无线通信技术在高速公路事故处置系统中应用研究

　　本文在对高速公路交通事故过程、影响因素、紧急处置与救援特点及其信息需求分析研究的基础上，同时对高速公路现有通信资源进行分析，认为现有的有线通信网络无法满足事故地点随机性的要求，GSM、CDMA、GPRS系统虽然能建立信息传输通道，但不能对视频进行实时传输。继而介绍了作者研发的适用于高速公路应急救援现场的基于WLAN的无线视频实时传输系统的基本原理与功能。

　　一、我国高速公路交通的发展和面临的问题

　　高速公路不仅是交通现代化的重要标志，也是国家现代化的重要标志。高速公路里程的增加有效地改善了我国公路交通结构与运输效率，促进了国民经济的增长。然而，高速公路的快速发展在对国民经济做出贡献的同时，也产生了严重的负面效应——高速公路交通事故。世界银行在高度评价中国高速公路建设取得巨大成就的同时，认为中国高速公路的建设和运营目前还面临规划、融资、管理维护三方面的严峻挑战。世界银行东亚太平洋地区可持续发展总局局长Christian Delvoie先生说，管理和维护问题反映在车辆超载、交通安全等方面，需要认真加以解决。

　　高速公路上由于汽车行驶速度快，汽车运行时动量大，因而冲击力强，一旦发生事故往往危害性大，后果严重。在普通道路上，车辆如发生意外事件，如车辆机械故障、轮胎损坏、突然失火、抛锚等情况时，由于车速不快，且周围容易找到求助的人员，一般不会造成太大损坏。而在高速公路上，如遇以上情况很可能导致交通事故发生，而且很多情况下会引起二次连锁事故的发生，其危害程度往往会超过普通公路上同类事故的几倍，十几倍，甚至几十倍，上百倍。据统计，在高速公路发生的交通事故中，轻微的交通事故所占比例微乎其微，直接损失在1万元以上的事故占总数的70～80%。全国因道路交通事故造成的人员死亡，2005年是98738人，其中6407人是因高速公路交通事故造成的，占总死亡人数的6.5％，比2004年上升2.8％；2006年是89455人，其中6631人是因高速公路交通事故造成的，占总死亡人数的7.4%，同比上升3.5%。城市快速路2006年因交通事故造成3868人死亡，同比增加1968人，上升103.6%。

　　二、高速公路交通事故过程、影响因素及紧急处置与救援的特点

　　1、高速公路交通事故过程及其影响因素分析

　　对从高速公路交通事故紧急处置和应急救援的角度出发，可以将其分成事故发生、事故发展、事故势态控制、事故势态减弱、事故影响消除与交通恢复等5个阶段。事故发生是事故分析的起点，也是对事故采取紧急处置和救援工作的起点；在事故发展阶段往往会引发二次事故，导致事故规模扩大，常见的有诸多车辆连续追尾、交通堵塞、大量受伤人员伤势加重、引发火灾事故、导致危险化学品泄漏；事故势态控制阶段是刚刚实施紧急处置和救援措施，使事故势态得以控制；实施紧急处置和救援措施后的效果就是使事故发展势态减弱；消除事故影响与交通恢复阶段是整个事故紧急处置和救援工作的结束点。

　　一般来讲，在事故发展阶段直接影响事故规模的主要因素是道路上车流情况，如车速、车流量等；道路本身的状况，如路况、转弯、坡度以及桥梁等；各类人员的情况，如司乘人员、道路管理人员和交警等；环境情况，如大雾、大雨、大雪等；所运输货物的情况，如危险化学品、可燃物等；救援方面的情况，如救援体系、救援预案、救援物资以及救援设备等；这里特别要指出的是，事故发生后，事故现场信息的传递时间、信息的准确程度及相关部门对信息的响应时间是影响事故态势发展的重要因素。

　　2、高速公路交通事故紧急处置与救援的特点

　　有不少学者从事故的规模、类型等方面对高速公路交通事故的特点进行了研究，其侧重点是将其与普通公路上交通事故相比较；在这里笔者想从事故救援的角度，将高速公路交通事故与一般工业生产中发生的事故进行比较。笔者认为高速公路交通事故有以下特点：

　　⑴、事故涉及的财产的产权关系复杂。对于一个企业来讲，其发生的事故所涉及的财产的产权比较单一，而高速公路交通事故却涉及到司机、车辆、道路、货物等，产权比较复杂。因此，高速公路交通事故救援体系与一般生产企业的事故救援系统不一样。

　　⑵、事故救援中的责任范围难以划分。对于一般企业，事故救援责任主要由企业法人承担，而在高速公路交通事故中，各关联方都有一定的责任。复杂的产权关系、救援资源的所有权及救援责任的范围增加了事故救援的难度。

