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1、 分类号： 10710-20040328 硕 士 学 位 论 文 高速公路紧急救援系统研究 唐正锋 导师姓名职称 马荣国教授 - 申请学位级别 工学硕士 学科专业名称交通运输规划与管理 论文提交日期 2007年 4月 1日论文答辩日期 2007年 4月 30曰 学位授予单位 长安大学 答辩委员会主席 陈宽民教授 学位论文评阅人 王建军教授王秋平教授 / Research on the System of Expressway Emergency Rescue A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate： Tang Zh
2、engfeng Supervisor： Prof. Ma Rongguo Changan University, Xian, China 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 :廣正隹 年十月 Z曰 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅
3、以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 (保密的论文在解密后应遵守此规定） 论文作者签名 ： /廣正韓 1年 f月 2)日 导师签名：石巧年 月 曰 摘要 随着高速公路建设里程的增加，高速公路交通事故问题日益凸现。中国高速公路 交通事故的致死率比国外高很多，这表明中国的紧急救援技术还比较落后，因此高速 公路紧急救援系统研究具有重要的理论价值和现实意义。作为智能交通系统中紧急事 件与安全子系统的一个重要研究方向，高速公路紧急救援系统对降低事故死亡率具有 重要的作用；同时可以及时疏散阻塞交通，预防出现二次事故。 论文首先对
4、比了国外紧急救援发展水平和中国现状，分析中国与国外差距，据此 提出有必要建立适应中国的高速公路紧急救援系统。随后分析了高速公路交通事故特 点，在此基础上对紧急救援系统的组成部分进行了阐述；预测了紧急救援系统的四个 发展趋势。 根据紧急救援组织顺序，把高速公路紧急救援系统的五个子系统 :监控子系统、 信息传输子系统、救援组织子系统、救援实施子系统、救援管理子系统分别展开，详 细论述了各个部分的组成以及与整体的关系。论文从体制、设备、管理三个方面讨论 了如何加强高速公路紧急救援系统，提高救援效率，减少救援成本。 在比较分析无线网络与有线网络的特点后，提出基于无线通信系统的高 速公路紧 急救援系统。
5、论述了基于无线通信的高速公路紧急救援系统的需求及技术、经济可行 性，提出使用无线通信的救援系统设计方案。 建立了高速公路紧急救援系统评价指标体系，然后采用层次分析方法确定各个指 标的权重，并对评价体系进行了实例验算。最后总结研究成果及存在的问题。 关键词：交通工程；高速公路；紧急救援系统；无线通信；层次分析法 Abstract Growing with the construction of freeway, the problem of the traffic accident on freeway is remarkable day after day. The percentage of
6、 death in traffic accident is higher in China than overseas. This illuminates that the technology of the urgency succor in China is lagging. So the investigation on the freeway urgency succor makes sense on theoretic and practice. As an aspect of the emergency and safety, which is a subsystem of int
7、elligent traffic system, the freeway urgency succor can reduce the percentage of death in traffic accident; at the same time, it can decrease traffic jam in time and prevent secondary traffic accident. Firstly, this paper contrasts the development of urgency succor overseas than the actuality in Chi
8、na. It analyses the difference between them and suggests the establishment of freeway urgency succor which adapts the situation in China. Then basing on the analysis of the characteristic of traffic accident on freeway, it summarizes every segment of freeway urgency succor and forecasts the four tre
9、nds of freeway urgency succor. According to the organizing order of urgency succor, this thesis discusses the five subsystems particularly: the surveillance subsystem; the information transmission subsystem; the organizing of succor subsystem; the implement of succor subsystem and the management of
10、succor subsystem. It dissertates the connection beyond the five subsystems and the connection between the five subsystems with the urgency succor system. Then from the aspects of system, equipment and management, it discusses how to intensify the urgency succor system so as to the efficiency is impr
11、oved and the cost of the succor is reduced. Basing on the contrast of wire network and wireless network, this dissertation suggests the freeway urgency succor basing on the wireless network. It discusses the need and the feasibility of technology and economy of the urgency succor system which is bas
12、ing on wireless communication. It also designs the project of the system. A new index system of freeway urgency succor is proposed firstly, and then the weight of the index is fixed on by the Analytic Hierarch Process. An example is brought in to check the index. At last the outcome and limitation o
13、f the research are summarized. Keywords: traffic engineering; freeway; urgency succor system; wireless communication; the Analytic Hierarch Process m-w. . 1 1.1研究背景 .i 1.1.1高速公路交通事故发展趋势 . 1 1. 1. 2建立高速公路紧急救援系统必要性分析 . 2 1. 2高效紧急救援模式 . 2 1.2. 1紧急救援的原则和要求 . 2 1.2. 2科学合理紧急救援模式的提出 . 3 1.3国内外研究现状 . 3 1.3.
