高速公路出入口危險(xiǎn)行車事件監(jiān)控與預(yù)警研究

趙 鑫

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于迅猛發(fā)展的階段，高速公路總里程在不斷的增加，高速公路上發(fā)生的交通事故所導(dǎo)致的意外死亡比例每年也在不斷地攀升[1]。高速公路出入口是事故高發(fā)地段，據(jù)某市統(tǒng)計(jì)資料顯示，在出入口發(fā)生的事故占高速公路總事故比例的三成，出入口區(qū)域的危險(xiǎn)行車行為極易導(dǎo)致事故的發(fā)生。在道路交通安全理論研究中，交通事故的預(yù)防是十分重要的一個(gè)部分，只有從交通事故發(fā)生的根本原因入手，分析初期發(fā)生機(jī)理與防控機(jī)制的源頭，總結(jié)出預(yù)防交通事故發(fā)生的理論與技術(shù)措施，才能真正意義上做到減少高速公路上交通意外的發(fā)生，降低人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。

1 監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)介紹

我國(guó)目前的高速公路視頻檢測(cè)系統(tǒng)大部分都通過人工對(duì)目標(biāo)車輛的行車行為進(jìn)行基本判斷，存在著很大的缺陷。首先人為對(duì)安全事故進(jìn)行判斷反應(yīng)相對(duì)較慢，而且工作強(qiáng)度較大，需要投入較高的人力成本。在發(fā)生安全事故之后，很難及時(shí)采取合理的監(jiān)控措施，在安全事故發(fā)生時(shí)也很難進(jìn)行安全預(yù)警與交通執(zhí)法控制。鑒于此，推出一套全新的高速公路危險(xiǎn)行車事件監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)很有必要。

高速公路危險(xiǎn)行車事件監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)中包含安全事故檢測(cè)器、信息發(fā)布控制機(jī)、無線信息發(fā)布系統(tǒng)、遠(yuǎn)程傳話以及報(bào)警裝置等。此系統(tǒng)同時(shí)具有對(duì)危險(xiǎn)行車事件進(jìn)行監(jiān)控、存儲(chǔ)與判斷、自動(dòng)生成預(yù)警預(yù)案?jìng)浒浮o線遠(yuǎn)程控制通信、實(shí)時(shí)預(yù)警信息顯示等功能[2]，能對(duì)高速公路上交通安全事故發(fā)生的整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控，讓事故發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等一系列工作有機(jī)合理地開展，對(duì)交通事故的發(fā)生能起到較強(qiáng)的預(yù)防作用，并且還能從實(shí)際上降低危險(xiǎn)行車事件的產(chǎn)生，從而保證車輛在高速公路上的高速、安全行駛。

1.1 對(duì)危險(xiǎn)行車事件的檢測(cè)

危險(xiǎn)行車事件自動(dòng)檢測(cè)主要由動(dòng)態(tài)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤、數(shù)據(jù)資料實(shí)時(shí)保存這兩個(gè)部分組成。動(dòng)態(tài)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤主要分為三個(gè)步驟：圖像預(yù)處理、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤。使用的是以背景減法為基礎(chǔ)的目標(biāo)檢測(cè)和在一定區(qū)域內(nèi)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的檢測(cè)技術(shù)與跟蹤模式。其中背景圖像的形成模式為高斯混合模型。對(duì)于數(shù)據(jù)資料的存貯需要包括每輛車運(yùn)動(dòng)的過程空間以及時(shí)間信息。要實(shí)現(xiàn)交叉口的交通情況重現(xiàn)就需要對(duì)系統(tǒng)所記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)加以后期制作，對(duì)每輛車的速度、加速度、行車軌跡進(jìn)行詳細(xì)了解并且與動(dòng)態(tài)目標(biāo)的檢測(cè)數(shù)據(jù)信息相結(jié)合。當(dāng)車輛的行車速度、加速度等數(shù)值不在系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)車輛在高速公路上一系列的危險(xiǎn)行車事件例如停車、倒車、低速、超速行駛進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且將檢測(cè)的結(jié)果以二進(jìn)制代碼的形式傳送到信息發(fā)布控制機(jī)上，進(jìn)而信息發(fā)布控制機(jī)能夠自動(dòng)形成警報(bào)信息，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)并采取監(jiān)管手段。

1.2 預(yù)警信息實(shí)時(shí)發(fā)布

當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控到嚴(yán)重的危險(xiǎn)行車事件時(shí)，系統(tǒng)的操作人員將會(huì)抽調(diào)出事件的存貯視頻來判斷其屬于何種事件類型，并且決定是否對(duì)此事件發(fā)布預(yù)警信息。當(dāng)處于肯定的狀態(tài)時(shí)，則是通過通訊運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程無線發(fā)布警報(bào)信息，并且顯示在高速公路監(jiān)控區(qū)的可變信息板上。信息板上的內(nèi)容可以發(fā)布事件涉及的車輛與管制措施等各種信息，進(jìn)而對(duì)在高速公路危險(xiǎn)行車車輛進(jìn)行預(yù)警并且對(duì)后續(xù)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。

1.3 緊急事件遠(yuǎn)程執(zhí)法

一旦對(duì)高速公路上安全事故的發(fā)生進(jìn)行了確認(rèn)，系統(tǒng)操作監(jiān)控人員就能夠通過無線裝置與現(xiàn)場(chǎng)的違章車輛進(jìn)行對(duì)話執(zhí)法，能及時(shí)處理安全事故，縮短事件消散時(shí)間，有利于高速公路上車輛的暢通行駛，并大大提高突發(fā)交通事故處理效率，有效地保證了高速公路在發(fā)生事故后最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)暢通。

