智能交通系統(tǒng)概論 課件 第8章 交通安全應(yīng)急管理系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)概論第8章交通安全應(yīng)急管理系統(tǒng)1.引言2.研究現(xiàn)狀3.基本概念4.技術(shù)與系統(tǒng)組成5.案例介紹6.挑戰(zhàn)與展望第1節(jié)引言

道路交通緊急事件是是指在特殊條件下使得道路交通系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)或道路運(yùn)行能力下降的事件，這些特殊條件是隨機(jī)發(fā)生的，環(huán)境條件如雨、霧、雪或自然災(zāi)害等，道路條件如塌陷、滑坡等，交通條件如車禍、碰撞等。道路交通緊急事件的頻繁發(fā)生造成了社會秩序的混亂，影響城市經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，探索如何從道路交通網(wǎng)絡(luò)自身的疏導(dǎo)能力，快速檢測突發(fā)事件發(fā)生的時(shí)間及地點(diǎn)以及準(zhǔn)確地定位突發(fā)事件的影響程度從而啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案從容地應(yīng)對突發(fā)緊急事件成為目前道路交通管理面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。第2節(jié)研究現(xiàn)狀——事件檢測20世紀(jì)60年代開始，對于事件的檢測研究才走進(jìn)人們的視線，慢慢成熟起來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對檢測算法進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究和分析，形成了各種各樣的技術(shù)和方法。統(tǒng)計(jì)預(yù)測、小波分析理論、模式識別、交通流模型、人工智能、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等都是被經(jīng)常采用的算法，每一種算法也都有各自的分支，分別對應(yīng)于不同的領(lǐng)域。

對于城市道路而言，隨著城市的快速發(fā)展，城市幾乎被監(jiān)控?cái)z像頭全覆蓋，因此對于城市路網(wǎng)而言，如何高效利用攝像頭進(jìn)行異常事件的檢測尤為重要。針對以視頻圖像為基礎(chǔ)的異常事件自動(dòng)檢測，國內(nèi)外學(xué)者都對此進(jìn)行了大量的研究。第2節(jié)研究現(xiàn)狀——國外應(yīng)急體系

在美國，交通事件管理系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用。上世紀(jì)60年代早期，Detroit的交通工程師針對各種類型的交通事件發(fā)生的頻率進(jìn)行了調(diào)查并出版相應(yīng)的報(bào)告；到70年代中期，加州交通局廣泛報(bào)道了洛杉磯地區(qū)的高速公路應(yīng)急管理最新進(jìn)展；目前，美國的ITS技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，尤其是在交通流監(jiān)控和通信以及出行者信息發(fā)布媒介等事件管理的技術(shù)方面，進(jìn)一步為自動(dòng)化、智能化的交通事件管理系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。在國外，對于緊急事件下的交通管理和交通控制的研究集中在策略選擇決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

第2節(jié)研究現(xiàn)狀——國內(nèi)應(yīng)急體系

國內(nèi)從基礎(chǔ)理論的層面，不僅對道路交通突發(fā)事件影響進(jìn)行研究，同時(shí)對具體控制的技術(shù)、策略、組織方案以及軟件開發(fā)等內(nèi)容也做了諸多研究。但國內(nèi)對應(yīng)急系統(tǒng)的研究落后于國外，因此，我們需要積極借鑒國外相關(guān)系統(tǒng)的成功建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)能夠在我國發(fā)揮作用的、持續(xù)、穩(wěn)定高效的事件應(yīng)急管理系統(tǒng)。雖說我國現(xiàn)在已建成的相關(guān)系統(tǒng)可能比較國外來說仍然不完善，但是在積極探索構(gòu)建此系統(tǒng)的過程中，我國也在一些重要的方面上取得了突破，并且有的也在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證，為以后系統(tǒng)的更新和完善奠定了一定的理論基礎(chǔ)。第3節(jié)基本概念——緊急事件緊急事件又稱突發(fā)事件，是指在實(shí)際生活中突然發(fā)生，且不以人的意志為轉(zhuǎn)移，一般會對社會的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響或者危害，能夠?qū)Φ缆方煌óa(chǎn)生影響，并且具有一定危險(xiǎn)性的事件，具有處理時(shí)間有限，事件信息不能完全了解，要求處理的主體要行動(dòng)迅速等特點(diǎn)。以突發(fā)事件本身的性質(zhì)、特征為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際情況，并依照相關(guān)法律法規(guī)，將事件進(jìn)行不同分類，利于事件處理過程的管理、發(fā)現(xiàn)存在其中的根本問題，使得應(yīng)急管理工作可以高效率的進(jìn)行。具體分類如下圖所示。第3節(jié)基本概念——應(yīng)急管理系統(tǒng)交通安全應(yīng)急管理系統(tǒng)是一個(gè)以人為主導(dǎo)，以科學(xué)的管理理論為指導(dǎo)，在科學(xué)的管理制度的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備對公路的運(yùn)行狀況進(jìn)行全天候的監(jiān)視控制，對突發(fā)事件進(jìn)行快速的檢測和判斷，并迅速采取恰當(dāng)?shù)氖录憫?yīng)措施，以避免交通事故或二次事故的發(fā)生并保證事故發(fā)生后的及時(shí)救護(hù)與事故排除為目的，支持司乘人員、通行車輛、基層作業(yè)的集成化的人機(jī)聯(lián)合系統(tǒng)。交通安全應(yīng)急管理的總目標(biāo)是在交通事件發(fā)生前采取預(yù)防措施，降低交通事件發(fā)生率和避免異常交通事件的發(fā)生；在發(fā)生交通事件時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取合適的應(yīng)急教援措施，使人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失最小，并盡量降低事件導(dǎo)致的交通延誤等影響，在最短時(shí)間內(nèi)使道路恢復(fù)到正常交通狀態(tài)。第3節(jié)基本概念——緊急事件的影響

