技術(shù)與大型體育賽事的安全防衛(wèi)、管理控制(下)

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：fondcard   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月17日

３  衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）　 的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能 
       作為大型賽事人流、物流大動脈的會務(wù)交通，在賽點多且分散，甚至分布周邊諸多城市的綜合性大型運動會有不容忽視的重要作用。隨著社會的發(fā)展、運動會自身及外環(huán)境的變化，對會務(wù)車輛調(diào)配管控的高效安全性亦提出更為苛刻的要求。完全依賴人的主觀意識和經(jīng)驗的傳統(tǒng)方法，已難以勝任，必須大量倚助先進的科學(xué)技術(shù)手段。ＧＰＳ在公共交通、治安巡查、長途貨運、金融和刑事押送等領(lǐng)域的自動車輛定位（ＡＶＬ－Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｅｈｉ-ｃｌｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）中的運用，即不失為極好借鑒參考例證。 
       ＧＰＳ全球定位系統(tǒng)（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是美國國防部為滿足軍事需求，于二十世紀９０年代布署完成的一種星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。其在遂行軍用精密定位服務(wù)（ＰＰＳ）的同時，又無條件開放和提供民用標準定位服務(wù)（ＳＰＳ），可為全球范圍的陸、海、空、天軍民用對象提供全天時、全天候、高精度的三維空間、速度和時間信息。為了與美國抗衡和避免因政治、軍事等因素受肘于人，世界其它國家、地區(qū)和組織亦相繼建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如俄羅斯１９９６年完成的ＧＬＯＮＡＳＳ（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓ-ｔｅｍ）。本文以ＧＰＳ為例論述，但其原理和方法亦適用后者。 
       大型體育賽事會務(wù)交通管理的特點是：車輛數(shù)量大，車型和服務(wù)內(nèi)容、涉轄范圍以及車輛和駕乘人員的來源均相當繁雜。對調(diào)度安排的科學(xué)合理靈活性，抵達時間的及時準確性，運行停放的安全可靠性，甚至搭乘人員及車輛的甄別控制、跟蹤查詢、緊急應(yīng)對等，均有較嚴格要求。以致ＧＰＳ在該領(lǐng)域的運用存在諸多有別于其它領(lǐng)域的獨特之所。鑒于對駕乘人員的身份甄別、追蹤查詢需求已超出ＧＰＳ功能范疇，本文提出一融合ＧＰＳ與ＩＣＣ兩項技術(shù)的車輛和人員自動定位跟蹤方案。 
３．１　系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
       從總體上看，ＧＰＳ主要由三大部分組成：空間衛(wèi)星、地面控制部分和用戶設(shè)備。 
       前二部分由美國軍方控制并無償提供服務(wù)，用戶構(gòu)建ＧＰＳ應(yīng)用系統(tǒng)時的主要研究和工作內(nèi)容僅限于用戶設(shè)備。該部分的基本部件為ＧＰＳ接收機（含內(nèi)置前置放大器的天線、傳輸電纜和接收主機）。對不同應(yīng)用目的和場合，還需增添其它設(shè)施，例如本文圖２所示系統(tǒng)，就至少應(yīng)再包括： 
３．１．１　指控中心 
       用于對所有車輛乃至人員進行跟蹤調(diào)度的會務(wù)交通指揮控制中心（簡稱指控中心）的基本構(gòu)成為：大屏幕電子顯示屏、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等。其中： 
       （ａ）計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是調(diào)度指揮的運作平臺，除包含中心相關(guān)資源外，且涉轄通過有線介質(zhì)與之相接的各分會場及相關(guān)職能部門的交通管理子終端。這些子終端可以是獨立的專用設(shè)備，也可以是相關(guān)部門綜合信息管理系統(tǒng)平臺的一種功能選項。 