14、 1国外紧急救援研究概况 . 3 1_ 3. 2国内紧急救援研究概况 . 5 1.4全文研究技术的路线与内容 . 6 1.4.1研究的技术路线 . 6 1.4. 2研究的内容 . 6 第二章高速公路紧急救援基本理论 . 9 2. 1高速公路交通事故分析 . 9 2. 1. 1高速公路交通事故特点 . 9 2. 1. 2高速公路交通事故的原因分析 . 10 2. 2高速公路紧急救援系统组成 . 11 2. 2.1紧急救援系统结构分析 . 11 2. 2. 2高速公路紧急救援工作流程 . 12 2. 3紧急救援发展趋势 . 13 2.3. 1紧急救援知识培训 . 13 2. 3. 2智能运输系统
15、（ ITS) . 14 2. 3. 3高速公路紧急救援产业化 . 15 2. 3. 4通信系统向无线通信系统发展 . 16 第三章高速公路紧急救援系统 . 18 3. 1高速公路紧急救援系统构成 . 18 3. 2监控子系统 . 19 3. 2.1事故检测 . 19 3. 2. 2事故定位 . 22 3. 3信息传输子系统 . 24 3. 3.1高速公路专用通信系统 . 24 3. 3. 2紧急电话系统 . 24 3. 3. 3程控数字交换系统 . 25 3. 3. 4视频图像传输系统 . 27 3. 4紧急救援组织子系统 . 28 3. 4. 1紧急救援组织结构 . 28 3. 4. 2交通
16、事故联动措施 . 28 3. 4. 3最短路径算法 . 29 3. 4. 4清障车辆的调度 . 30 3. 4. 5交通管理 . 31 3. 5救援实施子系统 . 32 3. 5.1救援实施子系统组成及设备 . 32 3. 5. 2救援实施人员 . 33 3. 5. 3救援部门明确责任 . 33 3. 5_ 4救援实施步骤 . 34 3. 5. 5救援现场协调 . 36 3. 6救援管理子系统 . 36 3. 6. 1交通事故数据库管理 . 36 3. 6_ 2人力资源管理 . 37 3. 6. 3设备资源管理 . 38 3. 7本章小结 . 39 第四章基于无线通信系统的高速公路紧急救援 .
17、 40 4.1无线网络的优点 . 40 4. 2无线通信紧急救援需求与可行性分析 . 42 4. 2. 1无线通信紧急救援需求分析 . 42 4. 2. 2基于无线通信的紧急救援系统可行性分析 . 42 4. 3基于无线通信系统的高速公路紧急救援系统设计方案 . 45 4.3.1无线通信骨干网设计 . 45 4. 3. 2基站布设依据及原则 . 46 4. 3. 3监控系统 . 46 4. 3. 4救援指挥中心网络设计 . 46 4. 3. 5视频会议 . 47 4. 4本章小结 . 48 第五章紧急救援系统评价 . 49 5. 1评价概述 . 49 5. 1. 1评价对紧急救援系统的作用 .