　　⑶、事故现场保护与事故责任的认定。一般企业发生生产事故，往往先启动应急救援预案实施救援工作，对于事故的责任认定一般都在事后组织事故调查组进行调查认定；而对于高速公路交通事故，一般都要先保护现场，由公安交警先对现场进行勘验、检查，收集证据，认定事故责任。这往往会延误紧急救援的黄金时间，甚至在一定程度还会扩大事故势态。

　　三、高速公路交通事故紧急处置与救援过程信息需求分析

　　1、信息需求分析

　　为了及时开展救援工作，在救援工作的不同阶段，救援部门需要及时获取如下信息：

　　⑴、在事故发生时的初期需要的信息有事故地点、事故的类型、事故规模等事故信息；事故地段车速、车流量等交通信息；天气信息等。

　　⑵、在进行救援方案的制定时需要的信息有事故的影响范围、该范围的车流量、可能引发二次事故的情况等与事故发展趋势有关的信息；救援人员、救援物资、救援设施等信息，这些信息不是局限于某一部门，而是涉及多个部门，甚至是全社会的救援信息。

　　⑶、在救援过程中需要的信息有事故实际发展趋势；各救援进展情况等。

　　⑷、在救援工作后期需要的信息有事故中车辆、道路损失情况，事故对周围环境影响等。

　　2、信息流分析

　　在高速公路交通事故救援中，应保证以下几个方面的信息流能够通畅传送。

　　⑴、事故发生时，事故现场与救援中心之间的信息流。一方面，要求救援中心能及时确认事故已经发生，并及时获取事故的有关信息，为尽快组织救援赢得时间；另一方面，救援中心应将事故信息快速传达到事故现场的附近区域，尤其应将信息传送到上游的车辆，以避免车辆追尾等二次事件的发生。

　　⑵、救援中心与救援体系中相关部门之间的信息流。救援中心在取得事故的有关信息之后，应根据事故的类型、规模对事故的发展趋势进行预测，并快速找出需要参与救援工作的有关部门，并及时将事故信息传送到这些部门，以便他们及时到达现场，实施救援工作。

　　⑶、事故救援过程中，救援中心与事故现场之间的信息流。由于交通事故的发展受多方面因素的影响，因此，救援中心应及时获取事故现场的有关信息，根据事故的发展势态及时调整救援能力。

　　⑷、事故救援过程中，救援中心与各救援单位之间的信息流。为保证各项救援工作协调、有序进行，救援中心需要与各救援单位之间保持畅通的信息流动。

　　因此，在救援工作中，各种信息的快速、准确获取，各部门之间信息流动的畅通，是实现快速、高效救援的保证。

　　四、高速公路现有通信资源分析

　　高速公路通信系统是高速公路现代化管理的支撑系统，它要实现监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息准确而及时的传输，要保障高速公路管理部门之间业务联络通讯畅通，并要为高速公路内部各部门与外界建立必要的联系。

　　1、高速公路通信系统的组成

　　(1)、程控交换网络。主要担负高速公路的语言通信；也有部分数据通信任务；另外它还可以担任指令电话的任务。

　　(2)、紧急电话。又叫应急电话。是为司机提供紧急呼救用的，属高速公路专用呼救系统。当发生交通事故或车辆故障时，使用者只要按下通话键即可向监控中心通报事故；并能自动发出事故地址信号；控制台能识别报警位置，以便急救。目前紧急电话系统报警率占总报警的2/3；交通事故的及时报警和处理起到了很大的作用。

　　(3)、集群移动通信系统。快速、高效、可靠的通讯工具是排阻救险，保证道路的畅通，最大限度发挥高速公路优势的关键技术之一，若靠有线及定距离设置的紧急电话一对一的通讯方式，则显得时间长、不能方便及时的应付突发事件，这显然不能适应高速公路管理的要求，那么就需要一套高性能的集群指挥调度系统来保证高速公路沿线通信畅通。按交通部的要求，对高速公路的移动通讯网采用国家无线电管理委员会指定的800M H7专用频率。

　　(4)、指令电话系统。指令电话是供高速公路进行业务调度指挥专用的通信系统。高速公路各种管理部门，经各种手段(如电视摄像机、业务电话，紧急电话、移动无线电话或人们口述报案等)获取道路管理信息后(如交通事故)，道路管理人员可采用指令电话系统对所辖管理机构，组织指挥调度业务(如事故处理、道路抢修或封闭交通等)。

　　(5)、数据通信系统。高速公路数据通信系统主要承担监控系统和收费系统上下行数据信急的传送以及道路管理的数据处理任务。该系统由上端数据通信终端设备、传输信道和下端数据通信终端设备二部分组成，上端数据终端包括数据通信控制器和调制解调器，它们安装在监控中心或收费中心；下端数据通信终端包括远程数据通信终端及调制解调器，它们安装在道路沿线两侧(或收费站监控点等)。

