智慧高速管控系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)與探索

孫鉞涵¹，戚湧²，孫維旭³，金軍成³

（1．莫斯科國(guó)立鮑曼技術(shù)大學(xué)，俄羅斯莫斯科105005；2．南京理工大學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)學(xué)院，江蘇南京210094；3．宿遷市公安局交通警察支隊(duì)，江蘇宿遷 223800）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)，造成了安全管理、資源環(huán)保等瓶頸制約以及高速公路通行壓力劇增等問(wèn)題。伴隨著信息化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展，智慧高速公路建設(shè)成為順時(shí)之舉。鑒于此，本文結(jié)合宿遷公安規(guī)劃建設(shè)的高速公路智慧管控系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和實(shí)踐成效，在高速公路交通安全主動(dòng)管理，即側(cè)重于交通安全防范性管控方面進(jìn)行嘗試和探索，提出一種智慧高速管控系統(tǒng)，其由數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化應(yīng)用和規(guī)范化制度四大體系構(gòu)成，可應(yīng)用于三大應(yīng)用領(lǐng)域中的八個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。在新?lián)P高速宿遷南段對(duì)提出的智慧管控系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其取得了較好的應(yīng)用結(jié)果。

關(guān)鍵詞：智慧高速；管控系統(tǒng)；交通安全主動(dòng)管理；理論設(shè)計(jì)與探索

中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

Theoretical design and exploration of intelligent high-speed control system

SUNyuehan¹,QIyong²,SUNweixu³,JIN juncheng³

（1.Moscow State Bauman Technical University, Moscow 105005, Russia;2. School of Intellectual Property, Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China;3. Suqian City Public Security Traffic Police Detachment, Suqian, Jiangsu 223800, China）

Abstract:With the rapid development of the socio-economic landscape and a surge in the number of motor vehicles, challenges such as safety management bottlenecks, environmental conservation constraints, and dramatically increased pressure on highway traffic have arisen. In the wake of the fast-paced advancement of information technology and artificial intelligence, the construction of smart highways has become an act of following the trend. This paper explores and attempts proactive management in highway traffic safety by combining the theoretical design and practical results of the smart highway control system planned and constructed by Suqian Public Security. We propose a smart control system comprised of four major systems: digital collection, networked transmission, intelligent application, and standardized regimes, which can be applied to eight application scenarios within three major fields. The proposed smart control system was verified in the southern section of the Xuyi Highway in Suqian, and experimental results demonstrate that it achieved satisfactory application outcomes.

Key words: intelligent highway; control system; active management of traffic safety; theoretical design and exploration

引言

1988年我國(guó)第一條高速公路通車后，高速公路建設(shè)自此迅猛發(fā)展。目前，全國(guó)的通車?yán)锍桃殉^(guò)16.9萬(wàn)km，穩(wěn)居世界第一。交通運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展基礎(chǔ)性先導(dǎo)性行業(yè)，其中高速公路具有舉足輕重地位^[1-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速公路客貨運(yùn)量分別占全國(guó)公路客貨運(yùn)量的80%以上^[6-9]。目前，高速公路里程快速增長(zhǎng)，密度持續(xù)加大^[10]，交通事故持續(xù)增長(zhǎng)^[11]，區(qū)域擁堵和交通事故頻發(fā)^{[12, 13]}，安全問(wèn)題日漸突出^{[14, 15]}，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)面臨土地資源和環(huán)保影響，改擴(kuò)建空間有限^[16-18]。與此同時(shí)，信息化、智能化最新科技成果集成應(yīng)用日新月異，促進(jìn)了提供優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)的智慧高速公路進(jìn)程，智慧高速公路建設(shè)成為適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急^[19-21]。

