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基于ITS的交通事故应急救援系统
良好的交通事故应急救援能力是指快速处置、应急有方、高效协作、持续救援,以最大程度的减少经济和社会损失,保证公民的生命安全、资源完整性与有效性。
加强和改进交通事故应急救援能力的三种途径：
改善“硬件”基础设施建设；加强“软件”建设；软硬件结合利用智能运输系统提高应急救援能力。
本文对分析高速公路交通事故的过程及救援需求以及ITS在交通事故应急救援中的作用的基础上，构建了基于ITS的高速公路交通事故应急救援系统框架，主要包括智能监控系统、智能指挥系统、应急交通管理系统、应急组织与联动系统、应急救援信息保障系统等子系统。
分析了各个子系统所用到的关键技术以及各子系统的功能。
关键词：
交通事故ITS应急援救系统
第一章绪论
1.1课题研究背景
我国高速公路建设发展迅速,自1998年开始投资兴建至2011年12月,已建成里程达八点五万公里,在我国道路交通运输业中的地位越来越显著。
随着高速路路网的不断扩大,高速公路也由于其速度高、交通量大,产生了严重的安全问题,尤其是交通事故问题尤为严重。
解决高速公路突发事件,提升道路通行能力的路径有三种:
一是硬件完善,对道路和路网进行优化来提升问题路段的通行供给能力。
但该方法受资源和环境制约,且费用高。
二是通过有效的高速公路交通控制管理减缓交通拥挤来提高瓶颈路段的通行能力。
此方法弥补了第一种方法的不足。
三是运用智能运输系统（ITS）进行智能的、自动化的交通管理和控制,这是第二种方法的升级,是目前最主流的高速公路问题的处理途径[1]。
车联网作为物联网技术在智能交通领域中的应用,受到国内外相研究机构的高度关注,成为智能交通系统研究的热点。
据统计,智能交通系统能够有效地提高交通运输效率,使现有的交通通行能力提高2-3倍,能够降低60%的交通拥堵,提高70%的短途运输效率,减少13%-45%的行车时间,降低50%-80%的交通事故,减少30%的汽油消耗。
同时,交通顺畅能够大幅度地减少车辆滞留时间,减少汽车尾气,可减少25%-30%的温室气体排放量[2]。
车联网可以对高速公路紧急事故的发生地点进行精确而快速的定位,可以根据道路与车辆传感器数据智能匹配应急设备,尽全力保障人命安全,为高速公路安全管理提供了有效的技术和策略支持。
1.2课题研究意义
高速公路交通事故的救援工作涉及多种内外资源,存在外部资源各自为政、难以协调、预警系统建设滞后的问题,存在内部资源方面存在专业性差、救援装备与队伍能力弱的问题,特别是应急反应能力滞后。
因此,如何在预警和应急并重的指导思想下讨论如何提升高速公路交通事故应急援救能力,意义明显:
1）应急救援能力的高低是衡量高速公路应急救援快速处置、应急有方、高效协作、持续救援的重要指标。
提高高速公路交通事故应急救援能力,对突发应急状态下保障道路通畅和通行者安全、防范二次灾害、衍生灾害的发生有着十分重要的作用。
2）应急救援能力决定高速公路服务质量和整体形象。
高速公路上因发生重大交通事故而死亡的人员,绝大多数是因为受到重伤后难以及时救护而致。
高速公路灾害救援能力不高,直接导致救援措施不到位、救援不力的后果,危害了人民群众的生命财产安全,也会使高速公路运量减小,社会经济效益受损。
本研究的意义在于,本文在分析ITS在交通事故应急援救效果显著性的基础上建立了基于ITS的交通事故应急救援系统模型，主要包括智能监控系统、智能指挥系统、应急交通管理系统、应急组织与联动系统、应急救援信息保障系统。
同时在针对系统中的子系统提出了提应急援救的策略。
为科学理解高速公路突发事件应急救援能力的形成和提升提供科学依据,为有效提升高速公路突发事件应急救援能力提供管理模式与标准。
1.3国内外现状
