十部-集成指挥平台恶劣天气管控2023-尤冬海

集成指挥平台恶劣天气管控公安部交通管理科学研究所十部一业务背景二技术介绍三功能设计说明业务背景2019年10月3日，宁洛高速安徽蚌埠段，因突发团雾造成17车连环追尾致10死7伤的重大交通事故业务背景2018年10月19日7时，大广高速河南驻马店段，因突发团雾，发生28辆大货车连环相撞事故，造成9死9伤。2017年11月15日7时，滁新高速下行线191至194KM，因突发团雾发生多起重大交通事故，造成18人死21人伤。2016年11月21日9时,京昆高速山西平阳段太原方向65KM处长下坡路段,因团雾和路面湿滑,引发多起车辆碰撞,造成17人死37人伤。2016年4月2日，沪宁高速上海至无锡方向玉祁段因雨天路滑和团雾发生至少50辆车连环相撞的大事故，造成3死31伤。2015年11月29日7时，山西大运高速运城到侯马段因团雾影响发生47车连环相撞的特大交通事故，造成3死7伤。2013年6月4日6时许，京港澳高速公路驻马店833至841公里段，因突发团雾引发东西两侧16起交通事故，共造成56车相撞致14死。团雾引发的高速公路重特大事故2016年03月19日07时55分许，当事人曾万彬驾驶川A2D9H2轻型普通货车行驶至沪渝高速公路渝沪向730KM+100M处时，车辆在慢速车道内撞上前方因交通堵塞停于慢速车道和应急车道之间的由当事人崔海峰驾驶的豫LA6591(豫L7685挂)重型半挂牵引车尾部左侧，造成豫LA6591(豫L7685挂)车尾部左侧及川A2D9H2车受损的第一次交通事故。随后，当事人刘长义驾驶皖M5D071重型半挂牵引车行至此处时，车辆在应急车道内与豫LA6591(豫L7685挂)车右侧及路侧护栏发生刮撞，造成豫LA6591(豫L7685挂)车右侧、皖M5D071车及公路设施受损的第二次交通事故。紧接着，当事人李海生驾驶鄂BLY258大型普通客车行至此处时，车辆在慢速车道内撞上豫LA6591(豫L7685挂)车尾部右侧，造成当事人李海生及鄂BLY258车内乘坐人向莉、胡萍、周丽华、张维莉、吴萍、姜小冲、刘燕受伤，豫LA6591(豫L7685挂)车尾部右侧及鄂BLY258车受损的第三次交通事故。业务背景团雾引发事故案例业务背景团雾引发事故笔录业务背景

2020年公安部交管局提出了“推动公路安全生命防护工程建设，深化危险路段和高速公路团雾多发路段排查整治”，把团雾多发路段治理作为今年道路交通管理的工作要点。

公安部交管局在2018年10月下发了《关于切实做好雾天交通应急管理工作的通知》（公交管【2018】566号），要求各地公安交管部门组织深入排查、汇总梳理本省（区、市）高速公路团雾多发路段，并上报《年均发生3次以上团雾的高速公路路段统计表》，截止2018年11月10日，各地共上报了3188处高速公路团雾多发点段。