18、 49 5.1. 2评价指标建立的原则 . 49 5. 2构建救援系统评价指标体系 . 50 5. 2. 1构建救援指标体系 . 50 5. 2. 2各指标评价标准 . 54 5. 3对救援系统的整体评价 . 55 5.3. 1指标的无量纲化 . 55 5. 3. 2确定指标的权重 . 56 5. 3. 3高速公路紧急救援系统评价 . 61 5.4实例验算 . 62 5.4. 1项目概况 . 62 5. 4. 2紧急救援系统评价 . 62 5. 4. 3评价结果分析 . 62 5. 5本章小结 . 63 第六章结论 . 64 6. 1主要结论 . 64 6. 2有待进一步研究的问题 . 64
19、参考文献 . 65 攻读学位期间取得的研究成果 . 68 麵 . 69 in 乂 K： 安大学硕 :丨 :学位论文 第一章绪论 1. 1研究背景 1. 1. 1高速公路交通事故发展趋势 自 1987年中国建成第一条高速公路以来，高速公路建设已经得到了长足的发展，到 2006年底，中国的高速公路总里程己经达到 4.54万公里，名列世界第二位。髙速公路 有着显著的经济效益和社会效益，有力地促进中国经济的发展，己经成为现代化交通的 重要标志。今后，随着中国国民经济和社会的蓬勃发展，公路客、货运输的迅速增长， 高速公路必将进一步发展。 然而，随着高速公路里程的增长，发生在高速公路上的交通事故也明显增加
20、。根据 公安部资料统计显示，中国高速公路交通事故近 6年呈增长趋势，具体见表 1-1。 表 1-1中国高速公路交通事故统计表 年份 事故次数（次） 死亡人数（人） 受伤人数（人） 财产损失（亿元 ） 致死率 1 2000 年 12634 1687 4921 2.19 25.5% 2001 年 16916 2167 6442 2.63 25.2% 2002 年 29611 3927 12253 5.22 24.3% 2003 年 36257 5269 14867 6.98 26.2% 2004 年 24466 6235 15213 5.78 29.1% 2005 年 18168 6407 156
21、81 5.79 29.0% 数据来源：公安部交通管理局道路交通事故统计年报 表 1-2 2002年高速公路与同程所有等级公路交通事故指标对比 对比项目 事故次数（次） 死亡人数（人） 受伤人数（人） 高速公路 117.83 15.63 48.76 所存等级公路 25.61 4.76 20.75 注 :高速公路与所有等级公路交通事故指标均为百公里平均数 另外有数据表明中国高速公路的单位里程的事故率严重高于公路整体水平以及西 1.交通事故致死率：交通事故死亡人数 伤广人数之比。 第一章绪论 方发达国家高速公路的单位里程的交通事故率。 西方发达国家高速公路每百公里的事故发生率仅为普通公路的 30%
22、51%，每百公 里的事故致死率仅为普通公路的 43%76%，而交通流量却是普通公路的 10倍左右，因 此高速公路被认为是安全程度最高的公路。 1. 1.2建立高速公路紧急救援系统必要性分析 高速公路交通事故发生后，由于救援不及时或救援措施不当不能及时对受伤人员实 施有效救援，从而使人员抢救失去了有效时机，造成交通事故死亡率增高。据法国民防 部门统计 1:同样伤势的重伤员，在 30分钟内脱险获救，其生存率为 80%;在 60分钟 内脱困获救，其生存率为 40%;在 90分钟内脱困获救，其生存率为 10%以下，由此可 见，事故发生后的尽快施救，缩短被困伤员的获救时间，是减少事故死亡率的关键。 中国
23、交通事故致死率远远高于国外，如 2005年美国交通事故致死率为 1.3%，曰本 为 0.9%2，而中国交通事故平均致死率为 17.4%，高速公路交通事故致死率更是高达 29.0%，这主要是因为抢救不及时造成的，因为 85%的死亡者都是在交通事故发生 30分 钟后死去的。如果能够建立起有效的紧急救援制度，那么就可以大大减少因抢救不及时 而死亡的人数。事实证明， .中国高速公路交通现状 和紧急救援所存在的问题已严重制约 和影响国民经济持续健康快速发展和建立和谐社会目标的实现，高速公路紧急救援跟不 上时代发展步伐的被动局面必须得到改变。 高速公路避免了混合交通，加上良好的管理设施，其交通事故率国外仅
24、为一般公路 的 1/10左右，事故死亡率约为一般公路的 1/3左右 3】 。但中国高速公路建设起步较晚， 对高速公路的管理缺乏经验，使得高速公路的事故率很高，致死率大大超过正常数值。 1.2高效紧急救援模式 1.2.1紧急救援的原则和要求 高速公路紧急救援必须满足以下原则和要求： (1) 在事故发生后采取及时而有效的紧急救援措施，能够降低事故所造成的人员 伤亡与经济损失，预防二次事故的发生； (2) 减少因交通事故造成的交通拥堵、交通延误，确保交通安全、畅通，提高交 通运输效率 ; 2 _ 长安大学硕士学位论文 _ (3) 降低交通事故的间接经济损失； (4) 降低交通事故对环境的污染。 1.