主動(dòng)交通安全管理是指對(duì)高速公路主線交通流采取有效引導(dǎo)和管控，防范道路交通事故及因此導(dǎo)致的交通擁堵，保證高速公路安全有序暢通^[22-25]。此技術(shù)應(yīng)用開(kāi)始于歐美，日本也進(jìn)行了有效嘗試。美國(guó)智慧高速主動(dòng)管理經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的發(fā)展的較深的研究，主要針對(duì)車路協(xié)同前期階段進(jìn)行，從關(guān)注自動(dòng)駕駛的設(shè)施互聯(lián)研究上，轉(zhuǎn)至開(kāi)展基于5.9GHz短程無(wú)線通信技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，部署專用無(wú)線通信寬帶，配置應(yīng)用路側(cè)RSU及車載OBU設(shè)備，運(yùn)用超視距感知技術(shù)，強(qiáng)化高速公路車輛運(yùn)行安全^[26]。歐洲的英德主要通過(guò)信號(hào)和標(biāo)志標(biāo)線以及各類視頻監(jiān)控設(shè)施等技術(shù)支撐，提升專門設(shè)施效能，影響駕駛?cè)藦亩龑?dǎo)車流有序通行^[27]。日本秉持“出行即服務(wù)”準(zhǔn)則，推進(jìn)DSRC大容量雙向通信設(shè)備，提供擁堵預(yù)測(cè)及路徑規(guī)劃參考，特有車輛運(yùn)行及軌跡追蹤、異常事件預(yù)警等，為車輛智能出行提供引導(dǎo)和服務(wù)^{[28, 29]}。

國(guó)內(nèi)智慧高速公路建設(shè)及管理狀況如下:2016年，《交通運(yùn)輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》部署智慧公路建設(shè)^[30]。2018年《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》拉開(kāi)我國(guó)智慧高速公路建設(shè)序幕^[31]。2019年，《數(shù)字交通發(fā)展綱要》為智慧高速公路建設(shè)指引方向^[32]。同年9月，《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》從戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌規(guī)劃推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)目標(biāo)任務(wù)^[33]。《交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)建設(shè)施建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025年）》加快重點(diǎn)基礎(chǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究制定。多省市陸續(xù)制定發(fā)布智慧高速公路系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，掀起智慧高速建設(shè)新一輪熱潮，為全國(guó)智慧高速公路建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)^[34-39]。主要特點(diǎn)如下：1）注重智慧高速公路頂層設(shè)計(jì)研究，制訂出臺(tái)系列地方標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)智慧高速公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及系統(tǒng)集成；2）集成應(yīng)用“大物移云智”等新一代信息技術(shù)，支撐高速公路全壽命周期運(yùn)營(yíng)管理；3）著力解決高速公路運(yùn)行管理中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)問(wèn)題，如大流量交通擁堵、惡劣天氣管控、交通事故高發(fā)點(diǎn)段時(shí)段、橋隧等節(jié)點(diǎn)管控等；4）瞄準(zhǔn)自動(dòng)駕駛方向，多集中在設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)建設(shè)方面，沒(méi)有進(jìn)入雙向溝通層面；5）大都通過(guò)路面端、車載端和手機(jī)端應(yīng)用，為公眾出行提供盡可能高效服務(wù)。

本文對(duì)我國(guó)智慧高速公路建設(shè)和主動(dòng)管理中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析：1）忽視對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備的利舊改造和迭代升級(jí)，過(guò)度依賴新技術(shù)突破、新裝備應(yīng)用和新平臺(tái)效能，致投入巨大，效果差強(qiáng)人意；2）智慧高速的本質(zhì)是提供優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)，但極度依賴新設(shè)備新功能提供智慧服務(wù)；3）交通工程基礎(chǔ)理論沒(méi)有突破，無(wú)法支撐各類平臺(tái)、中心、“大腦”的運(yùn)行；4）重視管控外場(chǎng)設(shè)備，輕視高速公路主體交通流智慧管控方法論的研究；5）基本上都是運(yùn)營(yíng)公司探索高速公路“建管養(yǎng)運(yùn)服”全業(yè)務(wù)流程智慧建設(shè)，缺乏交通安全主動(dòng)管理領(lǐng)域的探討和研究。

