“道路偵探”劉攀

文/金鳳

劉攀

在河北省新元高速公路新樂段，一個“智慧交通大腦”默默運行著。每隔30秒，安裝在道路兩側的傳感器就會將每個車道的車流量、車道占有率等數據傳送到高速公路交通控制中心。計算機再將這些交通流數據，結合天氣、路面情況等其他數據，實時計算出高速公路發生交通事故和交通擁堵的概率，并給出相應的解決方案。

這個“大腦”的設計者是東南大學副校長，交通學院教授、博士生導師劉攀。劉攀是國家重點研發計劃基礎研究類項目首席科學家。過去十年，他帶領團隊廣泛采集高速公路數據、建立算法模型、開發控制策略、研發平臺系統、推動工程應用……他就像一名“道路偵探”，每天從海量的交通數據中尋找可能存在的安全隱患，為提升高速公路行車安全，打通“堵點”，提供破解之術。

把科研做到實處

從工程實踐中發現科學問題，從實際數據中提煉科學規律，讓劉攀從科研中不斷收獲，也讓他嘗到了寂寞的滋味。

2000年，劉攀畢業于東南大學道路與鐵道工程專業。兩年后，他赴美國南佛羅里達大學讀博。劉攀的導師承擔了佛羅里達州交通部門的研究項目，要系統評估遠引掉頭技術對交通安全和通行效率的影響。這個題目挺冷門，而且對數據的要求非常高。“讀博時很辛苦，有段日子挺難熬的。”回憶起那段經歷，劉攀皺了皺眉頭。

那幾年，劉攀幾乎天天都在“攢”數據。他和一位同學每天清晨5點起床，開著拖車，裝著錐桶、腳手架等一大堆設備，前往南佛羅里達州的各條主要公路安裝攝像頭，拍攝道路信息，晚上再將攝像頭取下來，調取視頻并進行分析，之后再準備好第二天要用的設備。為了找到合適的觀測點，他們幾乎把整個佛羅里達州都跑遍了。

這項工作很繁瑣，兩年下來，僅錄像帶就塞滿了十幾平方米的房間。觀測數據超過1000小時，每小時的數據文件需要三到四小時來提取，工作量巨大。別的同學都開始發論文了，劉攀卻還在采集數據，他心里難免著急。“那時常會質疑自己，這么做到底有沒有意義。”

不過，劉攀很快就發現了這些數據的價值。“當時，美國需要計算掉頭車流的通行能力來推廣公路遠引掉頭技術，但由于數據不足，一直缺少合適的掉頭車流通行能力模型，而我那兩年的積累，恰好派上了用場。”劉攀說。

從2004年開始，劉攀基于前期實際采集的數據，陸續發表了多篇高水平的學術論文，其中有關掉頭車流通行能力的研究成果，先后被美國《道路通行能力手冊（2010版）》、美國《交通工程手冊（2016版）》等交通工程領域的國際權威文獻采用。

十年磨出交通事故預警系統

如何從龐雜的數據中，找出可能存在的交通隱患？答案藏在一套被打磨了約十年的數據模型中。

2008年9月，劉攀回國，在東南大學任教。他用了近兩年時間，帶領團隊研發出我國第一套具有完整知識產權的高速公路可變限速控制系統，并將其應用在當時的滬杭甬高速公路杭州段實驗路段。

經過技術設計，劉攀團隊安裝的微波檢測器和氣象站可實時動態檢測交通流和天氣數據，系統會據此計算交通事故風險值，一旦風險值超過閾值，會立即啟動可變限速控制，上下游的可變情報板會自動調整限速值，以調節路段交通量和交通流。

那段時間，劉攀每天起床后的第一件事，就是盯著屏幕檢查各種傳回來的數據，生怕設備出問題，有時還要跑到現場去查看設備情況。從南京到杭州，要開將近四小時的車，三年里，他不知來回開了多少趟。

項目雖然做得辛苦，收獲卻很大。“我們積累了幾年的數據，這些數據為后來完善模型和算法提供了堅實的基礎。同時，令人感到欣慰的是，系統使用期間，示范路段車輛通行速度離散差下降了28%，事故率減少了17%，不利天氣下事故率降低了31%。”劉攀說。

這僅僅是開始，此后近十年，劉攀帶隊采集了一萬多起高速公路交通事故案例，并很快有了新發現。

“一些人認為，交通事故的發生完全是偶然的，沒有任何規律可循。實際上，交通事故的發生，受到人、車、環境等多種因素的影響。我們發現，大約65%到75%的高速公路交通事故發生前，在臨近路段交通流中都會觀測到一些有別于正常情況下的狀態，表現為交通流在時間和空間上的不均勻分布。”劉攀認為，這種非正常現象就是交通事故發生的前兆。只要能發現這些前兆的出現規律，再用模型“畫”出的特征，就可以實現高速公路交通事故風險的主動預警。

制訂交通流主動控制策略庫

劉攀帶隊在公路進行實地研究，把高速公路劃分為若干段長度不超過2公里的路段，通過檢測器獲取每個路段、每條車道的實時動態交通流數據，一旦系統發現某個路段內的交通流處于不利狀態，主動控制系統就會立即啟動。

“針對不同的場景，我們應用了可變限速、匝道控制、車道控制等技術手段，主動調整匯入目標路段的車流量和速度，從而大大降低了交通事故風險，提升通行效率。在此基礎上，我們又應用人工智能的方法，基于海量實測數據不斷優化控制策略，使控制系統反應更加迅速，控制更加精準。”劉攀說。

針對京德、榮烏高速公路的交通特點，結合新元高速公路的實際數據，劉攀領導團隊研發出追尾事故預防、分車道動態限速、貨車專用車道動態控制、應急車道開閉動態控制、不利天氣下準全天候通行等十大類、二十余種交通流主動控制策略，形成了高速公路交通流主動控制策略庫，基本涵蓋了我國高速公路環境下所有重要的控制場景。

劉攀認為，對于交通工程的研究者來說，要始終堅持從工程實踐中來，到工程實踐中去。“一旦認準了一個方向，就要堅持下去，把工作做透，要從基礎理論、關鍵技術、系統平臺，一直做到工程應用。這個過程往往是十年磨一劍，因此特別需要耐心和堅持。”