周玨 劉愫昀

【摘 要】針對(duì)出現(xiàn)出行安全和車禍?zhǔn)鹿屎髠麊T得不到及時(shí)救助以及治療導(dǎo)致死亡是當(dāng)今社會(huì)不可忽視的問題。本文設(shè)計(jì)了對(duì)遭遇車禍?zhǔn)鹿蔬M(jìn)行急救的一款系統(tǒng)--北斗Queen。該系統(tǒng)主要基于北斗衛(wèi)星的授時(shí)服務(wù)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短報(bào)文通訊方式，結(jié)合監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控、軌跡記錄、最佳路徑選擇等功能，使120急救中心及時(shí)對(duì)遭遇安全問題的乘客進(jìn)行急救，之后基于GIS和人工智能，根據(jù)城市交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)建立交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)此交通網(wǎng)絡(luò)信息。之后再根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的車輛平均速度，為交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D添上不同顏色的圖層，從而辨別不同街道的路況。最后，在此基礎(chǔ)上使用一種新的啟發(fā)函數(shù)計(jì)算最佳路徑并選擇合適的醫(yī)院，以便完成后續(xù)的治療工作。

【關(guān)鍵詞】北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；醫(yī)療急救；最佳路徑算法；交通地理信息系統(tǒng)；車禍?zhǔn)鹿?/p>

中圖分類號(hào)： TN967.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0028-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.012

1 背景和意義

針對(duì)乘車人員出行安全的問題，本文通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文方式、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，結(jié)合監(jiān)控裝置，使受傷乘客可以快捷地發(fā)送當(dāng)前位置信息到120急救中心，由120急救中心及時(shí)準(zhǔn)備適合的急救措施進(jìn)行施救，之后根據(jù)最佳路徑選擇算法，選擇最合適的醫(yī)院完成后續(xù)的醫(yī)療工作。本文的研究在此基礎(chǔ)上不依賴其他通訊系統(tǒng)進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)呼救、最佳路徑選擇、自動(dòng)導(dǎo)航等功能，并且從導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展角度，針對(duì)北斗在乘車人員出行安全的應(yīng)用現(xiàn)狀，力求闡明本文研究的思路和設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)模塊介紹

基于各種社會(huì)背景和現(xiàn)實(shí)意義，構(gòu)思并設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于對(duì)車禍發(fā)生時(shí)及時(shí)報(bào)警及搜救的系統(tǒng)，從而能有效地降低車禍死亡率。

該系統(tǒng)中有一個(gè)感應(yīng)裝置，該感應(yīng)裝置裝載在車輛內(nèi)部，當(dāng)感應(yīng)裝置檢測(cè)出安全氣囊有信號(hào)或者M(jìn)EMS加速度傳感器傳出大于死亡加速度的信號(hào)中任一項(xiàng)特征超過預(yù)設(shè)危險(xiǎn)值時(shí)，裝置立即觸發(fā)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)連接120求救。隨后該系統(tǒng)通過獲取位置模塊中的方法得到用戶當(dāng)前的位置信息；并結(jié)合主要功能模塊中的導(dǎo)航、短報(bào)文通訊等功能，實(shí)現(xiàn)了用戶與120急救中心之間的位置通信并對(duì)遭遇車禍的用戶進(jìn)行及時(shí)搶救。同時(shí)將乘員信息告知家屬，便于家屬找到受傷的乘員。

2.1 用戶使用模塊

2.1.1 北斗Queen注冊(cè)

在儀器購(gòu)買時(shí)，用戶需要留下自己監(jiān)護(hù)人（家人、護(hù)工、私人醫(yī)生等）的聯(lián)系方式、姓名、家庭住址并將信息儲(chǔ)存進(jìn)該裝置中，同時(shí)在該裝置中預(yù)設(shè)一個(gè)北斗接收端的ID號(hào)。

2.1.2 北斗Queen安裝

將北斗Queen與汽車的安全氣囊還有汽車電源裝置相連，內(nèi)裝MEMS加速度傳感器芯片。

2.1.3 儀器發(fā)送定位與導(dǎo)航功能

安裝此裝置后，裝置可以有兩種方式啟動(dòng)：

（1）系統(tǒng)根據(jù)感應(yīng)裝置檢測(cè)出安全氣囊有信號(hào)或者M(jìn)EMS加速度傳感器傳出大于死亡加速度的信號(hào)時(shí)，感應(yīng)器自動(dòng)會(huì)激活控制電板，產(chǎn)生電流，使裝置開始工作。裝置會(huì)自動(dòng)向向接收端發(fā)送定位和用戶預(yù)留的個(gè)人信息，方便120急救中心及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)施救以及將情況及時(shí)反映給使用者的家屬。

（2）儀器裝載在車內(nèi)，有一個(gè)保護(hù)按鈕，乘員也可以根據(jù)自身情況來確認(rèn)是否手動(dòng)發(fā)送信號(hào)以得到搜救，手動(dòng)開啟裝置，此時(shí)裝置根據(jù)預(yù)存的信息發(fā)射內(nèi)容，然后將包含接收方ID號(hào)和所需發(fā)射內(nèi)容的通訊申請(qǐng)信號(hào)加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站實(shí)現(xiàn)定位的功能。發(fā)送完信號(hào)后自動(dòng)恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)。