2       高速公路智慧管控的理論設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主體在S49新?lián)P高速宿遷南段，起點(diǎn)位于宿遷主線站區(qū)，南止淮安交界處，包括G1516鹽洛高速8km，總計(jì)90km。全線共有收費(fèi)站6個(gè)，其中主線收費(fèi)站1個(gè)，服務(wù)區(qū)2個(gè)；樞紐2座，大小橋梁182座，其中50m以上中型橋梁50座，200m以上大型橋梁6座。目前存在的問(wèn)題如下：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，安全隱患大、交通流量大，泗洪段經(jīng)常發(fā)生擁堵、常年易發(fā)團(tuán)霧以及安全管理力量薄弱。

圖1 智慧高速管控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

Fig 1 Topology structure diagram of intelligent highway management and control system

基于對(duì)高速公路交通安全主動(dòng)管理需求、目標(biāo)和發(fā)展階段的理解，智慧高速管控系統(tǒng)由數(shù)字化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化應(yīng)用和規(guī)范化制度四大體系構(gòu)成，目前可分為八個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景和三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如圖1所示。

現(xiàn)有的高速公路管理系統(tǒng)主要依靠人工進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)，信息的采集和處理能力有限，對(duì)于復(fù)雜或突發(fā)的路況反應(yīng)能力不足。本文提出的高速公路智慧管控設(shè)計(jì)架構(gòu)具有如下特點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：智慧管控系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)收集并分析道路交通信息、氣候條件、車輛狀況等多元化的數(shù)據(jù)，從而更全面地理解路況并做出精準(zhǔn)決策。

2）全線物聯(lián)管控：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將高速公路上的各類設(shè)備，如監(jiān)控?cái)z像頭、車道識(shí)別器、氣象檢測(cè)器等相連接，形成一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全方位、實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

3）智能分析與自動(dòng)化管控：基于先進(jìn)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)全線信息實(shí)時(shí)分析，主要包括高速公路動(dòng)態(tài)違法行為捕捉和異常事件預(yù)警，并基于智能指揮調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化管控，提升事件處理效率，降低事件風(fēng)險(xiǎn)。

4）全線實(shí)時(shí)交通仿真：通過(guò)運(yùn)用大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的仿真模型，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的圖像信息，能夠高度還原實(shí)際的交通環(huán)境，提供較為精確的仿真結(jié)果，便于交通管理者和交通參與者理解和使用。

3       基于交通安全主動(dòng)管理的四大體系

（1）數(shù)字化采集體系。通過(guò)主動(dòng)采集路網(wǎng)道路、環(huán)境、設(shè)施以及涉路聯(lián)動(dòng)、救援等靜態(tài)全要素?cái)?shù)字化信息；通過(guò)視頻流攝像機(jī)、雷視一體機(jī)、氣象檢測(cè)站、龍門架抓拍設(shè)備、320監(jiān)控和查緝布控等抓拍設(shè)備為主體，采集道路交通流全要素動(dòng)態(tài)信息，經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理和數(shù)字化信息對(duì)接，構(gòu)建一張精準(zhǔn)定位、實(shí)時(shí)顯現(xiàn)和智能管控的高速公路動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)感知物聯(lián)網(wǎng)，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐。

（2）網(wǎng)絡(luò)化傳輸體系。此體系由90km專用主干光纖環(huán)網(wǎng)和13個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成專用傳輸網(wǎng)絡(luò)，全線覆蓋有線、無(wú)線通訊，提供超低時(shí)延、超大帶寬通信支持，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)、高精度、穩(wěn)定性安全傳輸。

（3）智能化應(yīng)用體系。此由交通安全管控服務(wù)設(shè)施和指揮調(diào)度平臺(tái)組成。交通安全管控服務(wù)設(shè)施包括道路警示誘導(dǎo)系統(tǒng)、車輛出行管控以及車路協(xié)同控制服務(wù)智能功能設(shè)施。指揮調(diào)度平臺(tái)融合省市公安指揮中心和道路運(yùn)營(yíng)公司的監(jiān)控資源，應(yīng)用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，無(wú)縫對(duì)接各類資源庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)，智能化分析，流程化處置，模塊化運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)多信息融合、強(qiáng)計(jì)算分析、高智慧管控的交通安全主動(dòng)管理常規(guī)業(yè)務(wù)智能化運(yùn)作。

