高速公路应急管理系统总体设计.pdf

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1、收稿日期:2006212231。作者简介:刘清(19662)女,湖北武汉人,教授,博士,从事交通运输安全工程研究,。基金项目:浙江省交通厅“绕城高速公路预警应急指挥系统研究”基金资助项目。高速公路应急管理系统总体设计刘清1,陶存新2,张存保1(1.武汉理工大学交通学院,湖北武汉430063;2.武汉理工大学物流学院,湖北武汉430063)摘要:高速公路应急管理是高速公路交通安全管理的重要内容,能产生极大地社会效应。本文从高速公路安全管理现状入手,针对高速公路预警救援指挥中普遍存在的外场信息采集和发布设施使用效果差、信息共享程度低、缺乏统一预警指挥、各部门之间在应急处理上不够融洽等问题,对高速公

2、路应急管理系统的需求进行了分析,设计了基于GIS平台的高速公路预警应急指挥系统的总体框架,它包括预警管理子系统和应急处理子系统两个模块,并分别对两个子系统模块的组织与事件处理流程进行了探讨,系统实施可以缩短高速公路异常交通事件响应时间,减少人员伤亡和事件清除时间,取得较大社会效益。该系统框架研究对在高速公路上建立各类异常交通事件的应急指挥系统具有指导意义和推广价值。关键词:高速公路;预警;应急中图分类号:U 491文献标识码:A文章编号:167227037(2007)0320021204随着“以人为本”理念的深化和公众生活品质的改善,时间价值和生命价值得到高度重视,安全成为交通的第一要求,减少

3、交通伤亡、促进公众安全,成为政府和交通从业者的首要职责。“十一五”期间交通行业发展的一个重要目标就是实施公路安全保障工程,提高公路设施的功能和服务水平,减少和降低因公路设施不完善导致的安全事故和人员伤亡;建立现代化的交通安全监管预控体系和立体化的搜巡救助体系,建立健全各种突发事件的交通预警应急反应机制。1高速公路应急管理现状及分析我国从“七五”期间开发了高速公路监控系统、收费系统和通信系统(统称高速公路三大机电系统),为高速公路的运营管理提供了技术支撑。目前已建或在建的高速公路大多建有三大系统,为达到统一管理和调度高速公路路网,整合管理资源的目的,建立了高速公路监控总中心。但是,高速公路监控总

4、中心更大程度上为信息汇集中心,管理方法多为传统的管理方法。针对日益突出的交通安全和紧急救援服务,目前迫切需要有科学的手段与方法,替代传统的管理模式,使高速公路路网的交通运行状况得以实时监测,提高针对突发事件和事故的道路交通应急反应能力。因此,有必要建立应急救援技术支撑系统。目前,高速应急管理的主要部门是各高速公路管理公司,参与部门有交警、路政、120及119特勤等。高速公路管理公司负责监控,交警大队负责路段的交通秩序和刑事管理,路政负责路产路权的管理,120负责人员伤亡的处理,119特勤针对紧急并且难以处理的事故。这些单位或部门,主要还是采用电话联系的方式,通过监控中心对事故进行梳理,按照单位

5、(或部门)的相应工作职能和权限进行通报,参与事故的施救。如果出现异常交通事件,由第一接警人将所有已知信息在第一时间内通知监控中心,由监控中心工作人员根据事件的基本情况,对其进行初步的分析,有针对性地通知相应的救援响应单位、部门及公司领导,按照预案中的相关规定,进行现场施救。如果状况紧急,则调度由现场领导小组接管,监控中心辅助领导小组完成整个事故的施救过程。根据实际情况,各部门按照“同一路段,由各单位之间联动;不同路段,由各路段之间联动”的原则协作处理。以上应急管理现状存在以下问题。a.外场信息采集和发布设施使用效果差。目前,高速公路的感应线圈大部分设置在车流分流处。人工采集的信息较多,主要是靠

6、现场肇事者和第24卷第3期2007年9月华中科技大学学报(城市科学版)J.of HU ST.(U rban Science Edition)Vol.24 No.3Sep.2007目击者报警,或者巡逻人员采集信息,而紧急电话的使用非常少。外场采集到的事故信息,90%靠电话传递,10%由巡逻车、视频发现。而在信息发布设施方面,虽然各路段均有信息发布板,但较少发布交通路况相关信息。由此可见,外场信息采集和发布设施的使用效果差,铺设的外场设备尚未发挥应有的作用。b.信息共享程度低。目前,我国大多数高速公路的三大机电系统是由不同的软件公司开发,数据结构,数据传输方式等均不尽一致,造成信息利用率低、集成程

