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利用GPS系统实现高速公路交警指挥调度

http://www.secu.net.cn 中国安防产品网时间：2005-1-4 14:19:00

    本文介绍了“江苏省高速公路交巡警GPS指挥调度系统”业务需求、主要功能、系统设计、采用技术、难点设计、参数设计、建设原则、创造性、社会经济效益分析等研究内容，展示了GPS、GIS、GSM／GPRS技术在全省道路交通治安管理工作中应用的实例。

    1、前言

    随着社会、经济、城市、道路建设的快速发展以及汽车保有量的大幅度增长，我国公安交通管理部门现代化要求越来越高，卫星定位、数据通讯、计算机网络等许多先进的现代科技正越来越多地应用于公安交通管理领域。利用GPS(全球卫星定位)技术建立的车辆监控系统可以动态地获得汽车行驶过程中的准确位置，利用GIS(地理信息系统)所提供的地理信息和各种属性信息，可完成对车辆的监控与调度。江苏省公安厅交巡警总队依托社会技术平台研制了江苏省高速公路交巡警CPS指挥调度系统，2003年1月首先在沪宁、京沪、锡澄、广靖等4条高速公路上进行定位、追踪等基本功能的试验。2003年5月整体试运行，2003年8月在全省沪宁、京沪、锡澄、广靖、宁连、宁通、机场和苏嘉杭等8条主要高速公路的21个大队，共200辆交警巡逻车上安装GPS定位机，全面投入应用。该系统针对交巡警特殊的业务勤务流程和管理流程，利用GPS、GSM／GPRS、GIS、计算机网络和数据处理技术，实现对全省范围路面交巡警实时指挥调度、勤务管理，实施对高速公路恶劣天气(路况)的迅速分级处置，既实时监控交巡警的巡逻情况，又建立巡逻民警和指挥中心的信息交互通道，方便总队及时了解全省各项实时信息，从而对交巡警工作进行更加科学的管理和协调，不断提高交巡警指挥调度、勤务管理现代化水平。

    2、总体需求

    2.1、建设规模。安装系统车载设备大队有24个、警车500辆，二期工程为3000辆警车。

    2.2、移动目标定位和控制数据传输方式。选用GSM／GPRS传输平台。

    2.3、开发模式。移动公司提供GSM／GPRS通信传输平台，并依托JSGPS一级调度平台。

    2.4、管理模式。定位信息显示在江苏省交巡警专用地理信息平台上，江苏省公安厅交巡警总队负责对所有警车的集中管理调度、勤务考核。

     3、主要功能

    系统主要目的是对江苏全省高速公路所有交巡警警车特别是巡逻警车实现迅捷的指挥调度和科学的勤务管理，为实现该目的，系统设计主要功能如下：

    3.1、基础数据建立维护。包括警车、警员、地图、警车状态、警车执行任务轨迹、任务、系统、分析对比、系统关联等数据。

    3.2、巡逻计划制定。制定大队、警车巡逻计划，设置大队、警车巡逻参数(重点巡逻点、段，巡逻车速、时间间隔等)。

    3.3、执勤任务下发、更改和结束任务。指挥中心向大队、警车发送执勤任务、更改任务、指派其他任务和结束任务。

    3.4、警车执勤状况。实时分析警车执勤状况、警车地理信息、警车状态信息(车速，方向等)以及警车空间和时间密度，对执勤历史数据进行分析，从而制定出更合理的执勤计划。

