（光学工程专业论文）高等级公路交通事故救援体系的研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 高等级公路，作为现代化的运输基础设施和重要的运输渠道，其运营效率对 社会经济的发展速度起着重要保证作用，一旦高等级公路发生交通事故，通常为 重大交通事故，其后果将直接影响到社会经济稳定与人民生命安全。因此，确保 高等级公路正常运营，力求在最短的时间内将高等级公路交通事故所造成的后果 控制在最小范围内，是一项与社会可持续性发展息息相关的研究课题。 本文以高等级公路交通事故救援体系为研究对象，着重研究了高等级公路的 事故自动检测方法( 交通模式识别) 以及高等级公路救援体系的构成和各模块功 能，借鉴了模糊理论、神经网络、交通安全学与复杂科学的构建思路，在对高等 级公路救援当前现状进行调研后，试图建立起统一的救援体系管理模式，解决当 前我国高等级公路应急救援系统专业性差、组织条块分割、各自为政、多头投入 和效益不高的问题。从宏观角度明确现场救援的权力所属与各部门之间的协调关 系，使包括相关政府部门、经营者、交警、医疗、消防、环卫等机构在内的队伍 行动一致，配合默契，使高等级公路交通事故得到有效控制，将事故所造成的损 失降至最低。论文共分为四个部分：介绍了我国高等级公路救援现状以及救援体 系建立的目的和意义；重点研究了基于f n n 的高等级公路事故自动检测方法，深入 研究了模糊神经网络的事故模式识别模型，充分体现了模糊理论与神经网络的优 势互补；探讨了高等级公路公路交通事故救援体系的构成、结构要素与决策框架， 以及从实际运作角度阐述系统的救援预案、救援方案的制定与决策；最后系统研 究了高等级公路救援体系的人员和组织构成形式，解析了救援体系工作各阶段的 具体步骤和内容。 当前，建立适合我国国情的高等级公路交通事故紧急救援体系的时机和条件 已经成熟，国家应在立法方面对交通事故紧急救援予以保证。随着高等级公路的 发展和交通需求量的增长，高等级公路交通事故救援体系必将发挥越来越重要的 作用。 关键词高等级公路；救援体系；交通事故；模糊神经网络；现场救援 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eh i g h - g r a d eh i g h w a yi st a k e na st h em o d e r n i z e dt r a n s p o r t a t i o ni n s t a l l a t i o na n d t h ei m p o r t a n tt r a n s p o r t a t i o nc h a n n e l i t so p e r a t i o ne f f i c i e n c yi sp l a y i n ga ni m p o r t a n t r o l et ot h es o c i a le c o n o m y - d e v e l o p m e n t o n c et h et r a f f i ca c c i d e n to c c u r so nt h e h i 曲- g r a d eh i g h w a y , a n di ti sg e n e r a l l yt h ef a t a la c c i d e n t ，i t sc o n s e q u e n c ew i l ld i r e c t l y a f f e c tt h es o c i a la n de c o n o m i c a ls t a b i l i t ya n dt h ep e o p l e ss a f e t y t h e r e f o r e ，m a k i n gt h e m g h g r a d eh i g h w a yt ob ei nn o r m a lo p e r a t i o n ，a n dm a k i n ge v e r ye f f o r ti nt h es h o r t e s t t i m et oc o n t r o lt h ec o n s e q u e n c eo ft h eh i g h g r a d eh i g h w a yt r a f f i ca c c i d e n ti nt h e s m a l l e s ts c o p e ，a r es i g n i f i c a n tp r o j e c t sw h i c ha r ec l o s e l yl i n k e dt ot h es o c i a ls u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h e p r e s e n tt h e s i st a k e sr e s c u i n gt h es y s t e mo fh i g h - g r a d eh i g h w a y t r a f f i ca c c i d e n t a st h er e s e a r c ho b j e c t ，h a ss t u d i e di nh i g h - g r a d eh i g h w a ya c c i d e n