25、 2. 2科学合理紧急救援模式的提出 首先利用高速公路上的监控系统对高速公路上发生事故的车辆进行准确地自动定 位是本系统能否高效工作的前提。在对事故自动定位的过程中，还可以利用已有的电子 地图资料，对现场救援土作的展开提供必要的环境信息。根据事故发生的时间、气候、 季节、路段、车型、类型等信息，结合事故处理专家系统知识，对发生的紧急事件进行 救助。 充分合理利用高速公路上的紧急救援设备，采取先进的管理手段，最大限度降低事 故发生率和事故发生时的损失，最终达到减少交通阻塞、提高高速公路使用效率、促进 社会经济发展的目的是本系统的目标。 1.3国内外研究现状 1.3. 1国外紧急救援研究概况 紧急
26、救援系统 （ Emergency Management System， EMS)是一个特殊的系统，它的基 础是先进的交通信息系统 （ ATIS)、先进的交通管理系统 （ ATMS)及有关的救援机构 和设备。通过 ATIS和 ATMS将交通监控中心与专业的救援机构联合成有机的整体，为道 路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务 4。高速 公路紧急救援系统作为智能交通系统 （ ITS)中一个重要的子课题，它将先进的信息技 术、通讯技术、自动控制技术、智能技术以及计算机网络技术有效地综合运用于整个交 通运输管理体系，将道路、管理者和驾驶员系统结合，使之成为有机整体。 发达
27、国家高速公路建设较早，现在已经形成了比较完善的紧急救援体系，对于高速 公路交通事故的紧急救援形成了一套比较成熟的处理办法。通过从事故的检测和确认到 事故的最后清理这一全过程开展工作，同时采取先进的 ITS技术，包括了计算机技术、 监控技术、 T-GIS技术、 GPS技术和数据库技术，保证了各类救援人员能密切配合和有 效联动，达到快速、有效地开展救援工作的目的。 (1) 美国高速公路交通事故紧急救援 美国高速公路的事故紧急救援有一套运用得比较成熟的程序。紧急救援的全过程被 3 第一章绪论 叫做高速公路事故管理 (FIM)。 高速公路事故管理过程是一个相互协调的系统工程，这 一系统由 7个部分组成
28、，具体包括前期规划、调查和取证、反应时间、现场管理、清理 时间、驾驶人员信息和恢复交通时间。 FIM的目的不仅在于挽救生命和财产，还在于减 少因交通堵塞造成的损失及二次连锁事故发生的可能性。在这 7个部分的每个阶段，美 国都做得非常的严密。美国的救援体系很完善，这就为事故救援的快速进行提供了一个 组织上的保障和前提。除了完善的体系外，美国高速公路上配套的设施也相当完善，除 了常规的安全设施如交通标 志、标线等的完善外，其它如监控设施和闭路电视在美国的 高速公路上也很齐全。这些设施的完善除了有利于对事故的预防外，在事故发生时，也 可以通过这些先进的设备配合救援人员在第一时间对事故进行检测和确认，
29、在救援过程 中通过各个部门的紧密配合达到高效救援的目的。美国在管理中心设置急救中心，接到 紧急电话的事故报告后，立即向最近的急救站发出指令出动救护车，或派直升飞机抢救。 救护车通过无线电话与急救站、医院取得联系，及时组织救援工作。据美国运输工程师 协会 (ITE)估计，高速公路使用事故管理后，在交通拥挤期间可以减少 10% 15%的行程 时间。亚特兰大 NAVIGATOR系统建成后，事故检测和确认的时间由原来的 4. 2min减少到 1. lmin， 降低了 74%;事故确认和自动产生事故响应之间的平均时间降低 50%(从 9.5niin 降到 4.7min);事故确认和车道清除之间的平均时间
