北斗技术在高速应急指挥调度系统中的应用

王 峰，赵 睿

（西安电子工程研究所，陕西西安 710100）

0 引言

目前的北斗卫星导航系统是我国的第三代北斗导航系统，是真正意义上的全球导航系统。它在全球范围定位精度优于10 m、测速精度优于0.2 m/s、授时精度优于20 ns、服务可用性优于99%，其中在亚太地区性能更优。本文结合陕西省某高速公路项目的建设，开展了创建交通运输部智慧高速公路科技示范工程工作，在应急指挥中体现的主动救援、高效救援、高效调度的设计理念，对于提升高速公路突发事件的感知能力以及应急处置水平有良好的借鉴。

1 系统概况

1.1 项目概况

西安W 高速公路南段是陕西省高速公路网络规划中的一个重要组成部分，线路起点为西咸环线北段户县东枢纽立交，终点为沪陕高速公路蓝田互通，共70 km，桥隧比64.4%，是陕西平原桥隧比率最高的。因此，面对高桥隧比的公路项目，如何实现快速应急指挥调度是当前亟待解决的问题之一。本文结合西安WH 高速公路南段工程案例，阐述基于北斗技术的高速公路快速综合应急指挥调度系统应用。

1.2 系统总体架构

本系统以北斗技术为基础，通过移动电话信息服务平台，实现了与监控现场的通信（图1）。

图1 系统总体架构

系统包括监控中心计算机、服务器、信号塔、移动客户端、无人机系统、北斗系统，通过无人机系统和北斗系统收集道路上的车辆信息，然后通过服务器将相关的信息传输到系统服务器，并通过服务器将相关信息发送给监控中心和用户手机，大大提升通信速度，为交通事故指挥调度创造了有利条件。

2 子系统相关配置

2.1 固定翼+多旋翼无人机影像采集

该系统采用固定翼+多旋翼无人机组合方式实现道路交通环境条件的收集，在拍摄过程中采用了两种模式——手机通信指挥调度和监控中心指挥调度

（1）手机通信指挥调度。移动通信指挥调度是利用移动电话作为指挥和调度的手段，将信息通过信号塔传输到手机上，由调度员根据收到的信息，了解当前的应急资源闲置状况，以便及时安排、在紧急情况下及时处置。

（2）监控中心指挥调度。利用调度中心的电脑作为指挥与调度的工具，通过电脑的操作界面，管理员可以在第一时间看到相关信息，根据资源的空闲状态结合现场的实际情况，对救援和危险物品的处置进行合理分配。所有的调度指令都会被上传至管理中心，杜绝了资源浪费。

综合上述两种方式，监控中心和手机同时控制，调度指令一旦发布则能保证得到立刻执行，大大提升现场的工作效率。

2.2 车辆运营感知与危险品监测

高速公路通行卡是车辆在高速公路上行驶、计费的一种重要凭证。它是汽车在高速公路上行驶后，与汽车的运动状况相一致的交通工具。通过对MTC/ETC 通行证的改装，并在其中嵌入GPS/北斗导航与手机通信模块，使其具有高速公路通行证的功能和对其的定位、追踪等功能。通过将北斗导航技术应用于通行卡，既可以有效打击偷渡收费，又可以准确地确定道路形状、分解多个路段的通行费，并根据行车时间和轨迹来判断道路状况。

此外，该系统还能够重点针对货车和客车进行检查，重点排查危险物品。当设备感应到车辆进入检测区域时，则针对车辆进行扫面检查，一旦发现有危险物品则会进行预警，并立刻将信息发送给客户终端和监控中心。

2.3 应急救援养护车辆调度

道路交通事故和自然灾害是高速公路建设和运行管理中较为常见的突发事件。在本系统中，当救援车辆在接到来自于监测中心或用户手机的紧急救助指令后，即可通过北斗系统获得车辆准确定位信息，确定需要被救车辆的位置，并第一时间抵达现场进行相应的车辆调配及营救工作。

在图2 中，通过信号塔，应急救援车辆与监控室、其他管理者的手机进行实时通信，并将救援计划的信息及时反馈到各监控中心和其它管理者的手机上。在此基础上，系统在车辆调度子系统中增加了双向通信功能，并通过北斗系统与应急车辆的通信设备进行连接，可以将相关的位置信息直接发送到救援车辆上，便于调度人员进行查询。

图2 救援养护车辆调度子系统拓扑图

2.4 GPS 和北斗双模式同步服务

北斗导航系统提供无源定位和有源定位两种定位体制。无源定位体制即目前GPS 定位系统的工作模式是通过卫星对GPS 定位信号进行广播，由用户端进行接收和处理；而有源定位体制是允许用户端发送定位请求，卫星收到信号后反馈定位信息，也就是与卫星进行双向通信从而保证授时同步。另外，当前北斗导航系统的铷原子钟频率稳定度，使北斗定位精度由10 m级跨越至米级，授时精度也提高一个量级。