ta u t o m a t i cd e t e c t i o n a l g o r i t h me m p h a t i c a l l y ( t r a n s p o r t a t i o np a t t e r nr e c o g n i t i o n ) a sw e l la st h eh i g h - g r a d e h i g h w a yr e s c u i n gs y s t e m sc o n s t i t u t i o na n dv a r i o u sm o d u l e sf u n c t i o n ，p r o f i t sc o n s t r u c t m e t h o df r o mt h ef u z z yt h e o r y , t h en e u r a l n e t w o r k ，t h et r a f f i ca c c i d e n ts t u d ya n d c o m p l e xs c i e n c e ，a f t e rc a r r y i n go nt h ei n v e s t i g a t i o na n ds t u d yi nh i g h - g r a d eh i g h w a y s c u r r e n tr e s c u i n gs i t u a t i o n ，a t t e m p t e dt oe s t a b l i s ht h ec o n s o l i d a t e dr e s c u i n g s y s t e m m a n a g e m e n tp a t t e m ，t o r e s o l v et h ec u r r e n ts o l u t i o nt h a to u rc o u n t r yh i g h - g r a d e h i g h w a ye m e r g e n c yr e s c u i n gs y s t e mi si nb a ds p e c i a l i z a t i o n ，o r g a n i z a t i o nd i v i s i o no f v e r t i c a l ，d o i n gt h i n g si nt h e i ro w nw a y , m a n yi n v e s t m e n t sa n dt h el o wb e n e f i t t ob e c l e a ra b o u tt h ea u t h o r i t yr e s p e c t i v e l yw i t hv a r i o u sd e p a r t m e n t s b e t w e e nc o o r d i n a t e d r e l a t i o n si nr e s c u i n gs p o tf r o mt h em a c r o s c o p i ca n g l e ，c a u s e si n c l u d i n gc o r r e l a t i o n o r g a n i z a t i o n ，t h eg o v e r n m e n td e p a r t m e n t ，o p e r a t o r , t r a f f i cp o l i c e ，m e d i c a ls e r v i c e ，f i r e p r e v e n t i o n ，e n v i r o n m e n t a ls a n i t a t i o nt r o o pa n ds oo nt o a c ti n u n i s o n ，b e i n gt h e c o o r d i n a t et a c i tu n d e r s t a n d i n g ，e n a b l i n gt h ef i r s t c l a s sh i g h w a yt r a f f i ca c c i d e n tt ob e u n d e rt h ea v a i l a b l ec o n t r o l ，a t t e n d i n gt oc a r r yo u tt h el o s sw h i c ht h ea n c i e n tc r e a t e st o b el o w e s t t h et h e s i si sd i v i d e di n t of o u rp a r t s ：i n t r o d u c i n gt h ec u r r e n ts t a t u so fc h i n a s h i g h - g r a d eh i g h w a yr e s c u ea n dd i s c u s s i n gt h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo fe s t a b l i s h i n g r e s c u i n gs y s t e m ；e m p h a s i z i n gt h er e s e a r c ho