技術與大型體育賽事的安全防衛、管理控制(下)

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：fondcard   人氣： 發表時間：2011年09月17日

３  衛星全球定位系統（ＧＰＳ）　 的應用系統結構與功能 
       作為大型賽事人流、物流大動脈的會務交通，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。隨著社會的發展、運動會自身及外環境的變化，對會務車輛調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驗的傳統方法，已難以勝任，必須大量倚助先進的科學技術手段。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（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航系統。其在遂行軍用精密定位服務（ＰＰＳ）的同時，又無條件開放和提供民用標準定位服務（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、地區和組織亦相繼建立自己的衛星導航系統，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。 
       大型體育賽事會務交通管理的特點是：車輛數量大，車型和服務內容、涉轄范圍以及車輛和駕乘人員的來源均相當繁雜。對調度安排的科學合理靈活性，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、緊急應對等，均有較嚴格要求。以致ＧＰＳ在該領域的運用存在諸多有別于其它領域的獨特之所。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兩項技術的車輛和人員自動定位跟蹤方案。 
３．１　系統結構 
       從總體上看，ＧＰＳ主要由三大部分組成：空間衛星、地面控制部分和用戶設備。 
       前二部分由美國軍方控制并無償提供服務，用戶構建ＧＰＳ應用系統時的主要研究和工作內容僅限于用戶設備。該部分的基本部件為ＧＰＳ接收機（含內置前置放大器的天線、傳輸電纜和接收主機）。對不同應用目的和場合，還需增添其它設施，例如本文圖２所示系統，就至少應再包括： 
３．１．１　指控中心 
       用于對所有車輛乃至人員進行跟蹤調度的會務交通指揮控制中心（簡稱指控中心）的基本構成為：大屏幕電子顯示屏、計算機網絡系統、數據庫系統、地理信息系統等。其中： 
       （ａ）計算機網絡系統是調度指揮的運作平臺，除包含中心相關資源外，且涉轄通過有線介質與之相接的各分會場及相關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備，也可以是相關部門綜合信息管理系統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字和圖像信息，是調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、適宜室內使用的高流明背投或前投式投影機。 
       （ｃ）數據庫系統存放與交通指揮調度有關的各種信息，包括：會務車輛源信息（車型、車號、顏色、車況、使用年限、來源、會務用途及編號等）、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運行的當前和過去資料（含時間、任務、對應司機或車輛、路線、乘客人數／性質／索引識別碼及更詳盡信息、緊急事件內容／時間／地點及解決處理辦法等）以及調度計劃和進程、黑名單變更及查處記錄……等等。 
       （ｄ）地理信息系統（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，為其科學高效的指揮調度決策提供充分準確依據。其蘊含的數字化地圖——地圖數據庫，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城市街區圖或地理航片數字化掃描建立，以光柵編碼結構存貯和檢索（優點是與實際地圖吻合性好，建立方便快捷。但內存占用大，使用上有局限性，僅適宜資源充裕的指控中心的部分應用）；也可采用數字化儀，由上述源資料逐點生成節點座標，最終形成一虛擬的道路數據網——矢量編碼地圖（優點是內存占用少，訪問速度快，應用靈活方便，真正反映各道路要素的幾何參數和拓撲結構；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的高速變化對其時效性影響），本方案取用后者。 
       該系統所用之地圖匹配（ＭＭ－Ｍａｐ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）技術，可將各車載機發送的車輛運動路線特征信息與數字化地圖的道路特征比對，以校正衛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境等對定位精度的影響。 
３．１．２  數據鏈 
       用于將車載ＧＰＳ接收機對衛星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度指揮。該無線通信系統涵蓋車載無線通信機和指控中心的相關通信設施。 
       蜂窩電話、通信衛星、集群系統和其它短波或超短波通信等均可作此數據鏈，但性能特點各異，如：衛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（ＳＭＳ－Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）數傳，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。用戶選擇依據應為：數據流通量、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域的專用集群移動通信設施，本方案建議租用此類現成設備（例如：在京的有關部委和北京市相關部門迄今已擁有十多個模擬集群通信網，用戶逾萬。并計劃于２００５年建成先進的數字集群通信共用指揮調度網，將擁有１０萬用戶容量，并覆蓋北京所有區縣）。在充分利用這些設備原有功能，遂行多種語音調度指揮和聯絡的同時，通過相應配置，實現相關信息的快速數傳。即：報警和卡信息的主動立即發送、定位信息的主動定時發送或被動響應發送（后者用于車輛長時間停放等。該通信模式下，車載機僅在經無線信道獲取中心命令時，才發送定位信息，以進一步減少信道占用）。 
