智能交通系统概论 课件 第8章 交通安全应急管理系统

智能交通系统概论第8章交通安全应急管理系统1.引言2.研究现状3.基本概念4.技术与系统组成5.案例介绍6.挑战与展望第1节引言

道路交通紧急事件是是指在特殊条件下使得道路交通系统无法正常运转或道路运行能力下降的事件，这些特殊条件是随机发生的，环境条件如雨、雾、雪或自然灾害等，道路条件如塌陷、滑坡等，交通条件如车祸、碰撞等。道路交通紧急事件的频繁发生造成了社会秩序的混乱，影响城市经济和社会的发展，探索如何从道路交通网络自身的疏导能力，快速检测突发事件发生的时间及地点以及准确地定位突发事件的影响程度从而启动相应的应急预案从容地应对突发紧急事件成为目前道路交通管理面临的一个重要挑战。第2节研究现状——事件检测20世纪60年代开始，对于事件的检测研究才走进人们的视线，慢慢成熟起来，国内外许多专家学者对检测算法进行了系统性的研究和分析，形成了各种各样的技术和方法。统计预测、小波分析理论、模式识别、交通流模型、人工智能、卷积神经网络、深度学习等都是被经常采用的算法，每一种算法也都有各自的分支，分别对应于不同的领域。

对于城市道路而言，随着城市的快速发展，城市几乎被监控摄像头全覆盖，因此对于城市路网而言，如何高效利用摄像头进行异常事件的检测尤为重要。针对以视频图像为基础的异常事件自动检测，国内外学者都对此进行了大量的研究。第2节研究现状——国外应急体系

在美国，交通事件管理系统已经被广泛使用。上世纪60年代早期，Detroit的交通工程师针对各种类型的交通事件发生的频率进行了调查并出版相应的报告；到70年代中期，加州交通局广泛报道了洛杉矶地区的高速公路应急管理最新进展；目前，美国的ITS技术取得了一定的进展，尤其是在交通流监控和通信以及出行者信息发布媒介等事件管理的技术方面，进一步为自动化、智能化的交通事件管理系统打下了良好的基础。在国外，对于紧急事件下的交通管理和交通控制的研究集中在策略选择决策支持系统设计。

第2节研究现状——国内应急体系

国内从基础理论的层面，不仅对道路交通突发事件影响进行研究，同时对具体控制的技术、策略、组织方案以及软件开发等内容也做了诸多研究。但国内对应急系统的研究落后于国外，因此，我们需要积极借鉴国外相关系统的成功建设经验，建设能够在我国发挥作用的、持续、稳定高效的事件应急管理系统。虽说我国现在已建成的相关系统可能比较国外来说仍然不完善，但是在积极探索构建此系统的过程中，我国也在一些重要的方面上取得了突破，并且有的也在实际应用中得到了验证，为以后系统的更新和完善奠定了一定的理论基础。第3节基本概念——紧急事件紧急事件又称突发事件，是指在实际生活中突然发生，且不以人的意志为转移，一般会对社会的正常运转产生影响或者危害，能够对道路交通产生影响，并且具有一定危险性的事件，具有处理时间有限，事件信息不能完全了解，要求处理的主体要行动迅速等特点。以突发事件本身的性质、特征为基础，结合实际情况，并依照相关法律法规，将事件进行不同分类，利于事件处理过程的管理、发现存在其中的根本问题，使得应急管理工作可以高效率的进行。具体分类如下图所示。第3节基本概念——应急管理系统交通安全应急管理系统是一个以人为主导，以科学的管理理论为指导，在科学的管理制度的基础上，利用计算机硬件、软件、网络通信设备对公路的运行状况进行全天候的监视控制，对突发事件进行快速的检测和判断，并迅速采取恰当的事件响应措施，以避免交通事故或二次事故的发生并保证事故发生后的及时救护与事故排除为目的，支持司乘人员、通行车辆、基层作业的集成化的人机联合系统。交通安全应急管理的总目标是在交通事件发生前采取预防措施，降低交通事件发生率和避免异常交通事件的发生；在发生交通事件时及时发现并采取合适的应急教援措施，使人员伤亡和财产损失最小，并尽量降低事件导致的交通延误等影响，在最短时间内使道路恢复到正常交通状态。第3节基本概念——紧急事件的影响

