（安全技术及工程专业论文）基于GIS城市道路交通事故救援路线选择.pdf

两南交通大学硕士学位论文第1 1 页 a b s tr a c t w i t ht h es o c i a la n du r b a ne c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nc h i n a , t h et h r e a tt op e o p l e sl i f e a n dp r o p e r t yc a u s e db yr o a dt r a f f i ca c c i d e n t si sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e v e r e ：h o w e v e r , i n o u rc o u n t r y , r e s c u em e a s u r e sf o rt r a f f i ca c c i d e n t st a k e nb yr e l e v a n td e p a r t m e n t s r e l a t i v e l yw e a ka n dr e s c u ee f f i c i e n c yi nd e a l i n gw i t hs u c ha c c i d e n t si sc o m p a r a t i v e l yl o w b e c a u s eo fs u c hp r o b l e m sa su n c l e a rc l a s s i f i c a t i o no fa c c i d e n t s ，i r r a t i o n a lp r o c e s s e so f o r g a n i z a t i o n , b a c k w a r dt e c h n o l o g ya n df a c i l i t i e sa n ds oo n t h ee s t a b l i s h m e n ta n di m p r o v e m e n to fr e s c u es y s t e mf o rr o a dt r a f f i ca c c i d e n t sa r et h e g o v e r n m e n t si m p o r t a n tt a s kv i t a ln o to n l yt ot h ef u l f i l l m e n to fi t sf u n c t i o n so fi m p r o v i n g s o c i a la d m i n i s t r a t i o na n dp u b l i cs e r v i c e s ，b u tt ot h ec o n s t r u c t i o no fah a r m o n i o u ss o c i e t y c o m p a r e dv 订t ht r a d i t i o n a l m e t h o d s t h ei n c r e a s i n g l ym a t u r e dg i st e c h n o l o g yh a s u n p a r a l l e l e da d v a n t a g e si nt h es t u d yo fa c c i d e n tr e s c u ea n do t h e rr e l a t e di s s u e s b yt a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o n t h ep e c u l i a r i t yo f t h ec h o i c eo fr e s c u er o u t e sf o ru r b a nr o a d t r a f f i ca c c i d e n t s ，b a s e do nt h ed i j k s t r aa l g o r i t h mt oc a l c u l a t et h es h o r t e s tp a t ha n dc o m b i n e d w i t l lg i st e c h n o l o g y , t h i sp a p e rp r o p o s e st h er a d i u s c o v e r a g ea l g o r i t h m ( r c a 、t oi d e n t i f y t h eb e s tr o u t ea n dc a n d i d a t eo fr e s c u i n gt e a m t h i sa l g o r i t h ma i m sa tl o c a t i n gt h em o s t e f f e c t i v er e s c u i n gr o u t es h o r t l ya f t e ra na c c i d e n ta n dg r e a t l yr e d u c i n gt h el