高速公路出入口危險行車事件監控與預警研究

趙 鑫

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

我國經濟正處于迅猛發展的階段，高速公路總里程在不斷的增加，高速公路上發生的交通事故所導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地段，據某市統計資料顯示，在出入口發生的事故占高速公路總事故比例的三成，出入口區域的危險行車行為極易導致事故的發生。在道路交通安全理論研究中，交通事故的預防是十分重要的一個部分，只有從交通事故發生的根本原因入手，分析初期發生機理與防控機制的源頭，總結出預防交通事故發生的理論與技術措施，才能真正意義上做到減少高速公路上交通意外的發生，降低人員傷亡以及財產損失。

1 監控與預警系統介紹

我國目前的高速公路視頻檢測系統大部分都通過人工對目標車輛的行車行為進行基本判斷，存在著很大的缺陷。首先人為對安全事故進行判斷反應相對較慢，而且工作強度較大，需要投入較高的人力成本。在發生安全事故之后，很難及時采取合理的監控措施，在安全事故發生時也很難進行安全預警與交通執法控制。鑒于此，推出一套全新的高速公路危險行車事件監控與預警系統很有必要。

高速公路危險行車事件監控與預警系統中包含安全事故檢測器、信息發布控制機、無線信息發布系統、遠程傳話以及報警裝置等。此系統同時具有對危險行車事件進行監控、存儲與判斷、自動生成預警預案備案、無線遠程控制通信、實時預警信息顯示等功能[2]，能對高速公路上交通安全事故發生的整個過程進行監控，讓事故發現、實時監控等一系列工作有機合理地開展，對交通事故的發生能起到較強的預防作用，并且還能從實際上降低危險行車事件的產生，從而保證車輛在高速公路上的高速、安全行駛。

1.1 對危險行車事件的檢測

危險行車事件自動檢測主要由動態目標的檢測與跟蹤、數據資料實時保存這兩個部分組成。動態目標檢測與跟蹤主要分為三個步驟：圖像預處理、目標檢測、目標跟蹤。使用的是以背景減法為基礎的目標檢測和在一定區域內對多個目標進行識別的檢測技術與跟蹤模式。其中背景圖像的形成模式為高斯混合模型。對于數據資料的存貯需要包括每輛車運動的過程空間以及時間信息。要實現交叉口的交通情況重現就需要對系統所記錄的實時數據加以后期制作，對每輛車的速度、加速度、行車軌跡進行詳細了解并且與動態目標的檢測數據信息相結合。當車輛的行車速度、加速度等數值不在系統設定的標準范圍內，系統會對車輛在高速公路上一系列的危險行車事件例如停車、倒車、低速、超速行駛進行自動檢測，并且將檢測的結果以二進制代碼的形式傳送到信息發布控制機上，進而信息發布控制機能夠自動形成警報信息，觸發報警系統并采取監管手段。

1.2 預警信息實時發布

當檢測系統監控到嚴重的危險行車事件時，系統的操作人員將會抽調出事件的存貯視頻來判斷其屬于何種事件類型，并且決定是否對此事件發布預警信息。當處于肯定的狀態時，則是通過通訊運營商的網絡遠程無線發布警報信息，并且顯示在高速公路監控區的可變信息板上。信息板上的內容可以發布事件涉及的車輛與管制措施等各種信息，進而對在高速公路危險行車車輛進行預警并且對后續車輛進行實時監管。

1.3 緊急事件遠程執法

一旦對高速公路上安全事故的發生進行了確認，系統操作監控人員就能夠通過無線裝置與現場的違章車輛進行對話執法，能及時處理安全事故，縮短事件消散時間，有利于高速公路上車輛的暢通行駛，并大大提高突發交通事故處理效率，有效地保證了高速公路在發生事故后最短時間內恢復暢通。