（4）規(guī)范化制度體系。依據(jù)國(guó)家法律法規(guī)和相關(guān)行業(yè)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)置管理原則、運(yùn)行機(jī)制、管理方法、處置流程及協(xié)作模式，保證高速公路交通安全主動(dòng)管理應(yīng)用體系正常有序運(yùn)行。

4       應(yīng)用場(chǎng)景與方向

（1）應(yīng)用場(chǎng)景。應(yīng)用場(chǎng)景包括在智慧高速管控系統(tǒng)下實(shí)施的具體應(yīng)用，此為列舉但不限于以下所述場(chǎng)景：1）三維建模：在全市二維數(shù)字地圖基礎(chǔ)上，對(duì)全路段涉車涉路靜態(tài)信息全要素采集，數(shù)字化處理，建立可展示、計(jì)算、描述的三維實(shí)景模型，為實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用提供載體；2）實(shí)時(shí)交通仿真：在三維建模基礎(chǔ)上，對(duì)高速公路監(jiān)控視頻進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，虛擬全景、實(shí)時(shí)精準(zhǔn)顯示高速公路全要素信息和交通態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、跨視域、持續(xù)時(shí)空定位，“變?nèi)f維視角為上帝視角，融千路視頻為一路動(dòng)畫(huà)”；3）物聯(lián)網(wǎng)管控：通過(guò)視頻監(jiān)控及智能傳感器溝連道路設(shè)施設(shè)備，形成全信息數(shù)據(jù)感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)警、安全隱患自動(dòng)排查、可變?cè)O(shè)施遠(yuǎn)程可控；4）模型系統(tǒng)分析：在高速公路車輛運(yùn)行海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)需要建立如交通事故、交通態(tài)勢(shì)、交通流聚散、惡劣天氣等各類數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行深度分析研判，落實(shí)交通安全主動(dòng)管理措施；5）智能指揮調(diào)度：指揮中心與執(zhí)勤人員之間實(shí)現(xiàn)音視頻、文字信息實(shí)時(shí)互動(dòng)，平臺(tái)自動(dòng)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并可精準(zhǔn)推送，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲取各類資源信息，智能比對(duì)分析，快速形成多選項(xiàng)、流程化處置方案，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)顯現(xiàn)精準(zhǔn)化、預(yù)案生成智能化、事件處置流程化，指揮調(diào)度可視化、扁平化；6）精準(zhǔn)治安防控：控制節(jié)點(diǎn)是高速公路治安防控關(guān)鍵。精準(zhǔn)感知視頻、抓拍設(shè)備形成的主線節(jié)點(diǎn)，建設(shè)AR視頻管控模塊，對(duì)接查緝布控和人臉識(shí)別系統(tǒng)，閉環(huán)管控站區(qū)主陣地，實(shí)現(xiàn)人車觸網(wǎng)報(bào)警、目標(biāo)實(shí)時(shí)追蹤、路線預(yù)測(cè)、復(fù)原歷史軌跡，依托三道防線，構(gòu)建高速公路智能防控體系；7）警示誘導(dǎo)系統(tǒng)：先期建成疲勞駕駛警示系統(tǒng)、霧天行車誘導(dǎo)系統(tǒng)、分流管控誘導(dǎo)系統(tǒng)，后期規(guī)劃建設(shè)事故現(xiàn)場(chǎng)、施工現(xiàn)場(chǎng)安全警示和違法查處誘導(dǎo)系統(tǒng)；8）部門協(xié)作聯(lián)動(dòng)：系統(tǒng)平臺(tái)由“一路三方”一體運(yùn)行，聯(lián)動(dòng)協(xié)作，信息深度共享，分模塊管理。同時(shí)通過(guò)自研APP，深度聯(lián)動(dòng)地方警種和應(yīng)急、救護(hù)等協(xié)作部門，建立事件分析與聯(lián)動(dòng)處置機(jī)制。