从有关交通事故应急处理的文献归纳可以看出,20世纪90年代对计算机应急系统的研究是当时应急系统研究的主流。
ElbaUrbina与BrianWolshon于2003年提出，在突发事件，实施公共交通疏散，车道实施反向流及建立智能交通管理系统[3]。
同年，YuchengZhang分析提出了在突发事件时的出行时间计划[4]。
Thomas通过多种模拟仿真方法，给出在不同情况下，减少交叉口冲突点及合流点，减少多车道变化车道等多种疏散交通的策略[5]。
第二章ITS在交通事故应急救援中的作用
2.1交通事故过程
交通事故为例,共有五个发展阶段,每个阶段的名称、属性特点、主要事件、后果和与应急救援的关系。
表2-1高速公路交通事故的过程阶段
阶段序号
阶段名称
属性特点
主要事件
后果
与应急救援的关系
1
事故发生阶段
多原因导致
交通事故
人员伤亡、车辆毁损
救援工作的起点
2
事故发展阶段
引发二次事故
汽车连续追尾、交通拥堵、受伤人员伤势加重、火灾事故
交通拥堵、道路设施造成破坏
伤员必须得到及时救护
3
事故态势控制阶段
高速公路管理部门、公安交警以及现场人员等采取措施
事故态势的发展得以控制
各种救援工作开始
4
事故态势减弱阶段
各方面救援措施全面展开
事故态势得以减弱
救援工作开始产生效果
5
事故恢复阶段
救援工作基本结束
交通恢复；周边环境影响完全消除
整个事故援救工作结束
高速公路交通事故灾害对人类和社会造成的伤害是即刻和显著的,后果是惨痛的,它不仅带给人们可怕的人员伤亡、巨大的经济损失,更给数不尽的家庭平添无尽的悲伤和难以磨灭的伤痛。
2.2高速公路交通事故对应急救援的需求
根据调查资料,国内高速公路上由于应急举措采取得不迅速、不按照规定而导致的交通事故数量,占高速公路各类交通事故总数的32%[6]。
尽管中国在高速公路兴建上进步神速,通车里程持续增长,但在应急管理这一软件上投资太少,应急管理体系存在组织框架、软件配套、资源配套等短板,各部门信息不共享[7],救援力量不能统一,这严重影响了突发事件的应急处置效率,应急救援能力有很大的提升空间。
高速公路交通事故救援难度大,应尽可能在短时间内清除。
高速公路交通事故,对应急救援提出的具体要求是:
●事故能够快速识别、诊断与预报。
●事故信息能够及时、准确地获取,事故信息具体包括事故类型、地点、时间、事故后果以及与事故现场的联系方式等。
●最优的应急救援方案应能自动生成。
在最短响应时间内,依据交通事故的准确信息来确定有哪些具体的救援需求,由此形成明确的救援计划。
●能实现救援过程中交通诱导、控制与管理。
●能实现统一部署的应急救援管理。
包括提供应急救援服务,牵引和维修事故车辆等。
2.3ITS在交通事故应急救援中的作用
早在21世纪初,ITS在国内外高速公路上就实现了许多口常安全管理应用,如不停车电子收费、路面交通感应器、可变信息标志牌、交流道进口控制、CCTV、路况中心可以通过车辆上的液晶显示屏或话音向这些专用车辆发送调度信息[8]。
ITS的核心技术有三个,分别是全球定位系统、地理信息系统和人工智能技术。
（1）全球定位系统对高速公路应急救援的支撑
全球定位系统,是当前最重要的一种基于卫星的定位导航方式。
全球定位系统，提供的定位导航数据可以覆盖全球范围,用户根据卫星发出的实时星历,可以解析并算出自己目前所处的地理位置、形成速度和到达目的地所需时间等定位信息。
全球定位系统,如果运用于高速公路突发事件的应急救援,能实现的应用有:
①电子地图导航:
通过Internet下载的当地电子地图可实现无极放大、缩小,地图浏览,地理目标信息查询,在线帮助,行车轨迹再现,行车记录分析、行车路线的提前设定,最短路径与最佳路径的选择等。
②实时监控:
在一般情况下,监控中心对车辆不进行实时的监视。
非常态时,监控中心能实现车辆的逐个监察注视,还能接受车辆报警信号。