7、度差。高速公路几大主要管理部门,高速公路管理公司、路政和交警,均有各自的信息采集方式,而且它们采集到的信息侧重点,信息类型都不相同。几大部门间不仅缺乏有效的信息沟通和共享,且各自拥有信息的融合度也很低。c.缺乏统一预警指挥。由于各相关部门的管理职能和利益出发点不同,造成对于异常交通事件的判别标准不同,对异常交通事件应急管理缺乏统一指挥,在处理标准和方法上常会有出入,影响了应急管理的质量和效力。d.各部门之间在应急处理上不够融洽。由于缺乏各相关部门参与联动应急预案体系,当出现异常交通事件时,各非属高速公路管理公司管理的单位和部门,存在响应不及时现象,各施救部门之间的协作还不够融洽,整个施救过程略

8、显拖拉。2高速公路应急管理系统需求分析绕城高速公路管理公司每天的交通安全管理业务和数据量很大,实现高速安全管理的智能化、数字化及自动化,实现全路段的数据共享和安全隐患的及时处理,是应急管理系统需要处理的任务。a.建设高速公路应急管理系统是体现“预防为主”安全管理指导方针的需要。国家发改委“十一五”发展规划中,把“加强运输工具的安全性、可靠性和交通安全设施的完善与配套,通过交通科技创新,实现对交通行为的监控、预警、引导和控制,抑制或减少交通事故隐患”作为公路运输的重点。高速应急管理系统的建立,充分体现了安全管理的“预防为主”的指导方针的需要。b.建设高速公路应急管理系统是提高公路运营效率的需要。

9、随着经济的发展,高速公路昼夜交通量持续增长。建立应急管理系统,将有效整合各相关部门资源,降低运营成本,并降低车辆对道路等资源的占有率,也将大幅度降低执法车辆的运行时间,减少车辆购置数量,提高道路利用率,降低运行和保养费用,从而提高高速公路运营效率。c.建设高速公路应急管理系统是减少经济损失,提高高速公路社会效益的需要。随着车辆保有量的迅速增长,道路交通拥堵、环境污染、交通事故以及道路病害日益增多。有了统一指挥,能快速获取突发事件发生的位置,进行指挥、救援、疏导和调度,迅速协调相关部门以缩短事件处理时间,减少社会影响,降低人员伤亡;能进一步提高交通管理部门的紧急应变能力,有效提高交通运输的安全可

10、靠性,为社会提供畅通的通行环境;能有效减少异常交通事件带来的经济损失。d.建设高速公路应急管理系统是建立重大交通事件应急联动机制的需要。与国外发达国家相比,我国高速公路交通安全管理及应急救援水平不高。以交通事故致死率为例,我国2002年交通事故平均致死率为2.7%。而同为亚洲国家,且机动车密度大大高于我国的日本,同期交通事故致死率只有0.7%。高速公路管理公司在处理交通异常事件应急过程中,也存在各施救部门合作的协调性不够等问题。建立科学的重大交通事件应急联动机制,加强各部门之间的协作,是提高高速公路管理水平的有效途径。3高速公路应急管理系统总体框架高速公路应急管理的目标是:在交通事件发生前采取

11、预防措施,降低和避免异常交通事件的发生;在发生交通事件时,及时发现并采取合适的应急救援措施,使人员伤亡和财产损失最小,并尽量降低事件导致的交通延误等影响,在最短时间恢复到正常交通状态。高速公路应急管理是一项系统性的工作,其内容包括:交通事件预警;交通事件检测;交通应急管理方案决策;交通应急管理方案实施;交通应急管理后评估;交通事件信息归档等,每个环节都关系到应急管理的效率和效果。在上述应急管理内容的基础上,确定高速公路应急管理系统总体框架。由图1可见,高速公路应急管理系统包括两个子系统,整个系统基于一个共同的GIS平台,实现信息的统一组织和管理。3.1交通事件预警管理子系统交通事件预警子系统的

12、功能是对现有的交通状况及环境信息进行统计、分析和数据挖掘,从中找出导致交通事件的分布特征、原因及其影响因素,如事故多发路段的形成原因,异常天气下的交通安全管理的措施等,及时发出交通事件预警。高22华中科技大学学报(城市科学版)2007年图1高速公路应急管理系统总体框架速公路管理部门根据预警信息,采取相应的整改措施,在一定程度上预防事故的发生。交通事件预警子系统包括3个功能模块:交通事件信息处理及预估模块,事故多发路段分析及预警模块,异常天气分析及预警模块。3.2交通事件应急管理子系统交通事件应急管理子系统是在交通信息采集基础上,及时获得交通事件信息,确定应急管理方案,然后协调各相关部门执行应急