（2）應(yīng)用領(lǐng)域。目前已開(kāi)展3個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。1）團(tuán)霧研究：在團(tuán)霧多發(fā)路段利用視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)管控、大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、提前預(yù)警，有效管控團(tuán)霧。同時(shí)，全天候采集數(shù)據(jù)，建立分析模型，通過(guò)不間斷的數(shù)據(jù)積累、深度學(xué)習(xí)、多樣本模型匹配，力爭(zhēng)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)團(tuán)霧的高概率研判預(yù)測(cè)；2）交通態(tài)勢(shì)模型研判：充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對(duì)高速公路交通流量、車輛類別及占路資源、運(yùn)行狀況、路段存量、路段出入量、擁堵預(yù)測(cè)等各項(xiàng)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的感知、整合和研判分析，從而得出節(jié)點(diǎn)、分路段和全路段交通通行、擁堵等具體交通態(tài)勢(shì)指數(shù)，全面掌控交通狀況，及時(shí)有效分級(jí)管控和主動(dòng)管理；3）無(wú)人機(jī)巡控一體化：無(wú)人機(jī)作為新型警用裝備，勢(shì)將成為高速公路管控主力軍。系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)傳輸視音頻、定線巡查、定點(diǎn)監(jiān)控，高空喊話，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候常態(tài)巡邏、違法行為抓拍和警示、疏導(dǎo)、救援等先期應(yīng)急遠(yuǎn)程處置以及交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查。

5       實(shí)踐探索與成效

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)，2022年6月上線測(cè)試數(shù)據(jù)，9月全線試運(yùn)行，情況總體良好，基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。現(xiàn)分述如下：

（1）道路三維建模。主動(dòng)采集道路、環(huán)境、涉路聯(lián)動(dòng)單位等靜態(tài)信息，包括路網(wǎng)內(nèi)收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、樞紐、匝道、橋涵、標(biāo)志標(biāo)線、標(biāo)牌、護(hù)欄護(hù)網(wǎng)、里程樁、龍門架、監(jiān)控高桿、可變情報(bào)板、氣象傳感器等各類設(shè)施信息；50m范圍內(nèi)可能影響道路交通安全的河湖水庫(kù)、橋梁、道路、高架立柱、高邊坡、粗桿樹(shù)木等信息；500m范圍內(nèi)可能涉及救援需求的村莊、社區(qū)、工廠、機(jī)關(guān)企事業(yè)單等信息；2km范圍內(nèi)的醫(yī)院、加油站、停車場(chǎng)、修理廠等涉路聯(lián)動(dòng)單位信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化，建立90km高速公路三維模型。

（2）視頻結(jié)構(gòu)化和交通仿真。在現(xiàn)有路段76根高速公路球機(jī)監(jiān)控高桿上安裝152臺(tái)400萬(wàn)像素槍式攝像機(jī)，經(jīng)過(guò)視頻結(jié)構(gòu)化處理，實(shí)現(xiàn)交通流數(shù)據(jù)數(shù)字化，詳情見(jiàn)表1。在團(tuán)霧多發(fā)的20km區(qū)域安裝18臺(tái)雷視一體機(jī)，予以補(bǔ)充調(diào)整數(shù)據(jù)；同時(shí)，高速公路上已安裝的4套320監(jiān)控、8套查緝布控設(shè)備、22套龍門架抓拍設(shè)備和節(jié)點(diǎn)處安裝的56套可用抓拍設(shè)備，后端系統(tǒng)對(duì)抓拍圖片進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，或直接利用已結(jié)構(gòu)化的結(jié)果，經(jīng)動(dòng)態(tài)信息結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)字化存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)90km道路交通實(shí)時(shí)仿真（目標(biāo)仿真精度為70%，即假設(shè)有一百輛車，70%能夠準(zhǔn)確仿真。另外，仿真延時(shí)為30s）、異常事件及時(shí)報(bào)警和動(dòng)態(tài)違法行為有效捕捉。同時(shí)能根據(jù)視頻有效區(qū)域ID匹配、車牌識(shí)別實(shí)現(xiàn)盲區(qū)信息補(bǔ)全，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2高速公路流量檢測(cè)結(jié)果

