技术与大型体育赛事的安全防卫、管理控制(下)

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：fondcard   人气： 发表时间：2011年09月17日

３  卫星全球定位系统（ＧＰＳ）　 的应用系统结构与功能 
       作为大型赛事人流、物流大动脉的会务交通，在赛点多且分散，甚至分布周边诸多城市的综合性大型运动会有不容忽视的重要作用。随着社会的发展、运动会自身及外环境的变化，对会务车辆调配管控的高效安全性亦提出更为苛刻的要求。完全依赖人的主观意识和经验的传统方法，已难以胜任，必须大量倚助先进的科学技术手段。ＧＰＳ在公共交通、治安巡查、长途货运、金融和刑事押送等领域的自动车辆定位（ＡＶＬ－Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｅｈｉ-ｃｌｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）中的运用，即不失为极好借鉴参考例证。 
       ＧＰＳ全球定位系统（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是美国国防部为满足军事需求，于二十世纪９０年代布署完成的一种星基无线电导航系统。其在遂行军用精密定位服务（ＰＰＳ）的同时，又无条件开放和提供民用标准定位服务（ＳＰＳ），可为全球范围的陆、海、空、天军民用对象提供全天时、全天候、高精度的三维空间、速度和时间信息。为了与美国抗衡和避免因政治、军事等因素受肘于人，世界其它国家、地区和组织亦相继建立自己的卫星导航系统，如俄罗斯１９９６年完成的ＧＬＯＮＡＳＳ（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓ-ｔｅｍ）。本文以ＧＰＳ为例论述，但其原理和方法亦适用后者。 
       大型体育赛事会务交通管理的特点是：车辆数量大，车型和服务内容、涉辖范围以及车辆和驾乘人员的来源均相当繁杂。对调度安排的科学合理灵活性，抵达时间的及时准确性，运行停放的安全可靠性，甚至搭乘人员及车辆的甄别控制、跟踪查询、紧急应对等，均有较严格要求。以致ＧＰＳ在该领域的运用存在诸多有别于其它领域的独特之所。鉴于对驾乘人员的身份甄别、追踪查询需求已超出ＧＰＳ功能范畴，本文提出一融合ＧＰＳ与ＩＣＣ两项技术的车辆和人员自动定位跟踪方案。 
３．１　系统结构 
       从总体上看，ＧＰＳ主要由三大部分组成：空间卫星、地面控制部分和用户设备。 
       前二部分由美国军方控制并无偿提供服务，用户构建ＧＰＳ应用系统时的主要研究和工作内容仅限于用户设备。该部分的基本部件为ＧＰＳ接收机（含内置前置放大器的天线、传输电缆和接收主机）。对不同应用目的和场合，还需增添其它设施，例如本文图２所示系统，就至少应再包括： 
３．１．１　指控中心 
       用于对所有车辆乃至人员进行跟踪调度的会务交通指挥控制中心（简称指控中心）的基本构成为：大屏幕电子显示屏、计算机网络系统、数据库系统、地理信息系统等。其中： 
       （ａ）计算机网络系统是调度指挥的运作平台，除包含中心相关资源外，且涉辖通过有线介质与之相接的各分会场及相关职能部门的交通管理子终端。这些子终端可以是独立的专用设备，也可以是相关部门综合信息管理系统平台的一种功能选项。 
       （ｂ）大屏幕电子显示屏用于最终输出数字和图像信息，是调度指挥的重要人机界面，有多种选择形式。本方案取价格相对低、适宜室内使用的高流明背投或前投式投影机。 