在高速公路的经营和管理中，需要对不同的信息系统进行统一、准确的时间进行规范和测量。利用北斗技术，可以有效地解决目前高速公路运营管理中通信网络时间、视频监控图像、联网收费实时分割等不同步问题。

基于同一精准授时服务，实现了通信网和无线基站之间的时钟同步，确保了通信网的精确运行。提高高速公路收费监控系统间同步精度，实现收费和视频监控同步，收费车辆路径精准分析、全省多频监控统一时间字符叠加，对交通事件分析研判、配合公安交警部门办案等业务有非常积极的作用。

3 综合应急指挥调度软件平台

3.1 平台的主要功能特点

基于北斗技术的快速应急救援与指挥调度系统可实现报警手机定位、路况预测、应急救援指挥、应急信息提示、手机同步推送、无人机指挥、实时视频传输等多种功能。它的主要特点是：

（1）该平台将各个子系统及其数据集成起来，提高突发事件的综合处理能力。

（2）该系统可以将高空拍摄到的高清影像实时传送到指挥车辆，同时具备事故的记录与重播的能力。它与救援报警定位等功能相结合，并可以实时获取现场的监控影像，从而快速锁定事故发生地点。当受到由应急指挥车辆通过卫星通信或3G/4G 网络将无人机的影像传送到指挥中心。同时，通过高速光纤网络，由地区指挥中心将监测结果反馈到省监测中心。

（3）本系统具有智能短消息推送功能，在发生突发事件时，可以将相关的信息业务通过移动基站发送到特定的基站、实现同步接收。

（4）本系统通过手机APP，将路况刷新时间从10 min 缩减到5 min，实现事故发生时的交通拥堵和事故路段的照片信息实时更新，以便于市民及时掌握事故发生的情况。

（5）该体系结合了事故的分级调度和分流机制，可以实现高速公路运营管理部门、交警部门、路政部门、清障单位的联合办公、统一指挥。

3.2 系统测试分析

该系统主要测试车辆故障定位/危险物品的准确定位、调度指挥中心接收信息的时效性、用户手机接收信息的时效性以及应急资源配置的合理性。针对系统的测试工作，建立了模拟不同道路突发情况的仿真测试环境，并对系统的紧急情况进行了测试（表1）。

表1 系统功能测试结果

从表1 可以看出，该系统可以比较准确地判断出道路上的危险物品和交通事故地点。该系统的定位精度非常高，约为94%。监控指挥中心接收到的消息和接收到的消息具备很强的时效性，延迟小于0.04 s，可以达到忽略不计，这一结果为紧急情况的指挥和调度提供更高的实时保障。因此，测试表明本系统可以实现对突发事件的快速指挥与调度，合理分配突发事件的资源。

4 结束语

本文建立在智慧交通时代背景下，围绕高速公路突发事件/危险品运输问题处理展开探究，选取无线通信技术、北斗定位技术、无人机拍摄技术作为系统开发的核心技术，提出一种新的高速公路快速综合应急指挥调度系统。该系统利用无人机和相关辅助设备拍摄现场路况信息，作为应急救援处理判断依据，通过北斗系统定位，下达救援资源调度任务。测试结果显示，本系统能够准确确定应急处理位置，信息传输时效性较强，且能合理调配资源。综上所述，本次研究总结取得成果如下：

（1）本系统采用当前技术较为成熟的移动应急系统和无人机结合的方法，在紧急情况下进行信息收集，大大缩短救援的反应时间。采用固定翼无人机作为远程监控技术，对高速公路的整个路段进行周期性数据收集，为公路的智能化维护工作提供了科学的依据。

（2）该系统引入了高分遥感应用与分析系统，三维实景可视化公路管理系统和车辆监测预警系统。

（3）为了提高救援工作的效率，采用手机定位、视频追踪等功能，在国内应用属于较为领先的行列。

（4）充分利用应急指挥平台，将平台软件、应急指挥车、无人机等事件精确报警整合成一个完整的应急指挥系统，提高跨部门、跨区域、跨业务之间的协同联动效率，在国内有一定的示范作用。

该系统充分利用应急指挥平台的优势，将应急指挥平台、指挥车、无人机等设备综合应用，形成完整的应急闭环系统，能针对多种突发事件准确预警，并促使不同部门、区域、业务形成高效联动，最终形成一套快速综合应急指挥体系，为我国智慧交通发展提供良好的参考和借鉴。