Table 2 The results of highway traffic detection

表1高速公路違法行為檢測(cè)結(jié)果

Table 1 The results of highway violation detection

（3）異常事件報(bào)警。在視頻有效區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)交通事故、交通擁堵、違法停車、路面人員行走等異常報(bào)警：在盲區(qū)補(bǔ)全中，如果車輛經(jīng)盲區(qū)后未出現(xiàn)在下一視頻有效區(qū)域，再經(jīng)下1-2個(gè)有效區(qū)域也沒(méi)得到補(bǔ)全，則認(rèn)定此車輛出現(xiàn)異常，單輛車可能是違停，有2輛及以上車輛，可能發(fā)生事故，如有多車異常減速行駛，可能發(fā)生堵塞或生成團(tuán)霧區(qū)域，即發(fā)出異常報(bào)警，均提交值班人員進(jìn)行應(yīng)急處置，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3. 高速公路異常事件檢測(cè)結(jié)果

Table 3 The results of highway unusual event detection

（4）動(dòng)態(tài)違法行為捕捉。基于以上各類監(jiān)控設(shè)施和抓拍設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路視頻抓拍有效區(qū)域內(nèi)超速、低速、占用應(yīng)急車道、違規(guī)變道、倒車、逆向行駛、不按車道行駛、不按規(guī)定使用燈光、不系安全帶、接打電話、貨車?；奋囘`規(guī)行駛、不保持安全距離等違法行為的自動(dòng)捕捉、智能存儲(chǔ)和精準(zhǔn)攝推送，同時(shí)可快速查詢，詳情見(jiàn)表4。

表4.交通事件檢測(cè)結(jié)果

Table 4 The results of traffic event detection

（5）交通流主動(dòng)管理決策模型。1）交通流態(tài)勢(shì)模型：本模型反映的是車流、速度、密度等及彼此之間關(guān)系，分析高速公路實(shí)際交通流各種變化情況下道路通行指數(shù)以及對(duì)應(yīng)的主動(dòng)交通管理措施成效評(píng)估。此模型可按照采集設(shè)施的主線節(jié)點(diǎn)，根據(jù)需要任意地組合并作以下分析研究：交通路況分析、交通流量研判、交通態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)、通行指數(shù)報(bào)告、大流量擁堵指數(shù)報(bào)警、車流團(tuán)聚散監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)及應(yīng)對(duì)，對(duì)各類需要車型如客車、危化品車以及設(shè)定車型作流量監(jiān)測(cè)、屬性分析、通行規(guī)律及趨勢(shì)分析等；2）交通事故分析研判模型：綜合影響高速公路交通安全人車路網(wǎng)等方面因素構(gòu)建高速公路交通事故時(shí)空分析模型，按交通事故程度指數(shù)、責(zé)任情況，通過(guò)時(shí)間及空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選擇相關(guān)不同自變量，根據(jù)采集設(shè)備點(diǎn)位和需要，可分點(diǎn)分段建立模型，得到交通事故點(diǎn)位段分布、時(shí)段分布、嚴(yán)重程度指數(shù)等結(jié)論，也可對(duì)違法行為、危險(xiǎn)駕駛行為、道路設(shè)施隱患等單項(xiàng)因素進(jìn)行分析研判，智能預(yù)測(cè)，分級(jí)預(yù)警，主動(dòng)防范，提升道路安全通行效率。

