2021年第03期(总第254期)丨中国交通信息化
115 DOI:10.13439/jki.itsc.2021.03.013
王昆，李达标
(苏交科集团股份有限公司交规院智能交通所，江苏南京210000)
摘要：以高速公路易发浓雾和团雾路段展开研究，利用高速公路路侧先进的气象检测设备对浓雾能见度进行识别，并利用其他交通特征参数检测设备，结合分析路段运行情况做出分析，最后结合路侧预警系统或者其他方式对道路使用者发出预警信息或道路运行状况信息由实际运行效果可见，在易发生浓雾、团雾的高速路段，加装团雾检测和预警系统后，该路段因团雾和浓雾发生事故的概率大幅降低，团雾预警系统相较于其他而言具有更多的检测方式与数据分析模型，较大提升了团雾检测的准确性
关键词：恶劣天气；智慧高速；大数据；交通管控；团雾检测
我国高速公路总里程已达到15万公里.为国家经济和社会的发展起着至关重要的支撑作用，然而因恶劣天气发生的高速公路伤亡爭件也频繁发生，据以往数据统计结果显示.我国高速公路上发生事故的概率为一般公
路的7.95倍，死亡率和受伤率是普通公路的4倍以上，每年因团雾天气引发的重大交通事故约占30%，是其他灾害天气的25倍，且造成的事故死亡人数占交通出故伤亡人数总数的29.5%叫在高速公路交通出故中.岀现死伤3人以上的事故约有1/3与大雾天气有关，尤其与团/浓雾相关⑵。2019年10月3日，G36宁洛高速下行线K196+070m至K196+250m之间，因突发团雾相继发生四起交通事故，造成了多人伤亡，因此对于恶劣天气下浓雾、团雾的出件检测已成为高速公路安全运行的必要手段。
—、引言
为提高全市高速公路的交通通行安全，加强高速公路的排堵保畅能力，拟计划充分整合本地高速公路视频监控、电子卡口、移动前端、气象监测等数躬资源和高速周边城市道路交通数据资源、建立基于大数据支撑的交通控制、管理、决策、服务一体化的部门联动、协同管控的高速公路智能交通管理系统•建设上下贯通、左右衔接、标准规范、统一高效，具有系统集成互联、多级资源共享、贴近实战应用功能，集预警、监测、监管、应急、执法、运营、服务等一体的路网大数据集成应用平台。实现全市高速公路恶劣天气监测预警、指挥调度及H常车辆精准管控，建成三位…体的公路交通安全防控体系，实现对恶劣天气及时准确发现、预警、处逬和快速应对，对公路通行车辆实时监控、全程监控•对重点和嫌疑车辆快速筛查、及时发现布控，更有效地预防和减少道路交通爭故的发生，实现“保安全、促畅通”的建设目标。
二、现状分析
(1)高速公路恶劣天气监测发现难
能见度监测的是某个点位的能见度状况，无法从“点-线-面”上监测到团雾具体位世；无法监测路面结冰状况、气温、气压、风、湿度、降水以及其他天气现象信息，无法对突发恶劣天咒情况逬行综合监测，已建的能见度设备为省气象局或交通管理部门所有，能见度监测数据共享流转复杂，实时性较差，无法及时发现能见度值变化；同时因设备维护等问题，无法保证数据的准确性和有效性，设备的工作状态无法监控管理。
(2)高速公路恶劣夭气管理处逬难
恶劣天气处遣方面只有“人工发现、人工处世”.白天安排警力定岗查看视频监控，夜晚通过警车巡逻干预、分流、告知等处理。缺少有效的管理平台支揑，不能对全市高速公路气象状况进行预报监测、态势监测和告警发布。后端平台不能对气象信息进行智能分析，无法在大屏可视化展示，同时也无法关联诱导屏、可变限速、防抵雾灯、警车、单兵等设备，难以有效地进行指挥调度和勤务管理。
(3)高速公路恶劣天气预警发布难
目前天气预警发布方式普遍发布手段单一，没有与互联网企业(百度、高德等)合作，无法通过短信、、、微博等形式告知出行者。司乘人员无法第一时间获取气象、拥堵、爭故、限速等路况信息「
三、系统总体架构设计
结合当前高速公路道路安全预警及应急指挥调度综合管控需求•以及已建前端子系统分布.按照“利旧+补盲+创新”的原
技术<TECHNOLCX3Y