       （ｃ）数据库系统存放与交通指挥调度有关的各种信息，包括：会务车辆源信息（车型、车号、颜色、车况、使用年限、来源、会务用途及编号等）、司机源信息（姓名、性别、年龄、驾龄、来源、违章及事故记录等）、每辆车或每个司机会务运行的当前和过去资料（含时间、任务、对应司机或车辆、路线、乘客人数／性质／索引识别码及更详尽信息、紧急事件内容／时间／地点及解决处理办法等）以及调度计划和进程、黑名单变更及查处记录……等等。 
       （ｄ）地理信息系统（ＧＩＳ－Ｇｅｏ-ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）用于在大屏幕显示屏的电子地图上形象、直观的向中心控管人员描述被定位跟踪对象的当前位置、行驶方向、移动轨迹等，为其科学高效的指挥调度决策提供充分准确依据。其蕴含的数字化地图——地图数据库，是大屏幕电子地图的信息源。该库的准确完整性和信息量，将直接影响ＧＩＳ效能和定位精度。该库可利用扫描仪对纸质城市街区图或地理航片数字化扫描建立，以光栅编码结构存贮和检索（优点是与实际地图吻合性好，建立方便快捷。但内存占用大，使用上有局限性，仅适宜资源充裕的指控中心的部分应用）；也可采用数字化仪，由上述源资料逐点生成节点座标，最终形成一虚拟的道路数据网——矢量编码地图（优点是内存占用少，访问速度快，应用灵活方便，真正反映各道路要素的几何参数和拓扑结构；但建立过程乏味冗长。条件允许时，可借助勘测部门已有成果，但必须注意城市建设的高速变化对其时效性影响），本方案取用后者。 
       该系统所用之地图匹配（ＭＭ－Ｍａｐ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）技术，可将各车载机发送的车辆运动路线特征信息与数字化地图的道路特征比对，以校正卫星可见性极差时车辆在电子地图上的移动轨迹，进一步减少车辆行驶环境等对定位精度的影响。 
３．１．２  数据链 
       用于将车载ＧＰＳ接收机对卫星ＧＰＳ信号处理所得之位置、速度、时间信息和报警等信息传送指控中心，以及供中心对各车辆遂行语音调度指挥。该无线通信系统涵盖车载无线通信机和指控中心的相关通信设施。 
       蜂窝电话、通信卫星、集群系统和其它短波或超短波通信等均可作此数据链，但性能特点各异，如：卫星通信拥有任何其它方式所不及的大覆盖面，但天线尺寸大、设备笨重、费用高；ＧＳＭ蜂窝电话覆盖面相对大，非频繁定位时可方便的利用其短信息服务（ＳＭＳ－Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）数传，但高频率跟踪定位时费用上升，且存在信道拥挤时排队堵塞的可能；共享集群系统可降低用户成本，避免通信等待，但覆盖面小……等等。用户选择依据应为：数据流通量、传输速率、覆盖范围、实施和运行费用等。 
       鉴于运行费用及主办大型赛事的城市多已具备用于其它领域的专用集群移动通信设施，本方案建议租用此类现成设备（例如：在京的有关部委和北京市相关部门迄今已拥有十多个模拟集群通信网，用户逾万。并计划于２００５年建成先进的数字集群通信共用指挥调度网，将拥有１０万用户容量，并覆盖北京所有区县）。在充分利用这些设备原有功能，遂行多种语音调度指挥和联络的同时，通过相应配置，实现相关信息的快速数传。即：报警和卡信息的主动立即发送、定位信息的主动定时发送或被动响应发送（后者用于车辆长时间停放等。该通信模式下，车载机仅在经无线信道获取中心命令时，才发送定位信息，以进一步减少信道占用）。 
３．１．３　差分站 