（6）警示誘導(dǎo)系統(tǒng)。1）團(tuán)霧行車誘導(dǎo)系統(tǒng)：在新?lián)P高速團(tuán)霧多發(fā)的30km路段，道路兩側(cè)間距25m安裝智能警示燈，間距200m安裝車輛感應(yīng)裝置，每1km安裝警報(bào)器，每km為一個(gè)控制帶。車輛通過(guò)感應(yīng)設(shè)施時(shí)，感應(yīng)器一定時(shí)間內(nèi)紅光警示，警報(bào)器發(fā)出聲音警報(bào)，前方200m警示燈在同時(shí)段黃閃，聲光警示伴行，最大限度保證車輛安全通行；2）疲勞駕駛警示系統(tǒng)：依托道路高桿監(jiān)控，道路外側(cè)安裝感應(yīng)裝置和智能警示燈形成100m燈帶，監(jiān)控桿上安裝警報(bào)器，夜間2-5時(shí)極易疲勞時(shí)段，車輛通過(guò)感應(yīng)裝置時(shí)，燈帶變幻滾動(dòng)閃爍，警報(bào)器定時(shí)長(zhǎng)發(fā)出聲光警示，防止疲勞駕駛引發(fā)交通事故。同時(shí)，平臺(tái)對(duì)接相關(guān)系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入境內(nèi)“兩客一危一貨”重點(diǎn)車輛，通過(guò)手機(jī)推送信息和路面LED顯示屏提醒，及時(shí)提醒進(jìn)入服務(wù)區(qū)休息，并將已進(jìn)入站區(qū)疲勞駕駛車輛信息推送到執(zhí)勤民警執(zhí)法設(shè)備上；3）管制分流誘導(dǎo)系統(tǒng)：在收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)出口前方1km安裝電子警示牌，500m道路兩側(cè)安裝聲光提示系統(tǒng)（由警報(bào)器和聲音提示組成），200m開(kāi)始在道路兩側(cè)間隔15m安裝智能警示燈，50m處內(nèi)側(cè)由發(fā)光錐筒組成，綜合遠(yuǎn)程誘導(dǎo)警示，提高夜間分流管制處置效率和安全性。

（7）指揮調(diào)度系統(tǒng)。指揮處置類型包括異常事件處理、交通事故指揮調(diào)度、交通擁堵調(diào)度處置、安全警衛(wèi)指揮調(diào)度、施工現(xiàn)場(chǎng)處置、惡劣天氣管控。1）現(xiàn)場(chǎng)顯現(xiàn)精準(zhǔn)化：指揮大屏可以主動(dòng)定位到事件地點(diǎn)，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)情況，精確定位參戰(zhàn)力量，通過(guò)350M對(duì)講機(jī)、天翼對(duì)講、警務(wù)通、4G執(zhí)法記錄儀、手機(jī)APP等設(shè)備實(shí)時(shí)互動(dòng)；2）預(yù)案生成智能化：平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息自動(dòng)對(duì)接市局預(yù)案庫(kù)，并按操作提示逐步完成參數(shù)設(shè)置，快速生成相應(yīng)預(yù)案；3）事件處置流程化：將各種事件處置方案流程化，按照既定流程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋回來(lái)的各種數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的流程。

（8）無(wú)人機(jī)應(yīng)用探索。在極易擁堵的泗洪段，規(guī)劃設(shè)置3處無(wú)人機(jī)方艙，分別位于103k重崗山警務(wù)站、113k高三大隊(duì)部、135k洪澤湖警務(wù)站，巡邏路線分別為梅花收費(fèi)站至泗洪西樞紐和鹽洛高速宿泗段（96K-105K+K）、泗洪西樞紐到洪澤湖服務(wù)區(qū)（105K-135K）、洪澤湖服務(wù)到淮安交界（135K-144K），分線分段全天候巡邏，勤務(wù)指揮室通過(guò)視頻準(zhǔn)確查看路面狀況，控制高度抓拍違法行為，通過(guò)喊話先期應(yīng)急處置，通過(guò)無(wú)人機(jī)懸停警示，民警在警務(wù)站、收費(fèi)站定點(diǎn)駐防，實(shí)現(xiàn)勤務(wù)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。緊急需要情況下，可就近調(diào)集2架或更多無(wú)人機(jī)應(yīng)急處置。

（9）實(shí)兵推演。目前已選擇高速公路應(yīng)急車道違法停車、大流量處置、交通事故現(xiàn)場(chǎng)先期處置和惡劣天氣管控等模塊，模擬生成仿真視頻實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景，供民警在線操作，具備打分糾錯(cuò)、排名統(tǒng)計(jì)和互動(dòng)交流功能，提升民警業(yè)務(wù)能力和實(shí)戰(zhàn)水平。