３．１．３　差分站 
       為減少衛星鐘差、星歷誤差、大氣傳輸延遲誤差等所致之系統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，應采取差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）技術，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。 
       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），則該校正數據不廣播發送，而是由中心利用該數據對各車輛送來信息分別校正處理，然后顯示存貯，并分別發送相應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，有利于提高系統效率和可靠性，減少信道占用；但對中心的資金、技術和工作負擔要求較高。 
       在某些定位精度要求不高的非導航運用中，為節省資金，也有不采用ＤＧＰＳ，而是更多倚助動態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星信號的正常接收，導致ＧＰＳ定位精度下降甚至失效，形成跟蹤盲區。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一起構成ＧＰＳ／ＤＲ組合定位系統。當ＧＰＳ衛星信號被遮擋時，啟用ＤＲ定位功能，利用其良好的短期精度，消除跟蹤盲區，保證定位連續性；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，在衛星可見性很差（衛星信號被長時間遮擋，如高樓林立的商業區、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，由指控中心根據數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和系統的復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）。短時間內連續兩次按同一按鈕，車載機即發送相應報警信息，指控中心監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。并隨即經同一數據鏈，將司機和乘客所持證卡的卡號、刷卡時間等信息發送指控中心，實現進一步稽查和跟蹤備案。 
       該讀卡器類似公交ＩＣ卡系統的非接觸讀卡器。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。車載機專設一按鈕（鍵）式開關和聲光指示裝置，開關和光指示器狀態分別對應刷卡者的上車、下車。刷卡時讀卡器自動生成“請上車”、“請下車”語聲提示。該上或下車狀態信息將與卡號、刷卡時間等一并留存（讀卡器）并發送。對任一卡在同一車輛的同一狀態下的連續刷卡，讀卡器都將拒絕并語聲警告。 
       必要時，也可經前述無線數據鏈或專用數據中轉ＩＣ卡，向讀卡器下載“允許乘車卡號”。讀卡器將據此拒絕非允許人員刷卡乘車，并語聲提示。 
３．２　主要功能 
       該系統主要功能可歸納為： 
３．２．１　車輛跟蹤 
       車載機定時發送自己當前位置、速度、時間等信息，指控中心對之接收并記錄存檔的同時，在監視大屏幕的電子地圖上以點座標或連續移動軌跡形式實時顯示其運行情況。 
       在大屏幕上，不同任務類型車輛（救護、警務、物資運輸、代表團接送……等等）可以不同顏色標示?？娠@示所有會務車輛，也可僅顯示某一類車輛。可顯示全市或某區域甚至某街道的相關會務車輛，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。可多窗口顯示多區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絡系統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／下車狀態信息一并立即發送指控中心存檔。必要時，中心可以卡號為索引，通過網絡從大會ＩＣＣ系統數據庫調取相關人員的姓名、年齡、性別、國（省）別、身份、項目等個人信息。據此，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在哪些／輛車上。并可在電子大屏幕或網絡其它顯示終端實時跟蹤顯示其當前位置、移動軌跡及相關文字信息。 
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地點附近的醫院、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）或文字形式經屏幕顯示外，還可打印輸出，用于進一步統計分析。 
３．２．５　指揮調度 
       車載機的語音通信功能大大便利了會務交通的指揮調度，而藉助ＧＰＳ、ＩＣＣ技術的會務車輛和人員位置、時間、報警等信息的實時準確獲取，則進一步為調度指揮的科學有序高效合理奠定基礎。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車輛和人員的管理，且對各種突發事件的處理，如道路堵塞時的路線誘導、故障拋錨時的搶修與換乘補救、交通事故時的緊急救護、暴力匪情時的防衛解救等，特別有價值。 
４　結　語 
       以衛星為信息源并以無線信道為車載機與指控中心間的數據鏈的ＧＰＳ定位跟蹤系統，可視作一“天網”系統；而基本上是用有線介質實現各讀卡終端與系統間信息傳輸的ＩＣＣ應用系統，則屬一“地網”系統。該二系統的有機整合，將覆蓋大會所有領域，成為綜合性大型運動會信息管理系統不可或缺的眼睛、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管理、決策指揮，而且在安全防衛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中的ＧＰＳ定位，都是已有之成功嘗試和運用?？梢韵嘈牛S著技術的進一步發展完善，隨著錯綜復雜的國際形勢的劇烈變化和人們認識的深入轉變，ＧＰＳ和ＩＣＣ技術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，發揮更大作用！