o s si n c u r r e db y t h ea c c i d e n t t h i sp a p e re l a b o r a t e sh o wt ou s er c aw h e na c c i d e n t sh a p p e n ：t a k i n gd i f f e r e n tr e s c u e a p p r o a c h e sa c c o r d i n g l ya f t e rc l a s s i f i c a t i o no fa c c i d e n ti s d e t e r m i n e da tt h ef i r s tp l a c e ； m a k i n gaj u d g m e n to f c u r r e n tt r a f f i cs t a t u sb a s e do nt r a f f i ci n f o r m a t i o nd e r i v e da n dc o l l e c t e d f r o mr e a l t i m es a m p l ed a t ao ft a x i sn m n i n go ns t r e e tw i t h i ng i s ；a p p l y i n gr c ai nf i n d i n g t h eb e s tr e s c u er o u t ew h i l es t i l l t a k i n g r e f e r e n c ef r o mt h ec o n v e n t i o n a ls h o r t e s t - p a t h a l g o r i t h m ；w h i l em a n a g i n gc o m p l i c a t e dt r a f f i cd a t a , b u i l d i n gar o a da c c i d e n tr e s c u i n g s y s t e mb yt a k i n gg i sa sap l a t f o r mc o m b i n i n gw i t hb o t hv c + + l a n g u a g ea n dr c a ； e x a m i n i n gt h ev a l i d a t i o no fr c a i nc a s eo fs p o n t a n e o u sb u r n i n go fab u s k e yw o r d s ： g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ； a c c i d e n t c l a s s i f i c a t i o n ；d i j k s t r a ； r a d i u s c o v e r a g ea l g o r i t h m 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权谣南交通大学可以将 本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保 存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密幺使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“妒) 一躲拗啦 日期砌弓 躲膨幻 日期硼6 - 歹 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 针对道路交通事故的分级救援不明确，提出了依照事故现状，采取的救援措施 而对事故分级重新划分。从现有的事故分级来决定救援措施，到利用救援措施来决定 事故的分级。 2 近年来，g i s 、g p s 、g p r s 技术发展较迅速，并且广泛应用于多个领域，但是将 三者结合利用并不多见。利用三者的技术将城市道路行驶中的出租车为采集对象，监 控中心通过对出租车的行驶信息进行过滤、分析，以此来判断当时的路况。并且利用 道路拥挤状态的加权系数取值，将基于最短路径到达的搜索算法演化为基于最短时间 到达的搜索算法。 3 运用圆形框限制区域搜索算法，在m a p l n f o 地图平台上，采用v c + + 编程语言， 在城市道路交通事故救援路线选择仿真系统上设计并实现了最优路径救援功能。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 一签勘也 日期：汹6 7 两南交通大学硕士学位论文第1 页 1 1 选题的背景 第1 章绪论 随着我国社会经济的持续、健康、快速发展，城市化进程不断推进，城市化率显 著提高，各种车辆和交通流量大幅度增长，城市道路交通事故也不断增加，特别是死 亡人数急速上升。全世界6 0 亿人口每年死亡5 2 0 0 万人，其中死于交通事故的5 0 万人， 占总死亡人数的1 。