    3.5、警员执勤状况。实时、总结性分析警员的执勤状况(处理违章、事故、报警求助等工作量)。

    3.6、警车监控和行车状态。对警车地理信息和当前状态信息进行采集。

     3.7、监控终端和指挥中心的信息传递和处理。监控终端在执行任务时，地理信息、环境信息、工作状态信息、工作完成信息等资料上传到指挥中心及对资料进行实时分析处理。

    3.8、语音通讯。指挥中心与警车进行语音通信，接收指令和上传资源信息等。

    3.9、警车调度。指挥中心有紧急任务或其他临时任务要进行执行时，可以向有关警车发调度信息、撤销已有任务。

    3.10、报警信息管理。警车违反计划、被偷盗、被抢劫、被撞击报警。

    3.11、后台数据分析。对所有警车的工作进行分析研究，并可以打印所有报表。

    3.12、综合数据查询。各项基础信息、特殊的地物查询并在地图上显示。

    3.13、经验数据分析。系统设置了固定参数及算对可能产生的数据丢失、误差作弥补恢复。

     4、系统设计

    4.1、系统框架

    4.1.1、系统总体结构

    系统依托江苏天泽信息公司JSCPS全球卫星定位信息服务公众网和移动业务运营服务公共平台。

     4.1.2、设备组成

    4.1.3.1、短信前置机，由业务层和通信层组成，通信层用于数据交换，业务层用于实现功能。

    4.1.3.2、中心交换机，接收车载终端通过移动通讯网发送的短信数据并解析。

     4.1.3.3、网管服务器，用于对整个系统网络分级结构的管理，管理警车、设备、人员、网络等资源。

    4.1.3.4、语音网关，组成江苏交巡警呼叫中心系统，值守人员可以呼叫车载终端询问情况。

    4.1.3.5、数据中心服务器，是GPS系统的数据中心，负责保存数据、备份数据。

    4.1.3.6、GIS地图服务器，提供地图数据和相关交通信息，并提供制作、修改地图工具。

    4.1.3.7、网管终端，是网管服务器的操作管理界面，负责常规性业务的管理。

    4.1.3.8、调度服务器，用于转发调度指令、警车提取、业务参数定义、分配客户端用户。

    4.1.3.9、客户端，用于指挥调度、地图操作物查询、勤务报表查询打印。

    4.2、采用技术

    4.2.1、工作原理

    系统主要由三大部分组成：GPS部分(包括GPS星座，GPS接收机及相应天线)，GSM通信部分(包括通信控制器，GSM传输模块，GSM网及相应的信息传输部分)、GIS处理部分(包括硬件服务器、软件电子地图，信息数据库、控制中心软件等）。

    移动单元安装在警车上，主要由GPS接收机、天线、处理单元、GSM模块、免提设备等组成。GPS接收机通过天线将GPS卫星定位数据解调，处理单元通过串口接收，在对数据进行编码后，通过GSM模块发送至指挥中心。指挥中心服务器根据信息的不同而做相应的处理，如：将位置信息送至监控终端通过电子地图实时将移动单元的位置显示出来，将报警信息送至接处警终端等。

    4.2.2、相关技术

    ·GPS(Global Positioning System)是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高、由24颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位信号。地球上的任何一个GPS接收机，均能接收到四颗以上的卫星发出的信号，计算后，可报出CPS接收机的位置(经、纬、高度)、时间和运动状态(速度、航向)。目前，没有任何一种传统的导航定位技术能够达到GPS高精度、高速度、全天候和全球性的性能。

    ·GPRS技术(General Packet Radio Service)即通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无几分组交换技术，提供端到端、广域的无线IP连接。

    ·地理信息系统GIS(Geogra-phical Information System)是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术，它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物而被广泛运用在各个领域。本系统中，主要用于对地图的显示和管理以及对受监控的移动目标位置的显示。

    ·计算机技术主要采用了数据库技术、数据检索技术、局域网和广域网技术、多媒体技术以及计算机远程控制操作等多项相关技术。

    4.3、系统业务功能等难点设计

    4.3.1、交巡警勤务管理实际需求

    ·勤务事件确定。由车载终端向指挥中心上发开始／结束巡逻信号，系统判断警车停留时间过长、出辖区、折返点掉头等勤务事件。

    ·警务事件确定。针对警车日常需要处理的警务事件，系统考虑了处理违章、处理事故、处理治安事件、处理刑事案件等警务事件的处理机制。

    ·路况信息的设计。针对可能遇到的天气情况，在车载终端LCD调度屏上设计制作天气菜单，车载终端可以上发“浓雾”、“大雾”、“有雾”、“雾散”、“暴雨”、“大雨”、“大雪”、“中雪”、“小雪”、“雪止”、“路面大面积结冰”、“路面有冰”、“冰已消除”等天气情况，并针对恶劣天气做分级报警处理。