2.2 獲取位置信息介紹

（1）傳感器激活裝置后，裝置根據(jù)傳感器傳遞的信息，判斷用戶的身體情況及可能存在的問題，并將預(yù)存的信息和結(jié)果通過短報(bào)文的方式發(fā)送給120急救中心。

（2）當(dāng)用戶手動(dòng)激活按鈕之后，裝置根據(jù)預(yù)存的信息發(fā)送指定信息給120急救中心。

2.3 發(fā)送位置信息模塊

120急救中心通過北斗獲取到用戶當(dāng)前位置信息以及用戶留下的個(gè)人信息，并通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短信通訊方式把用戶的情況以及醫(yī)院地址發(fā)送給用戶的家屬，方便家屬的尋找和監(jiān)護(hù)。

3 工作原理與系統(tǒng)分析

3.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)狀及工作原理

3.1.1 北斗衛(wèi)星短報(bào)文通訊原理

用戶端通訊申請(qǐng)信號(hào)加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站，地面中心站接收后，經(jīng)脫密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給用戶。之后，接收方用戶機(jī)接收出站信號(hào)，解調(diào)解密出站電文，完成一次通訊。

3.1.2 路況實(shí)時(shí)更新的實(shí)現(xiàn)

通過北斗導(dǎo)航定位的方法，用戶位置進(jìn)行定位，獲取當(dāng)前經(jīng)緯度和具體的地理位置。連接120急救中心獲取及車輛的實(shí)時(shí)速度，并將其上傳至服務(wù)器端。在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出每條街道上行駛車輛的實(shí)時(shí)平均速度，以此為街道添加圖層，用圖層得顏色來表示路況狀況的變化，從而將每條街道路況擁堵狀況的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。據(jù)此，120急救中心可以獲取一條到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。

3.1.3 最佳路徑分析

（1）存儲(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

首先根據(jù)城市交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在GIS的基礎(chǔ)上建立了交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，提出了地名節(jié)點(diǎn)和交通節(jié)點(diǎn)的概念，并用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)此交通網(wǎng)絡(luò)，然后在此基礎(chǔ)上使用一種新的啟發(fā)函數(shù)以提高搜索效率， 其中地名節(jié)點(diǎn)的阻抗（權(quán)值）為0，交通節(jié)點(diǎn)阻抗（權(quán)值）根據(jù)實(shí)際情況而定。

本文中建立的交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D引用的是簡(jiǎn)單的鄰接表。在建立鄰接表時(shí)，對(duì)圖中的每個(gè)頂點(diǎn)建立一個(gè)單鏈表，第個(gè)單鏈表中的結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)以頂點(diǎn)為尾的弧。每個(gè)鏈表上附設(shè)一個(gè)表頭結(jié)點(diǎn)。

3.2 啟發(fā)式搜索算法

3.2.1 限制搜索范圍

假設(shè)給定一定的起始與終止節(jié)點(diǎn)，也就決定了最短路徑所對(duì)應(yīng)的大致極限距離MD。由此可構(gòu)造出以起點(diǎn)為中心、MD為半徑的圓。以起點(diǎn)為原點(diǎn)，由極限距離所決定的地理服務(wù)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合是圓內(nèi)節(jié)點(diǎn)集合的真子集。而圓外的節(jié)點(diǎn)由于己超出了所估計(jì)的極大距離，在算法中可不予考慮。而在限定搜索范圍這方面的研究本論文作者認(rèn)為文獻(xiàn)[2]是比較突出的，因此采用文獻(xiàn)[2]的方法限定搜索范圍。

3.2.2 啟發(fā)函數(shù)的確定

用f（n）表示從起始點(diǎn)s經(jīng)節(jié)點(diǎn)n到終點(diǎn)t的最佳路徑的代價(jià)的估計(jì)，由兩部分組成：一是從起始點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)n的代價(jià)，用g（n）表示，此部分為己知；另一部分是從節(jié)點(diǎn)n到終點(diǎn)t的最佳代價(jià)h（n）的估計(jì)。即：

其中g(shù)（n）是已知值， Ssn表示起始點(diǎn)s到節(jié)點(diǎn)n的直線距離，Snt表示節(jié)點(diǎn)n到終點(diǎn)t的直線距離，k是一常數(shù)，根據(jù)實(shí)際交通情況來確定。f（n）當(dāng)大于某一值Mst時(shí)，即停止此路徑上的搜索。對(duì)于值Mst的確定我們使用從起始點(diǎn)s沿上述所確定的最大搜索范圍即沿矩形邊界到終點(diǎn)t所花費(fèi)的代價(jià)的估計(jì)值作為Mst的值。

4 結(jié)論

本文首先分析了當(dāng)前車禍高發(fā)的現(xiàn)狀，提出了基于北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航定位技術(shù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短報(bào)文通訊方式等，結(jié)合監(jiān)控裝置，構(gòu)建了一個(gè)包含安全監(jiān)控、軌跡記錄、最佳路徑選擇的應(yīng)用系統(tǒng)，該設(shè)想充分利用了北斗具備的導(dǎo)航和通信一體功能，使120急救中心及時(shí)對(duì)出行中有生命安全問題的受傷乘車人員進(jìn)行急救，之后通過GIS與用機(jī)地圖匹配制定最佳路徑，選擇合適的醫(yī)院，以便完成后續(xù)的治療工作。通過對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和探討，認(rèn)識(shí)到了北斗衛(wèi)星有著不同于其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢(shì)，特別是在通信一體方面，能夠不受地理位置、氣候環(huán)境等的影響，是其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的。

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