1.影響路網(wǎng)平均速度第3節(jié)基本概念——緊急事件的影響

2.影響道路通行能力第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——系統(tǒng)組成交通安全預(yù)警子系統(tǒng)的主要功能包括對即時(shí)存在的交通狀況和現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和信息采集、統(tǒng)計(jì)和分析，找出交通事故的分布特征及其形成的原因和影響因素，譬如惡劣氣候時(shí)的交通安全管制，交通事故多發(fā)地段的風(fēng)險(xiǎn)因素等。預(yù)警系統(tǒng)要即時(shí)監(jiān)測到這些風(fēng)險(xiǎn)因素，向交通安全管理部門發(fā)出預(yù)警，并及時(shí)采取預(yù)警方案，最大可能的防止事故發(fā)生。交通安全預(yù)警子系統(tǒng)有3個(gè)功能模塊：交通信息處理及預(yù)估模塊、事故多發(fā)路段分析及預(yù)警模塊、異常天氣分析及預(yù)警模塊。1.交通事件預(yù)警管理子系統(tǒng)第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——系統(tǒng)組成交通事件應(yīng)急子系統(tǒng)是通過交通實(shí)時(shí)信息的采集來獲得交通事件的數(shù)據(jù)，通過這些信息來決定事故的應(yīng)急救援方案，并協(xié)調(diào)相關(guān)部門實(shí)施應(yīng)急救援方案，同時(shí)對救援的全過程監(jiān)測和指揮協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)交通應(yīng)急管理的科學(xué)規(guī)范化和即時(shí)高效化。交通事件應(yīng)急子系統(tǒng)包括6個(gè)模塊，其功能分別為交通狀況信息采集、交通事故判別和確認(rèn)、應(yīng)急方案決策、應(yīng)急方案實(shí)施、應(yīng)急管理后的評估和信息歸檔。2.交通事件應(yīng)急管理子系統(tǒng)第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用交通事件檢測可分為非自動(dòng)檢測和自動(dòng)檢測，非自動(dòng)檢測主要包括人工主動(dòng)報(bào)警，巡邏和監(jiān)控系統(tǒng)等等，而自動(dòng)檢測不是針對事件本身，而是針對事件發(fā)生時(shí)所引起的道路交通流參數(shù)的變化。交通事件主要反應(yīng)在交通量、交通密度、速度、占有率等交通流參數(shù)上

。交通事件檢測技術(shù)自誕生以來經(jīng)歷了從最原始的依靠人工巡邏的方式到現(xiàn)在的全自動(dòng)檢測，相關(guān)的技術(shù)也可分為非自動(dòng)檢測與自動(dòng)檢測，其分類如右圖所示。1.事件檢測——技術(shù)分類第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用目前應(yīng)用的交通事件自動(dòng)檢測算法，大部分為間接檢測算法，因此本文也只針對間接檢測算法進(jìn)行分析，算法具體分類如右圖所示：1.事件檢測——檢測算法第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用2.緊急事件危害度計(jì)算與分級——指標(biāo)體系當(dāng)路網(wǎng)上有一處交通事件發(fā)生時(shí)，有許多因素會影響到對此事件的定級。按照事件發(fā)生后的時(shí)間順序，需要快速確認(rèn)事件基本情況以及延伸情況，以獲得事件發(fā)生基本框架。依據(jù)基本框架，決定需要采取的救援措施。關(guān)于路網(wǎng)事件影響的評價(jià)共提取出13個(gè)指標(biāo)。為了更好地對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，按照類似聚類分析的思想，形成了如右圖所示的路網(wǎng)事件影響三層評價(jià)指標(biāo)體系。第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用2.緊急事件危害度計(jì)算與分級——分級通過對緊急事件下的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測定，劃定事件危害可以分為五個(gè)等級：分級標(biāo)準(zhǔn)ⅤⅣⅢⅡⅠ等級描述輕微一般較大重大重特大評價(jià)分值[0,1)[1,2)[2,3)[3,4)[4,5)第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通誘導(dǎo)