fh i g h - g r a d er o a da c c i d e n t sa u t o m a t i c d e t e c t i o nm e t h o d sw h i c hi sb a s eo nf n n ，s t u d y i n gt h ef u z z yn e u r a l n e t w o r ka c c i d e n t p a r e mi d e n t i f i c a t i o nm o d e li n - d e p t h ，a n df u l l ye m b o d y i n gt h el a c kc o m p l e m e n t a r y b e t w e e nv a g u et h e o r ya n dn e u r a ln e t w o r k ；d i s c u s s i n gt h ec o m p o s i t i o n ，s t r u c t u r ef a c t o r s i i ， 青岛理工大学工学硕士学位论文 a n dd e c i s i o n - m a k i n ge l e m e n t so ft h ef r a m e w o r ko ft h eh i g h - g r a d eh i g h w a yt r a f f i c a c c i d e n t sa n dr e s c u es y s t e mi n - d e p t h ，a n de x p o u n d i n gt h ed e c i s i o n m a k i n go ft h e r e s c u es y s t e mc o u n t e r p l a na n dr e s c u ep r o j e c tf r o map r a c t i c a lp e r s p e c t i v eo nt h e o p e r a t i o ns y s t e m a t i c a l l y ；f i n a l l ys t u d y i n gt h ep a t t e mo fh i g h g r a d eh i g h w a yr e s c u i n g s y s t e mp e r s o n n e la n do r g a n i z a t i o n sc o n s t i t u t i o ns y s t e m a t i c a l l y , a n a l y z i n gt h es p e c i f i c s t e p sa n dc o n t e n to na l lw o r k i n gs t a g e sa b o u tt h er e s c u i n gs y s t e m a tp r e s e n t ，t h eo p p o n u i l i 够a n dt h ec o n d i t i o nt oe s t a b l i s ht h eh i g h w a yt r a f f i c a c c i d e n tu r g e n tr e s c u i n gs y s t e ma r ea l r e a d yr i g h tn o w , t h et r a f f i ca c c i d e n tu r g e n tr e s c u e s h o u l db eg u a r a n t e e db yl e g i s l a t i o nf r o mo u rc o u n t r y a l o n gw i t hh i g h g r a d eh i g h w a y s d e v e l o p m e n ta n dt h eg r o w t ho ft r a n s p o r t a t i o nd e m a n d i n g ，t h eh i g h - g r a d eh i g h w a y a c c i d e n tu r g e n tr e s c u i n gs y s t e mw i l lb ec e r t a i n l yt o d i s p l a yt h e m o r ea n dm o r e i m p o r t a n tf u n c t i o n k e y w o r d s ：h i g h - g r a d eh i g h w a y ；r e s c u i n gs y s t e m ；t r a f f i ca c c i d e n t ；f u z z y n e u r a l n e t w o r k ；s p o tr e s c u i n g i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 2 1 世纪是信息化的世纪，信息产业作为高新技术产业的主体和新生产力的代 表，其发展水平已成为一个国家或地区综合实力的重要标志，我国政府已充分认 识到这一点，将信息化建设作为我国2 1 世纪的发展战略予以部署和考虑。