1.4 系統結構示意圖

高速公路危險行車事件監控與預警系統的主要優勢就是針對高速公路上的出現頻率最高的、危害最大的、情況最為嚴重的、最易導致交通事故的危險行車行為進行實時的檢測監控與預警。針對不同的危險行車行為自動發布預警方案。并且預警信息的發布和交通執法都是通過遠程無線系統進行控制的。系統結構示意圖見圖1。

圖1 系統結構示意圖

2 實例分析

以某個高速公路出口區域為對象，進行實例研究分析。主要對車輛違法變道與違法停車進行實時監控與預警。使用改良型的安全金字塔來進行危險行車事件風險分析，并且引入行車延誤以及消散時間為數據指標，來對此系統的檢測與監管效果進行立體評價。

2.1 交通風險評估模式

交通沖突的概念于1977年第一次出現，并且隨之出現了安全金字塔體系，初步建立了關系模型。在此之后，Svensson對此安全金字塔體系進行了改良，建立了交通沖突行為危險性的量化模式。通過大量數據得出，沖突值與風險成正比，與沖突時間成反比。

2.2 實驗區域簡介

通過圖2a）可以詳細看出實驗區域的現場環境，交通路段較為復雜。從圖2b）可以看出，其箭頭所指位置需要提前變換車道，而不是臨時性的違章變道。但在實際行車當中，違章違法變道的現象十分普遍，在圖2a）中所示的交通事故突發高峰點主要是集中在a、b兩個地方。

在這個出口區域時常發生車輛違法停車事件，主要是因為對行車方向的判斷失誤或者沒有產生判斷，從而導致車輛減速。減速后主要停車位是圖2a）的①、②、③號位，在這三個位置上進行方向再判斷，進而駛入出口匝道或繼續行駛，違法停車點主要是集中在c、d、e、f、g這五個位置上。

圖2 實驗區域示意圖

2.3 系統檢測情況

對該出口進行視頻監控，一共記錄了54起違章停車事件，主要發生在①～③號位置上。其中違章停車32起，違章停車并且倒車22起。在位置①發生的危險事件30起，位置②14起，平均違章停車時間達105s。違章車輛平均的沖突速度為75km／h，平均沖突時間為6s，平均每輛違章車輛的交通沖突風險值為12，每起違章停車事件平均對1.6輛車造成影響。

將監控與預警違法變道停車的監控觀測時間定在晚高峰，以小時為單位，在出口區域記錄了40起違法變道停車危險行為，平均沖突速度為72km／h，平均沖突時間為4s，平均每一起違法變換車道的風險值為18。

2.4 監控與預警系統的應用與評價

對此出口區域進行監控與預警的系統設備（見圖3）通過可變信息提示板可以發布提示信息，對駛入的車輛進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備，減少前方交叉路口緊急變道的頻率，進而降低交通沖突次數[3]。當系統所監管與預警的區域內發生違章停車變道事件時，系統能夠進行自動檢測并且提出預警，系統操作人員在確認危險行為出現后將信息發送至信息公布版，對后方車輛進行提醒，可顯示：“前方車輛違章停車，請小心駕駛，減速慢行！ ”。與此同時，系統操作人員還能夠通過無線裝置向違章車輛喊話，充分實施遠程執法監控，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 出口區監控與預警系統設置平面布置圖

3 結語

道路交通的安全形勢逐漸受到一系列交通安全事故的挑戰，高速公路危險行車事件監控與預警系統就是在這嚴峻的交通環境下應運而生的，是一種結合了計算機技術與機械技術的高科技產物，能夠大幅提高對高速公路上違法行為的監控與執法效率。隨著交通沖突技術的不斷發展，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化轉變是其發展的必然趨勢。

[1]公安部交通管理局.中華人民共和國道路交通事故統計年報（2010）[R].北京：公安部交通管理局，2011.

[2]張殿業，金鍵，郭孜政.道路交通事故預防研究體系探討[J].中國安全科學學報，2007，（7）：132-138.

[3]張蘇.中國交通沖突技術研究與分析[M].成都：西南交通大學出版社，2011.