北斗通信技术在交通安全管理中的应用_纪志国.pdf

第 39 卷 第 2 期 福 建 电 脑 Vol.39 No.2 2023 年 2 月 Journal of Fujian Computer Feb.2023 纪志国，男，1984年生，主要研究领域为水力发电、光伏发电管理和车辆调度管理。赖永仙，男，1978年生，主要研究领域为水力发电、光伏发电项目建设运维管理。苏城远，男，1973年生，主要研究领域为水力发电、光伏发电管理和车辆调度管理。梁红星，男，1974年生，主要研究领域为水力发电、光伏发电安全管理。曾晶，男，1987年生，主要研究领域为水力发电和车辆调度管理。许毅，男，1987年生，主要研究领域为通信工程.E-mail:。杨栋，男，1989年生，主要研究领域为通信工程。E-mail:。北斗通信技术在交通安全管理中的应用 纪志国1 赖永仙1 苏城远1 梁红星1 曾晶1 许毅2 杨栋2 1(福建棉花滩水电开发有限公司 福建 龙岩 364000)2(中国铁塔股份有限公司龙岩市分公司 福建 龙岩 364000)摘 要：为了降低山区公路因天然地势复杂和极端恶劣天气等因素所导致高发的事故率，本文结合以往项目建设经验及技术沉淀，提出了一套基于北斗卫星导航独有的短报文通信功能的行车安全主动防护系统，通过利用北斗短报文通信、高精度车牌识别、主动安全预警防护以及电子围栏侦测等应用技术，对通勤车辆行车安全总体进行规划和设计，并对系统进行实践论证，实践结果表明，用该方案架建设的安全防控系统实现车辆通行全方位、全场景、全过程的安全监管，有效降低交通事故发生风险，助力通勤车辆安全提升。关键词 北斗通信；行车安全；山区公路；交通事故 中图法分类号 N945.23 DOI:10.16707/ki.fjpc.2023.02.016 Driving Safety System Based on Beidou Communication Technology JI Zhiguo1,LAI Yongxian1,SU Chengyuan1,LIANG Hongxing1,ZENG Jing1,XU Yi2,YANG Dong2 1(Fujian Mianhautan Hydropower Development Co.,Ltd.,Longyan,China,364000)2(China Tower Corporation Limited of Longyan,Longyan,China,364000)Abstract:In order to reduce the high accident rate caused by the complex natural terrain and extreme bad weather on mountain highways,this paper has proposed a set of driving safety active protection system based on the unique short-message communicating technique of COMPASS satellite navigation based on previous project construction experience and technical accumulation.By using application technologies such as COMPASS short-message communicating technique,high-accuracy license plate recognition,active safety technique,and electronic fencing,the planning,design and practical demonstration of the driving safety active protection system system.The practical results show that the safety prevention and control system constructed with this scheme can realize the all-round,whole scene,and total process safety supervision of vehicle traffic,effectively reduce the risk of traffic accidents,and help improve the safety of commuter vehicles.Keywords COMPASS Communications Technology;Driving Safety;Mountain Area Highway;Traffic Accident 1 引言 我国交通发展势头迅猛，但随之上涨的交通事故发生率也成为不容忽视的事实。现在，每年发生的交通事故已经高达 50 多万起，每年在事故中死亡的人数已增长至 10 万人1。道路交通安全面临着严峻的挑战。与此同时，我国山区面积广阔，约占国土总面积2/3，山区路段占全国公路较大的比重。山区高速公路的安全问题一直是交通建设发展过程中的一大难题。山区公路事故频发除了受到了天然地势复杂影响和基础建设投入不足等道路因素影响外，还受到驾驶员因素、车辆因素和交通环境因素影响。许2023 年 福 建 电 脑 69 多研究表明，相较于平原区公路，山区公路的事故率和死亡率明显偏高，尤其是在长下坡、小半径平曲线、穿山隧道等路段2。首先，从对大广高速泰赣段事故数据统计分析可以看出，因驾驶员因素引发的交通事故，以及未保持安全距离、超速行驶、疲劳驾驶、变更车道不规范、低能见度气象条件下违法行驶、驾驶措施不当、违法超车七大因素所引发的事故比例占事故总数的 92%3。