    ·其它情况。考虑到巡逻工作的特殊性，在车载终端LCD调度屏上研制“请求通话”、“上一条指令不明确”、“请重发一次”、“已到达目的地”、“指令已完成”、“指令未完成”等指令，便于巡逻民警与系统值守员信息交流。

    4.3.2、根据勤务需求研制车载终端菜单

    ·任务：“开始巡逻”、“巡逻结束”、“警卫任务开始”、“警卫任务结束”。

    ·事件：“开始处理事故”、“事故处理结束”、“开始处理违章”、“违章处理结束”、“开始处理治安事件”、“治安事件处理结束”、“开始处置刑事案件”、“刑事案件先期处置结束”。

    ·雨雾：“浓雾”、“大雾”、“有雾”、“雾散”、“暴雨”、“大雨”、“雨止”。

    ·冰雪：“大雪”、“中雪”、“小雪”、“雪止”、“路面大面积结冰”、“路面有冰”、“冰已消除”。

    ·指令

    ·信息

    ·其它：“请求通话”、“上一条指令不明确”、“请重发一次”、“已到达目的地”、“指令己完成”、“指令未完成”。

    4.3.3、车载终端调度功能的研制

    ·调度分为文本信息和指令两种。文本信息主要用于发布一些信息情况，车载终端LCD调度屏可以直接阅读。指令主要用于上级发送一些任务、命令要求警车完成。考虑可能存在特殊原因，指令信息在车载终端LCD调度屏需要选择“接受”或“无法执行”确定指令的执行情况。

    ·由于指令重要，车载终端在接收到指令后未及时读取，LCD调度屏一直保持此指令。多条未读指令车载终端可一直保持，滚动翻阅。

     4.3.4、勤务监控的实现

    ·车载终端上发开始巡逻，系统日志自动记录对应的巡逻警车，电子地图显示该巡逻警车并自动监控，车辆树巡逻统计数目自动增加。

    ·车载终端上发结束巡逻，系统日志自动记录对应的巡逻警车，系统自动撤消监控该巡逻警车，车辆树巡逻统计数目自动减少。

    ·按照省级、公路级、大队级三级分别统计和显示在巡警车数。

    ·定时追踪在巡警车，并在电子地图上实时反映其位置、速度。

    ·对巡逻中发生的事件系统专门设置窗口予以显示。

    4.3.5、勤务管理的实现

    ·为明细报表统计，针对警车、大队、公路、全省四级特别设计了日、月、季、年报表。

    ·设立专门的违规报表，各警车、大队违规情况能明确显示。

    ·设立周比较表，根据需求，可以更直观的对比一些勤务信息，每周在公安互联网上排名公布，每月集中通报。

    4.3.6、综合数据

    ·设立交巡警专用的地图图层。

    ·专业的高速公路警用地图可通过相关检索条件进行查询，其中包括巡逻执勤相关数据、公路设施数据、附属设施数据，双击查询结果可在地图上定位。

    ·综合查询与勤务监控互动。

    4.3.7、辖区的调整。辖区设置太大会出现勤务数据不够精确，辖区设置太小，巡逻车极易超出辖区。根据实地测试并充分演算，系统制订了一个合理的辖区设置系数，将误差降到最小。辖区设置为沿线80米范围，折返点为1000米范围，大队所在地为1000米范围。

     4.3.8、恶劣天气处置。车载终端上报恶劣天气信息，信息自动报警。值守员将恶劣天气迅速上报，并发布信息给相关警车。

    4.3.9、通讯平台

    ·系统依托JSGPS公众网。其平台建设时间较早，系统成熟先进，有严格的管理规章制度，并且人力物力投入都比较小，缩短了建立新平台的周期与费用。

    ·选择联通或移动通讯网。产品成熟、可靠，投入的运作费用比较低。

    ·综合上面两点形成完整的通讯链路。

     4.3.10、专用数据的制作。实地勘察了全省所有高速公路的路况、设施等信息，并研制了警用电子地图。

    4.4、系统主要参数设计

    4.4.1、警车巡逻。警车发“开始巡逻”后，系统得到第一点警车位置，如警车不在辖区内，系统判断发送信号为无效，并向警车发提示信息。

    4.4.2、后台监控。监控周期60秒：警车采点时间间隔；重发次数为5次：后台重新发监控命令次数。

    4.4.3、出辖区。出辖区时间5分钟：警车出辖区一段时间后，结束巡逻；离开辖区距离3公里：警车离开辖区一段距离后，结束巡逻。

    4.4.4、停留时间。两点距离1公里：警车在临近两点之间距离小于一定距离判断处于停留；停留时间30分钟：警车停留超过一定时间；最大停留时间45分钟：警车超过最大停留时间时结束巡逻。