则，充分利用原有基础设备，进行道路监控盲区补点建设.引入智慧交通管控新技术、新设备.完善并实现“高低搭配、动静结合、协同联动”的高速公路立体化监控网。
（一）总体方案的需求分析
1、完善高速公路监控点位覆盖
在数据采集监测方面，建设一批智能化传感设备，包括：视频监控、路感、卡口等子系统。在发布控制方面，建设LED诱导屏、可变限速牌等实时发布子系统。同时.将路段卡口升级为可变限速卡口，并根据全国主干公路交通安全防控体系建设要求和高速公路整体建设情况，增加相应密度，形成多个区间或任意区间，提高监控覆盖范围.对过车车辆进行信息捕获.实现监控网络无盲区。在恶劣天气易发点位、路段、通行区域进行设备的补缺补差.增设事件检测、视频能见度等子系统，形成高速范围内的“高低联动、动静结合”的立体化防控体系。
2、依托"互联网+”建设高速公路地理信息平台
将互联网地图实时数据和前端设备采集数据信息进行融合分析，建立互联网企业基础信息图层、互联网地图实时路况动态图层、监测点位及数据釆集信息动态图层、第三方协作单位信息叠加图层、互联网信息对外发布服务（动态管制信息、推送信息至互联网）图层等五位一体的全市高速公路路网实时信息一张图。
综合展示路网实时发生的交通拥堵、恶劣天气、交通事故等重大警情，并进行分级、分类智能预警、报警.提供在线警车分布、管制路段固定与移动视频调看，关联查阅卡口流量、重点车辆分布、能见度和气象参数走势等情报信息，为应急指挥调度、节假日管控等业务提供支撑，确保应急处蹬工作科学合理、高效运行。
3、建设高速公路恶劣天气应急指挥调度平台
建立高速公路恶劣天气应急指挥调度平台，整合高速公路巡逻警车、车载应急指挥终端等执勤执法装备应用.接入无人机、警车GPS信息以实现高速路面日常巡控和应急处遗警力的实时轨迹监测，在此基础上进一步建立以高速大队利用警车、无人机开展公路巡逻为基本内容的FI常勤务考核体系.以规范和引导大队对辖区高速公路巡逻管控。
结合气象局相关数据（如能见度、气象预报数据）.建立多种数据分析模型包括恶劣天气分析预警、道路通行状态、交通指数和道路交通饱和度等分析模型.并进行数据挖掘.后端自动生成预警信息推送至移动警务、大队指挥室和警务站。
健全应急指挥分级与处賈预案，通过动态、连续、实时的计算分析模型，提前预测道路爭件的发生并预警，并根据预警实施相应的交通管制.实现爭前精准预警、事中快速处理、事后总结改进的闭环业务流程，为恶劣气象条件下重大交通安全警情提供实战决策支持。
（二）管理体制
高速大队高速指挥分中心和交警支队指挥中心承担其相关职能，从管理体制上，向上汇报、承接指令，横向一路三方的对接交流.与其他警种、周边城市的协同作战.以及对下进行情报研判、指挥调度、业务管理、信息服务、系统建设及运维等工作：
待高速指挥中心建立后，相应的对职能进行转变。
（三）系统总体架构
主要通过完善“一张网”，以“保安全、促畅通”为目标，
建设完整的、标准的交警数据资源中心，在其基础上深入建设实战业务系统.服务全市交警、协同单位和大众，构建完整交警服务生态链。按照建设的依赖顺序.先完善网络.再建数据资源中心，最后再建实战业务系统。具体的系统架构如图1所示〉
1.基础支撑层
通过虚拟化、分布式等技术实现对计算资源、存储资源、网络资源、分布式操作系统的集中管理与资源动态分配。开展虚拟化资源池、大数据资源池、存储资源池等建设。
2.平台服务层
为信息共享交互提供传输通道.实现数据服务资源的统一调度。通过封装数据层，为平台应用层开发统一访问接口，实现平台应用界面和后台业务应用与管理功能的剥离，建立统一的服务接口、统一的服务目录。提供服务管理、服务监控、服务接口等数据服务和应用服务。不仅能够整合现有的应用资源和数据资源，而且为未来的应用系统开发和接入提供服务接口：
3.数据服务层
数据层通过ETL工具进行数据抽取汇集与清洗，形成统一标准基础资源库.同时在大数据计算分析服务基础上生成数据分析数据资源库。