信息化 带动工业化，提升传统产业技术水平，围绕国家总体战略部署，目前国内各个行 业都紧紧抓住当今这一难得的历史机遇，着眼科技创新，以实现国民经济和社会 服务信息化为目标，围绕国家信息基础设施建设、传统产业改造和电子商务、电 子政务等方面的需求，大力进行信息化建设。其中，在交通行业，从交通部到各 省市正积极开展这方面的工作。 改革开放以来，我国交通建设取得了举世瞩目的发展，尤其是高等级公路建 设发展更为迅速，虽然起步较晚，但目前通车里程己位居世界第三位，仅次于美 国和加拿大，根据五纵七横的建设规划，n 2 0 l o 年将建设1 2 条约3 5 万公里由高等 级公路组成的国道主干线。在交通建设大发展，尤其是高等级公路建设大发展的 同时，交通行业也在大力推行信息化进程。交通信息化是将先进的计算机技术、 网络技术和现代通信技术紧密地结合在一起，实现数据的分布处理和信息资源的 共享，为各级交通主管部门决策，为交通企事业单位的经营管理以及为社会各阶 层提供准确、及时的信息服务，达到决策科学化、办公自动化、经营管理现代化 和交通信息服务网络化。 由于高等级公路建设起点高、投入大、新技术利用程度广泛，尤其是高等级 公路建设实施的通信光纤主干网为交通信息化的实施提供了基础。与此同时，应 该看到在高等级公路交通中，安全问题越来越成为束缚其发展的制约因素。根据 有关部门统计，我国高速公路交通事故每百公里发生率是普通公路发生率的3 至4 倍。政府有关部门对此给予了极大关注。在某些高速公路路段安装紧急电话和视 频摄像机等设施，但并未得到充分利用。由于交通事故发生的随机性和突发性， 更多的交通事故又是难以预防的，所以有必要在高等级公路运营管理中采取一些 新技术，提高公路设施的使用率，缩短紧急救援对策的响应时间，提高救援的有 青岛理工大学工学硕士学位论文 效性和可靠性、尽快恢复高等级公路的通行能力，进而提高管理水平，在保证社 会效益的同时，最终增加运营公司的通行费收入。因此，高等级公路交通信息化 的研究、建设成为了我国交通信息化建设的主导。 目前我国高等级公路信息化建设主要集中在收费系统建设、监控系统建设以 及为收费、监控系统服务的通信系统建设方面n 1 。根据交通信息化的含义，对于高 等级公路信息化，其建设发展方向应是建立以“数字地球系统为基础，以i t s 为 核心的现代化交通信息系统，包括： 现代化的交通监视控制系统； 现代化的通信系统； 现代化的收费系统： 现代化的高等级公路养护管理系统； 现代化的高等级公路事故救援系统； 现代化的高等级公路信息服务系统； 现代化的高等级公路运输调度系统； 现代化的高等级公路办公管理系统等。 1 2 高等级公路交通事故救援体系研究的背景、现状和意义 1 2 1 救援体系研究的背景 现代意义上的救援起源于欧洲的山地救援，而真正使用现代化的搜索与救援 装备并接受专门的训练进行救援活动，则从1 9 4 5 年开始。救援力量的组成经历了 从军队、消防等部门，到现在的以职业救援队伍为主，志愿者为辅的演变过程。 救援任务也从单纯的山地救援，逐渐细分为公路救援、水上救援、高空救援、狭 窄场地的救援、沟渠救援、有害物体泄漏救援、丛林失火救援、山地救援、冰雪 救援和建筑物倒塌救援( 或称重型救援) 等等。救援任务也从人员失踪的搜索与 救援演变为参与处理各种事故，有的国家还明确将恐怖主义事件作为救援力量的 主要任务。到现在为止，很多国家已经形成了国家、地方和民间等完整的救援体 系。为了保证救援行动的实施，很多国家也建立了相关的法律和行政法规、技术 标准、培训等完整的体系。 本文中多处提到高速公路，因为它是最典型的高等级公路，高速公路是汽车 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 高速行驶的专用公路。高速公路一般适应8 0 k m h 或高的车速，具有车速高、通行 能力大的特点，设有四条以上车道和中央分隔带，采用全封闭立体交叉，全部或 局部控制车辆出入，并且配有相应的交通监控系统及安全服务设施，高等级公路 的建设极大地节省了运输成本，缩短了行车时间、提高了行车的舒适性，并且产 生了巨大的社会效益和经济效益。 随着高等级公路里程的增长，汽车数量的增多，交通拥挤现象日趋严重，各 类交通事故也明显增加，这已成为高等级公路交通的重要问题。交通拥挤和各类 交通事故的频繁发生，不仅使高等级公路效率降低，而且给人们的生命、财产以 及社会和经济均造成了不同程度的损失，有的甚至导致了严重后果。 交通拥挤的实质是交通需求超过了道路通行能力，平均车速下降，交通流量 减少。在交通拥挤状态下，运行时间无法预测，严重影响人们的生产生活，造成 了不良的社会影响。交通事故是引发交通阻塞的主要原因。交通阻塞有两种情况， 一是正常的交通阻塞，它是由于大量车流涌上公路而产生的，它的延误是可以预 测的；另一类是非正常交通阻塞或交通事故阻塞一它是由交通事故引起的，其交 通延误是不可预测的。高等级公路因与其他道路相比具有车速快，通行能力大， 运输费用低，行车安全等特点，因而在高等级公路上所发生的交通事故有其自身 明显的特征： ( 1 ) 单方事故比较多 据江西某高速公路大队事故台分析统计得出h 3 ，高速公路约7 5 的道路交通事 故是单方事故。 ( 2 ) 夜间发生交通事故多 在高等级公路上行驶的大部分是长途车，驾驶员在夜间特别是凌晨高速行驶， 很容易产生疲劳和打瞌睡现象致使驾驶员精力不集中，反映迟钝，从而引发交通 事故。 ( 3 ) 恶劣天气发生交通事故多 恶劣天气主要指雨、雪天和雾天，雨天路面潮湿，制动距离将会大大延长， 低洼路段因积水，车辆在高速行驶时容易引起方向失控。雪天路面积雪易打滑， 车辆驶过时极易侧滑。雾天能见度低，车辆正常行驶中视线突然受阻，往往会造 成驾驶员惊慌失措而肇事。 ( 4 ) 新驾驶员发生交通事故多 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 新驾驶员由于缺乏行车经验缺乏高等级公路应急情况的处理常识，在高等级 公路极易因措施不力而发生交通事故，根据事故资料统计表明，四年以下驾龄的 驾驶员发生交通事故占高等级公路事故总数的一半。 高等级公路一旦发生交通事故，其伤亡和财产损失大大高于普通公路。在这 些交通事故造成的伤亡人员中，有相当一部分是没有得到及时的抢救而伤亡、残 废的。如果交通事故发生后，伤者能够得到合理的现场救护并迅速送至医院，那 么受伤者的死亡率就会减小，复原的机会就会增大。世界医院统计表明，重伤者 有三分之二的人会在2 5 分钟内死亡，如果受伤者在3 0 分钟以上才能得到治疗， 死亡的危险要大3 倍瞳1 。 因高等级公路与其他普通公路隔离开来，所以很难在发生交通事故后进行疏 散，如果不能及时采取对策很有可能导致连续性重大追尾交通事故。据国外的统 计，约5 7 的交通阻塞是由于冲撞和其他附带交通事故引起的。因此我们就要采 取先进科学的对策，缩短交通事故救援时间和提高救援水平，来减少事故人员的 伤亡、最大限度的降低财产损失。 1 2 2 救援体系研究的目的及意义 高等级公路交通事故救援体系的根本目的是：及时获取发生交通事故的信息， 协调各有关方面迅速采取紧急救援行动，最大限度地降低交通事故所造成的人员 伤亡和财产损失；尽快恢复高等级公路的通行能力；减少异常交通状态下高等级 公路的流入交通需求。 高等级公路交通事故救援体系的工作目标为：提高各个执行机构的运行效率、 更有效地利用现有的人力和物力增大信息的发布范围和渠道、减少道路使用者的 延误、降低运行成本、减少事故反应时间、减少处理交通事故的时间、减少清理 道路的时间、预防二次事故的发生、改善交通事故处理人员工作环境的安全性、 事故现场信息的动态更新与提供、降低对环境的影响。 高等级公路交通事故救援作为交通安全的一个重要研究方向，对于保障交通 运输系统的正常运行，减少事故损失有非常积极的意义。该救援体系旨在减少人 员抢救、交通堵塞和事故处理时间，挽救财产损失。它的应用将有助于事故救援 部门高效地处理交通事故，使事故救援朝着智能化、信息化的方向发展。近年来 我国高等级公路交通事故的死亡人数随着汽车保有量的增加也在急剧攀升，然而 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 由于救援工作的效率欠缺，给原本就十分紧张的交通状况雪上加霜，事实上，交 通事故是不可避免的，因而交通阻塞和车辆延误也是必不可少的，减少高等级公 路交通事故造成损失的一个方法就是降低各种交通事故对交通流的影响，这就促 使高等级公路交通事故救援系统的快速建立与完善。该系统的落实不仅仅依靠于 大量的技术输入，也包括高等级公路管理系统、中国高等级公路政策和政府各部 门的配合。从发达国家的救援实践可以看出，全新科学的救援体系的应用对高等 级公路上交通事故的救援效果是非常明显的，对致命性的事故能大大提高挽救生 命的几率，也明显减少了经济损失，从而才能充分发挥高等级公路的高速、安全 的优点。 1 2 3 国内研究状况 我国高等级公路建设始于1 9 8 8 年，1 9 8 9 年1 0 月3 1 日，我国第一条高等级公路： 上海嘉定高速公路建成通车之后相继建成了沈大、京津塘、济青、成渝、京 石、沪宁、太旧等高速公路口1 。据统计，我国高速公路总里程已经是世界第二位， 仅次于美国。高等级公路作为现代交通的骄子，是衡量国民经济现代化的重要标 志之一，其综合经济效益十分显著。美国、德国高速公路仅占公路总里程的1 4 和1 7 2 ，但承担的运输量却是2 5 左右。高等级公路的发展不仅改善了我国公路 网结构，缓解了交通拥挤的状况，提高了公路运输效益和服务水平，更重要的是 促进了我国经济的发展。然而应该看到，在高等级公路交通中，安全问题越来越 成为束缚其发展的制约因素。根据有关部门统计，我国高等级公路交通事故每百 公里发生率是普通公路发生率的3 至4 倍，随着我国目前的公路事业进入的前所未 有的高速发展时期，交通事故的死亡人数明显的呈现增长趋势，不断发生着重大、 特大交通事故，严重的干扰了交通秩序。 与国外相比，我国的救援水平尚处在世界落后的水平。从2 0 世纪8 0 年代至9 0 年代，日本高速公路亿车公里死亡率均在0 5 0 8 人之间波动，而我国几乎是日本 的十倍。我国建成较早的沈大高等级公路1 9 9 3 年的交通事故的致死率为2 8 ，其主 要的交通工程特点表现为一方面，重特大事故比例较大；另一方面，事故救援体 系不完备等。2 0 0 0 年在我国交通事故中受伤人数与死亡人数的比例为4 5 ：1 ，这个 比例在日本和美国分别为1 2 8 ：1 f r l 7 6 ：1 。公路救援研究学者们从美国交通安全实践 中看到，缩短交通事故后的救援时间，有利于减少交通事故过程中的伤亡以及伤 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 害程度。在这个意义上，交通事故发生后的半小时被称为“生命黄金半小时”， 对挽救交通参与者的生命至关重要。 