《2023年公安交通管理工作要点》提到深入实施…恶劣天气高影响路段优化提升重点攻坚项目，重点治理…受恶劣天气严重影响的路口路段突出问题。业务背景团雾特点高速公路团雾易发原因高速公路作为城市间的连接纽带，主要分布在城市的边缘，多属于建筑稀少、植被覆盖浓密的郊区，水汽较为充足。高速公路主要由沥青、钢筋、水泥等建筑材料构成，相对于附近地表导热率高、热容低，昼夜温差幅度大；在水汽条件配合的情况下，易形成局部团雾。高速公路汽车尾气、扬尘提供了丰富的气溶胶粒子，这些都有利于水汽凝结，从而形成团雾。团雾是受局部微气候环境的影响，在大雾中数十米到上百米的局部范围内，出现的更“浓”、能见度更低的雾。123突发性团雾受局部地区微气候环境的影响，因而难以通过气象手段预测。团雾出现与发展时间短，特别是路外形成的团雾随时可能漂移至路面，有非常大的突然性。局部性团雾范围集中，从数十米到上百米，从外边看感觉不出来，一旦进入区域能见度骤降，让人防不胜防。不均匀团雾是大雾中更浓、能见度更低的局部，其不均匀性容易导致驾驶人、交警的误判。业务背景-雾的发生过程起雾消散业务背景-雾的发生过程业务背景-能见度等级气象标准技术指标国家标准《雾的预报等级》（GBT27964-2011）：公安标准公安部交管局发布的《关于加强低能见度气象条件下高速公路交通管理的通告》，将能见度分为5个等级：以公安部标准为主，参考气象国家标准，能见度分为有雾和无雾两种，有雾的分为五级：能见度一级（50米以下）能见度二级（50~100米）能见度三级（100~200米）能见度四级（200~500米）能见度五级（500~1000米）业务背景-恶劣天气事件处置流程（一）主要流程1、恶劣天气事件的发现高速公路恶劣天气主要包括雨、雾、冰、雪、沙尘等，其中雨、雾、沙尘主要影响高速公路的能见度，而冰雪主要影响道路摩擦系数容易造成侧滑，当然雨也会造成路面湿滑。恶劣天气发现方式主要有高速公路气象站、视频图像检测、人工巡查等。2、指挥调度指挥中心根据恶劣天气事件信息，做出研判，指挥调度各岗位实现恶劣天气处置工作：（1）路面巡逻确认对于局部性的恶劣天气如团雾、薄冰等，指挥中心须调度路面巡逻交警确认，以判断事件严重程度。（2）判断是否应急事件指挥中心根据事件的严重程度判断是否应急事件。3、交通提示对于严重程度较低的事件，以交通提示为主，如LED屏显示。4、启动应急预案判断为应急事件的根据高速公路恶劣天气应急处置预案启动交通管控。恶劣天气事件分为重大、较大、一般三级，分别对应不同的管控措施。5、判断天气是否恢复正常恶劣天气特别是雾、冰等比较容易在阳光下消退，指挥中心应随时注意天气是否恢复，确认恢复的应及时解除管控。6、解除管控（二）三级管控流程1、一级管控重大的恶劣天气事件（如能见度低于50米，严重的雨雪、沙尘天气等）应启动一级管控。（1）禁止车辆进入对于事件发生区域外的车辆要禁止入内，主要方法一是主线容留：已在高速公路主线的区域外车辆要控制在区域外；二是关闭收费站，对于区域内收费站和区域外行驶方向为事件发生区域的收费站应当关闭。（2）车辆分流对于事件发生区域内的车辆要进行分流，主要方法一是压速带道，由警车低速带领滞留车辆，将滞留堵塞在路面的车辆带至下一具备条件的站口分流下路或者带出管控道路；二是站口分流，选择通行条件较好的上游站口进行分流。2、二级管控较大的恶劣天气事件（如能见度50~100米，冰雪天气等）应启动二级管控。（1）限速根据《道路交通安全法实施条例》，能见度50~100米限速40公里/小时，冰雪道路限速30公里/小时。（2）间断放行在保证车辆限速和车距的前提下，间断放行车辆。3、三级管控一般的恶劣天气事件（如能见度100~200米，暴雨等）应启动三级管控。（1）限速根据《道路交通安全法实施条例》，能见度100~200米限速60公里/小时。（2）间断放行在保证车辆限速和车距的前提下，间断放行车辆。4、协作管控协作管控包括交警部门内部和外部的协作：（1）相邻省、市、县交警部门联勤联动比如来车方向交警部门协作管控分流等。（2）协调施工单位暂停施工（3）协调路政、清障、急救等部门（三）解除管控流程判断天气恢复正常后，需要解除管控，一般天气事件取消管控措施即可，比较特殊的是冰雪天气的解除，需要分车型先后放行：（1）先放普通货车碾压路面（2）再放行轿车确认安全（3）7座以上客车（4）危险化学品运输车辆业务背景-团雾事件处置流程高速公路团雾事件也有其特殊性，因而其处置也有其特点：交通提示先行能见度确认团雾跟踪范围管控1、交通提示先行高速公路团雾无法预报，因而具有很大的突发性，因而应急处置一定要快。恶劣天气事件发生时，需要指挥中心和路面巡逻研判确认，该过程耗费不少时间，容易在此期间发生交通事故。可在指挥中心初步研判之后，先行通过高速公路LED屏、手机短信等方式进行实时提示，从而尽可能减少事故。2、能见度确认团雾主要由其低能见度对高速公路行车安全产生影响，一般来说200米以下的能见度开始影响行车安全，而50米以下的能见度极易引发事故需要封路，正确判断团雾能见度等级与管控手段是否得力是否必要息息相关。在团雾发现之后，启动应急预案之前，必须确认能见度的等级，包括路面巡逻确认。3、团雾跟踪团雾有其发生、发展、消退的过程，而且雾气会产生漂移，因而团雾的范围和能见度是不断变化的。在应急处置过程中，必须实时跟踪团雾的变化过程，一是团雾影响范围变化，需要调整团雾管控的路段；二是团雾能见度等级变化，需要调整管控等级；三是团雾消退，能见度等级恢复正常，需要及时解除管控，恢复高速公路正常运行。3、团雾范围管控