    4.4.5、短信选项。系统对短信数量进行统计，对即将超标警车，每次开始巡逻时发提示信息给值守员，25日前达到14000条，系统采用5分钟监控周期参数追踪；发现警车停留(两点距离小于1KM)，将监控周期1分钟改为5分钟。

    4.4.6、系统经验值。系统每半个小时分析统计数据库中每个大队巡逻参数：包括巡逻圈数、巡逻里程、违规事件次数、处理违章、处理治安事件、处理刑事案件等。

     5、系统技术特点

    5.1、系统建设原则

    5.1.1、先进性。采用成熟的高新科技，以目前较为先进的方法实现需要的功能，保证系统在相当长的时间内具有领先水平。

    5.1.2、安全可靠性。从硬件选型、软件设计、通信组网、技术保障等方面综合考虑，保证系统最高的安全可靠。

    5.1.3、简易性。整个系统的软硬件操作以方便、简捷、高效为目标，与其他应用系统的接口灵活，充分满足公安指挥快速响应的要求，同时便于业务处理和综合管理。

    5.1.4、扩展性。考虑到软硬件的不断发展变化，因此要求系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有可扩充性和升级能力并预留软、硬件接口，使系统具有充分的可扩展性。

    5.1.5、兼容性。系统可支持同一通信方式中的多种硬件设备的兼容混合入网运行使用。

    5.2、系统建设特点

    5.2.1、建设成本低。依托成熟的GSM／GPRS公网系统，不需要建设单独的通信传输网络(基站和其他设备)，不需要申请专用的通信频点，并且无须投入日常维护通信传输网络设备所需的大量资金。

    5.2.2、监控范围广。由于使用的通讯手段是公众网络，此系统的有效范围限制实际为公众网络覆盖范围。<。

    5.2.3、灵活性强。采用模块化结构，支持多级、多中心、多组合的积木化使用，适用干各种不同性质的单位和管理部门，系统规模可大可小，系统功能可以灵活搭配组合。

     5.2.4、可实施性强。系统运用的多种技术非常成熟，完全可以满足该系统要求的容量、精度、实时性以及系统建设要求的先进性、安全可靠性、简易性、扩展性和兼容性。

    ·采用C／S模式，在设计中充分采用了冗余技术，可以根据系统容量配置各种服务器和终端的数量，并可弹性扩展。

    ·采用中心监控方式，地图数据和系统数据均放在本地，保证了系统运行的高效性和安全性。

    ·管理信息系统与车辆监控调度管理系统有机结合，最大限度提高用户的工作效率和管理效率。

    ·系统对业务的扩展有较高的兼容性，车辆分组为树状结构，用户可以自定义增设上一级或者下一级目录，并且同级或下级目录可以无限设置，其操作管理方式严格为上一级控制下一级。

    ·网络资源使用电信宽带，建设自己站点，有访问权限的用户均可以访问。

    5.3、系统创造性

    5.3.1、省级、公路级、大队级GPS／GSM／GIS的三层网络体系结构，系统三层结构严格划分级别、权限，上一级分配下一级使用权限。车辆分组采用树状结构，按省级、公路级、大队级实现多级分组，按组实现该级别的GPS车辆操作。

    5.3.2、首次利用GPS／GSM／GIS技术实施对高速公路交巡警车辆的勤务监控管理，高速公路交巡警车辆开始／结束巡逻时通过GSM向中心系统发出对应信号，中心系统能自动记录、自动跟踪、自动计算；在警车巡逻过程中如发生超出辖区范围、警车停留时间过长等巡逻违规情况时，系统能自动判别并给予相应处理，从而实现警车的勤务监控和管理。

