王 峰，趙 睿

（西安電子工程研究所，陜西西安 710100）

0 引言

目前的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國的第三代北斗導航系統(tǒng)，是真正意義上的全球?qū)Ш较到y(tǒng)。它在全球范圍定位精度優(yōu)于10 m、測速精度優(yōu)于0.2 m/s、授時精度優(yōu)于20 ns、服務可用性優(yōu)于99%，其中在亞太地區(qū)性能更優(yōu)。本文結(jié)合陜西省某高速公路項目的建設，開展了創(chuàng)建交通運輸部智慧高速公路科技示范工程工作，在應急指揮中體現(xiàn)的主動救援、高效救援、高效調(diào)度的設計理念，對于提升高速公路突發(fā)事件的感知能力以及應急處置水平有良好的借鑒。

1 系統(tǒng)概況

1.1 項目概況

西安W 高速公路南段是陜西省高速公路網(wǎng)絡規(guī)劃中的一個重要組成部分，線路起點為西咸環(huán)線北段戶縣東樞紐立交，終點為滬陜高速公路藍田互通，共70 km，橋隧比64.4%，是陜西平原橋隧比率最高的。因此，面對高橋隧比的公路項目，如何實現(xiàn)快速應急指揮調(diào)度是當前亟待解決的問題之一。本文結(jié)合西安WH 高速公路南段工程案例，闡述基于北斗技術(shù)的高速公路快速綜合應急指揮調(diào)度系統(tǒng)應用。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)以北斗技術(shù)為基礎，通過移動電話信息服務平臺，實現(xiàn)了與監(jiān)控現(xiàn)場的通信（圖1）。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)包括監(jiān)控中心計算機、服務器、信號塔、移動客戶端、無人機系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)，通過無人機系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)收集道路上的車輛信息，然后通過服務器將相關(guān)的信息傳輸?shù)较到y(tǒng)服務器，并通過服務器將相關(guān)信息發(fā)送給監(jiān)控中心和用戶手機，大大提升通信速度，為交通事故指揮調(diào)度創(chuàng)造了有利條件。

2 子系統(tǒng)相關(guān)配置

2.1 固定翼+多旋翼無人機影像采集

該系統(tǒng)采用固定翼+多旋翼無人機組合方式實現(xiàn)道路交通環(huán)境條件的收集，在拍攝過程中采用了兩種模式——手機通信指揮調(diào)度和監(jiān)控中心指揮調(diào)度

（1）手機通信指揮調(diào)度。移動通信指揮調(diào)度是利用移動電話作為指揮和調(diào)度的手段，將信息通過信號塔傳輸?shù)绞謾C上，由調(diào)度員根據(jù)收到的信息，了解當前的應急資源閑置狀況，以便及時安排、在緊急情況下及時處置。

（2）監(jiān)控中心指揮調(diào)度。利用調(diào)度中心的電腦作為指揮與調(diào)度的工具，通過電腦的操作界面，管理員可以在第一時間看到相關(guān)信息，根據(jù)資源的空閑狀態(tài)結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，對救援和危險物品的處置進行合理分配。所有的調(diào)度指令都會被上傳至管理中心，杜絕了資源浪費。

綜合上述兩種方式，監(jiān)控中心和手機同時控制，調(diào)度指令一旦發(fā)布則能保證得到立刻執(zhí)行，大大提升現(xiàn)場的工作效率。

2.2 車輛運營感知與危險品監(jiān)測

高速公路通行卡是車輛在高速公路上行駛、計費的一種重要憑證。它是汽車在高速公路上行駛后，與汽車的運動狀況相一致的交通工具。通過對MTC/ETC 通行證的改裝，并在其中嵌入GPS/北斗導航與手機通信模塊，使其具有高速公路通行證的功能和對其的定位、追蹤等功能。通過將北斗導航技術(shù)應用于通行卡，既可以有效打擊偷渡收費，又可以準確地確定道路形狀、分解多個路段的通行費，并根據(jù)行車時間和軌跡來判斷道路狀況。