底层以平台应用服务层的相关存储和计算技术为支撑，以支队为中心.通过汇集前端各类检测设备，省公安厅、省交通厅、市交警支队及其他外部单位共享数据以及社会资源数据，海量数据的安全存储、规范管理能力和数据处理能力.包括数据存储体系、数据计算体系、数据管理体系。同时通过交通算法和视频算法对相关数据的分类分析、模拟研判、处置管理、事件全域感 知.推送相关的事件及交通结果信息。
4.平台应用层
建设以围绕支队、高速大队、高速中队、互联网公众用户为主要用户的交通预警管控、交通指挥调度、情报研判、交通信息发布、勤务管理、专项整治、资源管理、视频监控以及系统运维管理等业务应用。
5.系统用户层
市交警支队指挥中心用户、大队指挥中心用户、大队监控中心用户、协作单位用户、互联网公众用户为主要的后台应用服务系统"
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117 CHINA ITS JOURNAL Vol.254No032021
数据标准规范体系
用户层市支队高速大队高速中队协作单位公众
应用腹务统一接口
数据计算分析应用眼务模块
大数据处理生产库
信息共享库研判成果库基础资料库基础资料库
基础数据资源库
基础生产库基础业务库生产汇聚库
车覧轨迹分析
重点车牺监测
情
报
研
判
系
统
辆
控
统
车
管
系
速
路
务
理
统
高
公
動
管
系
专
整
系
数据服务层
(DAAS)
基础支撑层
(IAAS)
倍
息
发
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系
统
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业务支挣系统生产
数据
数据整合ETL抽取
数据接收
上传接口
省交■总队交通信息系
统平台数据
项
治
统
应用指令
控制接口
系
统
运
维
配
置
清洗转換
互联网地图数据
系统參数
配■接口
外部单位系统«1据
課度学习眼务机器学习服务
基础模型服务二次识别服务
实时计算服务
视频图片
智能分析
服务池
平台服务层
(PAAS)
流式计算眼务大数据分
内存计算服务析服务池
离计算服务
分布式资凜调度和管理服务
基础环境管理监控平台
并行数据库it式实时处理框架分布式计算権架分布式数据库并行效据
关系型«£据库内存数据库分布式文件系统库服务
大数据设施基础资源池
网络资湾池
分布式消息队列系统
虚拟化设施基础资源池■■■■
安
全
保
障
体
系
图I系统总体架构
6、社会化服务体系、安全保障体系
为保证本项目的稳定运行，通过建设社会化专业服务体系，组件专业技术运维团队，7x24小时驻场运维，结合容灾备份、故障迁移、负载均衡等软硬件技术手段，以保证系统全天候稳定运行。
(四)设计方案
本系统主要由前端子系统、网络传输子系统和后端管理子系统组成：
前端子系统：主要由气象监测系统、交通数据采集系统、信息发布系统等各类子系统单元组成，主要实现前端各类事件的感知和数据信息采集，并执行后端平台下发的各类指令。
网络传输子系统：本系统涉及公安网、视频专网、互联网等多网络传输，包括有线和无线两种传输模式，以及跨网段安全边界接入系统，实现数据的互联互通。
后端管理系统：主要包含各类支撑系统平台以及由九大业务应用系统综合灵活搭配•构建面向客户的高速公路恶劣天气预警联动指挥实战平台，实现高速公路发生事件后一系列预警、联动、指挥、调度等实战应用，
系统设计方案如图2所示。
1、前端恶劣天气检测设备
利用恶劣天气可变限速系统的气象采集子系统，以及现有的气象检测设施对雨、雪、雾霾、冰覆盖等环境下公路的能见度、光照度或积水、冰雪覆盖率进行检测，根据监测数据自动同步调整.或修改高速交通可变限速标志牌、路况提示牌信息和超速抓拍设备的限速参数.实现可变限速抓拍，
视频能见度检测终端：结合临近团雾多发路段高速已建的视频监控点位，增设视频能见度检测终端设备，对视频监控采集的视频流进行二次分析，作为路段能见度信息的补充，以便更加精准、全面的感知