    5.3.3、首次利用GIS技术与GPS结合自动计算、统计交巡警车辆的勤务数据，利用GIS技术计算警车GPS位置所在的高速公路的桩号、里程数，并进而计算出在巡警车的巡逻里程、巡逻状态等关键勤务数据。

    5.3.4、首次利用GPS／GIS／GPRS技术对交巡警车辆进行移动指挥调度，利用笔记本移动终端通过GPRS上网直接连接到中心系统对警车进行移动指挥调度。

    5.3.5、首次利用高速公路交巡警GPS／GSM车载终端实现路况、警务、勤务数据的双向传输，在巡警车在高速公路巡逻过程中可以可通过GSM向中心系统上报发送一些路况信息，同时中心系统也可以向警车发送一些预告信息或者下达调度指令要求警车直接完成警务或勤务任务，警车可以根据实际要求响应或拒绝指令，这些信息系统均记录备案。

     5.3.6、专门研制了江苏省全省高速公路交巡警警用电子地图。

    5.3.7、专门研制了江苏省全省高速公路警务数据管理并可快捷查询。

    5.3.8、首次利用GPS／GSM／GIS技术实施对高速公路恶劣天气等紧急事件的处置。

    6、系统社会经济效益分析

    系统研制成功投入应用以来已初步显示出较高的效益。首先，社会效益显著，系统使江苏省公安厅交巡警总队更有效地对全省各高速大队的巡逻车辆进行定位追踪、指挥调度和科学的勤务考核，实现勤务工作时间上的“零缝隙”和指挥调度空间上的“零距离”，方便执勤的交通巡逻民警迅速安排临时交通管制措施、组织现场施救，并实施全省大范围交通诱导分流，极大地提高了勤务工作效率，提高指挥调度、处置紧急事件的绩效，将因交通堵塞或交通事故造成的社会经济损失降至最小。其次，经济效益也十分明显。通过使用该系统对全省高速大队进行勤务考核，改变了以往总队每月安排巡逻车辆对各大队进行抽查考核这种既不科学，又浪资人力物力的做法。仅此一项，据测算，每年可以为总队节约资金达80万元左右。2002年江苏省高速公路发生各类交通事故共3033起，直接经济损失4466.3万元。平均每公里事故1.94起，直接经济损失2.62万元-通过本系统应用，高速公路见警率、查纠违章率大幅度提高，交通秩序明显改观，交通事故率与车辆通行数比率降低23％左右，从而可以减少经济损失达1000万元左右。

    7、结论

    江苏省高速公路交巡警GPS指挥调度系统使江苏省交巡警指挥调度，勤务考核工作更专业，更科学，作为全省实施ITS系统研究的一个重要子系统，它研究应用的成功为ITS前期准备打下了坚实的基础。该系统突破勤务考核及指挥调度的传统模式，是道路交通治安管理的发展趋势。高速公路交巡警GPS指挥调度系统技术及应用上的创新，对全国相关领域有一定的指导意义，对交巡警今后的交通管理工作亦有深远的指导作用

    附：

     1、巡逻调度

    安装系统车载终端的高速公路交巡警巡逻车辆，在路面巡逻执勤过程中，系统对于其位置进行实时全天候监控，记录其执勤情况。遇紧急情况时，通过系统进行“零缝隙”、“零距离”实时调度指挥；对局部出现恶劣天气所采取的分流、管制等措施，通过系统进行实时通报，以保证安全畅通。

    2、监控值守

    系统监控采用24小时值守，严格的规章制度确保系统正常运行，充分发挥系统在交巡警系统中的作用。

    3、应用管理

    及时制定、下发有关制度、文件，保证系统全面正常投入使用；通过报纸、网络等媒体进行全面的宣传，增强社会影响，并加大了系统应用的效果、系统建立了一整套勤务管理制度。

     通过记录各高速公路交巡警大队的巡逻勤务情况，统计出巡逻里程、勤务数量等报表，使得勤务考核更加科学，准确、迅速，大大提高工作效率的同时节约了大量人力物力，产生了巨大的经济效益。

来源：江苏省公安厅交巡警总队科研所作者：孙玉奎编缉：baoxiuli

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