基于智慧交通的高速公路快速綜合應急指揮調度系統研究

作者簡介：周永明（1979— ），工程師，研究方向：高速公路。

摘要：文章以智慧交通為研究背景，提出高速公路快速綜合應急指揮調度系統研究，并通過仿真測試，驗證了該系統設計方案的可靠性。利用該系統可快速確定交通應急事件具體位置，同時合理調度救援資源，為高速公路應急救援工作提供便利。

關鍵詞：智慧交通;指揮調度;應急救援

中國分類號：U412.36+6A501834

0 引言

為了給予廣大群眾一個安全的出行環境，需要構建一套應急指揮調度系統，并利用該系統快速發現交通安全事故，合理安排救援資源調度，從而達到爭取更多救援時間的目的[1]。目前，關于應急指揮調度系統的研究較少，當前研發出的系統定位精準度存在較大提升空間，而采用固定角度拍攝方式采集信息，易導致信息不全面[2-3]。另外，大部分系統不支持向用戶手機發送公路狀況消息，限制了應急指揮通信方式[4]。為了彌補這些不足，本文提出智慧交通開發思想，設計一套新的高速公路快速綜合應急指揮調度系統。

1 系統總體設計

本系統選取北斗技術作為定位指揮工具，借助手機信息服務平臺，建立用戶手機與監控現場的通信連接。另外，利用無人機拍攝現場圖像信息，拍攝無死角，可以根據監控需求調整無人機的飛行高度和攝像頭角度[5]。如圖1所示為系統總體架構。

該系統主要由監控中心計算機、服務器、信號塔、用戶手機、無人機系統、北斗系統組成，利用無人機系統和北斗系統，采集高速公路車輛信息，將這些信息發送至系統服務器，再由服務器同時向監控中心和用戶手機發送相關消息，從而大大提高了系統通信效率，為交通應急指揮調度提供了便利條件。

2 系統功能模塊設計

2.1 無人機拍攝功能

本系統利用無人機作為公路交通現場狀況信息采集工具，利用該工具拍攝視頻和照片，作為交通應急指揮調度參考依據。本系統應用的無人機拍攝照片清晰度支持高清，可根據現場公路布設情況，調整無人機飛行高度和攝像頭拍攝角度，實時采集事件現場圖像信息。為了便于指揮調度和無人機拍攝的操控設置兩種模式，分別是手機通信指揮調度和監控中心指揮調度。

（1）手機通信指揮調度。以用戶手機作為指揮調度工具，信息通過信號塔發送給用戶手機，指揮調度人員根據接收到的信息，查詢當前救援資源空閑情況，就近調度，從而為現場事故處理爭取更多時間。一般情況下，手機通信調度配合監控中心指揮調度，作為輔助工具，當監控中心尚未給出調度方案時，管理人員手機接收到信息后，第一時間設計調度方案[6]。

（2）監控中心指揮調度。以調度中心計算機作為指揮調度工具，管理人員在計算機操作界面查看到信息后，根據資源閑置情況，結合現場具體狀況，合理調配救援和危險品處理資源。

所有調度工作都會上傳至管理中心，不會出現資源重復利用情況。監控中心與手機同時操控，一旦調度命令下達，即刻實施，以此提高現場處理效率。

2.2 重點營運車輛感知與危險品監測功能

該項功能具有針對性監控作用，按照車輛類別和體積大小不同，篩選重點應急監控對象。本次開發的系統以貨車、客車作為重點監測對象，對車輛危險品進行重點排查。當車輛通過安檢路段時，限定車輛通行道路，對于客車和貨車的通行道路，下調通行速度，為危險品監測預留足夠時間。設備感知車輛后開始監測，如果監測到危險品，則立即向用戶手機和監控中心發送消息[7]。

2.3 移動應急指揮功能

本系統的移動應急指揮功能開發，是對車輛進行改造，實現指揮車與調度中心的通信連接，根據下達的調度任務，完成相關應急工作。為了保證通信質量，本系統對指揮調度車通訊傳輸方式進行了設置，通過改造車輛結構，實現車輛與用戶手機、監控中心的通信連接，從而做好應急救援/應急處理配合工作。根據調度要求，快速將資源運輸至現場，從而實現移動應急指揮。本系統以小型車和中型客車作為指揮車，具體通信配備如下。

（1）中型客車通信配備：雙向2 M規格CSAT通信、5G公共移動網絡、衛星定位、超短波通信、對空通信。

（2）小型車通信配備：5G公共移動網絡、衛星定位、超短波通信。

2.4 救援養護車輛調度功能

本系統救援車輛接收到監控中心或者用戶手機下達的救援/應急處理命令以后，從北斗系統中獲取定位信息，從而確定被救援/應急處理位置信息。根據實際情況，完成相關車輛調度和救援處理任務。如圖2所示為救援養護車輛調度子系統拓撲圖。