交通誘導(dǎo)的主要策略即為誘導(dǎo)交通流在路網(wǎng)上進(jìn)行合理分流，從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)內(nèi)交通流均勻分布。對交通流進(jìn)行誘導(dǎo)會直接影響交通參與者對行駛路線的選擇行為，交通參與者的路線選擇行為又會造成路網(wǎng)交通流重新進(jìn)行分配。只有對路網(wǎng)交通流進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和控制，才能實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通流的均衡分布，進(jìn)而提高路網(wǎng)的運(yùn)營效率。交通誘導(dǎo)策略在制定時(shí)，必須考慮以下幾點(diǎn)：①面對不同管理目標(biāo)下，分析和預(yù)測在可誘導(dǎo)分流的路線上合理的分流量，并靈活應(yīng)用各種交通誘導(dǎo)場外設(shè)施將所預(yù)測出的交通分流量及時(shí)發(fā)布給道路使用者；②在了解事發(fā)道路交通狀況及交通事故的嚴(yán)重程度等因素的基礎(chǔ)上，預(yù)測需要進(jìn)行交通誘導(dǎo)路段的一些交通擁擠指標(biāo)，如事故持續(xù)時(shí)間和排隊(duì)長度等指標(biāo)；③更好地管控交通誘導(dǎo)分流量，防止發(fā)生交通積聚和擁擠轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通誘導(dǎo)

在我國城市交通運(yùn)輸管理中，交通誘導(dǎo)應(yīng)用廣泛，綜合考慮各種交通控制策略的應(yīng)用條件及目前高速公路事故管理水平，可總結(jié)出一些可在事故影響區(qū)所應(yīng)用的具體的緊急交通組織策略，具體如下表所示：保護(hù)區(qū)控制區(qū)緩沖區(qū)過渡區(qū)管制現(xiàn)場警戒車距控制利用對向車道通行交通誘導(dǎo)速度控制（特殊點(diǎn)段限速、分級限速）繞行封閉車道交通誘導(dǎo)匝道控制主線調(diào)節(jié)控制利用對向車道通行速度控制（分級限速、可變限速）第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通控制—速度控制

不良的天氣條件，如雨、雪、霧等都會嚴(yán)重影響道路行車安全，因此，在不良天氣條件下對行駛車輛限速就有很大的必要性，國內(nèi)許多道路在不良天氣條件下也有嚴(yán)格的限速值規(guī)定。實(shí)際應(yīng)用中，比較常見的速度控制策略有以下幾種：1）全線限速在同一條道路上實(shí)施統(tǒng)一的確定的限速值。2）特殊點(diǎn)段局部限速

采用底限、極限技術(shù)指標(biāo)的路段多采用該限速方法。3）分時(shí)段限速

對每個(gè)路段采取不同的限速值。4）可變限速控制

在高速公路上設(shè)置一些可變限速的交通標(biāo)志來限制車速。第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通控制—主線控制主線控制方式包括可變限速控制、車道關(guān)閉、主線調(diào)節(jié)、利用對向車道通行等。1）可變限速控制

明確與道路允許最大交通量想匹配的最佳占有率和最佳速度，從而實(shí)現(xiàn)歸高速公路主線交通流的速度控制。2）車道關(guān)閉

在交通事故發(fā)生后，禁止任何車輛駛?cè)敫咚俟返闹骶€車道，從而控制對主線交通流。3）主線調(diào)節(jié)控制

依據(jù)下游的道路通行能力和主線交通需求，限速控制高速公路控制路段的交通流，以達(dá)到事發(fā)路段保持或者恢復(fù)期望的服務(wù)水平的目的。4）利用對向車道通行