13、管理方案,并对整个应急管理过程进行监控和指挥调度,实现交通事件应急管理的科学化、规范化和效率化。交通事件信息采集模块:利用多种交通事件信息采集方式(包括报警电话、巡逻车、视频检测器、交通流检测器、气象检测器等),动态检测交通事件的相关信息,并对信息进行存储。交通事件判别及确认模块:对交通事件信息采集模块的数据进行分析,采用人工判别和计算机自动识别等方法,获得交通事件的位置、事件类型及事件严重程度等信息。交通应急管理方案决策模块:根据交通事件的位置、事件类型、事件严重程度等信息,在应急管理预案的基础上,结合事件发生时的客观情况,采用人机交互的方式,确定事件的应急管理方案,如参与救援的部门、救援通

14、道、交通管制措施、交通事件信息发布内容及范围等。交通应急管理方案实施模块:实施交通应急管理方案中确定的各项措施,如事件现场管理、救援车辆监控调度、交通管制及疏导及交通事件信息发布等。交通应急管理后评估模块:对交通事件应急管理的全过程进行评估,如事件发现和响应时间是否及时、应急管理方案的科学性及其改进、各相关部门工作是否协调、应急管理措施是否恰当等,并对存在问题的部门和人员提出相应改进措施。交通事件信息归档模块:进行交通事件应急管理整个过程的信息归档和存储,便于查询和分析。4高速公路应急管理处理流程4.1交通事件预警管理处理流程高速公路交通预警管理是以系统非优理论和系统控制论为基础,从宏观角度,

15、根据高速公路交通安全管理活动状态,确定道路安全状态(分为安全、准安全、准危险三种),并由此作出相应对策反应的管理活动。它对道路交通安全状态进行监控、预测与警告,并在确认处于危险发生的状态下,采用规定的组织方法干涉和调控,使之恢复正常状态的管理活动。根据高速公路预警管理体系的结构和道路运营活动客观过程,制定高速公路预警管理系统活动的运营流程(图2)。图2高速公路预警管理的运营流程高速公路预警管理工作的开展是建立在运营公司对所辖路段交通运营指标的监测基础上的。预警部根据获取的指标数据,通过识别、诊断并评价各交通现象,确认监测指标处于异常、准危机、准安全或安全状态,提出控制对策并实施。当指标处于安全

16、状态时,继续进行日常监测,不介入预控管理状态;当监测指标处于准安全或准危机状态时,预警部根据具体情况或指示进入特别监测阶段,或提出预控对策提请决策层并由决策层下达各职能部门执行,直至恢复到安全状态。预警部将对策方案输入对策库供将来参考,当监测指标进入异常状态时,整个高速公路管理组织进入应急管理程序,根据预先设定的应急管理方案,组织具体人员来具体实施。此时的应急管理小组取代了日常管理中的决策层,全面负责异常事件的管理活动,直至高速公路运营重新进入安全状态。4.2交通事件应急处理流程高速公路交通事件应急管理涉及的业务部门主要包括:高速公路管理中心;交通警察部门;路政管理部门;医疗部门;消防部门;特

17、种物品处置32第3期刘清等:高速公路应急管理系统总体设计 部门等,各业务部门在交通事件应急管理中发挥不同的作用。但是,各部门之间必须紧密配合,协调工作,才能有效降低事件的影响和损失。目前高速公路在应急管理方面,各部门基本上是各自独立工作,相互之间的协调和配合不密切,缺乏统一的指挥和协调机构,事件应急救援效率有待提高。为了明确各部门的职责,实现交通事件应急管理的规范化和效率化,必须建立一套规范的交通事件应急处理流程,指导各部门的工作。对于一般的异常交通事件,应当依托高速公路管理中心,建立交通事件应急管理中心,负责统一指挥、监督和协调各部门的工作,其职能包括:汇集各种渠道的交通事件实时信息(如交通

18、监控系统发现的事件信息、电话报警信息、交警部门通报的事件信息等),确定应急管理方案,并对各相关部门的工作进行部署。在应急管理方案执行过程中,对各部门的工作进行协调、调度和监督,保障应急救援工作的有效开展(图3)。图3高速公路交通事件应急处理流程现有研究表明,交通事件响应时间每缩短1m in,事件清除时间可缩短45m in。在事故发生后,30 m in内死亡人数占总死亡人数的85%,如果事故发生后能在30 m in内得到有效救援,事故致死率将大大降低。因此,缩短交通事件响应时间,对减少人员伤亡和事件清除时间,具有重要意义。5总结高速公路应急管理系统在高速公路安全管理中具有十分重要的作用,通过对高