在圖2中，應急救援車輛借助信號塔與監控中心和其他管理人員用戶手機取得實時通信連接，將救援調度情況及時反饋給監控中心和其他管理人員用戶手機。由于應急事故存在變化特性，所以每一時段的變化，都會影響上一次應急任務方案的作用發揮，不利于現場救援/應急處理工作的開展。由此，本系統將此情況考慮在其中，在車輛調度子系統中添加了雙向通信功能，并將北斗系統直接與應急救援車輛通信設備連接，直接為救援車輛提供相關定位信息，以便調度人員查詢。

3 系統軟件平臺開發

3.1 平臺主要功能

本系統利用北斗技術軟件開發工具，借助互聯網環境，開發一套應急指揮調度軟件平臺。為了給予用戶更多便利，本系統在定位救援位置的同時，增加了路況判斷、分流預案、應急救援指揮、遠程通信等功能。以下為系統軟件核心功能：

（1）路況判斷。利用數據庫創建路況類型，每一種路況對應一套應急調度方案。

（2）分流預案。為了加快應急調度，按照案件情況不同，設計不同調度處理方案。對于數據庫不存在的案件，討論后生成調度方案。

（3）應急救援指揮。當系統監測到現場需要應急處理時，借助基站同時向用戶手機和監控中心分別發送消息，以此提高事件處理效率。

（4）遠程通信。本系統與手機APP對接，為調度工作開展提供了便利條件。為了保證信息時效性，每間隔10 s系統自動更新信息。如果用戶正在使用APP，支持手動立即更新。

3.2 平臺應急聯動與處理

3.2.1 平臺應急聯動指揮調度流程

（1）第一步：無人機系統將采集到的圖像信息發送給移動應急指揮平臺，包括用戶手機和監控中心。

（2）第二步：對視頻圖像進行處理，確定準確位置信息，同時對現場狀況進行判斷，從中挖掘危險物品、安全事故等重要信息。

（3）第三步：監控中心將篩選到的重要信息輸入調度軟件，查詢當前救援資源空閑情況，根據事故位置信息進行匹配，生成調度任務。

（4）第四步：將調度任務發送給匹配到的調度車輛，完成救援處理。

3.2.2 平臺應急處理

平臺應急處理功能的開發，主要是根據收集到的信息，下發應急調度命令。按照設定的條件，判斷當前應急處理資源需求，而后利用北斗系統定位，找到定位周圍救援資源，就近下達資源調度命令。調度資源的分配對平臺應急處理功效的發揮影響較大，所以必須保證資源調配合理性。本系統增加了資源分配檢驗功能，生成資源調度命令后，遍歷資源庫，檢驗當前需要調度的資源是否處于空閑狀態，如果均處于空閑狀態，則下達調度命令，反之，重新匹配。

4 系統測試分析

本次測試主要對系統的交通事故定位/危險品定位精準度、調度指揮中心接收信息時效性、用戶手機接收信息時效性、應急救援資源調配合理性進行測試。關于系統測試工作的開展，通過建立仿真測試環境，模擬不同高速公路突發狀況，測試系統應急功能。如表1所示為系統功能測試結果。

由表1中的統計結果可知，本系統能夠較為精準確定危險品和交通事故位置。以往定位精度在85%左右，本系統定位精度在94%左右，明顯地提升了定位精準度。監控指揮中心收到信息的時效性和用戶手機收到信息的時效性都很高，延時控制在0.05 s之內，延時過短，可以忽略不計，由此能夠為應急指揮調度提供時效性較高的現場狀況信息。從模擬結果來看，本系統有助于應急指揮調度工作的開展，且應急資源分配較為合理。

5 結語

本文建立在智慧交通時代背景下，圍繞高速公路突發事件/危險品運輸問題處理展開探究，選取無線通信技術、北斗定位技術、無人機拍攝技術作為系統開發核心技術，提出一種新的高速公路快速綜合應急指揮調度系統。該系統利用無人機和相關輔助設備拍攝現場路況信息，作為應急救援處理判斷依據，通過北斗系統定位，下達救援資源調度任務。仿真測試結果顯示，本系統能夠準確確定應急處理位置，信息傳輸時效性較強，且能合理調配資源。

參考文獻：

[1]王維敏，孟 雪.智慧公路基礎設施綜合管理信息系統設計[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（1）：302-303.

[2]張 偉，鄧 晶，羅 薇，等.路網管理與應急處置平臺的多網融合組網實現[J].公路，2019，64（6）：191-195.

[3]王玨瑩，胡志堅，謝仕煒.計及交通流量調度的智慧綜合能源系統規劃[J].中國電機工程學報，2020，658（23）：47-63.

[4]段曉紅，吳家新，周芷晴.基于層次蝙蝠算法的應急車輛調度與交通疏散協同決策[J].交通運輸系統工程與信息，2020，20（2）：157-165.

[5]孫鵬舉，劉 俊，李 博.高速鐵路列車調度員應急場景處置仿真系統設計研究[J].鐵道運輸與經濟，2019，475（5）：81-86.

[6]余景良，聶旭清，劉岸華.基于GIS測繪成果管理系統在綜合智慧交通體系中的應用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（3）：270-273.

[7]賈文崢，宋曉敏，廖理明，等.基于情景分析的城市軌道交通應急指揮系統功能需求研究[J].交通運輸系統工程與信息，2019，19（2）：50-55.