山区高速公路交通安全态势评估和预警技术研究
发布时间：2021-03-20
摘要：山区高速公路交通安全形势比较严峻。在对境内外交通安全态势相关技术分析的基础上，针对山区高速公路交通特点，充分考虑交通安全态势的各种影响因素，包括交通流、道路、气象等参数，提出了一种基于单因素指标和多因素综合评价的方法，以及山区高速公路交通安全态势评估和预警模型，并提出了相应的交通预警方案。
关键词：交通信息工程及控制;交通安全态势;评估;预警
山区高速公路地形和地质条件极为复杂，特殊路段较多，例如桥梁、隧道、弯道、长下坡等，交通流的稳定性较差，事故风险程度远远高于平原高速公路。从过去的调研分析来看，山区高速公路容易发生重特大事故，其死亡率比较高。据统计，山区高速公路事故发生率占整个高速公路的10%，死亡率是普通公路的3倍多[1]。
近年来，随着智能交通技术的发展和进步，交通监控系统已广泛应用于高速公路上，其中交通安全预警技术也逐渐开始推广应用。利用交通安全预警相关技术及系统来缓解山区高速公路事故多发等问题，是一个重要方向。交通安全预警系统就是通过对海量多源交通数据充分挖掘分析，实现对道路交通安全状态的实时准确评估，同时采取高效及时的预警应对措施，降低严重风险路段的事故可能性，保障车辆平稳、安全、顺畅通行。
1交通安全预警技术研究现状分析
境外关于交通安全预警技术相关研究较多，大部分集中于交通事故检测和预警系统开发方面。例如许多学者对交通事故检测与判别算法展开了大量研究，利用贝叶斯网络、神经网络、模糊理论等方法进行交通事故的判别与预警预报。从境外研究来看，发达国家研发的交通预警系统比较成熟，例如美国逐步建立了道路交通预警管理系统，可以实现交通应急事件管理、恶劣天气预警、车道偏离预警、雾区交通预警等功能[2]。
相比较而言，我国交通安全预警技术研究起步较晚。但随着科技的发展，近年来我国学者在相关领域的模型算法及技术研究比较多，例如刘清等研究建立的交通预警管理系统中，提出了综合利用神经网络模型、模糊综合评价模型等来提高交通安全评估与预警的准确性[3];陆化普等提出的交通事件自动算法，可提高交通拥堵事件的检测精度和检测效率[4]。
总体看来，在交通安全预警系统相关技术研究中，境外的理论研究较为成熟，建立的预警系统应用也较早，应用比较广泛，而我国的交通安全预警理论研究较晚，成熟的应用实践较少。
2交通安全态势评估和预警模型的建立
对于交通安全预警系统，关键是要建立科学合理的交通安全态势评估和预警模型。利用该模型，可通过对海量多源数据的深入分析，判断山区高速公路的交通安全状态，并结合交通安全态势的预警警度分级情况，对可能发生的交通事故进行预警。同时制定具有针对性的交通预警方案和管理措施，以减少山区高速公路的事故风险，保障交通流的平稳安全顺畅运行。
2.1交通安全态势预警分级
在本研究中，考虑山区高速公路的实际特点，将交通安全态势分为5个等级：极其严重、比较严重、严重、一般和安全。对应5个等级的预警程度为：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。具体见表1。
2.2交通安全态势评估和预警模型建立
采用单因素指标和多因素综合评价模型相结合的方法，构建山区高速公路路段交通安全态势评估和预警模型。
2.2.1单因素交通安全态势评估
通过对单因素的分析，利用不同安全等级相对应的阈值建立起单因素预警模型。单因素交通安全态势评估主要选取了4个关键因素：能见度、降雨、降雪和风速。有关能见度、雨、雪、风速的安全等级划分，主要参考了气象行业标准《高速公路能见度监测及浓雾的预警预报》(QX/T76-2007)、国家标准《降水量等级》(GB/T28592-2012)、国家标准《热带气旋等级》(GB/T19201-2006)以及《公路交通安全态势评估规范》(GA/T960-2011)，具体划分如表2所示。