前端路段能见度信息：
2、道路流量监测及全路网事件感知
采用多目标雷达+高清视频卡口流量检测系统对道路交通流的感知技术对道路的车流量、速度、车型、车牌等信息进行检测.多目标跟踪微波雷达是一种工作在微波K频段的雷达探测器。雷达向路面连续发射线性调频和多普勒微波波束，车辆通过微波波束时反射信号，
根据反射信号检测目标是否存在并计算其
技术<TECHNOLOGY
图2设计方案
交通参数每隔一段时间（10s~32400s可设這）将各种交通流参数信息通过数据通道传输到指挥控制中心。它能可靠的检测与区分公路上的任何车辆，包括摩托车到多轴、高车身的乍辆和拖车等.检测路上的每一车道所通过的车流量、车辆速度、车道占有率、车型分类、排队氏度和出件分析等参数；高清视频卡□提供车牌等信息。
利用对两组多目标雷达+高清视频卡口流蜀检测数据分析.实现全线出件感知。多目标雷达+高清视频卡口按5km左右的间距进行全路网布设，采用一走的算法，通过对连续两个检测区域的车速、车流量、车流密度进行分析.辅以车牌信息比对•确定该区域内是否有出件发生。
3、防二次出故系统构建
（1）发生事故时的道路联动控制
当检测到高速公路发生交通出故时，为预防造成二次事故.需结合道路进行联动控制-第一次出故的发生
和点位识别可依雪两种识别方式.可以通过屮故方司乘人员的电话告警、交警及路政人员巡查发现、抬挥中心或监控中心发现等传统的报警方式发现出故点.或者通过支队的公安专网的高速指挥调度平台对数据池内的数据进行综合研判，发现异常交通信息路段，并发出预警信号，根摇预警信号给出的段落触发视频专网平台软件控制调用该段全程监控视频，同时在大屏上显示、录像，人工确认（2）多功能应急预警设备实现出故现场主动防御
交警在处理交通事故时，现场布谊多组多功能应急预警设备（反光锥筒）、民警佩戴无线报警器.所冇设备开机口动无线组网，逬入陨警模式。本方案实现电子电路自动检测、研判分析及无线数字传输、自动组网技术.对因各种原因闯入警戒区域内的人、机动车辆提前预警：LED顶灯警示、ED中筒警示、撞检测、音报警、联动传输报警信号、线智能组网「通过无线联动发送报警信号同时触发现场多功能反光锥筒、无线报警器（民警佩戴）等预警设备报警，提示现场工作人员躲避或撤离现场，为现场人员争取更多的时间，避免二次岀故的发生
4、应对恶劣天气的预警系统全国高速将统一限速标志
（1）恶劣天气可变限速系统
高速公路恶劣天气可变限速取证系统可对高速公路、城市快速路等岀现的大雾、雾霾、强降雨、降雪、沙尘暴等多种恶劣天气引起的低能见度状态进行实时精准监测，综合路面积水、积雪、冰及路面附着系
数，自动修改道路限速值，同时通过可变限速标志牌、广播、网络等多种途径发布限速信息，对超速车辆精准抓拍，为交管部门提供可靠的处罚依据，为道路交通安全提供有力的保障。
图3高速公路恶劣天气可变限速系统平面布置示意
高速公路恶劣天气可变限速系统平面布逬示意如图3所示，系统由气象采集子系统、卡口识别子系统、预警发布子系统、超速抓拍子系统组成，气象采集子系统能够对检测范围内的环境能见度进行自动检测，实时传输至超速抓拍子系统的控制系统。卡口识别子系统对经过监测区域内的每一辆通行车辆.自动抓拍一张通行车辆高清图像.并记录通行车辆信息，记录的高清图像可清晰反映通行车辆的号牌、车型等信息，自动上传通行车辆高清图像和车辆信息：预警发布子系统LED显示屏系统可实时发布道路即时限速.捉醒驾驶员降速安全驾驶.当发生雨雪雾等恶劣天气和交通事故等需要降速行驶的情形时，通过LED屏文字显示提示驾驶员安全驾驶「超速抓拍子系统采用窄波平板测速雷达进行车辆捕获和测速.可以捕获1〜3个车道的车辆支持同向和反向抓拍功能。自动抓拍和记录超速车辆图片.生成超速违法证据.存储车辆超速信息•一,
（2）雾天行车安全智能诱导系统
高速公路行车安全智能诱导系统主要由交通气象环境感知设备、行车安全用能诱导装进（智能诱导边缘标）、
现场控制主机