       为减少卫星钟差、星历误差、大气传输延迟误差等所致之系统误差以及美国出于自身安全而采取选择可用性（ＳＡ－Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｖａｉｌａｂｉｌ-ｉｔｙ）措施所施加的人为干扰等对定位精度的影响，应采取差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）技术，在指控中心建立差分站，由差分站利用其已知精确位置座标与ＧＰＳ基准接收机测量解算座标的差，求取伪距校正数。 
       鉴于本方案实施目标是仅由指控中心定位跟踪，移动车辆不显示任何定位信息（即建立一纯粹的中心控制式ＡＶＬ系统），则该校正数据不广播发送，而是由中心利用该数据对各车辆送来信息分别校正处理，然后显示存贮，并分别发送相应分会场或职能部门交通管理子终端。该集中差分——后向伪距差分，有利于提高系统效率和可靠性，减少信道占用；但对中心的资金、技术和工作负担要求较高。 
       在某些定位精度要求不高的非导航运用中，为节省资金，也有不采用ＤＧＰＳ，而是更多倚助动态滤波理论和方法等改善定位精度的成功范例。 
３．１．４　ＤＲ装置 
       高楼、隧道、树荫、立交等均可能影响卫星信号的正常接收，导致ＧＰＳ定位精度下降甚至失效，形成跟踪盲区。为此，对各定位车辆加装由精度适中、价格低廉的压电晶体速率陀螺和里程表组成的航位推算（ＤＲ－Ｄｅａｄ Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）装置，与ＧＰＳ一起构成ＧＰＳ／ＤＲ组合定位系统。当ＧＰＳ卫星信号被遮挡时，启用ＤＲ定位功能，利用其良好的短期精度，消除跟踪盲区，保证定位连续性；无遮挡情况下则由ＧＰＳ定位，并辅助校正ＤＲ装置，避免陀螺漂移等所致之ＤＲ累积误差。 
       需要指出，在卫星可见性很差（卫星信号被长时间遮挡，如高楼林立的商业区、林荫大道等）情况下，陀螺仪方位积累误差的渐进增大，将使ＤＲ推算误差显著增大，车载机的ＧＰＳ／ＤＲ组合定位输出误差也明显增大。该误差可利用地图匹配（ＭＭ）方法，由指控中心根据数字地图的道路属性和车辆运行轨迹，予以修正。 
       附表示出不同定位方案时的可能精度范围。显然，定位精度的提高通常都是以技术和系统的复杂性以及投资的增大为代价。 
３．１．５　报警按钮 
       车载机配有多个按钮（键），分别对应故障抛锚、交通事故、道路堵塞、暴力匪情等（暴力匪情按钮可有多个，分别置／藏车辆不同部位）。短时间内连续两次按同一按钮，车载机即发送相应报警信息，指控中心监视大屏幕立即显示报警对象位置、车号、报警类型，并辅以相应声光提醒。 
３．１．６　读卡器 
       ＧＰＳ仅可定位跟踪车辆，而ＩＣＣ读卡器的接入，则可鉴别、记录司机和乘客身份。并随即经同一数据链，将司机和乘客所持证卡的卡号、刷卡时间等信息发送指控中心，实现进一步稽查和跟踪备案。 
       该读卡器类似公交ＩＣ卡系统的非接触读卡器。为使指控中心能随时了解车上人员变化情况，所有驾乘人员上、下车均需刷卡。车载机专设一按钮（键）式开关和声光指示装置，开关和光指示器状态分别对应刷卡者的上车、下车。刷卡时读卡器自动生成“请上车”、“请下车”语声提示。该上或下车状态信息将与卡号、刷卡时间等一并留存（读卡器）并发送。对任一卡在同一车辆的同一状态下的连续刷卡，读卡器都将拒绝并语声警告。 
       必要时，也可经前述无线数据链或专用数据中转ＩＣ卡，向读卡器下载“允许乘车卡号”。读卡器将据此拒绝非允许人员刷卡乘车，并语声提示。 
３．２　主要功能 
       该系统主要功能可归纳为： 