19、速公路应急管理现状分析,确立了系统的总体框架和交通事件处理流程。系统的实施还必须有相应的配套措施,如:加强高速公路交通信息化基础设施建设、完善高速公路交通管理协同体制、加大资金投入、重视人才队伍建设及加强社会救援体系建设等。本文是“高速公路应急管理系统研究”课题的一个部分,系统实现的关键技术和实施体制等,将在后续文章中予以探讨。参考文献1刘清,佘廉.高速公路预警管理系统研究J.科技进步与对策,2004,(8):1672168.2马社强.道路交通事故紧急救援体系研究J.中国人民公安大学学报,2004,(3):87291.3曹学明.我国高速公路交通事故紧急救援体系的研究J.高速公路,2003,(3

20、):13214.4严新平,张存保,肖旺新.非常态事件对城市交通系统的影响及其对策研究C.第五届交通运输领域国际学术会议,西安.2005.5苗雨露.高速公路交通事故预防体系设想J.交通管理,2001,(7):37240.6赵祥模.基于GPS的公路视频影像信息系统J.中国公路学报,2006,(5):87291.7冯奇.视频图像处理技术在实时交通信息采集中的应用J.上海公路,2004,(1):50252.9过秀成.道路交通安全学M.南京,东南大学出版社,2001.10王圣男,郁梅,蒋刚毅.智能交通系统中基于视频图像处理的车辆检测与跟踪方法综述J.计算机应用研究,2005,22(9):9214.11肖

21、庚,张高伟.基于视频的实时车辆检测系统J.计算机仿真,2005,22(9):2052208.(下转第48页)42华中科技大学学报(城市科学版)2007年A nalysisW ith Boundary Elements,2003,27(10):9552962.7Besi m Baranoglu,Yalcin M engi.The use of dualreciprocity boundary element method in coupledthermoviscoelasticity J.Computer M ethods inApplied M echanics and Engineering

22、,2006,196:3792392.8W hye2Teong A ng.Non2steady state heat conduc2tionacrossani mperfectinterface:adual2reciprocityboundaryelementapproach J.Engineering A nalysis W ith Boundary Elements,2006,30(9):7812789.9De Figueredo TGB,Brebbia CA.A new hybrid dis2placementvariational formulationof BEMforelastost

23、atics C.In:Brebbia CA,Conner JJ,editors.A dvancesinBoundaryElements,Southampton:ComputationalM echanicsPublication,1989,1:47257.10 L ancaster P,Salkauskas K.Surfaces generated bymovingleastsquares methods J.M athmaticComputation,1981,37:41258.Singular Hybrid Boundary NodeM ethod in Solving Torsion P

24、roblem sM IA O Yu13,YA NFei1,2,ZH EN G W ei2f eng4(1.School of Civil Eng.&M echanics,HU ST,W uhan 430074,China;2.Hubei Key L ab.of Control Structure,HU ST,W uhan 430074,China;3.Key L ab of Geomechanics,Chinese A cademy of Science,W uhan 430071,China;4.Henan Yuzhou H ighway Bereau A dm inistration,Yu

25、zhou 461670,China)Abstract:A new boundary type meshless method,which is called singular hybrid boundary nodemethod(SHBNM),is presented for solving torsion problem s.It is based on a modified variationalprinciple and moving least squares(ML S)approximation,and exploiting the localization idea fromMLB

26、 IE,Only random ly distributed nodal points on the bounding surface of the domain are required incomputation,so it has the advantages of both BEM and meshless methods.The dual reciprocitymethod(DRM)is combined w ith SHBNM to solve torsion problem s.The solution of the problem isdevided into particul

27、ar solution and homogeneous solution.The homogeneous solution is solved bymeans of SHBNM,and the particular solution is approximated by using radial basis functions.A ndthe interior integrals can be avoided.The rigid movement method is employed to solve the hyper2singular integrations.The boundary l

28、ayer effect,which is the main drawback of the boundary typemothods,has been overcome by an adaptive integration scheme.N umerical examples show highaccuracy and high convergence rates of the presented scheme.Key words:singular hybrid boundary node method;dual reciprocity method;torsion problem(上接第24

29、页)Study on the Overall Framework of the EmergencyManagement System in ExpresswayL IU Q ing1,TA O Cun2x in2,ZH A N G Cun2bao1(1.School of T ransportation,W uhan U niv.of Tech.,W uhan 430063,China;2.School of Logistics Eng.,W uhan U niv.of Tech.,W uhan 430063,China)Abstract:The emergency management sy

30、stem in expressway is an importation area of traffic safetymanagement.It can bring great social effect.In the context of traffic safety management inexpressway,the requirement of management system in expressway was analyzed.On the basis of theanalysis a holistic framework and procedure was discussed

31、 and established for the emergencymanagement systemin Expressway.It includes twosupermodels of early warning and rescuecreatment.The system could bring big social effiction.The result of this study w ill provide a modeland reference for the development of early warning and rescue command system in the expressways.Key words:expressway;early warning;emergency84华中科技大学学报(城市科学版)2007年