重大交通突发事件中的态势评估研究

1、重大交通突发事件中的态势评估研究侯琳杨帆张佐,等67重大交通突发事件中的态势评估研究侯琳1杨帆1,2张佐1,2张毅1,2(清华大学1北京100084)(清华信息科学与技术国家实验室(筹)2北京100084)3摘要态势评估是交通应急管理的基础。针对重大交通突发事件中的态势评估,提出了分析预测流程,并对态势要素及各阶段功能进行阐述。结合国内外已有的态势评估研究成果,举例说明人工智能方法在突发事件态势评估领域的应用。关键词突发事件管理;态势评估;神经网络;贝叶斯网络;模糊逻辑中图分类号:U491文献标志码:ADOI:10.3963/.4221781.U.2009.S1.017交通突发事件,是指任何偶

2、发性的能引起车道通行能力减少或需求增加的非正常事件,包括交通领域自身事件,通事故、道路养护,日常的管理手段已不能满足要求,因此需要提高交通应急处理能力,快速、准确地进行响应。事件发生后采取及时有效的紧急救援措施,对于降低事故造成的直接损失、预防二次事件、降低事件引起的延误能起到很大作用2。一般突发事件的处理过程为:事件检测及确认、相关信息获取、事件评估、生成处理预案、事件管理与诱导、信息发布、事后现场清理。事件处理过程中和处理后,还需要对处理效果进行评价,用以调整预案的参数,改进预案设置,这也就形成了一个反馈系统。因此,重大交通突发事件应急处理的关键步骤如图1所示。态势评估最早应用于军事领域,

3、是建立关于作战活动、事件、时间、位置和兵力要素组织形式的一张多重视图。它将所观测的战斗力量分布与活动和战场环境有机地联系起来,识别已发生的事件和计划,得到敌方兵力结构、部署、行动方向与路线的估计,指出敌军的行为模式,推断出敌军的意图,做出对当前战场情景的合理解释,并对临近时刻的态势变化进行预测。由于重大交通突发事件具有信息可采集性、事态发展可预测性、处理决策快速性等特点,所以可将态势评估的概念引入智能交通领域,对重大交通突发事件影响和城市干线路网运行情况进行评估。态势评估的三级功能模型已得到许多研究者的共识,包括:态势觉察、态势理解和态势预测3,如图2所示。图1重大突发事件的处理流程整个过程都

4、是由预案驱动的,但是调用什么种类、什么级别的预案,需要通过对事件的评估来完成。在已经确认突发事件的情况下,如何广泛接收突发事件现场的相关信息,并对这些信息进行全自动的处理,从而对突发事件现场的态势进行理解评估,是态势评估的主要研究内容,也是确收稿日期:2008210220修回日期:2008212219图2态势评估三级功能模型态势评估工作流程设计态势评估对结果的求解需要根据历史数据及不断到来的更新数据逐步求得最优结果,同时需3国家自然科学重点基金项目(批准号:60834001)、国家自然科学基金项目(批准号:60774034)、国家十一五支撑计划项目(批准号:2007BAK12B15)资助作者简

5、介:侯琳(1985),博士生.研究方向:智能交通应急指挥中的态势评估与预测.E2mail:houl0368交通信息与安全2009年增刊1第27卷总149期要根据用户的需求,建立不同视图的态势描述。考虑到交通突发事件特点以及交通应急管理需求,我们将态势评估分为态势要素提取、态势分析、态势预测、威胁等级确定4个阶段。2.1态势要素提取交通突发事件是多个因素共同作用的结果,因此在进行态势评估之前,需要获知以下几方面态势要素:1)基本信息。包括事件发生的时间,地点,道路类型,天气状况,交通流信息等。)事件信息。包括道路基本设施损坏情况,人员伤亡情况,危险物质泄露情况,滞留车辆和人员情况等。3)资源信息