在我国，救援体系研究起步较晚，事故发生后大部分是靠交警巡查或过路司 机及路过者的口头报案来抢救伤者，很多地区交通和信息不便或路遇者视而不见， 致使伤者得不到及时救治，再加上基础医疗水平较低，医院因伤者无住院抵押金 而拒绝收治等情况普遍存在，致使一些不该死亡的伤者丧生，交通事故损失增大。 因此，建立适合我国国情的高等级公路紧急救援体系己刻不容缓。 我国高等级公路交通事故的急救是个薄弱环节，尽管并未在整个国家的高等 级公路大框架下应用救援体系，且救援系统仍然不能同高等级公路三大系统( 收 费、监控、通讯) 一样得到重视，但是在某些高等级路段上已经组建了救援组织 和联动机制，高等级公路一旦发生事故，要确保紧急救援活动的高效化，保证诸 多部门间通讯系统的畅通，更要强化高等级公路的交通管理体制，制定严密的紧 急救援规程和必要的立法。紧急救援体系应尽可能发挥有关部门的优势和能力， 特别强调在一体化管理制度的前提下，步调一致，行动迅速，从而保证紧急救援 系统的有效运转。在确定体制之后，高速等级公路交通事故救援监控指挥中心可 以以现有的消防、医疗等社会资源为基础，形成全天候运转的紧急救援实体，配 备训练有素的救援人员和必要的设备、车辆等，并制定出总体和具体的救援组织 实施方案。有关各方职责明确、管理统一，从而满足我国高等级公路运营管理的 需要【3 1 。 1 2 4 国外研究状况 2 0 世纪8 0 年代以来，很多学者开始关注交通事故的研究。具体到交通突发事 故的预防与处理上，许多国家都一直致力于科学有效地综合治理交通拥挤、交通 事故和交通污染。在经过早期一些零散的研究后，一些发达国家在上世纪6 0 - 7 0 年 代提出了使汽车和道路运行功能智能化的设想，即智能交通系统( i n t e l l i g e n c e t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i t s ) 的思想。1 9 9 5 年美国运输部正式出版公布了国家智 能交通系统项目规划，与此同时，欧洲、日本等国也进行同步研究。 美国在2 0 世纪3 0 年代成立了世界上第一个交通研究机构美国交通工程师 协会，该协会联系、组织、协调了一大批道路交通工程师，他们研究成果保障美 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 国道路交通畅通和安全、减少道路交通事故贡献巨大。世界各国相继开展了交通 安全的研究，但总体来说，各国交通安全管理的基本理论与基本实践都大体相同， 即通过研究交通事故发现其规律，采用交通立法制定交通安全管理规章，实施交 通过程的控制以防止事故和减少死亡人数、减少财产损失，使人人都感到安全的 目标管理主。在高等级公路交通安全管理方面，不少国家已建成一套较为科学的 管理模式与方法，在控制事故率，特别是降低死亡率方面成效显著，目前正向系 统化、信息化、高速高效化方向发展，即对i t s 的应用研究。例如韩国1 9 9 1 年时就 开始探讨在高等级公路上开发与应用“新兴工业国家的智能汽车一公路系统”； 日本1 9 7 1 年制定了交通安全政策法，实施5 年一次的“交通安全基础项目”， 于1 9 9 2 年成立了道路交通事故研究所和数据分析研究所，将各处搜集的交通事故 数据建立数据库，并从人、车、路、环境等方面全方位、多角度地进行纵横分析， 找出日本交通事故发生的一般规律、特点和诱发事故的种种原因；美国芝加哥1 9 9 3 年已开始在高等级公路上应用了先进的交通管理技术。世界各国交通安全的研究， 其基本理论与基本实践都大体相同，即通过研究交通事故发现其规律，采用交通 立法制定交通安全管理规章，实施交通过程的控制以防止事故和减少死亡人数、 减少财产损失，使人人都感到安全的目标管理。 以德国的救援体系为典型，德国的紧急救援应急体系结构合理，分工明确， 责任清晰，法制健全，管理先进，技术精良。为做好灾难应急救援工作提供了可 以学习的经验和模式。德国作为一个高福利的国家，国家的保障系统十分健全， 特别是紧急救援应急体系，该紧急救援系统组织紧密、州州连通形成了一个有机 的网络体系。 1 3 构建适合我国高等级公路的救援体系 虽然我国高速公路的历史仅有约2 0 年，高等级公路监控系统的数量已经初具 规模，然而至今真正能够对高等级公路交通实施控制与管理的系统屈指可数，更 多的仅仅是“监而不控 。因此，投巨资修建的监控系统，很难为交通管理发挥出 应有的作用。应该看到的是，由于我国大部分高等级公路的交通需求还处于较低 的水平，所以近期的交通堵塞、交通事故尚不是非常突出，但这并不代表我国的 高等级公路运营状况是非常乐观的，因为随着时间的推移，高等级公路必然迎来 交通流的高峰，必然使得现有的不健全的高等级公路凸现出很多管理救援方面的 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 弊端【4 1 。要想改变将来这种弊端，拟提出以下措施： ( 1 ) 针对事故多发地段强化交通事故预防措施 ( 2 ) 建立高等级公路交通信息系统 1 ) 交通信息采集系统：用来区分异常和正常交通信息，包括高等级公路上的 流量、速度、0 d 分布、交通阻塞状态和类别、交通事故数量和类别等。 2 ) 交通信息分析系统：分析交通阻塞与交通事故的基本特征和成因。 