该统计数据说明，虽然山区道路崎岖会使驾驶员的心理和生理处在高度集中的状态，但是山区路段复杂及其不确定性会导致驾驶员判断失误。如何提升对驾驶车辆的主动安全防护能力，在重要路段及危险路段加强对可能发生的安全隐患主动感知、预判和预警是保障车辆安全行驶的关键。因此，建立起一套基于北斗主动安全防护的预警系统，充分利用智能前端感知设备结合短报文通信不依赖网络环境的优势，构建出对驾驶员、运输车辆、管理员三位一体的闭环监管架构，实时规范车辆驾驶行为，引导提高安全驾驶意识，可以进一步降低山区公路高发的事故率，保障人员财产安全。本文提供一套基于北斗通信技术的行车安全系统，实现在复杂山区和潜在地质灾害复杂环境下保证人员人身安全的业务目标。该系统主要通过先进 的 驾 驶 辅 助 系 统ADAS(Advanced Driver Assistant System，)及 DSM(Driver State Monitoring)、视频监控、车辆轨迹、AI(Artificial Intelligence)识别和实时报警等功能，实现对于驾驶员驾驶行为实时监测，对事故高发路段、异常驾驶行为等安全风险及时感知、处理。系统涵盖基础数据管理、驾驶员签到管理、车辆运行监控、安全监测管理、危险区域管理、无信号路段预警、规划分析、调度管理等八大业务功能，通过对驾驶员、车辆和道路等行驶安全要素监测，保障工作人员出行安全，间接为企业创造最大的经济效益。2 山路通行保障难点 2.1 山区网络信号差 山林地区通常基础设施建设不完善，网络信号覆盖不足，信号弱，而通勤车辆搭载的智能感知设备通常需要将采集的信号及音视频数据与后台传输，经常造成很长时间的延误甚至完全中断，导致感知数据无法及时传递到后台进行数据处理。同时后台判断完成后或者临时下发的指令信息也无法及时传递到车载终端，对主动安全防护系统的建设造成极大困扰。2.2 车辆多存在安全隐患 山路通勤车辆在道路上行驶，经常会经过村庄或聚集度高、人员复杂的地区，会存在社会车辆的抢道、占道等情况，在一些单行道、急转弯、急坡等危险区域极易引发交通事故。市场现有的车辆安全管控系统，可以对安转有定位设备的目标车辆进行定位轨迹查看及安全报警，但是对没有安装定位设备的社会车辆或者已经装有定位设备的车辆无法统一对接，无法及时预警。只有通过车辆周围的摄像头识别，在车辆即将发生碰撞危险前进行预警，极大缩短了驾驶员的反应时间，造成一定的安全隐患。2.3 救援不及时 由于以上山路网络环境恶劣，在一些突发事件发生后，无法通过后台系统联动智能通讯设备调度周围通勤车辆紧急救援，致使发生事故或紧急求救的车辆无法在第一时间知悉并救援，间接造成二次伤害。3 设计思路及原理 3.1 整体设计思路 图 1 系统架构图 平台建设采用微服务架构，通过采用低耦合、高内聚原则，将原本独立的系统拆分成多个小型服70 纪志国等：北斗通信技术在交通安全管理中的应用 第 2 期 务，实现各业务的局部迭代和服务的独立部署，保证高效可靠部署，支持弹性伸缩。系统主要技术路线包含基于高安全的数据加密及签名方式，采用开放式的微服务架构设计，利用集群方式部署，支持动态增加服务器。数据交换方面则是运用以 XML(EXtensibleMarkupLanguage)为标准的数据分装格式+以Web Service为标准的通讯方式来实现，用于沟通不同平台、编程语言和组件模型中的不同类型系统。在数据处理方面，系统首 先 将 上 传 的 数 据 利 用 分 布 式 消 息 系 统MQ(Message Queue)实现高吞吐量、低延时的高性能数据分发。其次采用大数据分析技术对海量大数据进行分布式数据清洗、数据存储、大数据分析等后台 AI 计算。系统架构如图 1 所示。3.2 系统原理及优势 卫星导航系统是一种天基无线电导航定位和时间传递系统，能提供高精度、全天时、全天候的位置、速度和时间信息4。目前世界上只有四大导航系统：美国主导的全球定位系统 GPS(Global Positioning System)、俄 罗 斯 的 格 洛 纳 斯GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)、欧盟伽利略卫星导航系统 GALILEO（Galileo satellite navigation system），以及我国为摆脱西方国家的技术垄断、增加自身竞争力和彰显国力、历经 28 年自主研发的北斗卫星导航系统BDS(BeiDou Navigation Satellite System)。虽然四大导航系统都以导航为主，通信功能发展较为缓慢，但是经过多年经验积累和研究探索，北斗卫星系统已经支持短报文通信和语音通话，并且借助于专用的北斗终端和北斗通信卡，能够实现多信道的报文传输和通信。北斗系统相较于其他导航系统优势在于其同时具有定位和通信功能，不需要依靠其他通信网络的支持，就能实现自由通信体系全天候、全时空、全覆盖的通信服务5。北斗车载终端目前已实现定位+短报文+4G/5G一键紧急救援模式，能够有效地解决山区、隧道等路段网络通信服务信号传输不稳定的问题。首先，在山区、隧道因地势复杂，车辆常处在遮蔽物下行驶，车辆定位信号会受到电气电磁干扰。其次，山区容易出现极端天气，雨雪天空气湿度较大，导致电磁波穿透能力减弱，信号传输速率降低。最后，山区路段多位处偏僻，信号基站分布不够密集。基于以上情况，在事故高发的山区公路，若使用常规的 GPS 车载终端，则车辆常处于无信号的状态，企业监管人员容易与车辆失去联系，无法对发生事故后的车辆进行相关救援措施。利用北斗短报文通讯优势刚好可以弥补这一缺陷。短报文通讯不依赖网络信号，可以在偏远地区等网络信息差的环境下对车载终端进行报文的传输，在通过车载语音转换模块实现播报，提示驾驶员前后方来车信息，实现用户和指挥中心的双向通信。综上所述，相较于常规的 GPS 车载终端，使用北斗车载终端可以避免在山区、隧道等无信号路段无法获取车辆定位的情况发生。平台可以持续监测车辆行驶过程，在车辆