我国自2 0 0 0 年以来，每年死于交通事故的人数都在1 0 万人左右， 占全国总死亡人数的百分比为1 5 ，平均每天有近3 0 0 人死于道路交通事故，致死 率高达1 7 左右，而国外的交通事故致死率大大低于我国，如日本的致死率为0 9 ， 美国的致死率为1 3 i jo 造成我国道路交通事故上述状况的原因固然很多，但交通 事故紧急救援不力是我国交通事故死亡人数居高不下和致死率高的一个主要原因。 据我国卫生部的资料表明，在1 0 0 0 例道路交通事故伤者中，只有1 4 3 乘救护车 到达医院。法国的实践表明，对于交通事故重伤者，在3 0 分钟内获救，其生存率为8 0 ， 在9 0 分钟内获救，其生存率仅为1 0 以下口3 。土耳其e g a 同样指出，交通事故发生后5 分钟内给予重伤者急救措施，伤后3 0 分钟内给予急救，则有1 8 - - 一2 5 的伤者生命得 到挽救b 3 。在我国，由于救助常识的缺乏，多数救助措施的实施是在受伤者被运送到 分布有限的医院、急救中心以后才着手展开的，而正是院前或者运送途中有效救助的 缺乏，导致了救助难度的增加甚至造成伤者因贻误救助时机而丧失生命。按土耳其e g a 观点，如能在我国实施有效的交通事故紧急救援，每年交通事故死亡人数可以减少约 2 - - 3 万口1 。由于城市道路交通拥挤严重，救援人员如何快速到达事故现场是亟待解决 的问题。 当今车载g p s 发展比较完善，而且很多大城市都实现了对出租车和公交车的监控， 能够准确掌握它们的行驶信息，但是利用这些信息进一步判断道路交通状态的情况并 不多，尤其是急救部门更没有实现对路况的实时了解，因此，造成急救人员不能选择 最优路径准确快速地抵达事故现场，从而导致了更大的人员伤亡。 两南交通大学硕十学位论文第2 页 1 2 国内外现状 1 2 1 国外道路交通事故救援现状 国际上已经将紧急救援( e m e r g e n c yr e s c u e ) 与交通事故预防的“3 e 即教育 ( e d u c a t i o n ) 、工程( e n g i n e e r i n g ) 、执法( e n f o r c e m e n t ) 对策，合称事故预防的 一 “4 e ”策略，交通事故紧急救援成为快速发展的智能交通系统( i t s ) 的重要组成部分。 西方发达国家在交通事故紧急救援方面有许多先进经验和成功做法，在道路交通 事故紧急救援法规建设、机构设置、救援队伍、急救方案决策和支持保障体系等方面， 已形成了比较完善的紧急救援体系，为减少交通事故人员伤亡和财产损失发挥了重要 作用。美国的城市紧急事务管理从理论到实践都已经发展成为一门成熟学科，政府设 有专门管理机构、专门从业人员、相应法律法规、具体应急指挥中心( 9 1 1 指令中心) ， 学校也设有相关专业及课程，在全国范围内建立了完善的“紧急救援医疗服务系统 ( e m e r g e n c ym e d i c a ls e r v i c es y s t e m ，缩写为e m s ) ”，该系统用于对交通事故中的 受伤者提供紧急医疗救援h 3 。 德国则不同，它在现有的医疗资源和应急手段的基础上，单独形成了一套专门的 交通事故快速反应与紧急救援机制。德国将其全境划分为3 3 0 个经济医疗服务区，每 个紧急医疗服务区覆盖1 0 0 0 k m 2 的面积，大约有2 5 万居民，医疗紧急服务区下设分控 中心，每个分控中心覆盖1 7 0 k m 2 ，大约有4 万居民，分控中心下设紧急医疗服务站。 被称为“黄色飞鹰”的全德汽车俱乐部a d a c 是世界最好的紧急救援体系之一。a d a c 拥有1 6 0 0 辆公路维护救援车辆，在德国境内的高速公路、大中型城市以及人口稠密地 区执勤，随时准备对出现故障或抛锚的车辆及受伤人员实施现场救援。另外，它还拥 有1 1 0 0 个遍布德国境内的合作伙伴，不分昼夜地准备提供类似的现场救援服务。从 1 9 7 0 年起，a d a c 同时提供直升机实施的快速空中救援。根据a d a c 的统计数据，a d a c 的直升机可在8 分钟内使大部分交通事故受害者获得医生的专业急救处理。由于他们 的救援直升机行动及时快速，已经有大约1 0 万人的生命得到了挽救。仅以2 0 0 1 年一 年为例，德国共执行了超过6 3 万次的直升机空中救援飞行行动，平均每天约4 7 0 次， 目前a d a c 已将救援服务扩展到了国外b 6 1 。 法国标致雪铁龙集团是世界上第一家成功地大规模使用紧急呼叫系统的汽车制造 商，它将该系统安装在旗下几乎所有的车型上。通过紧急呼叫系统，驾驶员能与一个 西南交通大学硕十学位论文第3 。页 专门的远程信息处理平台保持联系。一旦发生事故，将会有一个信号通过g s m 网手动 或自动发送到位于尼奥尔的国际互助救援中心，该信号中包括事故车辆的型号标识、 电话号码及其准确的地理位置。国际互助救援中心i m a ( i n t e rm u t u e l l e sa s s i s t a n c e ) 是欧洲首个救援组织，也是雪铁龙集团的合作伙伴之一，接收和处理呼救信号的机构 就在尼奥尔市中心内，并由中心组织协调，接到求救信息后，一位工作人员负责联系 驾驶员，对事故情况迅速进行分析：车辆的确切位置、事故严重程度、伤员人数、是 否需要派遣救援人员。然后工作人员将上述信息通知事故所在地区的救援部门( 如消 防部门、医疗急救部门等) 。如有必要，一支2 4 小时随时待命的急救队可通过电话向 伤者提供初步的医疗救助。