1.影响路网平均速度第3节基本概念——紧急事件的影响

2.影响道路通行能力第4节技术与系统组成——系统组成交通安全预警子系统的主要功能包括对即时存在的交通状况和现实环境进行数据挖掘和信息采集、统计和分析，找出交通事故的分布特征及其形成的原因和影响因素，譬如恶劣气候时的交通安全管制，交通事故多发地段的风险因素等。预警系统要即时监测到这些风险因素，向交通安全管理部门发出预警，并及时采取预警方案，最大可能的防止事故发生。交通安全预警子系统有3个功能模块：交通信息处理及预估模块、事故多发路段分析及预警模块、异常天气分析及预警模块。1.交通事件预警管理子系统第4节技术与系统组成——系统组成交通事件应急子系统是通过交通实时信息的采集来获得交通事件的数据，通过这些信息来决定事故的应急救援方案，并协调相关部门实施应急救援方案，同时对救援的全过程监测和指挥协调，从而实现交通应急管理的科学规范化和即时高效化。交通事件应急子系统包括6个模块，其功能分别为交通状况信息采集、交通事故判别和确认、应急方案决策、应急方案实施、应急管理后的评估和信息归档。2.交通事件应急管理子系统第4节技术与系统组成——技术应用交通事件检测可分为非自动检测和自动检测，非自动检测主要包括人工主动报警，巡逻和监控系统等等，而自动检测不是针对事件本身，而是针对事件发生时所引起的道路交通流参数的变化。交通事件主要反应在交通量、交通密度、速度、占有率等交通流参数上

。交通事件检测技术自诞生以来经历了从最原始的依靠人工巡逻的方式到现在的全自动检测，相关的技术也可分为非自动检测与自动检测，其分类如右图所示。1.事件检测——技术分类第4节技术与系统组成——技术应用目前应用的交通事件自动检测算法，大部分为间接检测算法，因此本文也只针对间接检测算法进行分析，算法具体分类如右图所示：1.事件检测——检测算法第4节技术与系统组成——技术应用2.紧急事件危害度计算与分级——指标体系当路网上有一处交通事件发生时，有许多因素会影响到对此事件的定级。按照事件发生后的时间顺序，需要快速确认事件基本情况以及延伸情况，以获得事件发生基本框架。依据基本框架，决定需要采取的救援措施。关于路网事件影响的评价共提取出13个指标。为了更好地对各个指标进行后续的指标权重的计算，按照类似聚类分析的思想，形成了如右图所示的路网事件影响三层评价指标体系。第4节技术与系统组成——技术应用2.紧急事件危害度计算与分级——分级通过对紧急事件下的各项指标进行测定，划定事件危害可以分为五个等级：分级标准ⅤⅣⅢⅡⅠ等级描述轻微一般较大重大重特大评价分值[0,1)[1,2)[2,3)[3,4)[4,5)第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通诱导

交通诱导的主要策略即为诱导交通流在路网上进行合理分流，从而实现路网内交通流均匀分布。对交通流进行诱导会直接影响交通参与者对行驶路线的选择行为，交通参与者的路线选择行为又会造成路网交通流重新进行分配。只有对路网交通流进行恰当的引导和控制，才能实现路网交通流的均衡分布，进而提高路网的运营效率。交通诱导策略在制定时，必须考虑以下几点：①面对不同管理目标下，分析和预测在可诱导分流的路线上合理的分流量，并灵活应用各种交通诱导场外设施将所预测出的交通分流量及时发布给道路使用者；②在了解事发道路交通状况及交通事故的严重程度等因素的基础上，预测需要进行交通诱导路段的一些交通拥挤指标，如事故持续时间和排队长度等指标；③更好地管控交通诱导分流量，防止发生交通积聚和拥挤转移现象。第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通诱导

在我国城市交通运输管理中，交通诱导应用广泛，综合考虑各种交通控制策略的应用条件及目前高速公路事故管理水平，可总结出一些可在事故影响区所应用的具体的紧急交通组织策略，具体如下表所示：保护区控制区缓冲区过渡区管制现场警戒车距控制利用对向车道通行交通诱导速度控制（特殊点段限速、分级限速）绕行封闭车道交通诱导匝道控制主线调节控制利用对向车道通行速度控制（分级限速、可变限速）第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通控制—速度控制