3 ) 交通信息服务系统：通过可变信息板和专用的广播系统，向驾驶员和高等 级公路使用者提供路网上的行程时间、交通阻塞、交通事故信息、交汇线 路、不同地域的交通状况、高等级公路沿线城市的交通状况、路网上的工 程施工管理状况等。 ( 3 ) 强化交通管理体制 由于历史的原因，我国高等级公路的救援管理体制错综复杂，阻碍着高等级 公路交通的高效运营。因为高等级公路不同于普通道路，应当以交通的安全、效 率化为目标，打破部门及地域的界限，强化其救援管理体制才能真正改善我国高 等级公路的交通安全现状。 ( 4 ) 建立现代化的高等级公路交通事故救援体系 统计分析我国高等级公路发生的各种可能的异常交通现象，筛选主要的事故 类型，制定救援方案。同时应为缩短突发事故时紧急救援的响应时间作出努力， 从而提高异常交通的救援效率，也才能最大程度的挽回财产损失，挽救群众的生 命安全。保证公路的畅通，从宏观上尽可能将损失降低到最小。 ( 5 ) 开发适用我国的高等级公路交通特征的交通安全软件 一方面，主要用于预防交通事故。高等级公路交通阻塞的根本原因是流入交 通量的不当所致，然而提供信息后的流入交通控制问题，无论在理论还是在应用 方面都尚未得到解决，因此，开发单个匝道的“点控 和关联匝道的“协调控制” 的匝道控制系统是非常有效的，在该系统中，还有流入交通诱导和主线交通车道 的控制技术；另一方面，一旦发生交通事故，采用何种措施来检测事故也是交通 安全软件研究的重点。在本论文第三章中详细介绍了交通事故自动检测方法，该 算法模型能够从输入数据流经过软件运算后清晰的看出道路上交通事故的发生， 该检测方法比监控系统一方面节约了事故检测成本，而且无论是在大风，暴雨或 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 者是大雾天气下都能做到准确监控。 ( 6 ) 提高高等级公路交通安全管理的智能化 智能交通系统的研究与开发是2 l 世纪交通安全管理技术发展的趋势，而且它 已经带来了很多相关产业的发展。因此，基于我国现有的高等级公路交通监控系 统的场内外设施条件，增添一定数量的信息采集与提供设施，强化高等级公路管 理与高等级公路使用者之间的有机联系，可以最佳的利用高等级公路的有效资源， 提高其运营效益。 1 4 论文的主要研究内容 本文选题的基本思想是基于目前国内外高等级公路交通事故救援系统的研究 现状，结合我国当前国情现有配套的救援设备和救援组织等，以救援体系的系统 构成及功能和基于模糊神经网络的公路交通模式识别方法为研究的重点，在此基 础上结合m a t l a b 软件，实现了基于f n n ( 模糊神经网络) 的交通事故自动检测模型； 同时，结合现有高等级公路救援工作的管理内容以及救援部门的救援条件和行动 规范等，建立了一整套结构紧凑，组织合理，功能基本完备的高等级公路救援体 系。目的是通过高等级公路交通事故救援体系的建立，能大大缩短在交通事故发 生后的救援时间，提高挽救伤者生命的几率，最大程度挽回国家与百姓的财产损 失。 论文的主要研究内容为：高等级公路的构成及各功能模块，它包括交通事故 检测与确认子系统( 包括信息采集，事故决策等) 、方案决策子系统( 应对策略 选择、策略实施、交通信息子系统、交通事故的现场处理子系统，救援保障子系 统，计算机辅助子系统等；并对交通事故检测与确认子系统进行了深入研究，建 立基于模糊神经网络的高等级公路交通事故模式识别模型，实现事故的自动检测 功能。 1 5 本章小结 本章概述了高等级公路在全球的高速发展，提出了建立高等级公路救援体系 是我国信息化建设的一个重要组成部分，介绍了建立高等级公路救援体系的的背 景、目的及意义，并简要介绍了救援体系在美国、欧洲等世界发达国家和我国的 发展情况。并就建立适合我国国情的高等级公路救援体系前景进行了分析和概括。 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 第二章高等级公路救援体系框架及系统功能 2 1 建立救援体系的必要性与可行性分析 交通事故对交通运行的影响可从两个方面进行评价：一是时间持续的长短， 二是对车辆的总延误时间。交通事故持续的时间越长，所造成的延误和经济损失 就越大。通常用来评估交通事故紧急救援系统效果的模型目标函数是延误时间， 系统优化目标是使高等级公路上的延误时间最小，或是使用交通事故紧急救援系 统带来的延误时间减少量最大。及时有效的救援措施，可以大大地降低事故造成 的损失，减少延误，提高道路通行能力。构建完善的高等级公路交通事故紧急救 援系统是解决客观存在，隐患日加严重的高等级公路安全问题唯一有效的途径。 现代电子技术，通讯技术和计算机技术等高新技术的发展为紧急救援系统的 实施提供了基础保障，特别是信息与通信技术使交通管理部门在检测到交通事故 后，能迅速与保障紧急救援的社会力量取得联系，同时为救援工作提供丰富的现 场资料，使交通事故能够得到及时处理，保证救援工作的高效实施。高等级公路 信息专网的建设，为构建高等级公路交通事故紧急救援系统提供了良好的物质条 件。综合利用交通信息系统、通讯网络、定位系统和智能化分析与选线的交通系 统，以及集成化的信息采集、分析、处理，发布系统平台等i t s 技术，以期及时， 准确地检测事故，为道路管理者提供事故处理的决策依据，为紧急救援工作提供 良好的服务条件。 