利用對向車道通行主要為了改變高速公路主線不同方向上的通行能力，從而在交通流高峰期或交通事故發(fā)生時(shí)，滿足某一方向的交通需求。第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通控制—信號控制信號控制是對交通流進(jìn)行調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)，從時(shí)間上將相沖突的交通流予以分離，使其在不同時(shí)間通過，使交通流質(zhì)量得到改善，充分利用其運(yùn)輸能力來提高行車的舒適性、快速性以及安全性。1）單個(gè)交叉口的交通控制交通控制信號與臨近的交叉口無任何聯(lián)系，只是單獨(dú)地按照單個(gè)交叉口的具體交通狀況運(yùn)行。2）干道交叉口的信號協(xié)調(diào)控制

設(shè)計(jì)一種信號配時(shí)方案，通過一定方式，使交叉口相互協(xié)調(diào)，聯(lián)結(jié)相連的各個(gè)交叉口交通信號，使之按照配時(shí)方案運(yùn)行。3）區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制對象是區(qū)域中所有的交通信號，交通控制中心對控制區(qū)內(nèi)各個(gè)受控制的交通信號集中控制。第4節(jié)技術(shù)與系統(tǒng)組成——技術(shù)應(yīng)用3.交通組織關(guān)鍵技術(shù)——交通控制—匝道控制目前，在高速公路的交通控制方式中，匝道控制是一種較為有效的方式。按照對匝道交通管控的位置進(jìn)行分類，分為入口匝道交通控制和出口匝道交通控制兩種類型。與對高速公路出口匝道進(jìn)行控制相比，對高速公路入口匝道進(jìn)行交通控制操作性更強(qiáng)，使用較多。高速公路主線上的交通流是入口匝道交通控制的控制對象，高速公路匝道入口的交通量為系統(tǒng)輸入時(shí)的交通控制量?？刂葡到y(tǒng)會根據(jù)計(jì)算得出位于高速公路匝道上游的交通需求量，然后再得出位于匝道下游的道路交通量，將兩者做差得出兩者的容量差，以此最終確定入口匝道最佳交通量。通過這種方式進(jìn)行交通管控，能夠有效保證高速公路內(nèi)部的交通量需求始終處于自身的容量之下，從而最終保證高速公路主路流量所處的狀態(tài)是最佳的。第5節(jié)案例介紹—潤萬視頻識別系統(tǒng)1.系統(tǒng)介紹基于人工智能的視頻事件識別系統(tǒng)采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波、多目標(biāo)跟蹤等技術(shù)路線的視頻圖像識別技術(shù)，結(jié)合了高精度AI算法，使每支攝像槍均變身為監(jiān)控員，無需人工干預(yù)，即可自動(dòng)識別高速公路的異常狀況，并向監(jiān)控中心發(fā)出報(bào)警，同時(shí)推送實(shí)時(shí)視頻。通過該系統(tǒng)的輔助支持，監(jiān)控員只需關(guān)注系統(tǒng)的告警信息，便可了解處理高速公路的實(shí)時(shí)路況及突發(fā)狀況，系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示。第5節(jié)案例介紹—潤萬視頻識別系統(tǒng)2.產(chǎn)品功能①事件監(jiān)測：支持突發(fā)事件監(jiān)測，包括車輛擁堵、車輛違停、車輛逆行、車輛壓線、行人上路、交通事故、物品拋灑、煙火事件、非機(jī)動(dòng)車上路、禁區(qū)占用等；檢測準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。②車流監(jiān)測：支持交通車流量監(jiān)測、平均車速監(jiān)測；檢測準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。③氣象監(jiān)測：支持異常氣象情況監(jiān)測，包括晴天、雨天、雪天、陰天、霧天等；檢測準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。④數(shù)據(jù)管理：支持對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，隨時(shí)對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、處理，支持對歷史事件進(jìn)行歸納分類，報(bào)表導(dǎo)出。⑤數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：支持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的可視化呈現(xiàn)。第5節(jié)案例介紹—北京交通調(diào)度中心北京市交通運(yùn)行監(jiān)測調(diào)度中心（TOCC）是北京市綜合交通運(yùn)輸協(xié)調(diào)體系的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)全市綜合交通運(yùn)輸?shù)慕y(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和聯(lián)動(dòng)，平臺接入北京市交通行業(yè)視頻28萬余路，實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)不間斷運(yùn)行監(jiān)測，為構(gòu)建人車路環(huán)境的綜合運(yùn)輸協(xié)調(diào)體系提供有力支撐。平臺能夠?qū)崿F(xiàn)IPC/NVR/DVR、視頻接入主機(jī)、視頻