高速公路上的惡劣天氣管控系統應用研究＊

張 祥 曾祥凱 趙北辰

（1.公安部交通管理科學研究所，江蘇 無錫 214151；2.公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

引言

雨、霧、雪等惡劣天氣會導致能見度值下降，從而直接影響駕駛員的駕駛視線，導致駕駛員觀察路面情況困難，無法及時準確地對前方交通情況作出判斷；道路結冰、大風等惡劣天氣則會對車輛的正常行駛造成阻礙，容易導致車輛打滑或偏離正常行駛路線。因此，惡劣天氣會極大惡化高速公路的行駛條件。但是惡劣天氣在高速公路道路安全管理中存在難以發現、及時處理的問題。

本文對惡劣天氣的多種發現方式進行融合改進，提出一套惡劣天氣管控系統的應用方案，介紹基于惡劣天氣管控系統的檢測惡劣天氣、管控高速公路、解除高速管控的全過程。

一、傳統的惡劣天氣發現方法

在交警部門高速公路日常監管中，傳統的惡劣天氣的發現方法有以下兩種：一是天氣預報信息和實時氣象數據；二是人工巡邏。因此，針對這兩種方法，逐一說明其優缺點以及其難以推廣的原因。

氣象局發布的天氣預報信息總體準確性較高，但是既不能精確到具體路段，也不能詳細到具體時間，無法作為交通管控手段的可靠指導來源。而高速公路路段附近的氣象設備實時采集的氣象數據較為準確，又能精確到具體測量位置的經緯度，可以將測量信息疊加到地圖上，理論上氣象設備保證一定覆蓋率后，能實現各路段的氣象信息匯總，從而指導交通管控手段。但是考慮到氣象設備供電難、網絡不穩定等因素的影響，氣象設備的離線率通常在50%以上，由于其處于高速公路附近這種特殊的地理位置上，氣象設備難以得到及時維護，無法在實際應用過程中穩定使用，只能作為判斷惡劣天氣的補充信息。

由于天氣預報的不精確性和實時氣象數據的不穩定性，人工巡邏才是目前交警發現惡劣天氣并采取管控手段的首要信息來源。人工巡邏分為兩種，一是人工視頻巡邏；二是交警實地巡邏。人工視頻巡邏即人工點播轄區內攝像機，并通過直接觀察攝像機圖像對是否存在惡劣天氣進行確認；交警實地巡邏則指在高速公路上巡邏時進行觀察，一旦遇到惡劣天氣就可以立即進行現場管控。但是以上兩種手段普遍存在浪費警力、覆蓋面小、時效性低等問題，極有可能出現惡劣天氣已經發展到相當規模后，交警部門才能采取有效管控措施的現象。

二、改進的惡劣天氣發現方法

本文中提出一種融合氣象設備、攝像機、測速設備等多種設備的惡劣天氣預警方法，能夠實現對氣象信息的綜合判斷，降低惡劣天氣預警錯誤率，提升惡劣天氣檢出率等目標，能為公安交通管理部門實施惡劣天氣時的道路管控措施提供有效依據和技術保障。具體技術算法流程如圖1所示。

圖1 惡劣天氣發現方法算法流程

步驟1：記錄轄區內氣象設備采集的氣象數據，包含經緯度、能見度、相對濕度、溫度、風速等數據，生成氣象數據集。

步驟2：對轄區內攝像機進行定時截圖，包含攝像機經緯度、攝像機圖像等數據，生成轄區內攝像機圖像數據集，

步驟3：對轄區內攝像機圖像數據集的新添加圖像進行惡劣天氣識別算法分析，分析圖像是否包含低能見度、道路結冰、強降水、路面濕滑等惡劣天氣。

步驟4：記錄轄區內測速設備采集的過車車速，包含車牌號碼、車速等數據，生成過車車速數據集，并計算一定時間內的平均車速。

步驟5：將步驟1、3、4中得到的信息進行多源數據分析。

步驟6：如果氣象設備檢測到能見度值低于500米、氣溫低于0℃、強降雨等氣象因素，則生成惡劣天氣預警，并將該氣象設備所在路段的惡劣天氣狀態連同氣象數據與附近1000m內攝像機的最近半小時內的截圖一同轉給人工確認。

步驟7：如果氣象設備因網絡、停電等因素無數據寫入數據庫，且攝像機截圖被惡劣天氣識別算法認為是存在低能見度、路面濕滑等惡劣天氣嫌疑，將生成惡劣天氣預警，并同時把該攝像機及其附近攝像機的最近半小時內的截圖一同轉給人工確認。

三、惡劣天氣管控系統設計

依托公安部交通管理科學研究所現有的互聯網和公安網資源，實現氣象信息和交通管制信息在互聯網和公安網之間的共享交換。實現公安交通集成指揮平臺內外網數據交換平臺與地方視頻專網內的惡劣天氣管控系統進行數據對接，由惡劣天氣管控系統[1]實施速度管控、誘導提示及匯流警示，集成指揮平臺接收惡劣天氣管控系統抓拍的過車和超速違法信息。

惡劣天氣管控系統分為數據層、服務層、應用層、管控層，共4層網絡結構。

1.數據層。包括高速公路監控視頻、氣象設備提供的氣象數據[2]、高速公路主線測速設備提供的車輛平均速度數據等（卡口、雷達測速）等[3]。

2.服務層。為應用層提供服務，包括惡劣天氣識別算法分析服務、惡劣天氣多源數據分析服務等。

3.應用層。在公安交通集成指揮平臺中配置應急管控設備備案和視頻識別任務，實現惡劣天氣預警監控和惡劣天氣管控功能。

4.管控層。通過惡劣天氣管控系統在高速公路路面實現管控，主要包括LED屏顯示提醒、車速車距提示、超速違法抓拍、車輛誘導燈誘導以及車流匯入警示等。

惡劣天氣管控系統的業務處置流程主要分為惡劣天氣警情生成和警情指揮調度兩大部分，具體業務處置流程圖如圖2所示。

圖2 惡劣天氣管控系統業務處置流程

第一，惡劣天氣警情生成已在前文第三章中說明，此處不再贅述。

第二，公安交通集成指揮平臺根據惡劣天氣警情的級別自動匹配管制預案，經人工研判后指揮調度各崗位開展惡劣天氣警情處置工作，主要分為系統應急管控、警情信息報送和管制措施實施三部分。

生成交通管控預案并下發至惡劣天氣管控系統，根據預案選擇執行開啟路邊誘導燈、可變限速提示與抓拍、車距提示和車輛匯入警示等。

按“公安交通指揮中心道路交通應急信息報送處置規程”要求實現警情信息的報送處置，根據警情影響范圍和持續時間判斷警情等級，按報送處置程序進行信息初報、續報和終報等。

根據惡劣天氣管控系統中接收到的警情詳情，啟動符合預案規定的相應等級的交通管制，包括控制駛入、交通組織、封閉道路、加強巡查以及解除管制等。管制措施實施時須定期查看惡劣天氣管控系統中的數據變化，及時調整管控的路段和管控等級。

結語

本文設計了一種融合多源數據的惡劣天氣發現方法，在完全利用現有設備、不用額外進行投入的前提下，實現了惡劣天氣的智能化發現、智能化提醒、智能化管控，能切實解決交警部門在惡劣天氣及時發現、及時管控上的業務痛點。然而還存在部分缺點，一是仍未能形成惡劣天氣的預測，只是在及時發現上進行了突破；二是在黑暗環境中攝像機無法進行有效利用。這部分改進工作仍需要進行大量的研究，并在實踐中不斷改進。