监控中心收到车辆报警信号后,可给出声报警提醒、光报警提醒,对报警车辆实时跟踪,并在系统屏幕上呈现其位置信息;调用车辆档案库,显示报警车辆车型、牌号、颜色、车主等相关参数;显示警员配置及营救计划的资料。
③具备与110、120、122接警系统相连的能力。
④调度功能。
应急救援专用车辆每次出车时登陆监控中心后即进入被监控状态。
（2）地理信息系统对高速公路应急救援的支撑
GIS,是在计算机系统的帮助下,按地理位置对有关业务数据作预处理、录入、保存、显示、查询、生成目录、分析并提出解决方案的系统。
GIS的分布信息信是智能交通管理的核心内容,例如道路网、交通设施、交通流量、交通事故、交通民警警力等的分布信息。
GIS具有非常厉害的数据管理与支持、遥感专题制图、平面分析、空间分析能力,在高速公路交通规划、综合运输、交通调度等方面应用广泛。
GIS在高速公路应急救援上,有其它技术不具备的优势,主要体现在两个方面:
①GIS具有敏捷的地理线性数据模型,它可应用在高速公路调度、事故救援领域,对海量的数据进行快速处理;
②动态的综合制图功能,可以根据高速公路管理的需求,按照需求层次分别向外传送应急援救路径规划图、设备物料储存分布图、联动单位地理分布图、调度车辆轨迹图等专题地图,以展现差异的要素和活动位置[9]。
（3）人工智能技术对高速公路应急救援的支撑
“人工智能”,是计算机科技的尖端技术范畴。
它是有关怎样创制更Smart的计算机以及更Intellgent的智能计算机及计算机应用系统。
人工智能技术,按其面向对象的领域分为三类,道路安全智能保护防卫技术,车辆智能安全保护防卫技术和交通管理智能安全保护防卫技术。
人工智能技术还可为高速公路应急救援提供决策依据,主要路径有两个:
①联合数据库技术,科学调用应急救援资源;
②使用基于GIS的网络分析技术[10],让高速公路交警能更加科学地引导事件现场及周边的交通,避免二次事件的发生如交通堵塞,设计可靠而科学的救援路径,使救援人员迅速赶到现场。
综上,ITS系统的核心技术GPS、GIS和人工智能技术对提升高速公路突发事件应急救援能力各有侧重。
第三章基于ITS的交通事故应急救援系统
基于ITS的交通事故应急救援系统,由智能监控系统、智能指挥系统、应急交通管理系统、应急组织与联动系统、应急救援信息保障系统等子系统部分或全部有机地融合而成的。
图3-1基于ITS的高速公路智能应急救援系统
基于ITS的交通事故应急预援救系统主要由公路应急交通管理系统、公路智能监控系统、公路应急援救信息保障系统、公路智能指挥调度系统、公路应急组织联动系统。
3.1智能监控系统
3.1.1系统组成
智能监控系统主要由通行环境监测系统、交通状态监控系统和违法行为监控系统三个要件构成[11]。
1）通行环境监控系统。
监测对象有：
高速公路沿途区域的天气情况（特别是暴雨、飓风、大雪、结冰、浓雾、沙尘暴等恶劣天气的监测）、險道或涵洞的通行环境如环境明亮度、消防设施配备情况等）、机电设备的实际运行状况；
2）交通状况监测系统。
监测对象有：
高速公路路面交通实际状况的监视、交通事件监测（如道路险情、交通拥堵与交通事故）以及交通参数检测（如车辆的行驶速度、车辆的吨位、车流量和道路通行率）；
3）交通违法行为监控系统。
监测对象有：
静态的机动车辆卡口监测系统和动态机动车辆通行状况监测系统（如流动测速、流动抓拍和酒精测试等系统）。
3.1.2系统关键技术
1）信号控制系统数据采集、快速路网数据检测、号牌识别行程时间检测、视频监控、公安警车监控与定位系统、违法信息系统、停车场信息等。
基于，可以获得路上运行车辆位置与密度的实时信息。
2）基于GIS，能得到道路网、交通设施、交通流量、交通事故、交通民警警力等的实时分布信息。