2 2 救援体系的框架 建立高等级公路救援体系的目的是在任何情况下，快速、准确检测事故发生， 以最快的反应速度指挥、疏导交通，提供紧急救援服务( 包括消防、救护、环保、 车辆牵引、起吊、供应燃油等) ，用最短的时间排除事故，恢复交通，同时及时 采取告警、劝诱、疏导、控制或调节手段，避免后继事故的发生，最大限度地降 低事故死亡率，为司乘人员和通行车辆提供最佳服务是交通事故紧急救援系统的 基本任务。其产生的直接效益是有效地降低事故损失，减少阻塞和延误，其间接 效益是有效减免产生二次事故，保障高等级公路安全、畅通、高效运行哺1 。 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 有效的交通事故紧急救援系统包括以减少交通事故检测和确认时间为目的的 各个部门的协作对事故做出相应的响应、清除交通事故的影响，使交通恢复到正 常的状态。即：交通事故检测、鉴别、反应、清除、现场管理以及向驾驶员提供 信息等。这样为完成救援任务交通事故紧急救援系统应包括几个相互协作的子系 统，其组成如图2 - 1 所示。 ：现 ：场 ：处 ：理 ；子 ：糸 ：统 图2 - 1 高等级公路交通事故救援体系框架构成 由图2 一l 可知，救援体系从逻辑功能上可以划分为以下几部：交通事故检测与 确认子系统( 包括信息采集，事故决策等) 、方案决策子系统( 应对策略选择、 策略实施) 、交通信息子系统、交通事故的现场处理子系统等。每一子系统都是 其他子系统有效工作的基础和保障，构建发达的信息系统，是建立紧急救援体系 的必要条件。 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 1 交通事故检测与确认子系统 ( 1 ) 信息采集系统 交通信息采集系统是实时动态信息系统的信息基础。需要掌握的信息有：车 流量、车道占有率、车速、交通意外、雨、雪、冰、雾等信息。据此，采用以下 方法来获得所需的实时交通信息： 1 ) 车辆检测器：将单线圈车辆检测器的传感器设在公路的出入口及主线交叉 口上，检测道路交通流情况并上传中心，作为基础数据，根据交通流变化 情况判断交通运行情况，如畅通、通行能力降低、堵塞等情况。在本论文 的第三章对车辆监测器检测的数据进行交通事故检测进行了研究。 2 ) 路边紧急电话：在高等级公路设路边紧急电话系统，便于在出现交通事故 时，当事人与控制中心即时取得联系，请求指示或求援，分机可增设小型 摄像机，除将呼叫声音信息上传控制中心，同时将紧急电话呼叫现场的图 像上传中心，以制定呼叫的真实性和现场性，利于控制中心及时提供快速 救援。 3 ) 气象检测器：主要用来观测雾和冰冻，也可用来测量不同深度下的路表温 度及浓雾、风向、风力、雨量、路面积雪及冰冻状态等。 4 ) 视频监测系统：通过设置在立交、大型桥梁、特殊道路的摄像机向中心传 输信号，供控制中心判断确认突发交通事故。 5 ) 电子收费系统：它不但能完成收费功能，还为管理系统提供汽车类型、时 间以及收费点处汽车位置等数据。由于收费站之间的位置与里程是已知 的，站间车辆的通行时间可立即计算出来，这些数据可以用于监视公路上 的交通流和帮助事故的探测，所以带电子标签的汽车可以用作该公路的交 通探测器。 6 ) 巡逻车：配有无线电台，在高等级公路上巡视，对事故发生做及时预防和 处理，达到执法和救援目的。 7 ) 路网设置特别电话提示n 叫，如有需要援救的高等级公路交通事故，可以通 过移动电话等呼叫特别电话服务( 特服) 。 8 ) 高等级公路救援车：配备基本的交通事故救援工具以及伤员救护设备，一 般在事故发生后首先通知相关管辖范围内的救援车到达现场，展开救援， 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 包括起吊事故车辆，救护伤员，传递最新的救援信息等。 9 ) 此外辅助有其他交通信息采集方式，如从1 2 2 传来的处警信息、勤务信息， 以及装备有g p s 的车辆采集的信息( 一般在巡逻车和救援车辆上配备) 。 ( 2 ) 事故的检测与确认 交通事故的检测与确认是紧急救援系统的主要内容之一n2 | ，利用动态信息系 统，可以将各种交通信息融合，从道路交通流、道路气象、道路视频信息中检测 和分析交通系统的运行状态，确认交通事故的性质，是确定是否启用救援体系的 前提。 基于车辆检测器的事故检测系统运行流程如图2 - 2 所示。检测事故的原理是基 于道路上检测器所测得到高等级公路上的交通数据参数，利用实时计算机和交通 事故检测方法进行在线运行以及判断是否发生交通事故。具体的检测方法见本论 文第三章。 图2 2 交通事故检测系统运行流程 2 2 2 高等级公路事故方案决策子系统 根据交通事故的不同，需要选择不同的应对策略。根据不同的工作条件，随 着技术的快速发展和交通事故救援体系的建立，我们把各相关救援单位交通专家 1 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 的经验和对交通事故的处理办法汇集起来，经过处理输送到计算机中形成知识库， 试图达到在同样公路交通环境下交通管理人员亲自处理事故的效果，也就是建立 救援预案机制。 当交通事故被确认后，管理部门要根据交通事故的性质及严重程度采取不同 的应对策略，制定救援方案。一般的救援方案应包括：通过业务电话向医院、消 防、交警部门报警要求协同处理，出动救护、消防、排障等各种车辆，为救援工 作推荐救援路线，将采集到的现场信息进行分类整理，提供准确丰富的参考