6、。包括救援资源信息(如警力、医疗、消防、施工数量及分布)(医院、)息(如信号灯、)。获取这些态势要素不仅要求与交通检测系统、交通管理系统、地理信息系统的实时交互,也需要与其他政府管理部门的密切配合,另外,人机交互也是获取信息的重要手段之一。2.2态势分析态势分析是对突发事件当前影响的评价,通过综合以上所获取的各类因素,分析和确定各要素之间的深层联系,最终得到交通、救援、经济、社会等态势的直观量化估计。态势分析包括对以下几个方面的评估:1)路网通行能力评估。根据天气、道路类型以及基础设施损坏情况等,对交通事件发生后的路网通行能力给予评价,作为预案生成与调度的重要依据。2)交通拥堵程度评估。根据道

7、路滞留车辆及行人的数量等情况,对道路交通拥堵程度给予评价,从而确定事件对交通流的影响。3)救援处理难度评估。根据救援资源的相关信息如数量、距离等,以及天气、周边道路等情况评价救援处理难度。4)疏散处理难度评估。根据疏散点的相关信息如数量、距离等,以及天气、周边道路等情况评价救援处理难度。2.3态势预测能够根据当前事件信息,对事件影响进行快速有效的预测。1)事件影响持续时间预测。预测事件所造成的影响能够持续多长时间,是判断事件威胁程度的一个重要环节。2)事件引起交通延误预测。预测事件对交通的后续影响,为之后的交通控制、诱导等方案提供决策支持。3)人员安全潜在威胁预测。预测事件对人员安全的后续影响

8、,为之后救援力量和人员疏散工作的部署提供决策支持。4)。城市突发事件成产形象和声誉等425.威胁等级确定对事件影响进行分类评估和预测之后,最后一步是对事件总威胁程度加以评价。根据前面的分析结果,综合考虑突发事件对交通、生命财产安全、经济、社会等影响,做出关于事件威胁程度的综合定量估计。交通突发事件态势评估的流程图及各环节关系如图3所示。,可用于调用。态势评估实现技术态势评估技术是信息融合中最活跃的研究领域之一,自20世纪70年代中后期至今,许多国家对态势评估从理论体系和系统实现方法等方面进行了研究和开发,取得了很大的进展。世界各国均有大量研究成果应用于试验系统,并在军事上取得了显著效益,美国的

9、ASAS(全源分析系统),TCAC(美国陆军分析系统),BETA(战场开发与目标获取)等都是其中的典型代表627。军事领域实现态势估计系统的方法很多,主要的实现技术有:基于知识的系统,模板技术,品质因数方法,计划识别方法,贝叶斯网络,模糊逻辑技术,基于规则的推理等829。人工智能和机器学习方法在交通应急指挥态势评估问题中有非常广泛的应用,根据先验知识训练学习得到所需要的功能,具有自适应与自组织特性,具有代表性的是神经网络和贝叶斯网络。人工神经网络可以模拟人逻辑性思维,它有很多突发事件是一个不断变化的发展过程,具有很大的随机性和不确定性,事件所造成的影响也是不断扩展和传递的。因此,态势评估系统必

10、须重大交通突发事件中的态势评估研究侯琳杨帆张佐,等69图3态势评估工作流程及各环节关系图优点,使其可以适用于态势评估:神经网络可以处理例外及不正常的输入数据,件,据缺失或错误;系统机理。图解描述,提供了一种将知识直觉地图解可视化的方法。有以下优点:它建立在概率理论之上,具有坚实的理论基础;对条件独立性的利用,极大地筒化了概率计算;图形结构中表现出来的因果关系,符合人们的思维习惯,容易理解;将由因到果和由果索因及混合推理等有机地结合在一起,可以同时进行,符合智能化推理的种种要求。而对于交通突发事件来说,态势评估的输入兼具连续和离散变量,需对输入和输出结果进行分级,模糊逻辑可以模仿人脑的不确定性概

11、念判断、推理思维方式,在此领域也有其用武之地。在实际的态势评估问题中,现有研究综合利用训练学习机制和模糊推理概念,发展了自适应神经模糊推理系统等102119参考文献1FHWA.TrafficincidentmanagementhandbookR.NewYork:FederalHighwayAdministration,OfficeofTravelManagement,U.S.DepartmentofTransportation,EDL#13286,20002LatoskiS,DunnW,WagenblastB,etal.Manag2ingtravelforplannedspecialevent