此外，該系統(tǒng)還能夠重點針對貨車和客車進行檢查，重點排查危險物品。當設備感應到車輛進入檢測區(qū)域時，則針對車輛進行掃面檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有危險物品則會進行預警，并立刻將信息發(fā)送給客戶終端和監(jiān)控中心。

2.3 應急救援養(yǎng)護車輛調(diào)度

道路交通事故和自然災害是高速公路建設和運行管理中較為常見的突發(fā)事件。在本系統(tǒng)中，當救援車輛在接到來自于監(jiān)測中心或用戶手機的緊急救助指令后，即可通過北斗系統(tǒng)獲得車輛準確定位信息，確定需要被救車輛的位置，并第一時間抵達現(xiàn)場進行相應的車輛調(diào)配及營救工作。

在圖2 中，通過信號塔，應急救援車輛與監(jiān)控室、其他管理者的手機進行實時通信，并將救援計劃的信息及時反饋到各監(jiān)控中心和其它管理者的手機上。在此基礎上，系統(tǒng)在車輛調(diào)度子系統(tǒng)中增加了雙向通信功能，并通過北斗系統(tǒng)與應急車輛的通信設備進行連接，可以將相關(guān)的位置信息直接發(fā)送到救援車輛上，便于調(diào)度人員進行查詢。

圖2 救援養(yǎng)護車輛調(diào)度子系統(tǒng)拓撲圖

2.4 GPS 和北斗雙模式同步服務

北斗導航系統(tǒng)提供無源定位和有源定位兩種定位體制。無源定位體制即目前GPS 定位系統(tǒng)的工作模式是通過衛(wèi)星對GPS 定位信號進行廣播，由用戶端進行接收和處理；而有源定位體制是允許用戶端發(fā)送定位請求，衛(wèi)星收到信號后反饋定位信息，也就是與衛(wèi)星進行雙向通信從而保證授時同步。另外，當前北斗導航系統(tǒng)的銣原子鐘頻率穩(wěn)定度，使北斗定位精度由10 m級跨越至米級，授時精度也提高一個量級。

在高速公路的經(jīng)營和管理中，需要對不同的信息系統(tǒng)進行統(tǒng)一、準確的時間進行規(guī)范和測量。利用北斗技術(shù)，可以有效地解決目前高速公路運營管理中通信網(wǎng)絡時間、視頻監(jiān)控圖像、聯(lián)網(wǎng)收費實時分割等不同步問題。

基于同一精準授時服務，實現(xiàn)了通信網(wǎng)和無線基站之間的時鐘同步，確保了通信網(wǎng)的精確運行。提高高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)間同步精度，實現(xiàn)收費和視頻監(jiān)控同步，收費車輛路徑精準分析、全省多頻監(jiān)控統(tǒng)一時間字符疊加，對交通事件分析研判、配合公安交警部門辦案等業(yè)務有非常積極的作用。

3 綜合應急指揮調(diào)度軟件平臺

3.1 平臺的主要功能特點

基于北斗技術(shù)的快速應急救援與指揮調(diào)度系統(tǒng)可實現(xiàn)報警手機定位、路況預測、應急救援指揮、應急信息提示、手機同步推送、無人機指揮、實時視頻傳輸?shù)榷喾N功能。它的主要特點是：

（1）該平臺將各個子系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)集成起來，提高突發(fā)事件的綜合處理能力。

（2）該系統(tǒng)可以將高空拍攝到的高清影像實時傳送到指揮車輛，同時具備事故的記錄與重播的能力。它與救援報警定位等功能相結(jié)合，并可以實時獲取現(xiàn)場的監(jiān)控影像，從而快速鎖定事故發(fā)生地點。當受到由應急指揮車輛通過衛(wèi)星通信或3G/4G 網(wǎng)絡將無人機的影像傳送到指揮中心。同時，通過高速光纖網(wǎng)絡，由地區(qū)指揮中心將監(jiān)測結(jié)果反饋到省監(jiān)測中心。