在没有收到事故受害者回音的情况下，救援人员将会被有 条不紊地派往事故现场，以赢得宝贵的时间哺1 。 西方发达国家都有自己的道路交通事故救援系统，绝大多数城市也建立起了具有 自己城市特色的救援地理信息系统。美国的所有大中城市( 如纽约、洛杉矶、芝加哥、 西雅图等) 的紧急事务管理机构都不惜重金建成了实用且各具特色的9 1 1 应急指挥系 统。芝加哥市政府从1 9 9 0 年开始建立9 1 1 应急指挥系统，1 9 9 5 年启用，共投资2 1 3 亿美元。指挥系统为每个接警席位配置有三个电脑终端：一个是g i s 终端，主要用于 提供电子地图和地理信息数据库；二是紧急事件管理终端，也称c a d 终端；另一个是 触摸屏式的电脑电话终端，其数据库中存储有各主要单位和政府机构的电话号码和1 4 4 种“语言库”。每个处警席位上除了配置有与接警席位上相同并联网的三个终端外，还 配置有一个触摸式计算机辅助无线调度台和一个事件状态终端，用于显示每个已经被 指派的事件处理状态盯3 。 综上所述，发达国家的经验表明紧急救援系统的建立是减少交通事故死亡人数的 重要手段。为保证以最快的速度、最短的时间到达第一现场，警察、消防、医院救护、 边防警卫、海军救援、独立救援单位都参与其中。几乎所有发达国家的消防人员都参 与了交通事故紧急救援，并且这些国家已经培养出了应付各类事故的医疗紧急救援， 包括具有交通事故快速反应能力的专门人才。 1 2 2 国内道路交通事故救援现状 2 0 0 2 。年1 月1 0 日公安部、卫生部联合下发了关于建立交通事故快速抢救机制的 通知，明确要求各地建立交通事故快速抢救机制，实现“1 1 0 ”报警服务台、“1 2 0 ” 两南交通大学硕士学佗论文 第4 页 急救电话和“1 2 2 交通事故报警服务信息联动、现场急救和急救转运的综合反应能力， 切实提高交通事故现场急救能力。部分省、直辖市也设立了道路交通救援委员会，并 且在县市成立了相应的委员会，指导其交通事故紧急救援工作。 交通部“十一五”信息化规划明确提出大力建立交通资源数据中心，并且在中国 科学院计算技术研究所建立了“城市应急联动系统实验室”，研究基于主体网格智能平 台a g r i p 构建城市应急联动和社会综合服务，开发了应急联动系统。目前，g e i s 已经 应用到抗洪抢险和交通事故处理中哺1 。 1 2 0 急救方面，北京、天津、上海、广州、南宁等城市己启动了现代化大容量电话 交换机系统，并结合可视化地理信息系统、数据网络系统、卫星定位系统和急救终端 移动通信系统等众多先进设备，配置了稳定高效的现代化“1 2 0 急救地理信息系统”。 工作人员只要接听到对方的报警电话，指挥中心调度台电脑屏幕上的地图就能显示出 报警人的详细地理位置、电话号码以及病人以往病史等相关信息，接警员能够非常迅 速地掌握报警人的所有相关信息阳3 。以南宁市为例，市领导负责，将i i 0 ( 刑警) 、1 1 9 ( 火 警) 、1 2 0 ( 急救) 、1 2 2 ( 交警) 及市长电话等集中，组成联动中心，统一处置各类安全减 灾及应急工作。目前，该系统每月处理约2 0 万市民电话，受到普遍欢迎。 北京科瑞讯公司开发的“北京市1 2 0 医疗急救指挥系统”是实现医疗急救求助电 话“1 2 0 ”的快速受理、信息记录、处置调度、资源管理等综合应用的计算机信息系统， 实现了医疗急救的科学化、智能化和高效率。 2 0 0 5 年7 月，广州市卫生局发文通知，1 2 0 急救中心系统将借助广州市医保信息 系统的专用网络平台，实现与各1 2 0 接入医院联网，中心受理1 2 0 紧急呼救的急救信 息通过网络通信服务器传送到各急救分站受理台，并充分结合g i s 技术、g p s 技术与现 代通信技术，满足急救系统快、准、稳的要求。 综上所述，可以看到我国目前的消防救援安全应急体系在整个城市安全应急体系 中仍处在一个比较被动的地位，缺少必要的机动性和灵活性，还没有完全适应新的城 市安全应急需要，也没有和整个城市的安全应急体系相配套，使得许多突发的应急预 案的实施缺乏必要的法律依据；在国家和地方政府组织体制中尚未建立专门机构和专 门人员负责统一协调和管理，相关安全信息和应急预案不能得到有效地沟通和联动； 在城市消防救援安全应急体系的运行和管理机制上也缺乏必须的科学管理方法和手 段，例如未能深刻认识和划分城市消防救援安全应急处理的等级，并缺少科学的预警 两南交通大学硕士学位论文 第5 页 i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i l li i ii i i m ii i i i 系统和评估机制。在社会资源协同方面也缺乏相关的社会群众基础，社会资源整合力 度还不够，未能有效地形成整个社会的城市消防救援安全应急体系。 通过多年的努力，上述形式的交通事故救援体系对控制我国交通事故损害有一定 的积极意义，但从总体来说，我国交通事故救援工作还只是处于起步阶段，救援工作 还存在很多问题： 1 救援预案分级不实际 目前，我国各大中城市的交警支队和交警大队，均对一般交通事故和重特大交通 事故编制了相应的紧急救援预案，预案中对交通事故救援指挥机构、救援人员分工均 作了明确要求。事故救援预案按死亡人数和财产损失作为预案的启动条件，有些不科 学。