3）通过GIS直接调度赶赴事件现场的救援抢险车辆,提供事件现场附近的系统摄像头的分布图，方便救援者在第一时间获得有关事件现场的信息。
4）利用环境监测器，可以随时明确灾害天气的来临。
3.1.3系统功能
该系统能实现的功能有：
1）降低交通处于波峰期时车辆的平均行进速率，缓解路面车辆的堵塞程度；
2）如果发生交通事故，智能监测系统会自动报警，并且根据报警源的位置，自动在电子地图的相应位置上显示；
3）威慑驾驶员的随意违章行为，预防并减少交通事故；从而减轻交警劳动强度，以便集中警力用于处置突发事件；
4）能缩短紧急救援时间和响应速度；
5）能提高高速公路管理技术手段，降低运营成本[12]；
6）切实提升高速公路企业的运营效率，提高其对外服务质量。
3.2智能指挥调度系统
3.2.1系统关键技术
1）事故自动定位系统（AAL）自动事故定位的依据是电子地图、和报警电话，可更准确地开展救助
2）对区域内的监控视频进行统一编码，在发生特重大交通事件时，管理人员可以远程查看现场视频，并通过无线通讯设备与现场进行视频对话，开展有效的指挥调度。
3）高速公路上突发事故，高速公路应急救援指挥中心在获得事故报警信息后，通过与中数字化的相关模块交互，能够确定事故等级及其影响范围，并获取相对应的应急处置预案。
数字化预案模块与中的引擎通过交互，将实现基于图层的动态预案展现。
4）针对交通事故提供应急服务，如现场处理、伤员救护、车辆援救、汽油供应。
利用根据突发事件实际需要匹配与救援最需要的资源[13]。
5）远程指挥。
应急救援指挥中心与事故现场如果不在同一个地理位置，一些救援机构和专家需要远程对事故现场做出准确分析和提供决策支持。
6）由于数据库能动态更新、全面共享、实时维护，高速公路应急救援指挥中心及其它机构都能共享同一平台信息，就会减少甚至避免传统通过电台、电话信息传递的口误发生概率，改善了指挥调度信息的权威性、真实性和准确性
3.2.2系统的功能
在应急救援每一个阶段，应急救援指挥调度系统都有其特殊使命，发挥重要的功能：
1）资源优化配置。
分析可用的应急救援资源，结合和其他技术，将分散的高速公路各路段的各种资源进行有效整合，在此基础上进行优化配置。
2）救援决策支持。
充分利用信息技术手段，确定可用的救援资源，指导救援力量如何到达事件地点的最佳路径；制定科学可行措施；生成切实有效的最佳救援方案。
3）指挥救援实施。
利用高速公路通讯系统和监控系统，救援系统接收交通事故信号，然后利用GPS对是故车辆进行定位，发布指令，指挥救援结构和人员进行事故救援。
3.3应急交通管理系统
应急交通管理系统建设的目的是在高速公路上突发事故、事件时创造畅通、高效的应急救援交通条件，使应急救援指挥系统能够运转起来，预案组织实施紧急救援。
3.3.1系统关键技术
1）建立有效的部省、省际、地方之间沟通协调机制，以提高高速公路应急联动的质量和效率，保证参与救援的各机构在优化的救援方案执行进程中，分工合作、步调一致、协调平衡，保证整体救援效益的最大化。
2）科学选择救援线路，保证救援人员和装备以最快捷的方式到达事故地点。
3）先进的现场管理，路政人员、救护人员，公安交警，消防人员、保险公司代表等，各司其职，防止协调和分工混乱，保证救援工作顺利的幵展。
4）建立统一的标准和经验：
购置各类应急救援产品与设施，统一相关技术标准，以便实现应急管理信息的联动，当发生较大范围的突发事件时，政府能在最短的时间要求内，对参与应急救援的分管部门统一部署、调度协调。
3.32系统的功能
1）根据智能监测系统捕捉动态准确的高速公路运行情况信息实时提供合理的交通控制分析、预测与决策；
2）在高速公路主要道口、距道，对交通流量、方向、驾驶员进行交通管理；
3）事件管理：
对交通事件现场进行控制管理；
4）车道使用控制：
根据交通事件或事故引发的堵塞程度，按照智能指挥系统路径优化方案，对高速公路车辆驾驶员实施车道引导和控制；