       （ｂ）大屏幕電子顯示屏用于最終輸出數(shù)字和圖像信息，是調(diào)度指揮的重要人機界面，有多種選擇形式。本方案取價格相對低、適宜室內(nèi)使用的高流明背投或前投式投影機。 
       （ｃ）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存放與交通指揮調(diào)度有關(guān)的各種信息，包括：會務(wù)車輛源信息（車型、車號、顏色、車況、使用年限、來源、會務(wù)用途及編號等）、司機源信息（姓名、性別、年齡、駕齡、來源、違章及事故記錄等）、每輛車或每個司機會務(wù)運行的當前和過去資料（含時間、任務(wù)、對應(yīng)司機或車輛、路線、乘客人數(shù)／性質(zhì)／索引識別碼及更詳盡信息、緊急事件內(nèi)容／時間／地點及解決處理辦法等）以及調(diào)度計劃和進程、黑名單變更及查處記錄……等等。 
       （ｄ）地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ－Ｇｅｏ-ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）用于在大屏幕顯示屏的電子地圖上形象、直觀的向中心控管人員描述被定位跟蹤對象的當前位置、行駛方向、移動軌跡等，為其科學(xué)高效的指揮調(diào)度決策提供充分準確依據(jù)。其蘊含的數(shù)字化地圖——地圖數(shù)據(jù)庫，是大屏幕電子地圖的信息源。該庫的準確完整性和信息量，將直接影響ＧＩＳ效能和定位精度。該庫可利用掃描儀對紙質(zhì)城市街區(qū)圖或地理航片數(shù)字化掃描建立，以光柵編碼結(jié)構(gòu)存貯和檢索（優(yōu)點是與實際地圖吻合性好，建立方便快捷。但內(nèi)存占用大，使用上有局限性，僅適宜資源充裕的指控中心的部分應(yīng)用）；也可采用數(shù)字化儀，由上述源資料逐點生成節(jié)點座標，最終形成一虛擬的道路數(shù)據(jù)網(wǎng)——矢量編碼地圖（優(yōu)點是內(nèi)存占用少，訪問速度快，應(yīng)用靈活方便，真正反映各道路要素的幾何參數(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)；但建立過程乏味冗長。條件允許時，可借助勘測部門已有成果，但必須注意城市建設(shè)的高速變化對其時效性影響），本方案取用后者。 
       該系統(tǒng)所用之地圖匹配（ＭＭ－Ｍａｐ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）技術(shù)，可將各車載機發(fā)送的車輛運動路線特征信息與數(shù)字化地圖的道路特征比對，以校正衛(wèi)星可見性極差時車輛在電子地圖上的移動軌跡，進一步減少車輛行駛環(huán)境等對定位精度的影響。 
３．１．２  數(shù)據(jù)鏈 
       用于將車載ＧＰＳ接收機對衛(wèi)星ＧＰＳ信號處理所得之位置、速度、時間信息和報警等信息傳送指控中心，以及供中心對各車輛遂行語音調(diào)度指揮。該無線通信系統(tǒng)涵蓋車載無線通信機和指控中心的相關(guān)通信設(shè)施。 
       蜂窩電話、通信衛(wèi)星、集群系統(tǒng)和其它短波或超短波通信等均可作此數(shù)據(jù)鏈，但性能特點各異，如：衛(wèi)星通信擁有任何其它方式所不及的大覆蓋面，但天線尺寸大、設(shè)備笨重、費用高；ＧＳＭ蜂窩電話覆蓋面相對大，非頻繁定位時可方便的利用其短信息服務(wù)（ＳＭＳ－Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）數(shù)傳，但高頻率跟蹤定位時費用上升，且存在信道擁擠時排隊堵塞的可能；共享集群系統(tǒng)可降低用戶成本，避免通信等待，但覆蓋面小……等等。用戶選擇依據(jù)應(yīng)為：數(shù)據(jù)流通量、傳輸速率、覆蓋范圍、實施和運行費用等。 
       鑒于運行費用及主辦大型賽事的城市多已具備用于其它領(lǐng)域的專用集群移動通信設(shè)施，本方案建議租用此類現(xiàn)成設(shè)備（例如：在京的有關(guān)部委和北京市相關(guān)部門迄今已擁有十多個模擬集群通信網(wǎng)，用戶逾萬。并計劃于２００５年建成先進的數(shù)字集群通信共用指揮調(diào)度網(wǎng)，將擁有１０萬用戶容量，并覆蓋北京所有區(qū)縣）。在充分利用這些設(shè)備原有功能，遂行多種語音調(diào)度指揮和聯(lián)絡(luò)的同時，通過相應(yīng)配置，實現(xiàn)相關(guān)信息的快速數(shù)傳。即：報警和卡信息的主動立即發(fā)送、定位信息的主動定時發(fā)送或被動響應(yīng)發(fā)送（后者用于車輛長時間停放等。該通信模式下，車載機僅在經(jīng)無線信道獲取中心命令時，才發(fā)送定位信息，以進一步減少信道占用）。 
