基础上，适当考虑平台未来发展，选择操作简单、稳定的主流产品。二是平台可用性需求[4]。主要包括有效性、可操作性以及平台效率。有效性是平台操作精度要求高，确保突发应急事件发生后能及时报警，并采取应急措施。可操作性是确保平台界面操作简单方便，满足操作需求的前提，尽可能简化。平台效率是确保监测和指挥效率高，做到尽早尽快，总体看，平台从数据接收、分析到结果输出整个过程不超过15 s。三是平台可靠性。平台能够长期稳定、健康运行，无单点故障，平台突发意外概率小于1%[5]。

2 平台设计

2.1 高速公路突发事件应急响应流程设计

根据高速公路突发事件应急响应流程梳理，对原有的流程进行升级改造，包括应急响应前期，应急响应中期、应急响应后期以及应急响应总结四个阶段。第一，通过视频监控、车辆和人工报警等方式，快速发现突发事件，并收集突发事件相关信息；第二，对突发事件紧急启动应急预案；第三，对重大应急事件启动应急会商，通过调取高速公路突发事件相关数据，如，高速公路信息、车辆监测信息以及视频监控信息等，组织机构和专家进行视频会商，并拟定相应应急方案；第四，根据应急方案进行指挥调度，包括信息发布、启动救援以及应急调度等；第五，当突发应急事件处理完毕，需对事件进行事后评估并归档。高速公路突发事件应急响应流程设计如图1所示。

图1 高速公路突发事件应急响应流程

2.2 平台框架设计

高速公路应急管理平台基于SOA架构，采用B/S结构进行设计和实现。平台框架包括六大层次：软硬件层、数据层、业务逻辑层、服务层、应用层以及用户层[6]。

软硬件层是为平台稳定高效运行提供相应的硬件设备、软件系统以及网络环境。数据层是对地理信息数据、高速公路空间数据、应急空间数据和业务数据等进行处理和入库，构建高速公路应急管理数据库。业务逻辑层基于空间数据适配器、数据接口适配器以及应用接口适配器，为服务层提供技术支持。服务层是将常用功能封装成服务，为应用层提供功能服务。应用层是功能展示窗口，主要包括地图管理、事件管理、应急管理等功能。用户层是平台主要用户人员，包括交通主管部门、高速公路管理部门以及公众等。

2.3 功能设计

根据高速公路应急管理需求，采用MVC开发模式，利用Eclipse开发平台和HTML、Java以及CSS等多种开发语言。GIS数据处理和发布分别采用ArcGIS Desktop和ArcGIS Server。平台功能模块设计如图2所示。

图2 平台功能模块图

3 数据库建设

3.1 数据库资源框架

高速公路应急管理数据库资源框架建设应注意四点要求，一是数据库结构设计需遵从国家和行业相关标准；二是数据库整体布局需层次合理且分明；三是数据库需减少结构重复性，降低表结构冗余；四是数据库需确保安全保密[7]。通过对各类数据进行收集、处理、整合、质检、入库和发布，构建高速公路应急管理数据库。整个数据框架建设内容如图3所示。

图3 高速公路应急管理数据库资源框架图

3.2 数据库设计

按照数据库设计的标准规范，高速公路应急管理数据库设计应包括概念模型、逻辑模型以及物理模型设计等内容。本文重点阐述数据库的概念模型和逻辑模型设计两部分内容。概念模型设计是定义数据库实体、实体间的关系等内容，常用E-R图表示[8]。逻辑结构设计是将E-R图转化成数据库中的数据表，从而描述实体属性字段。高速公路突发事件应急管理逻辑表结构如表1所示。

表1 高速公路突发事件应急管理逻辑表结构

4 平台实现

4.1 “一张图”展示

“一张图”展示实现了高速公路应急管理各类数据资源在电子地图上进行多样化直观展示，如，将高速公路沿路视频监控点、服务区以及收费站等数据在地图上进行图文一体化展示，此外还提供地图操作的工具，如放大、缩小、平移、量算以及图层控制等。在此基础上实现数据的自定义空间查询统计以及数据的增、删、改等编辑工作[9]。

4.2 应急事件智能监测

应急事件智能监测主要包括车辆定位监测、运行监测以及突发事件监测等。平台接入高速公路车辆定位资源、视频监控资源以及高速公路运行监测资源，一是实现车辆定位监测，如，救援抢险车辆、危险品运送车辆等；二是利用视频监测信息进行AI分析，对高速公路上发现的行人上高速、违停以及追尾等突发事件进行自动监测分析，并报警指挥中心[10]；三是通过监测高速公路运行数据，进行车流量分析、车辆趋向分析以及出现时间分布分析。

4.3 应急事件会商管理

应急事件会商管理包括会商专家管理和会商管理。会商专家管理是对高速公路应急管理专家进行选聘、使用以及解聘管理，提高专家在高速公路应急管理中发挥的能力。会商管理是对高速公路上突发的重大事件进行快速视频会商讨论，并制定相应应急方案。会商管理流程如图4所示。

图4 会商管理流程示意图

4.4 应急事件指挥调度管理

应急事件指挥调度管理包括应急预案管理和指挥调度管理。应急预案管理是对应急调度指挥、救援物资调度以及交通畅通调度等进行预案管理，主要包括应急预案类型、级别、处理流程、通知方式以及协同部门等信息进行管理，同时根据预案级别启动相应预案，并及时通知场外人员。指挥调度管理是利用视频、广播、单兵通讯以及无人机等设备，构建实时通讯指挥系统，开展应急指挥，对人员、车辆以及物资进行实时调度。

4.5 应急事件档案管理

应急事件档案管理包括档案归档和档案查询。档案归档是将高速公路突发事件应急管理从发现、处置到结案全流程相应的文档资料、电子信息资源等进行最终归档，一方面上交上级单位，另一方面进行存档管理。档案查询是对已归档的突发应急事件进行查询，根据不同人员的权限，查询相应级别的档案信息。

5 结语

在智慧交通时代的大背景下，为实现高速公路信息化、智能化应急管理，本文利用当前先进的GIS、GPS和物联网等技术，升级和优化了高速公路应急事件管理流程，搭建了一套全新的高速公路应急管理平台。该平台实现了高速公路各类数据资源的“一张图”展示，让显示效果更直观，应急事件快速精准定位，应急事件从发现、响应、指挥、调度到归档评估全过程管理，大大缩短了高速公路上应急事件响应时间，提高了高速公路上应急事件管理效率，推动智慧交通的建设和发展。