（3）本系統(tǒng)具有智能短消息推送功能，在發(fā)生突發(fā)事件時，可以將相關(guān)的信息業(yè)務通過移動基站發(fā)送到特定的基站、實現(xiàn)同步接收。

（4）本系統(tǒng)通過手機APP，將路況刷新時間從10 min 縮減到5 min，實現(xiàn)事故發(fā)生時的交通擁堵和事故路段的照片信息實時更新，以便于市民及時掌握事故發(fā)生的情況。

（5）該體系結(jié)合了事故的分級調(diào)度和分流機制，可以實現(xiàn)高速公路運營管理部門、交警部門、路政部門、清障單位的聯(lián)合辦公、統(tǒng)一指揮。

3.2 系統(tǒng)測試分析

該系統(tǒng)主要測試車輛故障定位/危險物品的準確定位、調(diào)度指揮中心接收信息的時效性、用戶手機接收信息的時效性以及應急資源配置的合理性。針對系統(tǒng)的測試工作，建立了模擬不同道路突發(fā)情況的仿真測試環(huán)境，并對系統(tǒng)的緊急情況進行了測試（表1）。

表1 系統(tǒng)功能測試結(jié)果

從表1 可以看出，該系統(tǒng)可以比較準確地判斷出道路上的危險物品和交通事故地點。該系統(tǒng)的定位精度非常高，約為94%。監(jiān)控指揮中心接收到的消息和接收到的消息具備很強的時效性，延遲小于0.04 s，可以達到忽略不計，這一結(jié)果為緊急情況的指揮和調(diào)度提供更高的實時保障。因此，測試表明本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對突發(fā)事件的快速指揮與調(diào)度，合理分配突發(fā)事件的資源。

4 結(jié)束語

本文建立在智慧交通時代背景下，圍繞高速公路突發(fā)事件/危險品運輸問題處理展開探究，選取無線通信技術(shù)、北斗定位技術(shù)、無人機拍攝技術(shù)作為系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，提出一種新的高速公路快速綜合應急指揮調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用無人機和相關(guān)輔助設備拍攝現(xiàn)場路況信息，作為應急救援處理判斷依據(jù)，通過北斗系統(tǒng)定位，下達救援資源調(diào)度任務。測試結(jié)果顯示，本系統(tǒng)能夠準確確定應急處理位置，信息傳輸時效性較強，且能合理調(diào)配資源。綜上所述，本次研究總結(jié)取得成果如下：

（1）本系統(tǒng)采用當前技術(shù)較為成熟的移動應急系統(tǒng)和無人機結(jié)合的方法，在緊急情況下進行信息收集，大大縮短救援的反應時間。采用固定翼無人機作為遠程監(jiān)控技術(shù)，對高速公路的整個路段進行周期性數(shù)據(jù)收集，為公路的智能化維護工作提供了科學的依據(jù)。

（2）該系統(tǒng)引入了高分遙感應用與分析系統(tǒng)，三維實景可視化公路管理系統(tǒng)和車輛監(jiān)測預警系統(tǒng)。

（3）為了提高救援工作的效率，采用手機定位、視頻追蹤等功能，在國內(nèi)應用屬于較為領先的行列。

（4）充分利用應急指揮平臺，將平臺軟件、應急指揮車、無人機等事件精確報警整合成一個完整的應急指揮系統(tǒng)，提高跨部門、跨區(qū)域、跨業(yè)務之間的協(xié)同聯(lián)動效率，在國內(nèi)有一定的示范作用。

該系統(tǒng)充分利用應急指揮平臺的優(yōu)勢，將應急指揮平臺、指揮車、無人機等設備綜合應用，形成完整的應急閉環(huán)系統(tǒng)，能針對多種突發(fā)事件準確預警，并促使不同部門、區(qū)域、業(yè)務形成高效聯(lián)動，最終形成一套快速綜合應急指揮體系，為我國智慧交通發(fā)展提供良好的參考和借鑒。