1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

高速公路危險(xiǎn)行車事件監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)就是針對(duì)高速公路上的出現(xiàn)頻率最高的、危害最大的、情況最為嚴(yán)重的、最易導(dǎo)致交通事故的危險(xiǎn)行車行為進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)監(jiān)控與預(yù)警。針對(duì)不同的危險(xiǎn)行車行為自動(dòng)發(fā)布預(yù)警方案。并且預(yù)警信息的發(fā)布和交通執(zhí)法都是通過遠(yuǎn)程無線系統(tǒng)進(jìn)行控制的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 實(shí)例分析

以某個(gè)高速公路出口區(qū)域?yàn)閷?duì)象，進(jìn)行實(shí)例研究分析。主要對(duì)車輛違法變道與違法停車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警。使用改良型的安全金字塔來進(jìn)行危險(xiǎn)行車事件風(fēng)險(xiǎn)分析，并且引入行車延誤以及消散時(shí)間為數(shù)據(jù)指標(biāo)，來對(duì)此系統(tǒng)的檢測(cè)與監(jiān)管效果進(jìn)行立體評(píng)價(jià)。

2.1 交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式

交通沖突的概念于1977年第一次出現(xiàn)，并且隨之出現(xiàn)了安全金字塔體系，初步建立了關(guān)系模型。在此之后，Svensson對(duì)此安全金字塔體系進(jìn)行了改良，建立了交通沖突行為危險(xiǎn)性的量化模式。通過大量數(shù)據(jù)得出，沖突值與風(fēng)險(xiǎn)成正比，與沖突時(shí)間成反比。

2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域簡(jiǎn)介

通過圖2a）可以詳細(xì)看出實(shí)驗(yàn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，交通路段較為復(fù)雜。從圖2b）可以看出，其箭頭所指位置需要提前變換車道，而不是臨時(shí)性的違章變道。但在實(shí)際行車當(dāng)中，違章違法變道的現(xiàn)象十分普遍，在圖2a）中所示的交通事故突發(fā)高峰點(diǎn)主要是集中在a、b兩個(gè)地方。

在這個(gè)出口區(qū)域時(shí)常發(fā)生車輛違法停車事件，主要是因?yàn)閷?duì)行車方向的判斷失誤或者沒有產(chǎn)生判斷，從而導(dǎo)致車輛減速。減速后主要停車位是圖2a）的①、②、③號(hào)位，在這三個(gè)位置上進(jìn)行方向再判斷，進(jìn)而駛?cè)氤隹谠训阑蚶^續(xù)行駛，違法停車點(diǎn)主要是集中在c、d、e、f、g這五個(gè)位置上。

圖2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域示意圖

2.3 系統(tǒng)檢測(cè)情況

對(duì)該出口進(jìn)行視頻監(jiān)控，一共記錄了54起違章停車事件，主要發(fā)生在①～③號(hào)位置上。其中違章停車32起，違章停車并且倒車22起。在位置①發(fā)生的危險(xiǎn)事件30起，位置②14起，平均違章停車時(shí)間達(dá)105s。違章車輛平均的沖突速度為75km／h，平均沖突時(shí)間為6s，平均每輛違章車輛的交通沖突風(fēng)險(xiǎn)值為12，每起違章停車事件平均對(duì)1.6輛車造成影響。

將監(jiān)控與預(yù)警違法變道停車的監(jiān)控觀測(cè)時(shí)間定在晚高峰，以小時(shí)為單位，在出口區(qū)域記錄了40起違法變道停車危險(xiǎn)行為，平均沖突速度為72km／h，平均沖突時(shí)間為4s，平均每一起違法變換車道的風(fēng)險(xiǎn)值為18。

2.4 監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

對(duì)此出口區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)備（見圖3）通過可變信息提示板可以發(fā)布提示信息，對(duì)駛?cè)氲能囕v進(jìn)行前方出口匝道的變向提示，從而可使駕駛員做好提前變道準(zhǔn)備，減少前方交叉路口緊急變道的頻率，進(jìn)而降低交通沖突次數(shù)[3]。當(dāng)系統(tǒng)所監(jiān)管與預(yù)警的區(qū)域內(nèi)發(fā)生違章停車變道事件時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)并且提出預(yù)警，系統(tǒng)操作人員在確認(rèn)危險(xiǎn)行為出現(xiàn)后將信息發(fā)送至信息公布版，對(duì)后方車輛進(jìn)行提醒，可顯示：“前方車輛違章停車，請(qǐng)小心駕駛，減速慢行！ ”。與此同時(shí)，系統(tǒng)操作人員還能夠通過無線裝置向違章車輛喊話，充分實(shí)施遠(yuǎn)程執(zhí)法監(jiān)控，使得違章停車變道事件的影響降到最低，保證高速公路的暢通行駛。

圖3 出口區(qū)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置平面布置圖

3 結(jié)語

道路交通的安全形勢(shì)逐漸受到一系列交通安全事故的挑戰(zhàn)，高速公路危險(xiǎn)行車事件監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)就是在這嚴(yán)峻的交通環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，是一種結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的高科技產(chǎn)物，能夠大幅提高對(duì)高速公路上違法行為的監(jiān)控與執(zhí)法效率。隨著交通沖突技術(shù)的不斷發(fā)展，交通沖突量化的形式也愈加明顯，道路交通安全分析從人工化向智能自動(dòng)化轉(zhuǎn)變是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1]公安部交通管理局.中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)（2010）[R].北京：公安部交通管理局，2011.

[2]張殿業(yè)，金鍵，郭孜政.道路交通事故預(yù)防研究體系探討[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（7）：132-138.

[3]張?zhí)K.中國(guó)交通沖突技術(shù)研究與分析[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.