３．１．３　差分站 
       為減少衛(wèi)星鐘差、星歷誤差、大氣傳輸延遲誤差等所致之系統(tǒng)誤差以及美國出于自身安全而采取選擇可用性（ＳＡ－Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｖａｉｌａｂｉｌ-ｉｔｙ）措施所施加的人為干擾等對定位精度的影響，應(yīng)采取差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）技術(shù)，在指控中心建立差分站，由差分站利用其已知精確位置座標與ＧＰＳ基準接收機測量解算座標的差，求取偽距校正數(shù)。 
       鑒于本方案實施目標是僅由指控中心定位跟蹤，移動車輛不顯示任何定位信息（即建立一純粹的中心控制式ＡＶＬ系統(tǒng)），則該校正數(shù)據(jù)不廣播發(fā)送，而是由中心利用該數(shù)據(jù)對各車輛送來信息分別校正處理，然后顯示存貯，并分別發(fā)送相應(yīng)分會場或職能部門交通管理子終端。該集中差分——后向偽距差分，有利于提高系統(tǒng)效率和可靠性，減少信道占用；但對中心的資金、技術(shù)和工作負擔要求較高。 
       在某些定位精度要求不高的非導(dǎo)航運用中，為節(jié)省資金，也有不采用ＤＧＰＳ，而是更多倚助動態(tài)濾波理論和方法等改善定位精度的成功范例。 
３．１．４?。模已b置 
       高樓、隧道、樹蔭、立交等均可能影響衛(wèi)星信號的正常接收，導(dǎo)致ＧＰＳ定位精度下降甚至失效，形成跟蹤盲區(qū)。為此，對各定位車輛加裝由精度適中、價格低廉的壓電晶體速率陀螺和里程表組成的航位推算（ＤＲ－Ｄｅａｄ Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）裝置，與ＧＰＳ一起構(gòu)成ＧＰＳ／ＤＲ組合定位系統(tǒng)。當ＧＰＳ衛(wèi)星信號被遮擋時，啟用ＤＲ定位功能，利用其良好的短期精度，消除跟蹤盲區(qū)，保證定位連續(xù)性；無遮擋情況下則由ＧＰＳ定位，并輔助校正ＤＲ裝置，避免陀螺漂移等所致之ＤＲ累積誤差。 
       需要指出，在衛(wèi)星可見性很差（衛(wèi)星信號被長時間遮擋，如高樓林立的商業(yè)區(qū)、林蔭大道等）情況下，陀螺儀方位積累誤差的漸進增大，將使ＤＲ推算誤差顯著增大，車載機的ＧＰＳ／ＤＲ組合定位輸出誤差也明顯增大。該誤差可利用地圖匹配（ＭＭ）方法，由指控中心根據(jù)數(shù)字地圖的道路屬性和車輛運行軌跡，予以修正。 
       附表示出不同定位方案時的可能精度范圍。顯然，定位精度的提高通常都是以技術(shù)和系統(tǒng)的復(fù)雜性以及投資的增大為代價。 
３．１．５　報警按鈕 
       車載機配有多個按鈕（鍵），分別對應(yīng)故障拋錨、交通事故、道路堵塞、暴力匪情等（暴力匪情按鈕可有多個，分別置／藏車輛不同部位）。短時間內(nèi)連續(xù)兩次按同一按鈕，車載機即發(fā)送相應(yīng)報警信息，指控中心監(jiān)視大屏幕立即顯示報警對象位置、車號、報警類型，并輔以相應(yīng)聲光提醒。 
３．１．６　讀卡器 
       ＧＰＳ僅可定位跟蹤車輛，而ＩＣＣ讀卡器的接入，則可鑒別、記錄司機和乘客身份。并隨即經(jīng)同一數(shù)據(jù)鏈，將司機和乘客所持證卡的卡號、刷卡時間等信息發(fā)送指控中心，實現(xiàn)進一步稽查和跟蹤備案。 
       該讀卡器類似公交ＩＣ卡系統(tǒng)的非接觸讀卡器。為使指控中心能隨時了解車上人員變化情況，所有駕乘人員上、下車均需刷卡。車載機專設(shè)一按鈕（鍵）式開關(guān)和聲光指示裝置，開關(guān)和光指示器狀態(tài)分別對應(yīng)刷卡者的上車、下車。刷卡時讀卡器自動生成“請上車”、“請下車”語聲提示。該上或下車狀態(tài)信息將與卡號、刷卡時間等一并留存（讀卡器）并發(fā)送。對任一卡在同一車輛的同一狀態(tài)下的連續(xù)刷卡，讀卡器都將拒絕并語聲警告。 
       必要時，也可經(jīng)前述無線數(shù)據(jù)鏈或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)中轉(zhuǎn)ＩＣ卡，向讀卡器下載“允許乘車卡號”。讀卡器將據(jù)此拒絕非允許人員刷卡乘車，并語聲提示。 
３．２　主要功能 