5）实施事故应急救援：
按照智能指挥系统资源优化配置方案，调派警力、专业救援人员，实施救援，减少事件响应时间，提高事件救援效率；
6）实施清障疏通：
按照智能指挥系统资源优化配置方案，高速公路路政、消防及其专业公司实施清障疏通，缩短事件清除时间；
7）信息发布：
将有关事件事故发生情况、管控进度和结果等情况告知高速公路使用者，让这些司乘人员可以改变出行的策略，做好交通安排；
8）保障道路系统的通行安全，降低衍生事故发生的机率和次数。
3.4应急组织与联动系统
3.4.1系统关键技术
1）立高效的信息发布体系。
危机时刻，与公安部门联动，为应急指挥中心提供安全、方便、迅速的通信保障。
建立全国信息联合发布机制[14]。
2）事故信息与媒体联动。
将各个地方的公路、铁路、民航交通信息全面汇总梳理、分析，通过各种媒体告知群众
3）速公路应急救援人员利用的联网功能，一旦接到报警可迅速与、、联动，协同救助，为事故受伤人员和事故车辆提供及时的抢救和抢修服务。
。
3.4.2系统功能
基于的高速公路突发事件应急组织与联动系统，以采集和共享的事件信息为依据，以综合的智能分析为工具，以提高应急联动效率为目的，重点在于实现纵向组织、横向组织、不同事件类型、不等事件规模上有效的应急联动，处理道路上发生的事件，保证道路畅通与安全。
3.5应急救援信息保障系统
3.5.1关键技术
1）信息发布：
将有关事件事故发生情况、管控进度和结果等情况告知高速公路使用者，让这些司乘人员可以改变出行的策略，做好交通安排。
2）高速公路监控人员通过可以实时知道事件现场的交通状态，给出车辆引导信息，利用的调度功能，还能很好地帮助监控中心对每台救援专用车每次出车情况进行监控，并通过车载设备上的液晶显示屏或话音向车辆发送调度信息[15]。
3）大范围内通行高速公路的车辆采取手机短信、高速公路广播、可视化路牌、导航提示灯等多种方式发布预警信息。
3.5.2系统组成
高速公路应急救援信息保障系统，主要包括高速公路突发事件应急信息服务平台、信息数据库。
数据库主要由应急救援预案、应急专家资料、高速公路周边道路情况、道路走向、应急救援设施储备资料等。
高速公路事故复杂严重、救援难度大，有高效且稳定运行的信息保障系统作为后盾，将能更积极地推进应急救援工作更方便、快捷、高效。
第四章总结与展望
4.1总结
ITS在国内外高速公路上就实现了许多口常安全管理应用,如不停车电子收费、路面交通感应器、可变信息标志牌、交流道进口控制、CCTV、路况中心可以通过车辆上的液晶显示屏或话音向这些专用车辆发送调度信息。
ITS在应急援救方面发挥了巨大优势。
本文对分析高速公路交通事故的过程及救援需求以及ITS在交通事故应急救援中的作用的基础上，构建了基于ITS的高速公路交通事故应急救援系统框架，主要包括智能监控系统、智能指挥系统、应急交通管理系统、应急组织与联动系统、应急救援信息保障系统等子系统。
分析了各个子系统所用到的关键技术以及各子系统的功能。
4.2展望
本文构建了基于ITS的交通事故应急救援系统框架，在很多方面尚需要做更深入和细致的工作，应进一步在以下方面展幵深入研究：
1）论文主要是定性研究，在定量研究上较为薄弱和缺乏，论证需要加强，这是下一步研究应着力解决的。
2）基于智能运输系统的交通事故智能应急救援系统，还应给出更深入、更具体、更具操作性的系统设计，这是在高速公路应急救援系统产业化推进的重要内容，需要进一步纵深调研之后进行科学设计，将是后续的工作重心。
3）基于构建的高速公路交通事故智能应急救援系统如何和国内现有高速公路应急管理体系进行契合和植入，需要在丰富实证研究的基础上，落到实处。
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