因为死亡人数和财产损失的统计是在紧急救援后或是在救援过程中完成的，而在 交通事故发生后，是无法预知人员伤亡情况和财产损失的，尤其是我国道路交通事故 死亡者中大约6 0 是死于送往医院途中，或是在医院中死亡。 2 救援力量分散，救援职能交叉 道路交通事故紧急救援工作，涉及到诸多的业务部门，如：交通警察部门、医务 部门、消防部门、特殊物品处置部门等，这些救援力量往往缺乏协调和统一的工作机 制，造成资源的分散，在临时组织救援力量时，存在责任不明、机制不顺等问题，影 响了救援力量作为统一整体作用的发挥。 3 反应迟缓，装备落后 在我国交通事故救援工作中，由于救援信息网络化建设的滞后与部分参与救援的 人员对事故现场的不熟悉，导致救援车辆不能及时出发和选择最佳的救援路径，延误了 事故的救援时间，以致救援效率不高。另外，由于救援力量的分散和救援经费的缺乏， 我国道路交通事故紧急救援装备不及、数量上不足，而且技术上也较为落后。 因此，如何充分结合g i s 技术、g p s 技术与现代通信技术，使道路交通事故救援实 现快速、准确是当前所解决的问题。 1 3 技术路线 本文所采取的技术路线如图1 - 1 所示。 两南交通大学硕士学位论文第6 页 1 4 论文的主要内容 图1 - 1 技术路线图 针对道路交通事故救援路线选择的诸多问题，本文在前人研究的基础上提出了基 于g i s 的道路事故救援路线选择，着重研究如何依照事故的分级，选择离事故现场最 近的相关救援部门，选择最优路径抵达事故现场。 具体内容安排如下： 第一章绪论，介绍了本课题的研究背景、国内与发达国家的应急救援的差距和本 文所采取的技术路线。 第二章城市道路交通事故的检测与分析，阐述了道路交通事故的检测，对交通事 故的分级以及针对不同分级的事故所采取的救援措施。 第三章城市道路交通事故救援路线动态选择算法，利用现有的监控系统检测行驶 西南交通大学硕士学位论文第7 页 车辆的数据来判断当前交通状况。在道路畅通程度的加权系数改变道路的距离基础上， 将基于最短距离到达的搜索转为基于最短时间到达的搜索。 第四章城市道路交通事故救援路线选择的构建与实现，讲述了该系统的基本功能 实现，道路交通事故救援最优路线的实现及其在电子地图中的显示。 第五章城市道路交通事故救援路线选择系统的仿真实例，以公交车自燃事故为例， 分析了事故的分级、救援，验证该系统的可行性和实用性。 西南交通大学硕士学位论文第8 页 第2 章城市道路交通事故的检测与分析 2 1 道路交通事故检测算法的相关概念 根据相应的交通特征参数，交通流状况能够比较准确的描述出交通事故。由于某 些特征参数在交通事故状况下会产生突变，因此这些参数常被用做事故检测算法的变 量。这些变量，通常指的是交通流量、速度、交通流密度n 0 | 。 交通流量是指单位时间内，通过道路( 或道路上某条车道) 指定地点或断面的 车辆数。采用的自动检测方法一般是利用传感器来计测，依靠埋入路面面层内的一个 或一组环形线圈，车辆通过时导致该环形线圈的电感变化从而检测所通过的车辆数。 速度是指车辆在单位时间内通过的距离，通常用运行距离与运行时间的比值来表 示，即v = l t ，式中，v 指速度，l 运行距离，t 指运行时间。 交通流密度是指在某一瞬间，单位长度道路上存在的车辆数，表示交通量的疏密 程度。其表达式k 州l ，k 指某瞬间的交通流密度，n 指车辆数，l 指观测路段长度。 交通流密度是瞬间值，它随观测的时刻和观测的路段长度而变化，通常用观测的总计 时间内的平均值表示。 三个特征不是孤立的，它们之间的关系是，交通流量为速度和交通流密度的乘积。 当道路上车辆很少时，驾驶员可以选择较高的速度，这时速度较大，但因交通流密度 小，所以交通流量也比较小。随着路上的车辆增多，交通流密度增大，车辆的行驶速 度虽受到前后车辆的约束而有所下降，速度降低，但交通流量还是增加，直到某一种 条件下，流速和密度的乘积达到最大值，即交通流量为最大时为止。这时的速度称为 最佳速度，交通流密度称为最佳密度。如果道路上车辆继续增加，交通流密度继续增 大，速度继续下降，尽管交通流密度较大，由于速度较小，所以交通量反而下降，直 到交通流密度为最大值，造成道路阻塞，车辆无法行驶，速度等于零，交通流量也等 于零为止。用图2 1 可以明确表示出三者之间的关系n 引。 两南交通大学硕士学位论文 第9 页 i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i 宣i i i i i i i i i 宣ii i i i i i i 密度 2 2 道路交通事故的检测 图2 - i 交通流特征参数关系 流量 道路交通事故检测有两种检测方法，即人工检测和自动检测。人工检测通过司乘 人员的电话报警、警察巡逻、交通报道服务等方式获取道路交通事故信息。自动检测， 不需要人的参与，对交通的变化具有自动辨识能力，能快速准确发现事故并进行事故 报警。 2 2 1 道路交通事故下交通特征参数的变化 在理想交通状态下，发生道路交通交通事故时，交通特征参数会有比较明显的“突 变”，可以从四个区域( 图2 2 ) 来分析交通特征参数j 2 1 3 j 引。 