３．２．１　车辆跟踪 
       车载机定时发送自己当前位置、速度、时间等信息，指控中心对之接收并记录存档的同时，在监视大屏幕的电子地图上以点座标或连续移动轨迹形式实时显示其运行情况。 
       在大屏幕上，不同任务类型车辆（救护、警务、物资运输、代表团接送……等等）可以不同颜色标示。可显示所有会务车辆，也可仅显示某一类车辆。可显示全市或某区域甚至某街道的相关会务车辆，也可跟踪显示部分甚至某一车辆。可选择显示车辆牌号、车型、功用、所处地理位置和街道等。可放大、缩小、选择切换。可多窗口显示多区域或多窗口分别跟踪显示多车辆。 
       当然，上述屏显工作也可由网络系统的多个显示终端分担完成。而分别隶属并置于各分会场或职能部门的交通管理子终端，则可与中心共享显示与之相关的图形和文字信息。 
３．２．２　人员追踪 
       司机和乘客上下车均刷卡，其所持证卡卡号与刷卡时间、上／下车状态信息一并立即发送指控中心存档。必要时，中心可以卡号为索引，通过网络从大会ＩＣＣ系统数据库调取相关人员的姓名、年龄、性别、国（省）别、身份、项目等个人信息。据此，中心不仅可随时了解某辆车上有或曾有多少人、是谁或曾是谁、各人上／下车时间，也可查询某代表团或某身份、某项目人员甚至某人当前或曾经在哪些／辆车上。并可在电子大屏幕或网络其它显示终端实时跟踪显示其当前位置、移动轨迹及相关文字信息。 
３．２．３　报警处理 
       车载机对所有报警信息均立即发送。中心对这类报警尤其是交通事故和暴力匪情等急待救助事件，在声光提示的同时，于电子大屏幕或其它显示终端闪烁显示其当前位置，并文字显示事发地点甚至车辆和人员信息。且可在电子地图上自动显示事发地点附近的医院、治安巡逻车辆或部门位置，供指挥人员决策参考。同时尽快接通中心与报警车辆、紧急应对部门的语音通话，实施指挥、救助。 
３．２．４  后期查询 
       除实时跟踪外，指控中心还可随时检索查询过去某时间段、某路段、某车辆、某团体、某个人的交通情况。除可以图像（轨迹回放等）或文字形式经屏幕显示外，还可打印输出，用于进一步统计分析。 
３．２．５　指挥调度 
       车载机的语音通信功能大大便利了会务交通的指挥调度，而藉助ＧＰＳ、ＩＣＣ技术的会务车辆和人员位置、时间、报警等信息的实时准确获取，则进一步为调度指挥的科学有序高效合理奠定基础。不仅利于人员、物资及时准确的抵达和撤离，便于加强对来源繁杂的会务车辆和人员的管理，且对各种突发事件的处理，如道路堵塞时的路线诱导、故障抛锚时的抢修与换乘补救、交通事故时的紧急救护、暴力匪情时的防卫解救等，特别有价值。 
４　结　语 
       以卫星为信息源并以无线信道为车载机与指控中心间的数据链的ＧＰＳ定位跟踪系统，可视作一“天网”系统；而基本上是用有线介质实现各读卡终端与系统间信息传输的ＩＣＣ应用系统，则属一“地网”系统。该二系统的有机整合，将覆盖大会所有领域，成为综合性大型运动会信息管理系统不可或缺的眼睛、触梢和臂膀。藉此，大会组织者不仅可充分掌握整个大会人员、车辆分布运行状况，而且可迅速查询了解任一人员、车辆的当前或任一时间段在会场的位置和移动轨迹。不仅有助于高效有序的科学管理、决策指挥，而且在安全防卫上更有不容忽视的价值和意义。 
       亚特兰大夏季奥运会和其它国际马拉松赛中的ＩＣＣ计时、盐湖城冬季奥运会安全保卫中的ＧＰＳ定位，都是已有之成功尝试和运用。可以相信，随着技术的进一步发展完善，随着错综复杂的国际形势的剧烈变化和人们认识的深入转变，ＧＰＳ和ＩＣＣ技术必将在大型综合性运动会，尤其是举世瞩目的奥林匹克运动会上，发挥更大作用！