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CHINA ITS JOURNAL Vol.254No.032021
图4雾天行丰安全智能漆导系统结构图
设备(数据预处理器)三大核心设备组成；根据需求，可以选择配置监控摄像机、交通广播、可变情报板、交通流检测器等配套监控设施与设备。雾天行车安全智能诱导系统结构如图4所示。
根据《雾天公路行车安全诱导装置》(JT/T1032-20⑹要求，雾区引导防撞系统工作模式有道路轮廓强化、行车主动诱导、防追尾警示，系统根据现场的能见度情况，根据预先设置的阈值，自动切换工作模式，以便在不同能见度天气下引导车辆安全行驶。
5、应用管控平台
(1)“一张网”：在实现全市各级交管部门视频专网贯通的基础上，完善以视频专网为核心的与互联网和其他单位专网之间的网络安全交换边界建设，形成以视频专网为主体地位、能贯通其他网络环境资源的网络应用架构。拉通互联网与专网，为互联网资源整合和提供便民服务提供基础网络条件；拉通经营单位、气象、交通运输管理等其他部门专线，从而围绕主干道路交通安全管理需求打通一路多方信息数据汇聚的网络条件。
(2)交通信息数据资源中尤、：充分利用交警现有资源，通过标准化规范建设，汇聚全市互联网、协同单位、交警业务全要素主干道路交通管理信息数据。通过视频图像联网共享管理平台、GIS地理信息系统
、设备接入传输共享管理平台、大数据计算平台、云存储管理平台及相关服务，形成满足全市交警指挥中心日常业务需要的信息采集、清洗、建模、归档和共享的智能化处理、以及挖掘分析计算机制。
(3)恶劣天气应急指挥调度：接入前端气象设备监测数据，整合气象局相关数据(如能见度、气象预报数据)，建立系统恶劣天气分析预警模型，并进行数据挖掘，后端自动生成预警信息推送至指定单位、第三方平台及相关人员。健全应急指挥预案机制，根据预警等级实施相应交通管制(封道和分流)，同时按照预案设置可变限速牌数值、发布诱导屏预警信息、开启防撞雾灯以及对警车、无人机、警员的指挥调度和勤务安排。实现事前精准预警、事中快速处理、事后总结改逬的闭环业务流程。
(4)高速公路全程视频监控：整合多源数据、综合视频管理、提升视频巡逻、视频监测能功能。通过视频结构化和图片二次识别手段，构建技战法模型超市，扩大视频监控能力。
(5)高速公路车辆精准管控：构建重大节假日交通诱导方案、交通流控制方案、事故处理方案。依托于数据资源中心的数据，对交通拥堵分析、流量分析、路网气象分析、事故事件分析、违法态势分析监测，同时对施工占道、重点车辆、设备状态、基础设施等全方位数据实况展示，并且对监测的告警信息通过语音服务进行语音告警。并建设运行态势和运行能力分析模块，提升节假日出行能力。
(6)高速公路便民微服务：通过交通信息发布、交通路况查询、便民查询和信息上报等功能，提升服务大众能力。
四、结束语
本项目研究的高速公路浓雾和团雾预警与主动诱导系统可以实时监测路段团雾和浓雾，克服了传统气象站无法高效准确实时预测团雾路段的缺点。与此同时，该系统还有路段运行状况监测，流量釆集以及事件识别的功能，辅助道路管理人员及时发现并发布警示信息，从而诱导车辆安全行驶。该系统避免了因为团雾而产生行车事故的可能性，同时也为道路建立了气象数据库，可通过对历史的气象数据分析，对路段团雾发生的可能性逬行有效预测。系统也为道路维护提供可靠的技术支持，实现了一个系统多功能、一次开发多利用。
参考丈献
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Hl卑晏青，宋向辉.王东柱.等.曹慧再速公路技术休系构建【J).公路交通科2020,37(7),111-121.
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责壬虹
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