两南交通大学硕士学位论文第1 0 页 _ i i l i t i i i mi mmm m i i i i i i i i i i i i i i i i 速度 密度 流量 口口口口口口口口口f - - - - i 口 一 行车方向事故位置 a bcd 、 、 z 图2 - 2 发生交通事故时交通特征参数的变化区域 区域a ：事故上游远端，交通特征参数无明显的变化。 区域b ：事故上游近端，车辆排队产生，交通流密度增大，速度降低。 区域c ：事故下游近端，由于事故断面瓶颈对流量的限制，此时该区域的交通量等 于瓶颈处的通行能力，交通流密度低于正常水平，速度高于正常值。 区域d ：事故下游远端，交通不再受事故的影响。与区域a 近似，交通在正常的密 度和速度下运行。 由此可知，发生交通事故时，事故路段的交通流量、速度、交通流密度是有规律 变化的，可以利用这个规律来实现对道路交通事故的检测。 2 2 。2 道路交通事故检测方法 近年来，国内外很多人在快速道路事故检测方面做了大量的工作，其基本方法大致 有下面几种：n k 1 2 j 3 j 4 1 1 模式识别法，在现有的事故自动检测方法中，基于模式识别的方法是最为常见 的一种方法。该方法的算法主要是通过预埋于路面下的感应线圈采集的交通特性参数 作为输入数据，通过分析辨识这些实时数据来判别当前的交通状况，并且与正常情况 下的交通状况对比是否有异常，来判断是否发生交通事故。对当前交通状况判断是否 异常时，首先预设好相关算法参数的阀值。由于在不同交通背景下，交通事故所引起 的交通异常变化也具有不同的特征，因此在模式识别算法的应用过程中，针对不同的 情况，对相关算法参数阀值进行修改。其代表算法主要是基本加州算法。 西南交通大学硕士学位论文第1 1 页 加州算法也称为双截面算法，它基于交通事故发生地点上游断面车辆占有率增加、 下游断面车辆占有率减少情形，对上游断面和下游断面的车辆占有率进行三次连续的 测试来事故的是否发生。基本加州算法采用1 分钟车辆占有率作为事故检测数据。上 游断面车辆占有率为o c c i ，下游断面车辆占有率为o c c i + l 。如果o c c i o c c i + l 超过 阀值t l 进入下一步检测，否则，继续检测，通过第三步的结论得出结果，如图2 3 所 示。 图2 3 模式识别加州算法流程图 2 统计预测法，是基于数学统计的事故自动检测方法，基本原理是采集到实时数 据与预测数据对比是否发生异常。其方法是首先根据历史数据对未来交通状况做一个 短期预测，然后将实时采集到的数据与预测值进行比较，如果两者之间存在较大的变 化，则认为道路上有事故发生。基于数学统计的自动事故检测算法，主要有双指数平 西南交通大学硕士学位论文第1 2 页 滑法等。 双指数平滑算法，最早在1 9 7 4 年开发。采用了交通控制参数的预测模型。在算法 对数据的平滑处理过程中，对近期的历史数据采用较大的权重，而对远期的历史数据 采用的权重较小，以减少天气等因素异常变化对算法误报率的影响。算法通常采用占 有率和速度作为控制变量。双指数平滑算法的优点在于：算法结构简单，且不需要标定。 3 突变理论法，是基于交通事故发生时某一个交通参数突然发生了不连续变化，。 但同时其他参数却保持比较平滑的连续变化。可以解释事故导致的突然停车排队并引 起速度的巨大变化，当事故发生时，交通状态由畅通向拥挤变化的过程中，交通量的 减少和交通流密度的增加仍然保持连续，但速度的下降具有显著的突变特征。基于突 变理论的自动事故检测算法，主要有m c m a s t e r 算法。 m c m a s t e r 算法，是通过辨识单断面交通状态的变化和速度的突变，来发现事故。 交通状态的变化，主要依靠流率一占有率关系来描述。通过两条分界曲线，将图2 4 所示的占有率一流率关系图划分为3 个交通状态区域，区域l 表示畅通，区域2 和3 表示拥挤。速度的突变，主要依靠占有率速度关系图来体现，如图2 5 所示。若断 面交通状态由区域1 变至区域2 ( 或3 ) ，同时速度发生突变，且持续一段时间，则判断 该断面下游有事故发生。 3 5 姜3 0 莓2 5 竹 划2 0 蚓 荽1 5 蔷1 0 _ 静0 5 煺0 荔 d ， 影：! 陇 。 02 04 06 0 占有率( ) 图2 4 流率一占有率 8 0 两南交通大学硕十学位论文第1 3 页 _ 、 竹 墨 - = 、 * 忙 型 制 占有率( ) 图2 5 速度一占有率 上述三种方法在快速车道，或者高速公路存在于稳定流的状态下比较实用，对复 杂的城市道路交通中使用，误报率相对较高，不符合实际。但是完全可以利用城市现 有道路资源一视频监测，结合上述方法使用。 视频图像处理的技术己在高速公路事故检测中得到应用。视频技术受天气影响特 别大，并且数据量处理也比较大。但是，在城市道路交通事故检测中，可以结合传统 事故检测方法使用，传统的事故检测方法检测到交通事故发生时，发生事故报警并且 监控中心自动切换图像到事故现场，人工辅助观测验证是否发生事故，并且可以观察 事故的发生情况，对其分析事故的分级及救援方案制定。 2 3 道路交通事故的分级及救援需求分析 众所周知，在道路交通事故检测确定后，必须对事故进行分析，然后再给出救援 方案。但由于我国应急救援行动采用按事故分级响应的形式启动，所以在检测到发生 交通事故后，并在应急救援启动前对道路交通事故进行合理的分级。 