北斗技術在高速應急指揮調度系統中的應用

王 峰，趙 睿

（西安電子工程研究所，陜西西安 710100）

0 引言

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

1 系統概況

1.1 項目概況

西安W 高速公路南段是陜西省高速公路網絡規劃中的一個重要組成部分，線路起點為西咸環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，如何實現快速應急指揮調度是當前亟待解決的問題之一。本文結合西安WH 高速公路南段工程案例，闡述基于北斗技術的高速公路快速綜合應急指揮調度系統應用。

1.2 系統總體架構

本系統以北斗技術為基礎，通過移動電話信息服務平臺，實現了與監控現場的通信（圖1）。

圖1 系統總體架構

系統包括監控中心計算機、服務器、信號塔、移動客戶端、無人機系統、北斗系統，通過無人機系統和北斗系統收集道路上的車輛信息，然后通過服務器將相關的信息傳輸到系統服務器，并通過服務器將相關信息發送給監控中心和用戶手機，大大提升通信速度，為交通事故指揮調度創造了有利條件。

2 子系統相關配置

2.1 固定翼+多旋翼無人機影像采集

該系統采用固定翼+多旋翼無人機組合方式實現道路交通環境條件的收集，在拍攝過程中采用了兩種模式——手機通信指揮調度和監控中心指揮調度

（1）手機通信指揮調度。移動通信指揮調度是利用移動電話作為指揮和調度的手段，將信息通過信號塔傳輸到手機上，由調度員根據收到的信息，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）監控中心指揮調度。利用調度中心的電腦作為指揮與調度的工具，通過電腦的操作界面，管理員可以在第一時間看到相關信息，根據資源的空閑狀態結合現場的實際情況，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，監控中心和手機同時控制，調度指令一旦發布則能保證得到立刻執行，大大提升現場的工作效率。

2.2 車輛運營感知與危險品監測

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，并根據行車時間和軌跡來判斷道路狀況。

此外，該系統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域時，則針對車輛進行掃面檢查，一旦發現有危險物品則會進行預警，并立刻將信息發送給客戶終端和監控中心。

2.3 應急救援養護車輛調度

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事件。在本系統中，當救援車輛在接到來自于監測中心或用戶手機的緊急救助指令后，即可通過北斗系統獲得車輛準確定位信息，確定需要被救車輛的位置，并第一時間抵達現場進行相應的車輛調配及營救工作。

在圖2 中，通過信號塔，應急救援車輛與監控室、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控中心和其它管理者的手機上。在此基礎上，系統在車輛調度子系統中增加了雙向通信功能，并通過北斗系統與應急車輛的通信設備進行連接，可以將相關的位置信息直接發送到救援車輛上，便于調度人員進行查詢。

圖2 救援養護車輛調度子系統拓撲圖

2.4 GPS 和北斗雙模式同步服務

北斗導航系統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 定位系統的工作模式是通過衛星對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送定位請求，衛星收到信號后反饋定位信息，也就是與衛星進行雙向通信從而保證授時同步。另外，當前北斗導航系統的銣原子鐘頻率穩定度，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。

在高速公路的經營和管理中，需要對不同的信息系統進行統一、準確的時間進行規范和測量。利用北斗技術，可以有效地解決目前高速公路運營管理中通信網絡時間、視頻監控圖像、聯網收費實時分割等不同步問題。

基于同一精準授時服務，實現了通信網和無線基站之間的時鐘同步，確保了通信網的精確運行。提高高速公路收費監控系統間同步精度，實現收費和視頻監控同步，收費車輛路徑精準分析、全省多頻監控統一時間字符疊加，對交通事件分析研判、配合公安交警部門辦案等業務有非常積極的作用。

3 綜合應急指揮調度軟件平臺

3.1 平臺的主要功能特點

基于北斗技術的快速應急救援與指揮調度系統可實現報警手機定位、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、實時視頻傳輸等多種功能。它的主要特點是：

（1）該平臺將各個子系統及其數據集成起來，提高突發事件的綜合處理能力。

（2）該系統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合，并可以實時獲取現場的監控影像，從而快速鎖定事故發生地點。當受到由應急指揮車輛通過衛星通信或3G/4G 網絡將無人機的影像傳送到指揮中心。同時，通過高速光纖網絡，由地區指揮中心將監測結果反饋到省監測中心。

（3）本系統具有智能短消息推送功能，在發生突發事件時，可以將相關的信息業務通過移動基站發送到特定的基站、實現同步接收。

（4）本系統通過手機APP，將路況刷新時間從10 min 縮減到5 min，實現事故發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生的情況。

（5）該體系結合了事故的分級調度和分流機制，可以實現高速公路運營管理部門、交警部門、路政部門、清障單位的聯合辦公、統一指揮。

3.2 系統測試分析

該系統主要測試車輛故障定位/危險物品的準確定位、調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。針對系統的測試工作，建立了模擬不同道路突發情況的仿真測試環境，并對系統的緊急情況進行了測試（表1）。

表1 系統功能測試結果

從表1 可以看出，該系統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。該系統的定位精度非常高，約為94%。監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，這一結果為緊急情況的指揮和調度提供更高的實時保障。因此，測試表明本系統可以實現對突發事件的快速指揮與調度，合理分配突發事件的資源。

4 結束語

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的核心技術，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。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。綜上所述，本次研究總結取得成果如下：

（1）本系統采用當前技術較為成熟的移動應急系統和無人機結合的方法，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控技術，對高速公路的整個路段進行周期性數據收集，為公路的智能化維護工作提供了科學的依據。

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

（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，提高跨部門、跨區域、跨業務之間的協同聯動效率，在國內有一定的示范作用。

該系統充分利用應急指揮平臺的優勢，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系統，能針對多種突發事件準確預警，并促使不同部門、區域、業務形成高效聯動，最終形成一套快速綜合應急指揮體系，為我國智慧交通發展提供良好的參考和借鑒。