不良的天气条件，如雨、雪、雾等都会严重影响道路行车安全，因此，在不良天气条件下对行驶车辆限速就有很大的必要性，国内许多道路在不良天气条件下也有严格的限速值规定。实际应用中，比较常见的速度控制策略有以下几种：1）全线限速在同一条道路上实施统一的确定的限速值。2）特殊点段局部限速

采用底限、极限技术指标的路段多采用该限速方法。3）分时段限速

对每个路段采取不同的限速值。4）可变限速控制

在高速公路上设置一些可变限速的交通标志来限制车速。第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通控制—主线控制主线控制方式包括可变限速控制、车道关闭、主线调节、利用对向车道通行等。1）可变限速控制

明确与道路允许最大交通量想匹配的最佳占有率和最佳速度，从而实现归高速公路主线交通流的速度控制。2）车道关闭

在交通事故发生后，禁止任何车辆驶入高速公路的主线车道，从而控制对主线交通流。3）主线调节控制

依据下游的道路通行能力和主线交通需求，限速控制高速公路控制路段的交通流，以达到事发路段保持或者恢复期望的服务水平的目的。4）利用对向车道通行

利用对向车道通行主要为了改变高速公路主线不同方向上的通行能力，从而在交通流高峰期或交通事故发生时，满足某一方向的交通需求。第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通控制—信号控制信号控制是对交通流进行调节、警告和诱导，从时间上将相冲突的交通流予以分离，使其在不同时间通过，使交通流质量得到改善，充分利用其运输能力来提高行车的舒适性、快速性以及安全性。1）单个交叉口的交通控制交通控制信号与临近的交叉口无任何联系，只是单独地按照单个交叉口的具体交通状况运行。2）干道交叉口的信号协调控制

设计一种信号配时方案，通过一定方式，使交叉口相互协调，联结相连的各个交叉口交通信号，使之按照配时方案运行。3）区域交通信号控制系统

协调控制对象是区域中所有的交通信号，交通控制中心对控制区内各个受控制的交通信号集中控制。第4节技术与系统组成——技术应用3.交通组织关键技术——交通控制—匝道控制目前，在高速公路的交通控制方式中，匝道控制是一种较为有效的方式。按照对匝道交通管控的位置进行分类，分为入口匝道交通控制和出口匝道交通控制两种类型。与对高速公路出口匝道进行控制相比，对高速公路入口匝道进行交通控制操作性更强，使用较多。高速公路主线上的交通流是入口匝道交通控制的控制对象，高速公路匝道入口的交通量为系统输入时的交通控制量。控制系统会根据计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，将两者做差得出两者的容量差，以此最终确定入口匝道最佳交通量。通过这种方式进行交通管控，能够有效保证高速公路内部的交通量需求始终处于自身的容量之下，从而最终保证高速公路主路流量所处的状态是最佳的。第5节案例介绍—润万视频识别系统1.系统介绍基于人工智能的视频事件识别系统采用了人工神经网络、卡尔曼滤波、多目标跟踪等技术路线的视频图像识别技术，结合了高精度AI算法，使每支摄像枪均变身为监控员，无需人工干预，即可自动识别高速公路的异常状况，并向监控中心发出报警，同时推送实时视频。通过该系统的辅助支持，监控员只需关注系统的告警信息，便可了解处理高速公路的实时路况及突发状况，系统架构如图所示。第5节案例介绍—润万视频识别系统2.产品功能①事件监测：支持突发事件监测，包括车辆拥堵、车辆违停、车辆逆行、车辆压线、行人上路、交通事故、物品抛洒、烟火事件、非机动车上路、禁区占用等；检测准确率达95%以上。②车流监测：支持交通车流量监测、平均车速监测；检测准确率达95%以上。③气象监测：支持异常气象情况监测，包括晴天、雨天、雪天、阴天、雾天等；检测准确率达90%以上。④数据管理：支持对检测数据进行统一管理，随时对历史数据进行查看、处理，支持对历史事件进行归纳分类，报表导出。⑤数据呈现：支持数据统计分析的可视化呈现。第5节案例介绍—北京交通调度中心北京市交通运行监测调度中心（TOCC）是北京市综合交通运输协调体系的重要组成部分，实现全市综合交通运输的统筹、协调和联动，平台接入北京市交通行业视频28万余路，实现7*24小时不间断运行监测，为构建人车路环境的综合运输协调体系提供有力支撑。平台能够实现IPC/NVR/DVR、视频接入主机、视频