2 3 1 现有交通事故分级 目前，我国是依据交通事故的严重程度、设计范围等因素来划分，分为：特重大 道路交通事故( i 级) 、重大道路交通事故( i i 级) 、较大道路交通事故( i i i 级) 和 一般道路交通事故( i v 级) 四级。具体条件如下：n 5 3 特重大道路交通事故( i 级) 两南交通大学硕士学位论文 第1 4 页 有下列情况之一的，为特重大道路交通事故： ( 1 ) 已经或可能造成3 0 人以上死亡，或1 0 0 人以上重伤的； ( 2 ) 运载危险品车辆发生道路交通事故，已经或可能造成特别重大危害和损失的； ( 3 ) 因道路交通事故而引发不稳定事故，已经或可能造成特别重大危害和损失的； ( 4 ) 其他特别严重的道路交通事故。 重大道路交通事故( i i 级) 有下列情况之一的，为重大道路交通事故： ( 1 ) 已经或可能造成1 0 人以上、3 0 人以下死亡，或5 0 人以上、1 0 0 人以下重伤的； ( 2 ) 运载危险品车辆发生道路交通事故，已经或可能造成重大危害和损失的； ( 3 ) 因道路交通事故而引发不稳定事故，已经或可能造成重大危害和损失的； ( 4 ) 其他严重的道路交通事故。 较大道路交通事故( i i i 级) 有下列情况之一的，为较大道路交通事故： ( 1 ) 已经或可能造成3 人以上、1 0 人以下死亡，或1 0 人以上、5 0 人以下重伤的； ( 2 ) 运载危险品车辆发生道路交通事故，已经或可能造成较大危害和损失的； ( 3 ) 因道路交通事故而引发不稳定事故，已经或可能造成较大危害和损失的； ( 4 ) 其他较严重的道路交通事故。 一般道路交通事故( i v 级) 有下列情况之一的，为一般道路交通事故： ( 1 ) 已经或可能造成3 人以下死亡，或1 3 人以上、1 0 人以下重伤的： ( 2 ) 运载危险品车辆发生道路交通事故，已经或可能造成一定危害和损失的； ( 3 ) 因道路交通事故而引发不稳定事故，已经或可能造成一定危害和损失的； ( 4 ) 其他较一般的道路交通事故。 依据人身伤亡的程度或财产损失的额度，交通事故分为：轻微事故、一般事故、 重大事故和特大事故n5 | 。见表2 - 1 ： 两南交通大学硕士学位论文第1 5 页 表2 - 1 交通事故的分类 造成人员损伤造成人员死亡造成财产损失 轻微事故轻伤1 至2 人无损失机动车事故 不足1 0 0 0 元，非 机动车事故不足 2 0 0 元的事故 一般事故重伤l 至2 人，无财产损失不足3 万 或者轻伤3 人以上元的事故 重大事故死亡1 至2 人，无财产损失3 万元以 或者重伤3 人以上上不6 万元的事故 1 0 人以下 特大事故 死亡3 人以上，死亡1 人，同时重财产损失6 万元以 或者重伤1 1 人以伤8 人以上，或者上的事故。 上 死亡2 人以上，同 时重伤5 人以上 2 3 2 不同分级交通事故救援需求分析 任何一起交通事故根据其发生情况不同，都会产生不同的救援需求，所需救援物 资也将不同。社会救援资源包括部门有：交通警察部门、医院救护部门、消防部门、 环卫部门、特种物品( 化学物品等) 处置部门等。如对发生人员伤亡的事故，应产生 医疗救护的需要；对于发生车辆严重损坏或车载货物散落的事故，应派遣清障车到现 场参加救援；对于危险化学品运输车发生的事故，应通知特种物品处置部门，采取特 殊的处理方法。 表2 2 发生事故后救援措施 事故等级事故情况所需救援部门 车辆轻微损坏、无法自行离 无需人员救护，交警部门直接按情况 四级 开或车载货物散落处理 西南交通大学硕士学位论文 第1 6 页 重伤1 至2 人，可能造成死 需要医护急救部门和交警部门救援 三级亡，车辆损坏严重或车载货 物散落 重伤3 人以上1 0 人以下，需要医护急救部门、交警部门、消防 可能造成1 2 人死亡，车辆部门救援 二级 损坏严重、车辆白燃或车载 货物散落 重伤1 1 人以上，或者死亡1需要医护急救部门、交警部门、消防 人，同时重伤8 人以上，或部门和特殊物品处理部门救援 一级者死亡2 人，同时重伤5 人 以上，或同时发生车辆自 燃、或危险物品泄漏 发生交通事故后，不仅要对事故按严重程度进行分级响应，还需要对已发生的事 故救援需求进行分析，以便及时提供必要的救援物资，采取正确的救援措施。上表给 出的针对不同的事故等级和事故情况建议参考的应急救援措施。见表2 - 2 。 2 4 本章小结 本章首先对道路交通事故检测算法的相关概念进行了介绍，分析了道路交通事故 的检测即人工检测和自动检测的基本特征，并分析了在道路交通事故下交通特征参数 的变化。其次，对道路稳定流量情况下的道路交通事故的检测方法做出了相应介绍， 在此基础上提出了在城市复杂交通流量状态下，利用传统检测交通事故的方法与视频 监控验证相结合的方法。再次，通过对现有交通事故分级制度的简要分析，发现现有 分级制度尚有漏洞、有待商榷，从而提出当检测到发生交通事故后，在应急救援启动 前，需要对道路交通事故进行的重新合理分级，并依据不同的分级而提出相应的建议 参考救援措施。 西南交通大学硕士学位论文第1 7 页 第3 章城市道路交通事故救援路线动态选择算法 目前车辆导航技术发展比较完善，利用g i s 技术、g p s 技术和g p r s 技术实现对 出租车的监控，将行驶中的出租车作为样本对其检测，来实现对城市道路交通状况的 预测和判断。