　　2、高速公路通信系统的传输功能

　　高速公路通信传输业务大概可分为语音、数据和图像三大部分：

　　(1)、语音业务。语音业务包括业务电话(BTU、指令电话(CI)，紧急电话(EI) ,无线集群、广播系统语音等。

　　(2)、监控和收费数据传输业务 监控数据传输通路分为两级，第一级为监控外场设备至通信站的数据传输通路，第二级为通信站到路段监控中心数据传输通路。第一级由监控系统负责，通信系统为其顶留传输介质。第二级由通信系统为每个外场设备至路段监控中心提供低速率通道，通信系统为路段中心心至区域中心预留21Mlbit/s数据通道。收费数据传输通路分为三级，第一级为收费车道至收费站，第二级为收费站至路段中心，第三级为路段中心至区域中心。

　　(3)、监控和收费图像传输业务 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆，视频图像信号和控制信号经过数字舰频复用光端机复用后，占用一根光纤传输。

　　3、高速公路通信网络技术

　　光纤技术、IP技术、图像编码技术及异步传输模式（ATM）是20世纪90年代对网络发展产生巨大影响的四大技术，目前高速公路通信系统的网络技术有SDH、ATM和IP技术，为了满足移动通信的要求，也利用GSM、CDMA和GPRS技术进行信息的传递。

　　4、现有通信资源的缺点

　　高速公路机电系统中现有的通信系统、监控视频系统在交通正常的情况下，能满足交通安全管理的需求。在高速公路各类紧急事件处置和救援中，救援指挥中心为了及时制订处置和救援方案，最迫切需要了解事故现场的各种信息，尤其是事故现场实时的视频资料；同时现场救援人员也需要及时获得救援中心的指令，这些信息的传输需要高速宽带传输系统来支持，但由于事故现场的随机性和不确定性，这时现有的有线通信技术无法及时建立传输通道；现有的GSM、CDMA和GPRS等通信网络，虽然能及时建立事故现场与救援指挥中心的信息传输通道，但只能传输语音信号和短消息，无法满足视频实时传输的需要。鉴于此，由中原工学院牵头，联合江苏大学、南京智达康无线通信科技有限公司、浙江工业大学将无线通信技术运用到高速公路紧急事件处置和救援上来，共同研制了基于WLAN的无线视频实时传输系统。

　　五、高速公路交通事故紧急处置现场视频无线传输系统

　　高速公路应急救援现场视频无线传输系统是运用基于WLAN技术的无线数字宽带视频传输技术、WebGIS技术等相关技术，对事故现场的视频信号实时无线数字传输的技术规范、硬件设备、软件系统等关键技术的进行研究和开发，研制出适用于高速公路应急救援现场的视频实时无线传输系统，其信息传输的链路和相关指标如图1所示。该系统能综合利用高速公路已有机电系统的有关资源，将高速公路突发事件的现场实况实时传输至远离现场的应急救援指挥机构，为指挥机构及时了解现场实况，分析、决策、调度应急救援资源和各方面的专家技术支援提供现代化的技术装备。

　　高速公路应急救援现场视频无线传输系统由高速公路应急救援无线通信指挥系统、突发事件隔离区视频信息采集传输系统、突发事件隔离区外车载现场移动视频通信指挥系统（也可称为“移动无线车载系统”）等三个部分组成，见图2；其移动通信部分的应用位置见图3。

　　高速公路交通事故紧急处置现场视频无线传输系统的功能有①高速公路所在行政辖区内的政府相关部门对现场实施多级实时指挥监控；②高速公路运营机构指挥中心对现场实施实时指挥监控；③高速公路监控中心与现场实施实时视频通信及系统管理；④公安交警、公安消防、医疗急救、事故处理、路政抢险等部门与技术专家的通过视频及时了解、掌握现场实况，能及时给予前方技术支持，为前方提供解决疑难问题的技术方案；⑤事故隔离区内现场信息采集与储存；⑥高速公路突发事件处理过程的信息记录与储存；⑦高速公路交通突发事件现场附近路况信息采集与传输，信息发布。

　　六、结论

　　1、在高速公路交通事故紧急处置与救援中充分利用现代信息技术不仅可以控制事故势态的发展，也有助于展开救援工作。

　　2、高速公路现有的有线监控系统在事故紧急处置与救援中，使事故现场与指挥中心无法及时建立视频信息实时传输通道；现有的CDMA和GPRS的带宽也无法满足事故现场与指挥中心视频实时传输的需要。

　　3、运用基于WLAN技术的无线数字宽带视频传输技术、WebGIS技术等相关现代信息技术，可研制出适用于高速公路交通事故紧急处置现场与救援工作的视频实时无线传输系统，该系统能综合利用高速公路已有机电系统的有关资源，为高速公路事故紧急处置提供现代化的技术装备。