相关知识推荐：公路行业期刊发表需要多少钱
根据表2预警级别的分类，对实时采集的道路能见度、降雨、降雪和风速数据进行判断，对应确定单因素条件下的道路安全预警等级。当出现某些因素对应的预警等级≥Ⅱ级，选择多个单因素中对应预警等级最高的级别进行预警。
2.2.2交通安全态势综合评估
在单因素安全态势评估后，若各个单因素的预警等级都位于“Ⅲ、Ⅳ或Ⅴ级”的范围内时，则利用建立的交通安全态势综合评估模型，来判断道路交通安全状态的对应级别。
2.2.2.1指标体系
在对山区高速公路交通安全状态进行综合评估和预警中，需要考虑多个指标因素，但过多的指标因素会增加判断的复杂性。同时指标因素不能太少，否则会影响评估结果的准确性。考虑到是针对山区高速公路进行实时、动态的交通安全态势评估，本研究选取的指标包括交通流状况、道路条件和气象条件3个方面，具体指标体系见图1。
2.2.2.2AHP-模糊综合评价
影响道路交通系统的因素非常多，许多指标无法量化，这是典型的模糊系统的特征。因此，针对山区高速公路交通态势评估和预警研究中的影响因素多、模糊概念多等问题，采用AHP-模糊综合评价进行评价，见图2。
层次分析法(AHP)是将复杂的总目标分解成多个子目标，然后分解成多个子目标的若干层次，并确定评价指标体系中各指标的权重。模糊综合分析是一种基于模糊数学中的定量和定性相结合的系统综合评价方法，适合解决多层次、多因素、模糊的、非确定性的问题[6]。
(1)评价指标体系权重的确定。首先，专家将判断两两成对属性指标的重要程度，然后利用确定的判断矩阵来求解出各指标的权重。
3交通管控预警方案
3.1单项指标预警方案
由于预警方案先进行能见度、降雨、降雪、风速4个单项指标的警度判别，当单项指标达到预警警度后，高速公路管理部门可通过可变信息板、限速标志等来发布诱导信息，并及时采取其他预防措施。以能见度指标为例，当能见度达到I级巨警时，可建议管理部门关闭车道，并通过可变信息板发布：强浓雾，能见度小于50m，道路处于非常危险状态，保持慢速行驶;当能见度达到Ⅱ级重警时，可通过可变信息板发布：大雾等级为浓雾，能见度小于200m，道路处于危险状态，限速70km/h，保持120m以上安全行车距离。
3.2交通安全态势综合预警方案
当山区高速公路交通安全态势综合指数达到Ⅰ级巨警、Ⅱ级重警、Ⅲ级轻警，即安全态势处于特别严重、严重、比较严重时，交通管理部门应及时发布预警，并根据不同的预警级别采取针对性的管控措施，例如利用可变信息板发布预警信息，提醒驾驶员保持行车间距，必要时可关闭车道、禁止通行。
(1)Ⅰ级巨警的预警方案：关闭车道，禁止通行;或者通过可变信息板发布“前方道路处于非常危险状态，请谨慎驾驶”、“保持车距，禁止超车”等信息，并加强道路交通秩序管理，保证车流安全、畅通。
(2)Ⅱ级重警的预警方案：通过可变信息板发布“前方道路处于危险状态，请谨慎驾驶”、“保持车距，禁止超车”等信息;交通管理部门可根据预警路段具体情况，采取关闭车道、关闭匝道以及限速行驶等措施。
(3)Ⅲ级轻警的预警方案：通过可变信息板发布“前方道路安全状态一般，请谨慎驾驶”等信息;交通管理部门实时了解道路运行状况，查看交通运行发展情况，及时采取相关措施，保证车流安全运行。
4结语
随着山区高速公路的建设发展，交通态势监测和交通安全保障愈加重要。本文研究提出的单因素评估和多因素综合评估相结合的交通安全态势预警模型，充分考虑了影响交通安全的各种影响因素，包括交通流、道路、气象等参数，评估更为全面，能够及时准确提供山区高速公路各路段交通安全态势情况，方便交通管理者便捷获知交通运行安全情况。同时提出的预警方案也为交通管理者的管控决策提——论文作者：陈小妮1，许永存