（10）勤務(wù)管理。直觀展示執(zhí)勤區(qū)域信息和執(zhí)勤人員工作情況，如日常排班、計(jì)劃安排、勤務(wù)記錄、狀態(tài)管理、績(jī)效分析、警力資源分布等，便于實(shí)時(shí)了解值班警員位置、值班領(lǐng)導(dǎo)、執(zhí)勤任務(wù)等信息，及時(shí)下達(dá)調(diào)度指令，為實(shí)現(xiàn)扁平化指揮，可視化調(diào)度提供有力保障。

6       討論

本文后續(xù)將通過(guò)以下步驟把主動(dòng)交通流控制技術(shù)，如可變限速控制、匝道控制等應(yīng)用于提出的智慧管控系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)其未來(lái)的拓展能力與兼容能力。

1）模塊化設(shè)計(jì)：將可變限速控制和匝道控制作為獨(dú)立的模塊加入系統(tǒng)，以確保在需要添加新功能或?qū)ΜF(xiàn)有功能進(jìn)行調(diào)整時(shí)，只需對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行更改即可。

2）開(kāi)放接口和通用標(biāo)準(zhǔn)：使用開(kāi)放的數(shù)據(jù)和通信標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)計(jì)通用的接口，使得新的設(shè)備和服務(wù)能夠輕松地集成到系統(tǒng)中，以確保系統(tǒng)能和未來(lái)可能出現(xiàn)的新設(shè)備或技術(shù)兼容。

3）引入AI和機(jī)器學(xué)習(xí)：通過(guò)引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，讓系統(tǒng)具備自我優(yōu)化的能力，能根據(jù)收集的交通數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整限速規(guī)則和匝道控制策略，提高管控效果。

4）提供用戶友好的界面：除對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)的優(yōu)化外，還需要考慮如何讓用戶更好地使用這些功能。可以提供直觀、易用的用戶界面，以便讓交通管理者和駕駛員能夠方便地獲取和理解系統(tǒng)提供的信息。

5）安全和可靠性：在智慧管控系統(tǒng)中實(shí)施可變限速控制與匝道控制等操作時(shí)，須確保這些操作不會(huì)增加交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。

7       結(jié)論與展望

智慧高速公路交通安全主動(dòng)管理是解決高速公路交通管理難點(diǎn)，保障高速公路安全有序暢通的有力保障。本文立足宿遷高速安全管理實(shí)際，梳理了國(guó)內(nèi)外智慧高速公路安全管理現(xiàn)狀，總結(jié)了智慧高速管控理論體系設(shè)計(jì)、建設(shè)和安全應(yīng)用情況，重點(diǎn)對(duì)智慧高速公路交通安全主動(dòng)管理工作構(gòu)建方向、實(shí)現(xiàn)途徑、應(yīng)用效果進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)和多維度探究，以期為智慧高速交通安全主動(dòng)管理及其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作有益探索。

目前，本文僅是對(duì)智慧高速管控系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)及實(shí)踐探索的初步嘗試。在后續(xù)的工作中，我們將對(duì)智慧高速主動(dòng)安全管理以下方面做進(jìn)一步的研究：1）三維建模、視頻結(jié)構(gòu)化和數(shù)字孿生等前沿新技術(shù)成規(guī)模實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用完全可行，快速推進(jìn)高速交通安全管理轉(zhuǎn)型升級(jí)；2）立足高速公路現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備，高起點(diǎn)賦能，低成本迭代升級(jí)，具有極強(qiáng)的可推廣性；3）以高速公路安全管理為中心，積極探索涉路智慧聯(lián)勤、聯(lián)動(dòng)一體化機(jī)制，為智慧高速建設(shè)提供新思路；4）堅(jiān)持警研聯(lián)動(dòng)，實(shí)戰(zhàn)科研結(jié)合，大膽實(shí)踐，勇于探索，力爭(zhēng)在高速公路管理難點(diǎn)、痛點(diǎn)等實(shí)踐方面有所突破；5）深入應(yīng)用領(lǐng)域研究，爭(zhēng)取在交通工程基礎(chǔ)理論和智慧高速行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上有所建樹(shù)。

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