团雾发生范围就是事故易发区域，除了跟踪团雾范围的变化之外，还需要具体的管控措施。可用警车在进入团雾的区域视情况进行前方预警、压缩车道直至堵塞道路；在走出团雾的区域警车开道，清理前方低速车辆（催促快行或者避让）。一业务背景二技术介绍三功能设计说明技术介绍-团雾检测技术15团雾检测技术激光光学检测技术能见度检测仪图像识别技术透射仪散射仪传统技术深度学习对比度暗通道数值分类对象分类全图分类集成指挥平台团雾检测系统综合应用多种团雾检测算法，包括：改造传统图像识别技术的深度学习数值分类算法基于海量团雾图片标注的深度学习全图分类算法技术介绍-团雾检测技术比较激光光学检测技术图像识别技术缺点优点覆盖率低高速公路能见度检测仪一般10~15公里建设1处，部分团雾多发路段能达到5公里1处。监控范围小高速公路能见度检测仪为点监控，仅代表能见度检测仪所在位置的能见度。对于局部性、不均匀的团雾，容易产生误判。建设与维护成本高能见度检测仪或包含能见度检测功能的高速公路气象站建设成本不菲，高精度能见度检测仪在10万左右。部署在高速公路路侧，维护成本高昂。覆盖率高近年来主要高速公路实现了视频监控全覆盖，中部、东部高速公路平均达到1~2公里一处。监控范围大道路监控摄像机有效范围一般在100米左右，对该范围内的团雾都有发现能力。建设与维护成本低采用中心部署的图像识别算法，无须改造前端监控设备，充分利用原有设备，额外成本低。基于图像识别的团雾检测技术能够有效弥补能见度检测仪在高速公路应用中覆盖率低、监控范围小、建设与维护成本高等问题。光学检测与图像识别相结合是高速公路团雾检测的最佳选择技术介绍-团雾检测技术比较图像识别技术特征优点缺点改进传统图像识别技术

算法模型由一系列函数组成，将图像特征直接转化成能见度值可以得到连续的能见度值计算量小不需要GPU得到的能见度值与实际能见度值不能精确对应，仅反映变化趋势难以根据实际情况提升准确率；当监控距离较近（低于能见度距离）时，无法得到正确能见度值深度学习算法

算法模型为深度学习训练的分类器可以根据实际情况迭代训练算法，提升识别准确率对于监控距离较近的图像，也可以通过训练识别出实际的能见度值仅能实现分类计算量相对较大

样本能见度分类细分到米，得到可以模拟连续能见度值的分类模型改进后的深度学习算法，除了计算量要求较高外，可以逐渐提升消除传统图像识别的绝大部分缺点。是团雾识别未来的主要发展方向，因而集成指挥平台高速公路团雾检测系统以选择以深度学习算法作为图像识别的解决方案。技术介绍-团雾检测技术比较团雾图像识别技术具体算法特征优点缺点传统图像识别技术对比度算法根据图像部分区域对比度建立计算模型易受天空、近景、叠加信息、路面特征等干扰暗通道算法根据户外图像无雾区域存在一些像素点（暗像素）至少一个颜色通道中具有趋近于0的值的原理建立透射率计算模型易受天空等白色景物干扰深度学习算法数值分类算法以传统图像处理得到的数值（如局部对比度、暗通道值）为对象进行分类计算量较小可不用GPU存在传统图像识别技术同样的干扰全图分类算法将全图分解成RGB三通道数据，使用插值法采样到统一尺寸后作为对象直接进行分类可通过不断迭代训练降低干扰需要大量标注样本训练计算量大需要GPU技术介绍-团雾算法测试结果算法算法类型区分等级样本数正样本算法检出有效检出检出率准确率算法1数值分类算法不区分等级500071854253274.09%98.15%区分等级500071854239154.46%72.14%算法2全图分类算法不区分等级500071868162386.77%91.48%区分等级500071868141858.22%61.38%算法3对比度算法不区分等级50007184928718100.0%14.6%区分等级5000718296439454.9%13.3%算法4暗通道算法不区分等级200067466941060.83%61.29%对几个典型算法厂商的算法进行了评测，分别代表了数值分类算法、全图分类算法、对比度算法和暗通道算法。尽管测评结果存在厂家的因素，但也基本能说明基于深度学习的数值分类算法、全图分类算法识别准确率显著优于传统方法。1、朝向地面、天空占比过高（相机过低）、相机颠倒会导致误识别误报说明2、镜头脏会导致误识别误报说明3、雨雪天气会导致误识别误报说明4、晚上由于车灯照射误识别误报说明技术介绍-前端要求摄像机指标分辨率：要求不低于720P，推荐1080P以上高清摄像机白平衡：支持自动白平衡快门：1/25~1/20000编码：H.264或H.265帧率：不低于25帧/秒镜头焦距：可定焦或变焦，工作时镜头焦距不低于25mm。推荐30~60mm内应用上行带宽：不低于10M/S建议指标：支持低照度，最低照度≤0.01LUX。支持不低于80倍宽动态。支持背光补偿。支持强光抑制。安装要求安装高度：3.5M~16M，不支持高空摄像机。安装角度：尽可能选择正面安装，路侧安装时拍摄方向与道路夹角不大于15度。拍摄方向与路面角度视情况而定，确保拍摄画面中天空面积不少于1/4，不多于1/2。遮挡情况：山体、树木、过线桥、标志标杆等遮挡物遮挡道路面积低于10%。维护要求：镜头无污损。推荐要求：采用全天候防护罩，玻璃防雾、防霜。监控点位