12、sR.NewYork:FederalHighwayAdministration,U.S.De2partmentofTransportation,FHWA2OP2042010,20033宋元,章新华.战场态势估计的理论体系研究J.情报指挥控制系统与仿真技术,2004,26(1):432484范红,冯登国,吴亚非.信息安全风险评估方法与应用M.北京:清华大学出版社,20065魏玖长.危机事件社会影响的分析与评估研究D.合肥:中国科学技术大学,20066KirillovVP.Constructivestochastictemporalrea2soninginsituationassessmentJ.

13、IEEETransac2tionsonSystemsManandCybernetics,1994,24(8):1099211137DasS,LawlessD.Trustworthysituationassess2mentviabeliefnetworksJ.ProceedingsoftheFifthInternationalConferenceonInformationFu2sion,2002(1):54325498AzarewiczJ,FalaG,HeithecherC.Template2basedmulti2Agentplanrecognitionfortacticalsitu2ation

14、assessmentC/Proceedingsof5thConfer2enceonArtificialIntelligenceApplications,Miami,1989:2472254、基于模糊的贝叶斯网络,将其用于军事领域的态势评估问题,也取得了不错的效果。但是就目前来看,还少有态势评估在交通突发事件应急处理方法的研究成果和系统应用。由于态势评估需要综合考虑诸多专家知识及影响要素,具有多方面的不确定性,所以总体而言研究难度较大,仍是当前信息融合的薄弱环节。结束语随着新理论的不断出现,国内外学者对态势评估的理解势必不断深入和细化,态势评估在智(下转第73页)高速公路应急决策系统支持技术研究

15、耿殷杨柳王超深73结束语高速公路上发生的突发事件是引起高速公路拥挤、周边路网和关联平面道路交通流紊乱的主要原因,突发事件往往会带来巨大的经济损失,并且导致交通延误及空气污染等问题,给现代交通管理系统带来了严峻的挑战。应急交通指挥决策支持技术作为高速公路紧急救援系统的重要组成部分,通过对智能决策支持系统的研究以及事件决策过程的合理组织以期使决策快速、准确,从而保证高速公路的安全有序运行。参考文献1卢辉忠,陈新华,邓明君.低能见度条件下高速公路应急指挥系统的建立及功能J.公路交通技术,2007,12(6):11121132刘清,陶存新,张存保.高速公路应急管理系统总体设计J.华中科技大学学报:城市

16、科学版,2007,24(3):212253刘娜,胡刚.试论我国道路交通危机管理体系的构建J.中国安全科学学报,2005,15(12):522564房建昌.道路交通事故现场勘查与分析再现及责任认定全书M.长春,吉林摄影出版社,2002SupportTechnologyofChaoshen(anUniversity,Xian710064,China)Abstract:Aimedattheproblemthatfreewayoperationaldepartmentcannotdealwiththeemergencytrafficacci2dentappropriately,theclassesof

17、trafficincidentswereproposed.Thecharacteristics,maincontentsandsupporttechnol2ogyoffreewayemergencydecisionsystemweresetforth,includingdatawarehousedesign,modelwarehousedesign,knowledgewarehousedesign,andon2lineanalysisprocessing.Basedonthesetechnologiesandthefreewayoperationalsystem,thefreewayemerg

18、encydecisionprocesswasputforward.Keywords:trafficengineer;freeway;trafficaccident;emergencydecisionsystem(上接第69页)9CartingRL.Navalsituationassessmentusingare2al2timeknowledge2basedsystemJ.NavalEngi2neering,1999,111(3):173218710雷英杰.基于直觉模糊推理的态势与威胁评估研究D.西安:西安电子科技大学,200511王发智.基于贝叶斯网络的交通突发事件态势评估技术D.大连:大连理工大学,2006SituationAssessmentf