30、从 40.5min降到 24.9rain(降低了 38%) 5 (2) 日本高速公路交通事故紧急救援 在交通事故的紧急救援方面，日本以道路公团为代表，在管理中心设立急救车，消 防车昼夜待命，道路部门自行处理事故，这样就在很大程度上减少了事故的处理时间， 从而提高了处理的效率。在需要医疗等部门协助处理的事故时， R本改进了救援与救护 系统，日本的医生和护士在交通事故发生后，可以在救援救护途中抢救而不受其它医疗 制度的约束等。从而减少了一些繁琐的不必要的环节，争取了更多更快的抢救伤员的时 间，降低了事故的死亡率。因此，尽管日本的汽车保有量在逐年的增加，但由于日本采 用了各种交通安全管理措施和交通事
31、故紧急救援措施，使得其道路事故死亡率并没有因 汽车保有量的增加而上升，而是保持一个比较稳定 的状态，甚至在 1971 1979年间，其 交通事故死亡人数在稳步回落 ， 1996年以后尽管汽车保有量在继续增加，但事故死亡人 数却一直保持在一个相对稳定的水平，如图 1-1所示 6。 4 长安大学硕 :丨 _:学位论文 0 . t I . _ .i_ I If阳 丨 5KU 1970 1976 1082 1988 1 9 9 42000 年度 图 1-1 1958 2000年日本道路交通事故死亡人数变化图 1.3. 2国内紧急救援研究概况 根据调研及查阅大量的相关资料表明，中国目前对于高速公路交通事
32、故的紧急救援 还没有一套系统的处理办法，也没有一套完善的紧急救援体系，救援人员的专业化水平 不高，救援设施不齐全等等。这一系列原因导致了中国高速公路事故死亡率长期高居不 下，跟国外高速公路发达的国家相比差距很大。从 1997年以来，中国每年死于高速公路 交通事故的人数逐年攀升，致死率均在 30%左右，这与发达国家 3%的交通事故致死率存 在很大的差距 m。而且随着中国高速公路通车里程的增加，事故伤亡人数与死亡呈较大 幅度的增长。 (1) 救援体系本身不完善 中国（大陆 ） 从第一条高速公路开通运营到现在才十九年的历史，因此对高速公路 的运营管理方面的经验较少，相对高速公路发达的国家来说还存在很
33、大的差距，对于交 通事故的紧急救援也存在许多的不足，其中一条就是紧急救援体系本身的不完善。中国 对高速公路交通事故的紧急救援工作还比较被动，由于没有一套成熟的体系来指导，事 故发生后只是采取就事论事，事前无相关紧急救援预案；一些地区对于事故的紧急救援 还缺少与当地的相关部门包括医院、交警等部门建立联动机制。对于高速公路交通事故 的救援缺少一些必要的破拆工具也是一个比较严重的问 题。 (2) 事故报警不及时引起救援的不及时 中国目前对于交通事故的检测大多都是基于移动电话、路侧紧急电话和交警的巡逻 2 2ft4 -是从 到 K的路，定义路 /的路权是所有路权之和，计为 ivCP)。 最短路就是要在所有从匕到 K的路中求一条权最小的路。 1959年 EvDijkstra提出求解最短路的标号法（又称 Dijkstra)， 这个方法可以一次求 出从起点到任意一点的最短路径 。它包 括两步：第一步是标号过程，确定从起点到终点 的最短路权；第二步是返回追踪，确定最短路线。 28 标号的步骤如下： (1) 初始化：令起点 匕的 ()=0， 并标为 P的标号，计作 P )=0;令其余各点 V,. 的 vv(v/) = ， 并标为； T标号，计作 ； T( = ;