在发生交通事故时，要求以最快的时间到达救援目的地，而不一定是最 短路径，因此，在本文中所提到的最优路径都是指最短的时间到达目的地的路径。本 章利用现有g i s g p s g p r s 技术，实现对当前路况的交通状态的监测，并且通过改进 原有最短路径经典搜索算法，实现救援时间最短的最优路线搜索算法。 3 1 基于g ls g p s g p r s 技术的道路交通拥堵状态判别 g i s 、g p s 、g r p s 是三个独立领域的技术，本身并没有联系。g i s 能够对地理数 据进行管理和模拟显示，而与车辆相关的地理信息只是其中的一部分；g p s 是一种三 维定位系统，可以准确的定位车辆的位置；g p r s 是一种无线通信技术，能够实现数据 的快速传输。由于三者不同的特性与优势，使得它们能在车辆定位与监控应用中完美 的结合在一起。 3 1 1gis 、g p s 、g p r s 基本概述 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一种特定的空间信息系统。 它是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层( 包括大气层) 空间中的 地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信 息系统操作对象是空间数据和属性数据，即点、线、面、体这类三维要素的地理实体。 空间数据的最根本特点是每一个数据都按统的地理坐标( 大多数是经纬度) 进行编 码，实现对其定位、定性和定量的描述。地理信息系统由若干个相互关联的子系统构 成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、 数据产品输出子系统等。 全球卫星定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 是美国从本世纪7 0 年代 开始研制，历时2 0 余年，耗资近2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有海陆空全方 两南交通大学硕士学位论文第1 8 页 位实时三维导航与定位能力的系统。主要功能是结合卫星及通讯技术，利用导航卫星进 行测时和测距。全球卫星定位系统具有全天候、全球覆盖、高精度、自动化、高效率 等特点，因此广泛应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地 壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等领域陋引。 通用分组无线服务技术( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) 是一种基于g s m 系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线i p 连接；可以说g p r s 是g s m 的延续。g p r s 是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式来传送数据。g p r s 和以往连续在频道传输的方式不同，它是以封包( p a c k e t ) 的形式来传输的，因此使 用者所负担的费用是以其传输数据单位计算，而不是占用其整个频道。g p r s 经常被描 述成“2 5 g ”，也就是说这项技术位于第二代( 2 g ) 和第三代( 3 g ) 移动通讯技术之 间乜7 1 。它通过利用g s m 网络中未使用的t d m a 信道，提供中速的数据传递。g p r s 突破了 g s m 网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统 进行部分改造来实现分组交换，而且因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器， 所以连接及传输都会更方便容易。g p r s 分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中， 数据被分成一定长度的包( 分组) ，每个包的前面有一个分组头( 目的地地址) 。数 据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。而是在每一个数据包到达时，根据数 据包头中的信息( 目的地地址) ，临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。 在这种传送方式中，数据的发送和接收方与信道之间没有固定的占用关系，信道资源 ( 可以看伶是由所有的用户共享使用。由于g p s 数据在绝大多数情况下都表现出一种突 l 发性的业务特点，并不是实时连接，因此对信道带宽的需求比较大，采用分组方式进 行数据传送将能够更好地利用信道资源口7 3 。 3 1 2 基于gls g p s g p r s 的车辆监控系统组成和原理 1 系统组成 整个系统的硬件构成来看，该系统是由g p s 卫星、车载终端( 包括车载g p s 模块、 车载g p r s 模块和主控器m c u 模块( 图3 - i ) ) 、通信网络( g p r