       該系統(tǒng)主要功能可歸納為： 
３．２．１　車輛跟蹤 
       車載機定時發(fā)送自己當前位置、速度、時間等信息，指控中心對之接收并記錄存檔的同時，在監(jiān)視大屏幕的電子地圖上以點座標或連續(xù)移動軌跡形式實時顯示其運行情況。 
       在大屏幕上，不同任務(wù)類型車輛（救護、警務(wù)、物資運輸、代表團接送……等等）可以不同顏色標示?？娠@示所有會務(wù)車輛，也可僅顯示某一類車輛?？娠@示全市或某區(qū)域甚至某街道的相關(guān)會務(wù)車輛，也可跟蹤顯示部分甚至某一車輛?？蛇x擇顯示車輛牌號、車型、功用、所處地理位置和街道等?？煞糯?、縮小、選擇切換?？啥啻翱陲@示多區(qū)域或多窗口分別跟蹤顯示多車輛。 
       當然，上述屏顯工作也可由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多個顯示終端分擔完成。而分別隸屬并置于各分會場或職能部門的交通管理子終端，則可與中心共享顯示與之相關(guān)的圖形和文字信息。 
３．２．２　人員追蹤 
       司機和乘客上下車均刷卡，其所持證卡卡號與刷卡時間、上／下車狀態(tài)信息一并立即發(fā)送指控中心存檔。必要時，中心可以卡號為索引，通過網(wǎng)絡(luò)從大會ＩＣＣ系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫調(diào)取相關(guān)人員的姓名、年齡、性別、國（省）別、身份、項目等個人信息。據(jù)此，中心不僅可隨時了解某輛車上有或曾有多少人、是誰或曾是誰、各人上／下車時間，也可查詢某代表團或某身份、某項目人員甚至某人當前或曾經(jīng)在哪些／輛車上。并可在電子大屏幕或網(wǎng)絡(luò)其它顯示終端實時跟蹤顯示其當前位置、移動軌跡及相關(guān)文字信息。 
３．２．３　報警處理 
       車載機對所有報警信息均立即發(fā)送。中心對這類報警尤其是交通事故和暴力匪情等急待救助事件，在聲光提示的同時，于電子大屏幕或其它顯示終端閃爍顯示其當前位置，并文字顯示事發(fā)地點甚至車輛和人員信息。且可在電子地圖上自動顯示事發(fā)地點附近的醫(yī)院、治安巡邏車輛或部門位置，供指揮人員決策參考。同時盡快接通中心與報警車輛、緊急應(yīng)對部門的語音通話，實施指揮、救助。 
３．２．４  后期查詢 
       除實時跟蹤外，指控中心還可隨時檢索查詢過去某時間段、某路段、某車輛、某團體、某個人的交通情況。除可以圖像（軌跡回放等）或文字形式經(jīng)屏幕顯示外，還可打印輸出，用于進一步統(tǒng)計分析。 
３．２．５　指揮調(diào)度 
       車載機的語音通信功能大大便利了會務(wù)交通的指揮調(diào)度，而藉助ＧＰＳ、ＩＣＣ技術(shù)的會務(wù)車輛和人員位置、時間、報警等信息的實時準確獲取，則進一步為調(diào)度指揮的科學(xué)有序高效合理奠定基礎(chǔ)。不僅利于人員、物資及時準確的抵達和撤離，便于加強對來源繁雜的會務(wù)車輛和人員的管理，且對各種突發(fā)事件的處理，如道路堵塞時的路線誘導(dǎo)、故障拋錨時的搶修與換乘補救、交通事故時的緊急救護、暴力匪情時的防衛(wèi)解救等，特別有價值。 
４　結(jié)　語 
       以衛(wèi)星為信息源并以無線信道為車載機與指控中心間的數(shù)據(jù)鏈的ＧＰＳ定位跟蹤系統(tǒng)，可視作一“天網(wǎng)”系統(tǒng)；而基本上是用有線介質(zhì)實現(xiàn)各讀卡終端與系統(tǒng)間信息傳輸?shù)模桑茫脩?yīng)用系統(tǒng)，則屬一“地網(wǎng)”系統(tǒng)。該二系統(tǒng)的有機整合，將覆蓋大會所有領(lǐng)域，成為綜合性大型運動會信息管理系統(tǒng)不可或缺的眼睛、觸梢和臂膀。藉此，大會組織者不僅可充分掌握整個大會人員、車輛分布運行狀況，而且可迅速查詢了解任一人員、車輛的當前或任一時間段在會場的位置和移動軌跡。不僅有助于高效有序的科學(xué)管理、決策指揮，而且在安全防衛(wèi)上更有不容忽視的價值和意義。 
       亞特蘭大夏季奧運會和其它國際馬拉松賽中的ＩＣＣ計時、鹽湖城冬季奧運會安全保衛(wèi)中的ＧＰＳ定位，都是已有之成功嘗試和運用?？梢韵嘈?，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展完善，隨著錯綜復(fù)雜的國際形勢的劇烈變化和人們認識的深入轉(zhuǎn)變，ＧＰＳ和ＩＣＣ技術(shù)必將在大型綜合性運動會，尤其是舉世矚目的奧林匹克運動會上，發(fā)揮更大作用！