原则上选择高速公路主线监控摄像机。避免采用收费站、执法站、服务区监控点位。尽可能选择非城区点位，避免选择路侧建筑物众多的点位。不得选择非高速点位和非道路监控点位。正面安装路侧安装思路总体思路针对现有检测技术不足，从工程应用角度采用多因素综合析方法，提升预警信息的可信度分析影响因素空间因素（浓雾多发的山区和水网地区）、时间因素（处于多发月份、常发时间段）梳理检测技术特征作为预警的主要影响因素，包括：视频监控智能识别、沿线能见度自动观测仪、气象部门地面实况观测和气象卫星资料反演等选择适用分析方法层次分析法适用评价因素数量较少、因素间关系易进行比较判断、难以定量化等特点生成风险指数等级对各风险的特征进行分类打分，结合各风险因素权重生成风险预警指数，划定指数等级团雾风险评价-用层次分析法提高团雾预警可信度建立层次分析法风险评价模型构成各层次间两两判断矩阵求各判断矩阵每行所有元素的几何平均值将几何平均值归一化，计算各层次间的相对权重计算判断矩阵的最大特征值计算CI，进行一致性检验各层次评价相对权重值流程

团雾风险评价-评价方法Y1-X层次判断矩阵风险因素X1X2X3X4X5X113576X21/31465X31/51/4143X41/71/61/411/3X51/61/51/331Y2-X层次判断矩阵风险因素X1X2X3X4X5X112465X21/21354X31/41/3154X41/61/51/511/4X51/51/41/441风险因素Y1Y2Y117Y21/71Z-Y判断矩阵1）计算矩阵中每行元素的几何平均值

判断矩阵求权重和一致性验证3）解该层的最大特征值4）计算一致性指标CI是否<0.1团雾风险评价-评价方法影响因子Y层

X层Y1

0.875Y2

0.125X层总权值X1视频识别0.48930.43360.48X2气象观测推演0.28190.28610.28X3多发路段0.12170.16050.13X4多发月份0.03880.04030.04X5常发时段0.068300.07960.07风险值风险等级备注0.73-1V级（重大风险）监测风险分值均为1，且有规律风险0.59-0.72IV级（较大风险）监测风险分值均为10.34-0.58III级（一般风险）各类风险均分值，取其中较大的视频+规律分值0.25-0.33II级（低风险）各类风险最小值，取其中较大的视频+规律分值0-0.24I级（无风险）无监测风险风险预警指数取值范围为1～5，分为五级各风险因素权重团雾风险评价-评价结果左图根据层次分析法得到的X层权值，用于计算风险值，风险值通过右图对应风险等级，团雾风险等级达到一定等级以上才预警。风险值=0.48*X1+0.28*X2+0.13*X3+0.04*X4+0.07*X5其中X1~X5为各影响因素经验值，如由于视频识别准确率受光照影响，X1白天取值为1，夜间为0.8。一业务背景二技术介绍三功能设计说明功能设计-高速公路团雾多发路段分析3188个团雾多发路段分布在27个省份的534条国家及省级高速公路（路段）上，总里程22422公里。分析多发路段数和里程数（如下图），高速公路团雾多发于四川、安徽、山东、湖南、江西、贵州、湖北、广东、云南、山西、江苏等10多个省份，团雾多发里程达到1000公里以上。此外浙江、辽宁、陕西、福建、河南、广西、河北等省团雾多发路段也较多。G15沈海高速、G56杭瑞高速、G60沪昆高速、G5京昆高速、G25长深高速、G3京台高速、G4京港澳高速、G70福银高速、G50沪渝高速、G55二广高速、G30连霍高速等高速公路为团雾多发公路。团雾多发省份应重视团雾多发路段治理工作，特别是境内团雾多发公路的治理。功能设计-高速公路团雾多发时间分析左图可知，一年中团雾多发于10月至4月份，在11月至2月间达到峰值，也就是高发于秋冬交替时节及冬季，散见于春季及秋季